隧道监控量测及控制标准

隧道监控量测及控制标准1总则1.1编制目的为规范隧道施工过程中的监控量测工作，实时掌握围岩及支护结构的受力与变形状态，及时预警施工安全风险，优化施工工艺与支护参数，保障隧道施工安全、质量及进度，依据现行规范及工程设计文件，制定本标准。1.2编制依据《公路隧道施工技术规范》（JTG/T3660-2020）；《公路隧道监控量测技术规程》（JTG/TF60-2009）；《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2019）；本工程隧道设计图纸、地质勘察报告及招投标文件；类似隧道工程监控量测实践经验。1.3适用范围本标准适用于本工程隧道施工全过程的监控量测工作，涵盖洞口段、浅埋段、软弱破碎围岩段、小净距段及连拱隧道等特殊地段，明确了量测项目、方法、频率、数据处理及控制标准，为施工动态调整提供依据。2监控量测项目隧道监控量测项目分为必测项目和选测项目，必测项目为施工安全控制的核心内容，必须严格执行；选测项目根据工程地质条件、支护类型、施工方法及设计要求选择性实施。2.1必测项目必测项目聚焦于隧道施工过程中围岩及支护结构的关键变形与状态，直接关系施工安全，量测频率和精度需严格符合要求。序号项目名称量测目的量测范围及断面间距备注1洞内外观察预判前方地质条件，评估围岩及支护结构稳定性开挖后及支护后每次爆破后进行，已施工区段每天至少1次重大地质变化地段需数字影像记录2周边位移量测监测隧道净空收敛变形，判断围岩稳定状态Ⅲ级围岩≤50m，Ⅳ级围岩≤20m，Ⅴ级围岩≤10m，围岩变形较大处加密与拱顶下沉量测同断面布置3拱顶下沉量测监测拱顶竖向变形，防范拱顶坍塌风险与周边位移量测断面间距一致测点布置在拱顶中心位置4拱脚下沉量测监测软弱破碎围岩段拱脚竖向位移，避免拱脚失稳软弱破碎围岩段，仰拱施工前与拱顶下沉量测同步实施5地表下沉量测监测浅埋段地表沉降，评估隧道施工对地表环境的影响进出口V级围岩、Ⅳ级围岩浅埋段（V级围岩埋深＜32m，Ⅳ级围岩埋深＜16m），纵向5~10m一个断面与洞内周边位移、拱顶下沉量测同横断面6中隔墙（中夹岩）相关量测监测小净距或连拱隧道中隔墙位移、内力及裂缝，保障结构稳定小净距段、连拱隧道，每5~30m一个断面含位移、内力及裂缝观测2.2选测项目选测项目用于深入分析围岩及支护结构的受力机理，为优化设计和施工提供详细数据支撑，根据工程重难点针对性实施。序号项目名称量测目的量测范围及断面间距备注1围岩内部位移量测判断围岩径向松弛范围，优化锚杆长度代表性地段（如断层破碎带、软弱围岩段），50m一个断面每个断面5个测点2围岩压力量测监测围岩对支护结构的作用力，验证支护设计合理性典型断面（洞口、围岩分级界面、断层带），6个断面每个断面5个测点3两层支护间压力量测评估初期支护与二次衬砌的受力传递关系与围岩压力量测断面一致每个断面5个测点4钢架内力及荷载量测监测钢拱架受力状态，保障支护结构强度代表性地段，6个断面每个断面5个测点，成对布置在钢架内外侧5喷射混凝土应力应变监测评估喷射混凝土受力状态，验证支护效果与钢架内力量测断面一致每个断面5个测点6锚杆轴力量测监测锚杆受力情况，优化锚杆参数每类围岩选1组，每组6根涵盖拱顶、拱腰、边墙部位2.3监控量测工作量汇总序号项目名称单位数量备注1洞内、外观察断面1606含开挖工作面及已施工区段2周边位移量测断面/按围岩级别确定间距，变形大处加密3拱顶下沉量测断面/与周边位移量测断面一致4拱脚下沉量测断面/仅软弱破碎围岩段设置5地表下沉量测断面6~8以实际布设断面为准6中隔墙位移、内力监测断面/以实际布设断面为准7围岩压力监测断面6典型断面布设8两层支护间压力监测断面6与围岩压力监测断面一致9钢拱架内力监测断面6典型断面布设10喷射砼应力监测断面6与钢拱架内力监测断面一致11围