隧道施工监测总结报告

1概况溪涌隧道（东段）工程地形起伏较大，相对高差达140余米。其洞门均为削竹式进洞，进洞段地表坡度较大，在30。〜40°之间，山顶段埋深超过5倍洞径后地表起伏较为平缓，坡度变化较小。地表植被茂密，灌木丛生,区域为低山丘陵地貌，山体走向大致近南北向，隧道近东西向穿越山脊。隧道区间内主要地层为第四系残坡积土和燕山期花岗岩.洞口段约50米为第四系残坡积土主要是砾质粘性土（砾质粘性土），即花岗岩风化残积土，且洞口段30m内为浅埋段，地层稳定性较差，但由于地表坡度大排水畅，因此富水性较弱.随埋深的增大，隧道洞身主要为燕山期包括有强风化、弱风化和未风化之花岗岩，整体稳定性较好。隧道主体结构为双洞六车道公路隧道，单洞为三车道隧道，属大跨隧道，最大开挖宽度16。lm，本标段工程隧道长度左洞436m，右洞444m。2监测项目的设置与监测计划2。1监控量测的目的根据本标段的工程地质特点与施工方法，依据施工设计和有关规范，实施监控量测的主要目的为：（1）通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性.（2）用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计、指导施工，为修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据。（3）通过监控量测对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控。（4）通过监控量测进行大跨隧道日常的施工管理，确保施工安全和施工质量。（5）通过施工现场的监控量测，确定二次衬砌合理施作时间。（6）通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。2．2监测项目的计划根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等情况，并按设计的要求，工程范围内计划设置的监测项目主要有地表沉降，洞内

拱顶下沉，周边收敛（表2-1）。具体如下:2．2．1地表沉降表2-1监控量测项目一览表序号监测项目监测仪器及设备监测目的布设原则与计划备注1地表沉降精密水准仪了解施工过程中地表下沉情况洞口浅埋段，计划2〜3个断面在开挖前提前及时埋设测点2周边收敛坑道收敛计同上与拱顶下沉点对应于边墙上布设1〜3对测线工作面开挖后及时埋测点3拱顶下沉精密水准仪了解施工过程中结构的变位情况据围岩不同沿隧道拱顶部每隔10〜35米布设测点。工作面开挖后及时埋测点主要埋设在洞口浅埋段，以地表地形起伏情况，便于量测并能准确反映隧道开挖对地表沉降的影响为主要埋设依据.量测方法:采用精密水准仪量测。测点应在开挖形成的下沉之前埋设，一直测到下沉稳定。图2-1图图2-12．2．2周边收敛量测方法：采用坑道收敛计测试两测点之间的相对长度，计算其收敛值。量测断面计划:应保证沿隧道轴线每类围岩至少有一个量测断面.一般情况下，洞口段和埋深小于2D（D为隧道洞径）的地段，间隔5〜10m—个断面，其余地段视地质情况，每隔15〜40m设一个断面.测线布置：当采用短台阶半断面或全断面开法方法时采用三测线三角形布置形式如图2—1，当采用CRD工法时,采用六测线，上下三角形布置形式,采用三角形测线布置形式图2-2。2．2．3拱顶下沉量测监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变形动态，判断支护结构的稳定性。量测方法采用精密水准仪测试其绝对高程值以此计算其下沉值。断面计划与周边收敛同。2．3量测频率与结束标准2．3．1量测频率量测频率根据监测数据的变化情况而定,详见下表2—2。表2-2量测频率项目量测时间间隔地表沉降开挖面离量测面〈2B时，2次/天开挖面离量测面v5B,1次/2天开挖面离量测面＞5B时，1次/周拱顶下沉与收敛1〜15天16〜30天1〜3月3月以上2次/天1次/2天1~2次凋2次/月2．3．2结束标准根据变形速率判别：变形速率V0.2mm/d时，且变形速率具有逐渐减少之趋势时,则认为围岩支护达到稳定.浅埋地段:加强初期支护强度和刚度,严格控制过大变形。洞内各量测项目持续到变形达到稳定后2周结束，软弱围岩大变形地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间。地表沉降量测项目以变形达到稳定后2周后,且待洞口段二衬完成结束。3量测项目的布置3．1地表沉降监测由于洞口段地质较差，且为浅埋段，洞口开挖洞室变形可能影响洞顶以上边坡的稳定。