E11隧道监控量测实施方案

1、重庆奉节至巫溪高速公路E11合同段（K38+500至K43+500）隧道监控量测实施方案 中交第三公路工程局奉溪高速公路E11合同段项目部2010年3月1日凤凰隧道监控量测实施方案-非接触量测方法1 、概述传统的隧道监控量测方法，周边位移一般采用钢尺式收敛计进行观测，拱顶下沉一般采用水准仪、水平仪、钢尺或测杆进行观测。虽然该方法具有成本低、操作简单和适应恶劣施工环境的优点，但在隧道现场实施过程中存在以下问题： (1)监控量测工作难度大，由于隧道高度大，拱脚部位的收敛往往无法量测，拱顶挂尺也非常困难； (2)量测时间长，施工干扰大，虽然监控量测已作为一道工序被安排在施工组织设计中，但还是希望时间

2、越短越好； (3) 隧道进入中间段后，通风问题、照明问题、洞内不平整及积水问题往往成为制约监控量测工作的重要因素。 （4）对于大断面隧道，如紧急停车带，接触量测几乎不可能，即使勉强能够实施，量测精度也差，而这些段落往往是施工最危险段落。 （5）一般无法进行三维观测，当要了解隧道周边点的三维变化时，上述传统方法显得无能为力。 2、全站仪自由设站方式工作原理全站仪三维非接触围岩净空位移量测新技术，其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测量点位不同时段的三维坐标，将测量数据输入算机通过软件进行后处理，最后输出测点的三维位移矢量或测点相对收敛值，准确、快速地为施工提供参考数据。全站仪自由设站测量和反射模

3、片粘贴示意图，如图1所示。 （a） （b）图1全站仪测量示意图全站仪自由设站三维观测原理， 是从任意测站点观测已知点的方向和距离， 通过极坐标法算出该测站仪器中心的坐标，并以此推算出其余被测点的坐标，然后运用坐标变换原理算出这些测点在某一统一坐标系下的三维坐标。由于隧道围岩位移观测的特殊性，仪器安置要求不影响隧道施工， 所以采用自由设站法，既可避免由于人为测量仪器高、仪器对中达不到围岩变形测量的精度，又不影响施工，而且设站灵活。3、工程概况凤凰隧道位于巫溪县凤凰镇境内，隧道长为：左线2081m、右线2080m，隧道内为2.8和2.5的下坡。隧道开挖净空为975500cm（宽高），处于长江北岸，

4、四川盆地东部边缘，总体呈M型，地形起伏较大，围岩大部分为、类弱风化围岩。由于隧道的进口和出口埋深较浅，所以在进口和出口20m施工范围内采用双侧壁导坑法施工，在隧道中部采用上下台阶法施工。我们将对隧道的洞内和地表进行监控量测。 4、监控量测的目的在隧道施工过程中，用现场量测的数据对围岩支护体系的稳定状态进行检测，确认支护参数和施工方法的准确性，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，验证支护结构效果。监控工程对周围环境的影响，积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据，是确保施工及运营安全、指导施工程序、便利施工管理的重要手段，监控量测是施工过程中必不可少的施工工序。通过量测了解该工程条件下所

5、表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或工法本身发展提供借鉴、依据和指导作用。5、监控量测的项目（1）洞内观察（2）水平相对净空变化值的量测（3）拱顶下沉量测（4）地表下沉量测6、量测断面间距和量测频率（1）根据设计图纸确定拱顶下沉及周边收敛间距如下表围岩级别量测断面间距（m）（浅埋）5（深埋）10（深埋）2030（2）根据设计图纸确定拱顶下沉及周边收敛量测频率如下表变形速度（mmd）量测断面距开挖面距离（m）量测频率5（01）B12次天15（12）B1次天0.51（12）B1次2天0.20.5（25）B1次2天0.25B1次1周注：B表示隧道开挖宽度，d表示天（3）地表下沉量

6、测断面间距如下表埋置深度H量测断面间距（m）H2B2050BH2B1020HB10注：B表示隧道开挖宽度7、监控量测的方法和实施情况7.1、洞内监控量测的实施7.1.1监测点的布置根据相关图纸和相关技术要求，隧道有以下二种开挖方式，根据开挖方式的不同，有三种测点布置方式，其示意图如下：为能对围岩及支护结构的性态作较全面的分析，并且获得完整数据，同时又使各项数据间能相互比较、相互验证，因此，地表监测点与洞内拱顶沉降点及水平净空收敛点均布置在同一断面上。8、监控量测的实施方法隧道施工中，监控量测的项目包括必测项目和选测项目，根据科研和生产的实际情况、隧道工程地质条件、围岩类别、围岩应力分布情况、隧

