任务二：必测量测项目监测

任务二：必测量测项目监测《隧道施工与检测技术》任务二：必测量测项目监测内容概要本节课主要介绍隧道施工监控量测必测项目的名称、内容、检测方法和要求。教学目标知道隧道施工监控量测必测项目的名称；掌握隧道施工监控量测必测项目的内容、检测方法和要求。重点学习任务掌握必测项目的项目、内容、检测方法及要求。主要学习活动设计必测量测项目包括：洞内外观察、拱顶下沉量测、周边收敛量测、地表沉降观测，见表10-1。表10-1隧道现场监控量测必测项目及量测方法注：B为隧道开挖宽度；h为隧道埋深。1.观察目的

在隧道勘察设计阶段，地质勘探工作很难提供完全准确的地质资料。因此，特别需要在施工过程中对隧道围岩开挖揭露的地质情况、地下水出露情况、支护工作状态进行观察并描述，同时还需对隧道开挖影响范围的地表及周边地段情况进行观察、观测，了解并预测其变化。(1)预测开挖面前方的地质条件；(2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据；(3)根据喷层表面状况及锚杆的工作状况，分析支护结构的可靠程度。一.洞内外观察一.洞内外观察2.观察内容1)掌子面观察(1)岩性、岩层产状。(2)地层结构面(节理、裂隙)形态、规模、产状及充填物。(3)不良地质(溶洞、断层、采空区、有害气体等)揭露情况。(4)地下水类型、涌水量涌水位置、涌水压力等。(5)开挖工作面的稳定状态坍塌、掉块、明显变形、挤出等。一.洞内外观察2.观察内容2)支护状态及施工状态观察(1)开挖方法，台阶长度、高度、宽度。(2)初期支护、二次衬砌、仰拱衬砌施作时机、一次开挖长度、距开挖面的距离。(3)初期支护、二次衬砌开裂及渗水情况(位置、状态、水量等)。(4)钢拱架有无悬空及悬空长度、钢拱压曲、歪斜。(5)仰拱衬砌底鼓、开裂、渗水现象。(6)施工中存在的其他缺陷一.洞内外观察2.观察内容3)洞外观察(1)地表开裂、滑移、沉陷。(2)边坡仰坡开裂、滑塌、碎落、渗水。(3)地面植物、树木倾斜和移动。(4)地表水水流变化。一.洞内外观察3.观察方法

主要为目视调查，并借助地质罗盘、地质锤、手电、放大镜、卷尺、秒表、相机等工具和设备进行，并详细记录和描绘。。4.观察频率

隧道洞内掌子面一般每开挖循环做一次，下台阶和仰拱每开挖循环检查一次；初期支护、二次衬砌巡查每天一次；洞外观察与地表沉降观测一致，当遇天气变化特别是极端天气情况时应实时观察。一.洞内外观察5.目测观察中围岩的破坏形态分析

（1）危险性不大的破坏

构筑仰拱后，在拱肩部出现的剪切破坏，一般都进展缓慢，危险性不大，特别是当拱肩部的剪切破坏面上有锚杆穿过时，因锚杆的抵抗作用，更不会发生急剧破坏。

（2）危险性较大的破坏

在没有构筑仰拱的情况下，当隧道净空位移速率较大且位移变化量极大时，拱顶喷射混凝土因受弯曲压缩而产生的裂隙常常进展急剧，时常伴有混凝土碎片剥落，隧道内有异常响动，岩尘飞扬，漏水量突然加大等，是一种危险性较大的破坏。一.洞内外观察5.目测观察中围岩的破坏形态分析

（3）塌方征兆的破坏

拱顶喷混凝土层出现对称的、可能向下滑落的剪切破坏的现象时，或侧墙发生向内侧滑动的剪切破坏，并伴有底鼓现象时，这两种情况都会引起塌方事故。

开挖后目测到的地质情况与开挖前勘测结果有很大不同时，则应根据目测的情况重新修改设计方案。二.周边收敛量测

隧道内壁面两点连线方向的位移之和称为“收敛”，此项量测称“收敛量测”。收敛值为两次量测的距离之差。

收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目，收敛值是最基本的量测数据。通过周边位移量测可以达到以下目的：①判断隧道空间的稳定性；

②根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机；

③指导现场的施工。二.周边收敛量测

1.量测仪器

隧道周边收敛量测是在隧道两侧壁面对称埋设测桩，用收敛计进行量测。在开挖后的洞壁上及时安设测点，用收敛计量测两测点间的距离，两次测定的距离之差为该时段的收敛值(周边位移值)。根据洞壁收敛值或位移速率，可判断围岩与支护是否稳定。

图10-1周边收敛量测图二.周边收敛量测

2.测点布置

周边位移量测沿隧道纵向每5~50m布置一个量测断面，量测断面间距应保证沿隧道轴线每类围岩至少一个量测断面。对于洞口段、浅埋地段、软弱地层段、大变形段，断面布置间距一般不大于2倍开挖洞径或20m。地质条件差或重要工程，应加密布设。周边收敛量测断面和拱顶下沉量测断面应布置在同一断面(桩号)。二.周边收敛量测