为确保边坡的稳定，按设计和规范要求在洞口浅埋段设置了必要的地表沉降监点。根据洞顶坡度地形变化情况，左右洞地表沉降测点分开布设，其中左洞2个断面，右洞3个断面。详细测点布置见图3-1和图3-2（地表沉降测点布置图）。图3-1右洞地表隆陷观测点示意图图3-2左洞地表隆陷观测点示意图3．2洞内监测点的布置3．2．1监测断面的布置根据新奥法设计与施工要求，结合本工程特点、工程实际情况和设计与规范要求，左右洞洞内共设置拱顶下沉监测、周边收敛监测等量测断面22个，见图3-3、图3-4。其编号分别为左洞Z01〜Z22,右洞Y01〜Y22.图3-4Y6260W43。8Z6286Y6260W43。8Z6286W43。843.8^743.843.843.843。839.53．2．2各断面洞室埋深各断面洞室与覆土厚度关系分别见图3-5、图3-6，由图中可知埋深由外向内逐渐增大。由图中可知，左洞Z01、Z02和右洞Y01、Y02为超浅埋段，埋深小于11m,不足一倍开挖洞径。左洞Z03〜Z05和右洞Y03、Y04为浅埋洞段，埋深小于30m，不足二倍开挖洞径。而自右洞Y05〜Y07和右洞Z06、Z07开始埋深均大于38m,进入了深埋洞段。3．2．3断面测线布设方式根据围岩类别与开挖方法的不同,每个监测断面分别设置不同数量图3-4的拱顶下沉测图图3-56线与周边收敛测线图拱顶下沉测点与周边收敛测点尽量设在同一断面，前后不得超过0.5m.为便于计算机数据处理，各断面的拱顶下沉测线以G标志，如G1表示各断面拱顶中间测点的拱顶下沉值，而G2、G3分别表示采取眼镜工法施工时右侧导洞与左侧导洞的拱顶下沉值；各断面的周边收敛测线以S标记，如S45为下断面水平收敛测线，而S23表示采取眼镜工法施工时上断面水平收敛测线，S14等则表示斜测线，各测线的意义可参见图2-1、图2-2。其中Y01、Z01断面由于采用眼镜工法，同时上台阶开挖时间长，因此采用图2—2的6测线布设形式.其它断面因上台阶过短，或采用大断面开挖，因此采用图2—1的3测线设方式。3．3监测项目控制基准根据设计及规范要求，依据不同断面埋深与围岩情况，分别计算出相应的控制基准值（见表3—1）.表3-1各断面分布与管理基准值对应表右洞左洞断面号里程YK11+围岩类别控制基准Uo断面号里程ZK11+围岩类别控制基准UoY1347II47。4Z1353II47.4丫2338II47.4Z2344II47。4丫3322II47。4Z3329II47。4丫4313II47。4Z4319II47.4丫5288W43.8Z5306II47.4~yT~y8丫9Y10YTT丫13丫14丫18丫20Y21Y222462292111841611511311108461316.8YK10+979~yT~y8丫9Y10YTT丫13丫14丫18丫20Y21Y222462292111841611511311108461316.8YK10+979951.5925.5911WWWW

亓

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WW43.839。543.843。843.843.843.843。843.843.843.843。8ZEZ9Z10Z13Z14Z18Z20Z21Z222702422172001801501301088359。829o89.3ZK10+996971944.5932.5WWWWWWWWWWWWW'加强43.843.843.843。843.843.843.843。843。843.851o143.843.843o83．4监测数据管理等级该工程洞口段为超浅埋段，地质条件差，地层反应非常灵敏，开挖断面大（近16米），施工影响很快波及地表.由于受山坡陡变的影响，隧道开挖由外至内埋深变化快，空间效应明显。因此,必须建立一个快速、畅通的信息反馈渠道，及时将每一个施工阶段的结构变形量测结果反馈给施工单位及相关管理智能部门，为施工决策与管理提供科学、可靠的依据。针对本工程的特点和以往施工经验,按照设计文件与本工程技术规范要求，本工程的地层荷载及支护结构内力均不会对隧道安全构成严重威胁，关健在于过大的地层变位能否得到有效的控制。因此，对于整个监测工作的重点,主要以拱顶下拱与周边收敛变形作为安全判断定标准，在此基础上我们制定了表3-1所列的拱顶沉降与周边收敛监测数据控制基准值Un,并制定了相应的监测数据管理等级标准（见表3-2）。