岩内部位移监测断面/以实际布设断面为准12锚杆轴力监测根120暂估数量，按实际围岩类别调整3监控量测方法3.1量测总体流程隧道监控量测遵循“方案编制→测点布设→初始值采集→日常量测→数据处理→分析预警→反馈优化→停工整改（必要时）”的流程，具体如下：隧道设计→监控量测实施方案编制→现场调查与资料调研→隧道施工→测点布设与保护→初始值采集→按频率日常量测→数据预处理与分析→工程安全性评价（结合判定基准、经验类比、理论分析）→安全满足要求→继续施工并动态优化参数；安全不满足要求→启动预警机制→采取工程对策（调整施工工法、加强支护等）→重新量测评价。3.2洞内外观察洞内外观察是隧道监控量测的基础工作，通过直观判断与记录，为后续量测数据解读和施工决策提供依据。3.2.1观察目的预测开挖面前方地质条件，提前规避不良地质风险；为判断围岩及隧道结构稳定性提供第一手地质依据；分析支护结构工作状态，验证支护设计可靠性。3.2.2洞内观察洞内观察分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分，确保覆盖施工全过程。开挖工作面观察：每次开挖后立即进行，每天至少1次，内容包括：岩质种类、分布及岩性特征（颜色、成分、结构构造）；地层时代归属及产状；节理裂隙发育情况（组数、间距、规模、产状、充填物）；断层性质、产状、破碎带宽度及特征；地下水类型、涌水量大小及涌水位置；工作面稳定状态（顶板有无剥落、侧壁有无坍塌迹象）。地质条件无重大变化时可按天记录，若发现地质恶化（如涌水量突增、围岩坍塌迹象），需立即记录并上报。已施工区段观察：每天至少1次，重点关注支护结构状态：喷射混凝土：有无裂隙、剥离、剪切破坏；锚杆：有无被拉脱、垫板陷入围岩现象；钢拱架：有无压屈、变形；底板：有无底鼓现象；施工质量：支护结构外观尺寸、连接质量是否符合要求。3.2.3洞外观察洞外观察聚焦洞口及浅埋段周边环境，内容包括：地表沉陷：监测断面内测点沉降情况；边坡及仰坡稳定：有无裂缝、滑移、坍塌迹象；地表水渗透：地表水体分布及向隧道内渗透情况；周边建（构）筑物：有无裂缝、变形等受影响迹象。3.3地表下沉量测地表下沉量测主要针对浅埋隧道，实时掌握隧道施工对地表的影响，防范地表塌陷风险。3.3.1量测仪器采用高精度全站仪（精度不低于1mm+1.5ppm），作业前按规范要求完成仪器检校，确保量测数据准确可靠。3.3.2测点布置布设时机：隧道开挖前完成测点埋设，确保初始状态稳定；断面布置：与洞内周边位移、拱顶下沉量测断面一一对应，布置在进出口V级围岩、Ⅳ级围岩浅埋段，纵向间距5~10m；测点构造：采用φ16mm、长1m的钢筋，距一端10cm处焊接8cm×8cm正方形铁片，铁片粘贴反光贴；埋设方法：现场定位后，钻直径20mm、深度60cm的孔，孔内填入水泥砂浆，插入测点钢筋50cm，用水泥砂浆封锚保护，确保测点牢固稳定。3.3.3量测方法采用全站仪高程传递法，通过测量测点与基准点的相对高差变化计算沉降量，公式如下：ΔUi=Ui-Ui-1式中：ΔUi为第i次测得的沉降值（mm）；Ui为第i次测得测点与基准点的高差（mm）；Ui-1为第i-1次测得测点与基准点的高差（mm）。3.3.4量测频率量测频率结合测点距开挖面距离和位移速度综合确定，具体如下：监测断面距开挖面距离（m）量测频率位移速度（mm/d）量测频率（0~1）B2次/d≥52次/d（1~2）B1~2次/d1~51次/d（2~5）B1次/2d0.5~11次/2~3d＞5B1次/7d0.2~0.51次/3d--＜0.21次/7d注：B为隧道开挖宽度（m）。3.3.5数据处理与分析数据预处理：检查外业观测记录，剔除粗差，确保数据满足规范精度要求；成果绘制：以观测时间为横坐标，累计沉降值为纵坐标，绘制沉降过程线，直观反映沉降趋势、规律及幅度；沉降预测：通过对沉降过程线拟合分析，预测最终沉降量，判断地表沉降是否稳定。