2.测点布置

每个量测断面，一般布置两条水平测线，如图10-2所示。三台阶法开挖时，上台阶1条、下台阶1条；三台阶法开挖的隧道，单洞四车道隧道，需设3条测线，每台阶至少一条测线；侧壁导坑开挖、双侧壁导坑开挖时，在导坑内按同样的方法布设测线。测线应高出开挖底面不小于1.5m图10-2周边收敛测线布置图二.周边收敛量测

2.测点布置二.周边收敛量测

3.测点埋设

隧道开挖初期数据变化较大，测点要及时埋设，要求在距开挖面2m范围内、开挖后24h内埋设，在下一循环开挖或爆破前能读取初始读数。

隧道开挖初喷后，在测线布置位置钻直径42mm、深300mm的孔，埋入测桩，测桩杆长≥300mm，用锚固剂将测桩锚固在钻孔内(测桩不能焊在钢拱架上)，测桩外露头需加保护套，如图10-3所示。二.周边收敛量测

3.测点埋设

每条测线两端各一个。喷射混凝土复喷时不要把保护套覆盖，可在喷射混凝土前用易凿除的填充物保护测头，待喷射混凝土复喷完成后，凿除覆盖喷层和保护填充物，漏出测头，并用红色油漆做好标记。记录测点埋设桩号、测点编号和埋设时间。图10-3周边收敛测桩埋设图二.周边收敛量测

3.测点埋设

二.周边收敛量测

4.测取读数方法

不同的收敛计有不同的使用方法，下面介绍重锤式收敛计读数测取方法。每次量测时将收敛仪固定在隧道边墙一侧的测桩上，拉出收敛仪上钢卷尺固定在隧道另一侧同一高度的测桩上，安装好收敛仪后，记录钢卷尺读数。挂上平衡重锤慢慢放下，待稳定后读取百分表读数，再抬起平衡重锤让百分表读数回位，然后慢慢放下重锤，待稳定后读取百分表读数，反复3次，3组读数在现场分别填入记录表，并记录仪器编号、断面桩号、测线编号，测量人、记录人、量测日期签署齐全。每条测线分别重复进行。

注意，某一量测断面每次量测都使用同一收敛仪量测，以避免不同仪器出现的量测误差。二.周边收敛量测

5.量测频率

待固定测桩的锚固剂强度达到70%以后即可测取初始读数，并将读数填入现场量测记录表。此后量测频率除满足表10-1的基本要求外，还应根据围岩位移变化速度和量测断面距开挖面距离按表10-2和表10-3要求进行，并应满足最低量测频率要求。当量测断面施工状况发生变化时（如下台阶开挖、仰拱开挖），应增加量测频率。二.周边收敛量测表10-3净空位移和拱顶下沉的量测频率(按与开挖面的距A)表10-2净空位移和拱顶下沉的量测频率(按位移速度）注:b为隧道开挖宽度。二.周边收敛量测

6.数据整理及计算(1）每次测量后12h之内，应室内对所量测的数据进行整理和分析。(2）每条测线每次测取的3组读数，计算平均值作为本条测线本次的净空值。

（3）计算周边收敛值。

根据每次测得的净空与上次测得净空值的差，得到两次净空值的变化，即为两次量测时间段内的周边收敛值，按式（10-1)计算：二.周边收敛量测

△d=d(i)-d(i-1)(式10-1)式中：△d—收敛值；d(i)—本次测取读数；d(i-1)—上次测取读数。二.周边收敛量测

(4)温度修正。

当隧道内温度变化较大时应对钢尺进行温度修正，按下式计算：ɛ1=ɑ(To-T)L(式10-2)

式中：ɛ1

—温度修正值；ɑ—钢尺线膨胀系数；To—鉴定钢尺的标准温变，To=20℃，也可是洞内常温下的鉴定钢尺；T—每次重测时的平均气温；L——钢尺长度。二.周边收敛量测

(5）绘制时间一变形曲线图

根据计算结果，绘制时间—周边收敛曲线。计算过程可编程用计算机完成，并自动生成时间—周边收敛曲线图。三、拱顶下沉量测

1.量测仪器

精密水准仪量测、塔尺，量测精度为±0.5mm。

2.测点布置

拱顶下沉量测断面布置与周边收敛量测断面布置相同。在每个量测断面的隧道拱顶布设1~3个测点，测点横向间距2~3m，如图10-4所示。。

图10-4单洞隧道拱顶下沉测线布置图三、拱顶下沉量测

3.测点埋设

和周边收敛量测—样，测点要及时埋设，要求在距开挖面2m范围内、开挖后24h内埋设，在下一循环开挖或爆破前读取初始读数。

隧道围岩开挖初喷后，在测点位置垂直向上钻孔，孔深300mm、孔径42mm。用锚固剂将带有挂钩的测桩锚在钻孔内，挂钩向下外露，如图10-5所示。挂钩可用d8钢筋，弯成圆形或三角形，并用红色油漆做好标记。记录测点埋设桩号、测点编号和埋设时间。。

