隧道围岩监控量测方案(全面)

1、目 录1 工程概况12 监控量测的目的和作用12.1 监控量测的目的12.2 监控量测的作用13 监控量测的依据及工作量23.1 监控量测依据23.2 量测范围及数量24 监控量测实施24.1 监控量测的人员配置24.2 监控量测仪器、工具34.3 监控量测的实施34.3.1 量测断面的布置34.3.2 量测测点的布置44.3.3 量测频率74.3.4 监控量测流程84.3.5 监控量测方法和步骤94.3.5 监控量测记录124.3.6 监控量测数据的整理和分析124.3.7 监控量测信息反馈及工程对策145 监测注意事项156 安全事项161 工程概况2 监控量测的目的和作用2.1 监控量测

2、的目的监控量测是隧道施工过程中，对围岩和支护系统的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据，把量测的数据经整理和分析得到的信息及时反馈到设计和施工中，进一步优化设计和施工方案，以达到安全、经济、快速的目的，围岩量测是施工管理中的一个重要环节，同时也是施工安全和质量的保障。2.2 监控量测的作用通过监控量测可以了解围岩、支护变形情况，以便及时调整和修正支护参数，保证围岩稳定和施工安全；提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定二次衬砌的施作时间；依据量测资料采取相应措施，在保证施工安全的前提下加快施工进度；积累量测数据资料，提高施工技术水平。3 监控量测的依据及工作量3.1 监控

3、量测依据铁路隧道监控量测技术规程（TB101212007）铁路隧道喷锚构筑法技术规范（TB101082002）3.2 量测范围及数量隧道进口标段共布置量测断面2283个，布置测点9773个（含地表下沉测点1140个，隧底隆起测点134个），详见表3-1。隧道进口标段监控量测范围及测点数量 表31量测部位长度（m）量测断面（个）测点（个）正洞3293216596735平导181278250平导扩挖181278250斜井9916.754081398地表900601140合计228397734 监控量测实施4.1 监控量测仪器、工具量测仪器、工具一览表 表41名称型号数量精度用途精密水准仪AT-G2

4、2台S1地表沉降拱顶下沉隧底隆起水准铟钢尺2m2对0.05mm钢尺30m2把0.1mm全站仪TCA12011台测角1；测距1mm+1.5ppm水平收敛水平收敛仪15m2台0.01mm人字扶梯4m4架数码相机Sony4部500万像素洞内、外观察地质罗盘7台4.2 监控量测的实施本隧道进口标段以洞内外观察、水平收敛量测、拱顶下沉量测、洞身浅埋段地表下沉量测为必测项目，断层破碎带（主要为F2、F2-1断层）隧底上鼓量测视现场施工实际情况进一步确定。4.3.1 量测断面的布置根据铁路隧道喷锚构筑法技术规范（TB101082002）及铁路隧道监控量测技术规程（TB101212007）要求以及本隧道的实际

5、情况，对量测断面间距按以下原则布置：洞内测点：级围岩地段5m，级围岩10m，级围岩地段20m，级围岩地段40m，级围岩地段100m；量测断面间距可根据围岩段落长度适当进行调整，但每种岩层至少设一个量测断面。地表沉降点：DK280+550DK281+000及DyK280+550DyK281+000段每15m设置一处地表沉降测点，地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。隧道量测断面间距布置详见表42。表42 量测断面间距围岩级别断面间距（m）正洞平导斜井地表100100100102040404020202010101055（砂层）54.3.2 量测测点的布置量测断面测点的布置个数应根据施工方

6、法确定，全断面法施工地段每个量测断面处设置一个拱顶下沉测点及两个水平净空收敛测点（详见图4-1）；两台阶法施工地段每个量测断面处设置一个拱顶下沉测点，四个水平净空收敛测点（详见图4-2）；三台阶法施工地段每个量测断面处设置一个拱顶下沉测点，六个水平净空收敛测点（详见图4-3）。图41 全断面法施工段拱顶下沉及净空量测的测线布置示意图图42 两台阶法施工段拱顶下沉及净空量测的测线布置示意图图43 三台阶法施工段拱顶下沉及净空量测的测线布置示意图地表沉降测点布置范围为隧道中线左、右侧各30m范围，每个量测断面共布置17个监控测点及2个基准点，测点间距按以下原则布置：隧道中线处设置一测点，然后自中线

7、开始依次按3m、3m、3m、4m、4m、4m、4m、5m的间距向左、右侧布置（详见图4-4）。图44 地表沉降横向测点布置示意图隧道量测测点布置数量见表4-34-5所示。 正洞及平导扩挖量测断面测点数 表43围岩级别每断面测点数量水平测线水平收敛测点拱顶下沉测点121121121241241（砂层）361 平导量测断面测点数 表44围岩级别每断面测点数量水平测线水平收敛测点拱顶下沉测点121121121241 斜井量测断面测点数 表45围岩级别每断面测点数量水平测线水平收敛测点拱顶下沉测点1211211212412414.3.3 量测频率（1）洞内、外观察洞内观察分为开挖工作面观察和初期支护状