3.4拱顶下沉及周边位移量测拱顶下沉及周边位移是反映隧道净空变形的核心指标，直接关系隧道结构安全，量测需及时、准确。3.4.1量测仪器拱顶下沉：高精度全站仪（精度不低于1mm+1.5ppm）、测点元件（钢筋+反光贴或膨胀螺栓钩+反光贴）；周边位移：数显式收敛计（精度0.01mm），当施工干扰导致收敛计测量困难时，采用高精度全站仪进行非接触量测。3.4.2测点布置断面间距：Ⅲ级围岩50m，Ⅳ级围岩20m，Ⅴ级围岩10m，围岩变形较大处、岩层变化处及涌水段适当加密，各类围岩起始地段增设1~2个断面；拱顶下沉测点：布置在隧道拱顶中心位置，采用钻孔预埋或膨胀螺栓固定，钻孔预埋时，钢筋直径16mm、长度32cm，埋设深度26cm，外露6cm，外露端焊接6cm×6cm正方形铁片并粘贴反光贴；周边位移测线：根据隧道断面形状和施工工法合理布设，台阶法开挖可布设拱顶-拱腰、拱腰-边墙、边墙-边墙等测线，中隔壁法开挖需增加中隔墙相关测线，测线两端埋设收敛预埋件，确保与测线轴线重合。3.4.3量测方法拱顶下沉：采用全站仪高程传递法，在稳定地段设置基准点，通过测量测点与基准点的相对高程变化，计算累计沉降量及沉降速率，相比水准仪测量，具有效率高、对施工干扰小的优势；周边位移：收敛计测量：将收敛计两端挂钩与预埋件连接，张紧钢尺后读数，计算两测点间距离变化，与初始值对比得到净空收敛值；全站仪非接触测量：在稳定站点架设全站仪，测量测线两端测点的平面坐标，通过坐标计算距离变化，适用于施工干扰大的场景；初始值采集：测点埋设后12h内读取初始值，最迟不超过24h，且在下一循环开挖前完成，至少采集3次准确测值，取平均值作为初始值。3.4.4量测频率量测频率根据位移速度确定，具体如下：位移速度（mm/d）量测频率≥52~3次/d1~51次/d0.5~11次/2~3d0.2~0.51次/3d＜0.21次/7d3.5拱脚下沉量测拱脚下沉量测主要针对软弱破碎围岩、软岩大变形或特殊性岩土地段，防范拱脚失稳导致的支护结构破坏。3.5.1量测仪器采用高精度全站仪（精度不低于1mm+1.5ppm），测点采用膨胀螺栓+反光贴固定在拱脚位置。3.5.2量测方法采用全站仪高程传递法，在稳定基准点与拱脚测点间建立高程联系，通过多次测量获取测点高程变化，计算累计沉降量及沉降速率，数据处理与拱顶下沉量测一致，绘制沉降过程线并预测最终沉降。3.5.3量测频率与拱顶下沉量测频率一致，位移速度≥5mm/d时2~3次/d，随着位移速度降低逐步降低频率。3.6中隔墙位移及内应力监测中隔墙位移及内应力监测适用于小净距隧道CD法施工及连拱隧道，重点监测左右洞掌子面错动段的结构响应。3.6.1中隔墙位移量测测点布置：在中隔墙上关键部位（如拱顶、拱腰、边墙对应位置）固定专用反光贴片；量测方法：在洞内稳定位置设置固定站点（埋设钢筋头标记），洞外或洞口设置后视点建立坐标系，每次测量测点平面坐标，通过坐标变化计算位移量；预警标准：中隔墙偏移量达到1%时视为危险状态，需加强监控并采取加固措施。3.6.2中隔墙内应力监测量测仪器：钢弦式钢筋计；测点布置：在代表性断面的中隔墙主筋上布置，每个断面布置4个测点，成对布置在主筋内外侧；埋设方法：采用串联法，将钢筋计与被测主筋焊接连接，确保钢筋计轴线与主筋轴线一致，焊接时采取洒水降温措施，避免传感器损坏；数据采集：采用频率仪测量钢筋计振动频率，根据厂家提供的标定函数（轴力与频率关系）计算轴力值。3.7围岩内部位移量测围岩内部位移量测用于判断围岩径向松弛范围，为锚杆长度优化提供依据。3.7.1量测仪器采用多点位移计（单点、多点杆式或钢丝式）。3.7.2测点布置断面间距：典型地段50m一个断面，尽量与锚杆或周边位移测点邻近；测点布置：每个断面5个测点，分别位于拱顶、左右拱腰、左右边墙位置。