表3-2监测数据管理等级标准管理等级判定标准1变形值判定标准2：变形速率（mm/d）施工状态IIIU0VU/3V“V2可正常施工IIU/3WU0W2U/3n0n2WV0W5可继续施工，但应引起注意IU0>2U/30nV0>5应加强支护或米取特殊措施注:u0—-实测位移U——允许位移0n变形值判定标准主要侧重点是确保洞室结构变形控制在一定的范围内,防止过大的变形超过允许变形值而使结构侵限，变形速率判定标准的侧重点则是确保支护系统与洞室结构的稳定性,由于两种判定标准的侧重点不同在监测数据处理与管理中要综合判断，同时要考虑施工干扰的影响,必要时要通过变形时空曲线图参照变形有无稳定趋趋势，或通过变形速率有无减小来进行综合判断。4主要量测数据地表监测工作自2001年11月上旬开始，至2002年4月上旬完成洞口段衬砌结束,共历时5个月.洞室监测工作随着隧道的开挖进度自2001年11月中旬开始进行，至2002年5月8日结束，共历时6个月。现将主要数据汇总如下。4．1地表沉降量测数据汇总地表沉降量测最终值汇总见表4-1.表4-1地表沉降量测最终值汇总表左线测点号1234567累计沉降量11。511。517。223.548.76。5测点号891011121314累计沉降量7.77.2129.7564右线测点号1234567累计沉降量4.69.111。511。5测点号891011121314累计沉降量8.26。684.5634．2拱顶下沉量测拱顶下沉监测，可直观地反映支护结构与洞室的稳定程度,是确保结构稳定与施工安全的重要监测项目之一.表4-2为左右洞7组断面实测最终拱顶下沉值和最大下沉速率。表4—2实测各断面拱顶下沉汇总表断面号里程Y11/10+测线号实测下沉值(mm)最大变形速率(mm/d)断面号里程Y11/10+测线号实测下沉值(mm)最大变形速率(mm/d)Y01347G134.8520。21Z01353G132.473.00G233。889。24G224.653。00G326.783.24G320.784。00Y02338G118。914。05Z3329G16.161.45Y3322G111。135.40Y4313G112。934。64Z4319G18。261.01Y5288G110。823。10Z5306G111.264。61Y6260G15。872.35Z6Y6260G15。872.35Z6286G16。052.9611.564。076.002。746.912。404。671。037。151。595.270.92Y6260G15。872.35Z6Y6260G15。872.35Z6286G16。052.9611.564。076.002。746.912。404。671。037。151。595.270.92Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18Y19Y20Y21Y222462292111841611511311108461316。8979951。5925.5911备注G1G1G1G1G1G1G1G1G1Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18Y19Y20Y21Y222462292111841611511311108461316。8979951。5925.5911备注G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G2G35。804.696。515.905.415。585.204.315.445。405.375.921。741.641.811.041.862.111.881.861.752.151.881。84Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16Z17Z18Z19Z20Z21Z222702422172001801501301088359.829。89.3996971944.5932.5G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G1G2G35.743.275.033.705.707.046。065.314。565.365.165.314。354。191.810。721.851.331.571。851.991.241.641.581。752.091。812。034。2周边收敛量测洞内周边收敛是洞室及支护结构变形监测的主要项目之一.将其与洞内拱顶下沉监测结合分析，是反映施工安全以及围岩与支护结构稳定的重要依据。表4-3为实测最终周边收敛与最大变形速率汇总表。表4-3实测周边收敛值汇总表断面号里程Y11+测线号实测收敛值（mm）最大变形速率（mm/d）断面号里程Y11+测线号实测收敛值（mm）最大变形速率（mm/d）Y01347S2312。