7、道跨度、埋深、工程性质、开挖方法、支护类型等因素确定。一般情况下，地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉、锚杆或锚索内力及抗拔力为必测项目，地表下沉、围岩体内位移、围岩压力及两层支护间压力、钢支撑内力及外力、支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测、围岩弹性波测试等为选测项目。对洞口浅埋隧道，地表下沉也经常列为必测项目。非接触量测方法采用全站仪自由设站原理远距离测量点位不同时段的三维坐标，经过处理输出测点的三维位移矢量或测点相对收敛值，可以代替传统的接触量测对拱顶下沉、周边收敛的量测。此方法可以方便、准确、快速地为隧道施工提供参考数据。9、监控量测的技术要求 9.1【监控量测断面布设原则】 断面间

8、距：级20m，级30m。特殊情况，加密。 对洞口、浅埋地段的级围岩段（埋深小于40m的围岩段），布设地表下沉断面。 9.2【测线和测点布设原则】 对全断面开挖的洞段，量测断面布设一条水平测线（见图2）； 图2 全断面开挖测点与测线布置图 对上下台阶法开挖的洞段布设2条水平测线（见图3）； 拱顶下沉测点，布置在拱顶水平线上，布置一个测点。图3 台阶法开挖测点与测线布置图9.3【监控量测频率】 根据传统的净空收敛、拱顶下沉的测定频率随着变位收敛的天数、变位量、开挖方法、日变位量、离掌子面距离的不同而变化，大体上可根据位移速度及离开挖面的距离而定，见表1。当采用台阶法进行隧道施工，下台阶到达时上面台

9、阶测定频率要加大。本次试验三维位移量测频率采用与净空收敛、拱顶下沉的测定频率基本一致。注：D为隧道直径表1 拱顶下沉及净空收敛量测频率9.4【安全管理基准】 从既有现场实测的位移一时间曲线可知，曲线有明显的负速率段、加速段、减速段和匀速段。从数据处理来看，若以位移量测信息作为施工监控的依据，则判断围岩稳定性的依据应为位移量和位移速率，所以在工程实践中根据实际情况规定容许位移量和容许位移速率值是进行施工监控的基础，从而可根据位移一时间曲线来判断围岩的稳定性。具体地说，基准值设定方法见表2。表2 变形管理基准的设定注：U0实测隧道周边位移值，拱顶为主要依据；Un绝对位移控制基准值。10、典型案例分

10、析鉴于篇幅所限，本文就南岭隧道ZK24+660断面的监测情况作一分析。10.1测点布置 图10-1 ZK24+660断面测点布置图10.2 ZK24+660 各测点Z方向变化量 图10-2 南岭隧道ZK24+660断面各测点Z方向变化量累积值10.3 ZK24+660 各测点Y方向变化量图10-3 南岭隧道ZK24+660断面各测点Y方向变化量累积值 10.4 ZK24+660 各测点X方向变化量图10-4 南岭隧道ZK24+660断面各测点X方向变化量累积值从图10-1图10-4可以看出，断面Z方向位移变化量累积值即下沉累计值开始增长比较明显，20天以后变化趋于稳定，这符合山岭隧道岩石围岩区

11、段断面的拱顶位移变化规律，与传统拱顶下沉变化规律相似。而隧道各测点在两个断面上的Y方向位移变化量累积值和X方向位移变化量累积值变化规律也基本一致，这说明隧道在相同埋深，相同围岩级别和相同开挖方式下隧道洞周位移变化规律一致。从图10-2图10-4中可以看出，Z方向绝对位移变化量累积值以拱顶的GD1号点最大，而Y方向绝对位移变化量累积值以拱顶的QY1号点和QY2号点最大，这是符合实际的。为了与传统洞周收敛位移量测数据进行更好的比较，把Y方向绝对位移以隧道同一高程上两个对应测点的绝对值之和作为在绝对坐标下测得相对收敛值（下同），再与传统位移量测洞周相对收敛值比较，可以很好的反映出隧道周边位移变化。1

12、1、结束语由于很多现有判定基准都是针对传统的拱顶下沉位移量和收敛相对位移值所制定的，在三维位移量测中我们所提取出来纵向位移速率还没有现成的判定基准，在六武高速公路隧道工程实施实践中，根据总结的经验，控制隧道纵向稳定性的依据主要是纵向位移速率的变化情况。所以我们以纵向位移速率作为三维位移纵向判定基准来判断隧道纵向稳定性以及预测掌子面开挖前方围岩变化情况。三维位移洞周收敛这种收敛位移的量测包括了传统的拱顶下沉及周边位移，且三维位移量测利用全站仪一次性的把每个测点三个方向的变化量都测出来，这种方法较之传统的方法简单易行，并具有可靠性，其量测精度能够满足量测目的的要求。在六武高速公路隧道建设中，监控量测工作的开展实施主要工作便是三维位移洞周收敛量测，同时为了将量测得到的相关信息及时的反馈到施工中，在数据的处理中，针对不同的需要，处理重点也不同，对应的方法也不相同，在实际应用中，对于各种处理方法及相关标准的采用，都保证了隧道