8、况观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行,地质情况基本无变化时,可每天进行一次.对初期支护的观察也应每天至少进行一次,观察内容包括喷射混凝土,锚杆,钢架的状况。洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透、地表沉陷等观察。（2）净空水平收敛量测和拱顶下沉量测净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表4-5及表4-6确定。实际量测频率应从由位移速度决定的监控量测频率（表4-6）和由开挖面的距离决定的监控量测频率（表4-7）之中选择较高的一个量测频率。当地质条件复杂、下沉量大时，除量测拱顶下沉时，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。按距开挖面距离确定

9、的监控量测频率 表46量测断面距开挖工作面距离（m）量测频率（01）B2次d(12)B1次d(25)B1次23d5B1次7d 按位移速度确定的监控量测频率 表47变形速度(mm/d)量测频率52次d151次d0.511次23d0.20.51次3d0.21次7d4.3.4 监控量测流程超前地质预测预报开 挖地质素描初期支护洞内外观察埋入观测预埋件初读数拱顶下沉、净空收敛等按设计频率量测数据整理和回归分析变形曲线出现反常围岩变形趋于稳定建议加强支护施作二次衬砌4.3.5 监控量测方法和步骤（1）洞内、外观察洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。开挖面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖

10、工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘察资料对比。已施工地段，应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏及地表沉陷等情况。（2）净空水平收敛量测净空水平收敛量测采用收敛计或全站仪进行，隧道开挖后按要求迅速安装收敛桩并编号，初始读数应在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前获得初读数。测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。A 收敛计量测 收敛量测元件：如下图所示，挂钩用直径6mm的圆钢做成等边三角形或圆圈。 当收敛计在处于测试状态的

11、时候，一定要使仪器的弹簧处于正常的受拉变形状态之下，而不是在受压迫性或非正常受拉的状态之下，每次量测务必读三次数，然后取平均值作为最后的数值。注意在每次量测之前，务必认真对所使用的收敛计进行检查，查看每个构件是否发生了松动或者变形，如发现仪器损坏，立即进行更换。另外，还需要对温度计进行检查，看是否准确。收敛量测元件的埋设也是保证量测精度的关键。元件不要焊接到钢构件上，要牢固地预埋在围岩中。B 全站仪量测作为观测围岩净空位移量测技术的全站仪遥测技术 ,其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定量测点位不同时段相对的三维坐标 ,将测量数据输入计算机通过软件后进行处理 ,最后输出监测成果 ,准确、快速

12、地为施工提供数据参考。全站仪围岩净空位移量测示意如下图。 贴片安装根据规范和有关要求及围岩条件、开挖方法等确定围岩净空位移量测断面的位置及间距，以及每个断面的基线布置形式。贴片安装：对于完整性较好的岩石，可直接在其表面贴片，但安设贴片前必须清洗欲置贴片位置的岩面，粘贴必须牢固，能满足量测周期要求；对于不稳定岩石可采用锚杆焊接角钢在角钢上粘贴贴片，或用膨胀螺栓锚固钢板以粘贴贴片。贴片表面法线方向最好垂直隧道轴向，以使仪器接收到最强的反射信号。 观测把仪器设置在量测断面前后5 m范围内合适的位置，精确整平后 ,打开仪器电源 ,并按仪器 Prog 键进入 Deformation 量测程序，按围岩量测

13、参数规范要求对仪器各项参数进行调整。完成仪器设置后，首先对各目标点进行仪器确认，照准时可利用仪器的激光导向功能 ,激光点指向贴片正中点，防止每次测量照准不同而产生围岩变化误导信息。按 DIST 键 ,将该点位置信息(角度、平距、X、Y、H 等)作电子记录存入仪器内存(或 CF卡)，并输入点号(编号为 1、2、3、4、5 等)。按次序对其余各点进行目标识别 ,仪器内置独特的ATR(Automatic Target Recognition)自动目标识别功能，可自动识别目标、瞄准目标、跟踪目标，进行自动测量，利用程序实现人工智能数据采集。为了确保隧道量测的精度，便于对同一基线进行相互验校，测设时在隧

14、道轴线的左右侧相对位置处，设置左右两测站，左右测站的距离可自由设置。（3）拱顶下沉量测拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。 在每个量测断面的拱部埋设的钢筋预埋件。设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件埋设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量测。 量测时需用一把长度适宜的钢卷尺，尺端连一个自制挂钩挂在测点上，将尺子铅垂放下，稳定后用水准仪量测拱顶下沉量测采用精密水准仪和铟钢水准尺进行，喷射混凝土后应迅速在测点处设固定桩，在各工区洞外各设一水准基点供洞内拱顶下沉量测用。量测频率及其它要求同净空水平收敛量测要求。（4）隧底上鼓、地表下沉采用精密

15、水准仪和铟钢水准尺进行。量测频率及其它要求同净空水平收敛量测要求。量测项目的观测内容和所使用的仪器具体见下表。量测项目的观测内容和使用仪器 表48序号量测项目量测仪器观测内容1洞内、洞外观察数码相机地质罗盘目 测1、开挖面围岩自稳性；2、岩质破碎带；3、围岩类别；4、地下水及地表水；5、支护变形；6、浅埋段地表下沉情况2水平收敛收敛仪全站仪根据收敛情况判断；1、围岩稳定性；2、支护设计和施工方法的合理性；3、二次衬砌的施作时间。3拱顶下沉隧底上鼓水准仪水准尺监视拱顶和隧底的变化值，了解断面变化，判断围岩的稳定性，防止塌方。4地表下沉水准仪水准尺监视浅埋段隧道地表的下沉值，判断围岩的稳定性。4.