951。25Z01353S238.381.29S1210.511.13S129。051。13S1312。011。21S138。521.02S4519。161.82S4514.321。63S1410。511.19S1415.561。33S1515.401.08S1513.811.29Y02338S4519.853.89Z02344S4524.194。32S1413。761。98S1413。471。98S1516。893.45S1517。862.40Y03322S459。471.12Z03329S456.400。91S147。621.12S146.040。92S158。701.60S157。421。05Y04313S4519.851。61Z04319S4520.395。85S1412.971。62S1417.893。80S1513。902。04S1515。202.865数据处理与分析5．1绘制实测变形值的时程曲线图根据实测累计变形值绘制各测线变形时程曲线图，并根据各断面的时程曲线图对洞室与支护结构变形与稳定情况进行分析。5．1．1地表沉降分析图5-1至5—2分别为右、左洞不同断面地表沉降曲线图.右洞断面和左洞ZK11+353断面，由于靠近洞口段，埋深较小（小于10米）,为超浅埋段，地表沉降明显大于另外几个断面。左右洞横向沉降槽具有明显的不对称特征，主要表现在右洞YK11+344左侧（靠左洞一侧）测点沉降区体积要大于右侧,左洞两个断面右侧测点沉降区体积大于左侧。这主要是因为左右洞间距较近，开挖时相互影响，地表沉降产生互相叠加。从图中可知，左右洞地表沉降随里程增大而减小，也就是说随埋深增大明显减小。右洞地表沉降值在洞口处为15.2mm，其埋深为5m,当埋深为一倍洞径时实测地表沉降最大值已减至5.3mm.而左洞地表沉降也由23.5mm减至12mm。这与支护结构的变形规律比较一致,说明随着埋深的增加围岩拱圈效应形成，洞室围岩的自稳定能力增强，与洞内支护结构共同形成了支护体系,从而减少了结构的变形，同时也限制了地层损失的产生，最终反映在地表沉降也随之减小.由以上分析知道，地表沉降虽埋深增大而在合理的范围内减小，也就是说地图5-1右洞横向地表沉降槽曲线图表沉降是由于洞内变形引起的地层损失的反映，这也从另一个方面说明了隧道施工没有引起边坡稳定问题，洞门以上山体边坡是稳定的。5．1．2洞内监测时程曲线图及分析1）总体上,11类围岩开挖时一般15〜20天达到稳定，下台阶开挖时对总体变形稍有影响，变形速率因下台阶开挖有所增大，这个影响通常约为3〜7天，下台阶接腿封闭后很快即可重新趋于稳定。代表断面如图5-3所示右洞Y01断面,右侧接腿时当天变形达8mm之多，为确保安全当天加测两次，喷砼封闭后第二天即减至1mm.2）W类围岩开挖通常3〜5天即可进入稳定状态，底部开挖时对变形影响也较小.如Y07断面时程曲线图（图5-4所示）。3）周边收敛总体情况是水平收敛测线（S45）要略大于两斜测线，但也有极个别除外，如Y05、Z03、Z01、Y16、Z16、Z17、Z19，但其差值较小，因此整个隧道结构不存在偏压情况.代表时程曲线图如Y16断面(图5—5所示)。各断面主要测线实测值与里程及围岩相互关系见图5—6与图5-7。由图中可知,11类围岩变形实测值在12至34mm之间，而W类围岩段的变形值在3至12mm之间，平均约为6mm.从图5-6与图5—7可知，多数监测断面水平收敛值大于拱顶下沉值，同时也有些断面拱顶下沉值要大于水平收敛值，同时大体上，两者的差别不是很大,说明整体变形比较均匀，支护结构与围岩形成了较好的拱圈支护效应.另外，洞口采用眼镜工法的Y01和Z01断面拱顶下沉要比水平收敛大许多，这主要是因为，洞口段为超浅埋段，不能形成很好的拱圈效应，同时采用眼镜工法施工时工序转换较多，产生的二次扰动也较多。因此，采用眼镜工法施工时应特别注意工序转换时受力的转移，并加强对其监测与观察。5．2回归分析5．2．1常用回归函数我们常采用以下四种回归函数对变形时程曲线进行拟合:对数函数1对数函数2指数函数双曲函数5．2．2回归函数计算采用数学坐标变换原理和数学分析中的最小二乘法按以上4种函数进行回归计算，然后进行比较分析，分别得出各测线最佳的回归函数。其计算步骤如下:1)绘制实测值的时程曲线;2)根据曲线特点对测量时间区间内进行分段。各曲线都具有明显的分段性,如Y03断面S15测线曲线图，由于受下断面开挖影响变形突然增大其曲线在1月6日和1月18日分别有两个比较明显的反拐点，虽然支护结构完成后很快稳定,但回归计算时必须其作为分段函数考虑。