3.7.3埋设与量测方法钻孔：按多点位移计要求钻设钻孔，开孔直径φ150mm，钻至60cm后改用φ90~110mm钻头在孔底中心开孔；埋设：将拼装好的位移计插入钻孔，用干硬性水泥砂浆固结孔口定位体，通过灌浆管进行孔内灌浆，待砂浆固结后开始读数；数据采集：定期测量各深度测点的位移值，记录不同时间的位移数据。3.7.4数据处理绘制各测点位移-时间关系曲线；绘制不同时间位移-深度关系曲线，分析围岩松弛范围及变形规律。3.8围岩压力及两层支护间压力量测围岩压力及两层支护间压力量测用于评估围岩与支护结构的受力传递关系，验证支护设计合理性。3.8.1量测仪器采用钢弦式压力盒。3.8.2测点布置断面选择：布置在隧道洞口、围岩分级界面、断层破裂带等典型断面，共6个断面；测点布置：每个断面5个测点，分别位于拱顶、左右拱腰、左右边墙，压力盒工作面与支护结构接触面齐平。3.8.3埋设方法围岩压力测点：在初期支护喷射混凝土施工前，将压力盒固定在围岩表面，压力盒周围包裹1~2mm厚橡胶圈，避免横向力干扰，确保压力盒与围岩紧密接触；两层支护间压力测点：在初期支护完成后、二次衬砌施工前，将压力盒固定在初期支护表面，确保与二次衬砌紧密贴合；防护措施：埋设后做好线缆保护，避免施工机械损坏。3.8.4量测频率量测阶段量测频率1~15天1次/d16天~1个月1次/2d1~3个月2次/周3个月以上2次/月3.8.5数据处理根据压力盒初始频率和实测频率，利用厂家提供的标定公式计算压力值，公式如下：X=k×(f²-f₀²)+A式中：X为围岩压力或两层支护间压力（MPa）；f为实测频率（Hz）；f₀为初始频率（Hz）；k为仪器出厂系数（MPa/Hz²）；A为截矩（MPa）。3.9钢拱架内力监测钢拱架内力监测用于掌握钢拱架受力状态，保障支护结构强度满足要求。3.9.1量测仪器采用钢弦式钢筋计。3.9.2测点布置断面选择：代表性地段6个断面，涵盖不同围岩级别及施工工法段落；测点布置：每个断面5个测点，分别位于拱顶、左右拱腰、左右边墙，成对布置在钢拱架内外侧，与拱架主筋焊接连接。3.9.3埋设方法采用串联法将钢筋计与钢拱架主筋焊接，确保钢筋计轴线与主筋轴线一致，焊接时洒水降温，避免传感器因高温损坏，线缆沿拱架绑扎固定，引至安全位置保护。3.9.4量测频率与围岩压力量测频率一致。3.9.5数据处理根据钢筋计实测频率与初始频率，利用标定曲线计算轴力值，绘制钢架内力-时间曲线和内力-开挖面距离曲线，按钢材容许应力和应力变化速率判定钢架安全性。3.10锚杆轴力量测锚杆轴力量测用于评估锚杆受力效果，优化锚杆设计参数。3.10.1量测仪器采用钢弦式锚杆应力计。3.10.2测点布置断面选择：每类围岩选择1个代表性断面；测点布置：每个断面布置6根量测锚杆，分别位于拱顶、左右拱腰、左右边墙。3.10.3埋设方法将钢弦式应力计安装在锚杆加粗段或专用钢管内，与锚杆焊接组成量测锚杆，按设计角度和深度钻孔埋设，线缆引至洞内侧壁保护。3.10.4量测频率与钢拱架内力监测频率一致。3.10.5数据处理通过频率仪测量应力计振动频率，利用标定曲线将频率信号转换为锚杆轴力，绘制锚杆轴力分布图和轴力-时间曲线，分析不同深度锚杆受力变化趋势，判断围岩变形发展状态。4监控量测重点及测点保护4.1量测重点管控断面间距控制：严格按围岩级别执行，V级围岩≤10m，Ⅳ级围岩≤20m，Ⅲ级围岩≤50m，不得随意加大间距，变形大处及特殊地段必须加密；量测频次执行：按位移速度和距开挖面距离双重控制，确保数据能准确反映变形趋势，不得擅自降低频率；浅埋偏压地段：必须设置地表监测网点，全面监测地表沉降及边坡稳定，及时预警地表塌陷风险；数据实时分析：每天对量测数据进行整理分析，绘制变化曲线，判断围岩及支护结构稳定性，及时反馈至施工决策。