16、3.5 监控量测记录监控量测工作应形成如下记录资料：（1）洞内、洞外观察记录表 （2）隧道拱顶下沉量测原始记录表 （3）隧道水平收敛量测原始记录表 （4）地表沉降观测原始记录表 地表沉降观测断面、测点平面布置图4.3.6 监控量测数据的整理和分析监控量测数据的分析处理应包括数据校核、数据整理及数据分析。（1）每次观测后立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测。（2）每次观测后及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表、填表制图、误差处理等。（3）监控量测数据的分析监控量测数据可采用具有收敛特性的函数（指数模型、对数模型、双曲线模型等）对监控量测数据进行拟合回归分析，获取变形发展规律，并预

17、测最大变形量、未来发展趋势。监控量测数据的分析包括以下主要内容：根据量测值绘制时态曲线a.位移及位移速度随时间的变化曲线；根据量测数据绘制位移与时间的关系曲线，可以较直观的看出围岩位移变化的情况，并初步判定围岩是否趋于稳定或出现异常情况。采用在Excel表格中及时输入量测结果，并利用其图表功能自动生成曲线图，能保证量测数据与曲线图同步，更能及时、直观的得到围岩变化情况。b.位移及位移速度与开挖工作面距离的关系曲线。对初期支护时态曲线应进行回归分析，选择与实测数据拟合较好的函数进行回归，预测可能出现的最大位移，并与控制基准进行比较。A 由于量测的偶然误差所造成的离散性，因此对量测数据采用统计学原

18、理进行分析，并以相应的数学公式进行描述，采用回归分析对量测数据进行处理和计算，得到、两个变量之间的函数关系，用这个函数曲线能代表测试点数据的散点分布，并能推算出因变量的变化速率和极限值，主要采用以下指数、对数和双曲三种曲线函数进行线性回归计算，三种曲线函数的原形公式与换算公式如下： 指数函数： 求导：将其转化为直线函数： 极限公式： 对数函数： 求导：将其转化为直线函数： 极限公式： 双曲函数： 求导：将其转化为直线函数： 极限公式： 其中：A、B 回归常数 ； 位移值（mm）； 初读数后的时间（天）B 线性回归分析需要分别将三种函数独立进行回归计算，将其转化为直线函数的形式求出a、b，并通过

19、a、b换算出曲线函数常数A、B值，以指数函数为例，视为Y，为X，按直线方程进行回归计算，得到直线方程常数a、b，并计算其相关系数r，指数函数常数、，由此可得到指数函数方程。对三种曲线函数进行回归分析后，根据三种曲线方程的相关系数r，取r最趋近于1的曲线方程代表所分析测点数据的变化情况，一般情况下所选择曲线函数的相关系数r的绝对值应大于0.9。其a、b、r的计算公式如下： C 线性回归分析数据处理量大，计算复杂，一般采用EXCEL进行回归计算。D 根据回归分析结果选定代表测点的曲线方程,并可根据求导公式计算某一天的位移速率,也可根据极限公式计算其总位移量,通过代表测点的曲线函数方程可消除偶然误差

20、并推断出围岩的稳定情况，或估计二次衬砌施作的时机。全站仪无接触量测采用后处理软件自动计算处理。变形管理等级见表4-8,可据此指导施工。变 形 管 理 等 级 表4-8管理等级管理位移施工状态UU0/3可正常施工U0/3U2U0/3应加强支护U2U0/3应采取特殊措施注：U-实测位移值 U0-最大允许位移值 4.3.7 监控量测信息反馈及工程对策（1）根据监控量测数据分析结果及时反馈信息，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。监控量测信息反馈可按图4-6规定的程序进行。工程安全性评价流程见图4-7。图46 监控量测作业及信息反馈程序框图图47 工程安全性评价流程（2） 施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。实时分析：每天根据监控量测数据及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告；监控量测数据可以采用附表5、附表6所示格式上报。阶段分析：按周、月进行阶段分析，总结监控量测数据的变化规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续施工。5 监测注意事项1、监控量测工作应与隧道施工密切配合，为了减少量测对隧道施工的干扰，尽量采用无尺量测。2、监控量测数据的收集、整理、分析应及时有效，能起到指导施工的目的。3、 不断向工作人员提供监测领域的新技术、新工艺、新仪器，不断提高监测队伍的素质。4、 定期