分别对各分段进行坐标变换和回归计算，取得各函数的判定系数r值和方程系数a、b值。比较各回归函数的r值，取最大的r值作为该区段的回归函数。5．3测前估计值由于隧道洞室开挖后的变形值自隧道开挖之时已经开始，而由于放炮后找顶、初支处理与埋点等待等，因此实测值实际上的开始时间往往在开挖后0.5〜1天时间，为此实际测试值总是具有一定的后滞性，为准确掌握测室的变形特性，很有必要知道开挖至初测这段时间内的变形值，这们称其为测前估计值，计为Ug。Ug可通过回归函数的坐标平移或坐标变换获得。5．4预测最终值根据计算所得回归函数进行级值计算，以预测各测线的阶段值及最终变形值。我们计变形拟合函数的极值为Ui，则预测最终值为Ue=Ug+UjOjegj算例：Y03S15，根据时程曲线，共有两个拐点,分别在1月6日和1月18日变形突然变大，由此产生三个函数段，分段回归得到的回归函数分别为：第一段：2001。12.16〜2002.1。6,最佳拟合函数为4)双曲函数,r=0.87第二段：2001。1。6〜2002.1.18，最佳拟合函数为1)对数函数,r=0.86第三段：2001.1。18〜2。18，最佳拟合函数为4)双曲函数，r=0。99由第一段拟合函数可求估算测前总计沉降值，第一次量测距开挖时间为0.5d，通过坐标变换代入拟合函数可得U=1。97mm.g对第三段拟合函数求极值可得Ui=8.79由此求得：预测最终值U=U+U.=10。76mm,比实测值8.7mm大2mm。egi5．5监测成果表5—1、表5-2分别为洞内各测线预测最终值与实测最大值成果汇总表。表5-1右洞主要测线成果汇总表断面号里程YK11+围岩别实测最大值(mm)预测最终值(mm)水平收敛拱顶下沉:水平收敛拱顶下沉Y01Y02Y03Y04Y05Y06Y07Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18Y19Y20Y21Y223473383223132882602462292111841611511311108461316.8979952926911S45IIIIIIIIIIIIG1S4519.1619。859。4719.8512。038.268.149。8811.679.5210.597.726.797.237。536。215。784。904.275.983.943.8334。8518。9111。1312。9310.825.8711。566。004.675。275.804.696。515。905。415。585.204。315.445.405。375.9218。4122。4812.5820.3716。279。2510.2310.0511.849.8912。2113。358。238。029。347.547.126。95。897。244.565。06G136。5819.7613。9318.8014。657。8512。538。246.547.549。877.567.546。636。226.925.894.876。476。546。676.27表5—2左洞主要测线成果汇总表断面号里程ZK11+围uu岩别预测最终值(mm)预测最终值(mm)水平收敛S45拱顶下沉G1水平收敛S45拱顶下沉G1Z01353II14。3232。4715.2431.63895Z02344II24.1926.32352Z03329II6.406.167。2837438。184034Z04319II20.398。2620.1214。25Z05306II15。4211。2616。2412。34Z06286W11.116.0510.878。54Z07270W9。355。7410.248.94Z8242W9。266.9110.647.48Z9217W7。37Z10200W6。003。277.395.41Z11180W8.145。037。896。82Z12150W7.123。706.285。64Z13130W5。975。707。087.38Z14108W8。527。049。948.87Z1583W8.106.068.237.766信息反馈与结论分析6.1拱顶下沉实测最终下沉量为左洞32.47mm，右洞34。85，均发生在进洞洞口超浅埋段的Y01(YK11+347)断面、Z01(ZK11+353)断面，这主要因为洞口段围岩破碎,且开挖断面为埋深的2~8倍，洞室围岩不能形成自然受力拱，覆土重力全部作用于支护系统上；另一方面，进洞段坡度大，由于洞室开挖刷坡从而导致山坡山体外移的趋势，山坡土体重力通过超前管棚压于进洞段洞口支护系统上(图6-1所示)，因此洞口段支护结构受力不仅为其垂直方向上的岩体重力