图10-5单洞隧道拱顶下沉测线布置图三、拱顶下沉量测

4.基点埋设

用水准仪量测拱顶下沉时，需另外埋设稳定的观测基点，基点埋设时间应在测点埋设之前完成。基点应选择通视条件好、地基稳定不变形、监测期间不被扰动和破坏的坚硬岩石或构造物上，一般是在距被测断面以外20m远的距离。基点应打孔埋设测桩。孔深100~200mm、孔径38~42mm。测桩钢筋直径为18~22mm，竖向埋设，上端露头小于50mm，外露头磨圆。记录测点埋设时间。洞内基点可设在已完成的稳定的衬砌边墙或基础上。三、拱顶下沉量测

5.测取读数方法

每次量测时在后方基点立塔尺或铟钢尺，读取基点(后视)读数，再将钢卷尺或(塔尺)吊挂在拱顶挂钩上，在钢卷尺或(塔尺)基本不摆动的状态下通过精密水准仪测取(前视)读数。每次测取读数填入记录表，多个拱顶测点尽可能使用同基点

，并一站完成。6.量测频率

拱顶下沉量测频率与周边收敛量测频率相同。三、拱顶下沉量测

7.数据整理及计算(1)每次测量后12h之内，应室内对所量测的数据进行整理和分析。(2)计算拱顶下沉值。

设基点高程为h0，前一次后视点(基点)读数为A1，前视点(拱顶测点)读数为B1，当次后视点读数为A2，前视点读数为B2。三、拱顶下沉量测

7.数据整理及计算前一次拱顶高程为：h1=h0+A1+B1(式10-3)当次拱顶高程为：h2=h0+A2+B2(式10-4)拱顶位移值：△h=h2-h1=(A2+B2)-(A1+B1)(式10-5)

计算结果：若△h<0,则拱顶下沉；若△h>0,则拱顶上移。三、拱顶下沉量测

7.数据整理及计算

(3)绘制时间—变形曲线图。

根据计算结果，绘制时间—拱顶下沉曲线。计算过程可编程用计算机完成，并自动生成时时间—拱顶下沉曲线图。四、地表沉降量测

地表下沉量测是为了观测隧道通过地段的地表下沉量和下沉范围；地表有建筑物时还包括观测建筑物下沉变形情况，同时了解随隧道开挖掘进与地表下沉的动态关系。1.量测仪器

水准仪或精密水准仪，塔尺，量测精度为±1mm。。

四、地表沉降量测2.测点布置

地面观测测点布置在隧道上方隧道开挖可能引起地表沉降的区域。量测断面尽可能与隧道轴线垂直，根据地表纵向坡度确定地表量测断面数量，一般不少于3个，断面间距5~10m。地表纵向坡度较陡时，断面布置间距小、数量少；地表纵向坡度较缓时，断面布置间距大、数量多。量测断面宜与洞内周边收敛和拱顶下沉量测布置在同一个断面(桩号)。

四、地表沉降量测2.测点布置

单洞隧道每个量测断面的测点不少于5个，连拱隧道每个量测断面测点不少于7个，量测断面测点布置如图10-6所示。横向布置间距为2~5m，一般布置7~11个测点，隧道中线附近较密。小净距隧道、四车道大断面隧道，根据情况适当加密。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。。

四、地表沉降量测2.测点布置

a)单洞隧道地表测点布置图b)连拱隧道地表测点布置图图10-6地表下沉测点布置图四、地表沉降量测3.基点埋设

基点应选择在隧道开挖影响范围以外，通视条件好、基础稳定、抗自然灾害强的位置。基点在整个地表观测期间不移动、不变形、不被破坏。在稳定性好、强度高、不易风化的裸露基岩上埋设基点时，可在基岩上钻孔，孔深100~200mm、孔径38~42mm。埋入直径为18~22mm的钢筋，竖向埋设，钢筋露头50mm，磨圆，用红油漆作明显标记。在土质区域，应在不被人畜踩踏、水流冲刷的位置设基点，需挖坑(深度不小于300mm，直径不小于400mm)，插入长500m、直径为22mm的钢筋、周边灌注C20混凝土，钢筋露头5mm，磨圆、用红油漆作明显标记。基点埋设后应记录埋设时间。

四、地表沉降量测4.测点埋设

测点埋设要求与基点埋设要求相同。基点和测点的埋设时机应在隧道开挖到达量测断面前1~3倍隧道开挖跨度距离前完成，洞口段应在开挖进洞前完成。记录测点埋设桩号、测点编号和埋设时间。

图10-7下沉测点构造四、地