4.2测点保护措施测点保护是保证量测数据连续性的关键，需从布设、标识、防护等多方面落实：洞内测点防护：拱顶位移、周边位移测点安装完成后，设置防护装置（如钢筋防护罩），避免施工机械碰撞；测点周边粘贴反光贴和醒目标识牌，注明测点编号、布设日期，提醒施工人员注意保护；若测点被意外破坏，需在24h内重新布设，确保数据连续性；传感器保护：钢筋计、压力盒等内置传感器埋设时，严格按操作规程施工，焊接时采取降温措施，避免传感器损坏；传感器线缆沿支护结构绑扎固定，引至安全位置（如边墙预留槽），做好防水、防砸保护；地表测点防护：地表测点周围设置防护围栏，避免行人、车辆碾压；测点标识牌清晰醒目，注明测点用途及保护要求。5监控量测控制标准及预警管理5.1控制基准制定原则监控量测控制基准（允许位移值Ut）结合设计文件、现行规范、类似工程经验确定，采用三级管理标准，确保施工安全可控：Ⅲ级管理（U0＜Ut/3）：围岩稳定，可正常施工，持续监测即可；Ⅱ级管理（Ut/3≤U0≤2Ut/3）：围岩变形偏大，需密切关注动态，加强量测频率，必要时加强支护；Ⅰ级管理（U0＞2Ut/3）：围岩变形显著，立即停止掘进，采取特殊加固措施。式中：U0为实测位移值；Ut为允许位移值。5.2主要项目控制标准5.2.1地表下沉控制标准允许沉降值：V级围岩浅埋段≤30mm，Ⅳ级围岩浅埋段≤20mm，Ⅲ级围岩浅埋段≤10mm；预警分级：预警状态（U0=Ut/3）：通知项目部关注，加强量测频率；报警状态（U0=2Ut/3）：立即停止施工，采取加固措施（如地表注浆、加强洞内支护），密切监测变形发展。5.2.2拱顶下沉及周边位移控制标准允许位移值：周边位移：V级围岩≤50mm，Ⅳ级围岩≤30mm，Ⅲ级围岩≤20mm；拱顶下沉：V级围岩≤30mm，Ⅳ级围岩≤20mm，Ⅲ级围岩≤10mm；位移速率控制（依据JTG/T3660-2020规范）：速率＞1.0mm/d或累计位移＞10mm：围岩急剧变形，立即加强初期支护；速率0.2~1.0mm/d：加强观测，做好加固准备；速率＜0.2mm/d：围岩基本稳定，可按计划施工；预警分级：与地表下沉预警分级一致，达到报警状态时停止施工，采取加固措施。5.2.3其他项目控制标准中隔墙位移：偏移量≤1%，超过时立即预警；中隔墙内力：不得超过钢材容许应力的80%；钢架内力：不得超过钢材容许应力的85%；锚杆轴力：不得超过锚杆设计承载力的90%。5.3数据处理与分析5.3.1数据处理流程数据采集：按频率完成量测，记录原始数据（初始值、本次值、测量时间、天气情况等）；数据预处理：剔除粗差，校验数据有效性，确保符合量测精度要求；成果计算：计算单次位移增量、累计位移量、位移速率；曲线绘制：绘制位移-时间曲线、位移速率-时间曲线、位移-距开挖面距离曲线；回归分析：对位移-时间曲线进行回归拟合（如指数函数、对数函数拟合），预测最终位移量；稳定性判断：当周边位移速度0.1~0.2mm/d、拱顶位移速度＜0.1mm/d时，围岩基本稳定（深埋段）；浅埋段及洞口段二次衬砌需及时施工，不得等待变形稳定。5.3.2分析报告编制当日报表：当天量测数据处理完成后提交，内容包括测点编号、初始值、本次值、增量值、累计值、位移速率、天气情况、测试人员等，报送工程管理部及监理单位；周报表：每周汇总量测数据，分析变形趋势，评价施工安全性，结合工程例会提交；月报表：每月编制阶段分析报告，总结量测数据变化规律，评价设计及施工合理性，提出后续优化建议，月末30日前报送监理工程师；专项报告：针对特殊地段（如断层破碎带、大变形段）或预警事件，编制专项分析报告，提出针对性处理措施。5.4预警分级管理及处置措施5.4.1预警分级Ⅲ级预警：实测值U0＜Ut/3，围岩稳定；Ⅱ级预警：Ut/3≤U0≤2Ut/3，围岩变形偏大；Ⅰ级预警：U0＞2Ut/3，围岩变形显著。5.4.2责任分工Ⅲ级预警：责任人（工区总工），负责审核日