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1、新建杭甬客专HYZQ-2标段大山脑隧道工程 监控量测实施方案 中铁十七局集团杭甬铁路客运专线工程指挥部二九年三月二十日目 录1 编制依据12 工程概况13 监测目的14 监控量测设计14.1 监控量测项目14.2 监控量测布置原则、监控量测断面及监控量测频率34.2.1 监控量测断面及测点设计34.2.2 主要监测项目测点布置34.2.3 监控量测频率74.3 监控量测管理基准及位移管理等级84.3.1 位移管理基准84.3.2 位移管理等级84.4 监控量测的数据分析及信息反馈94.4.1 实测资料的整理方法94.4.2 数据处理104.4.3 信息反馈115 质量保证措施111 编制依据(
2、1)杭州至宁波铁路客运专线大山脑隧道设计图；(2)铁路隧道监控量测技术规程TB10121-2007(3)工程测量规范GB50026-93(4)铁路隧道设计规范TB10003-2005(5)客运专线铁路隧道工程施工技术指南TZ214-2005(6)锚杆喷射混凝土支护技术规范GB5008620012 工程概况大山脑隧道起讫里程为DK112+207DK118+416，全长6209m，隧道最大埋深为200m，最小埋深仅为5m，总体属深埋长隧道。隧道穿越地层以、级围岩为主，、级围岩段分别长414m、430m、2475m和2890m，分别占隧道总长的6.7%、6.9%、39.9%和46.5%。隧道区地质条
3、件复杂，发育有F1、F2、F3、F4、F5共5条断层带，其中F1、F3、F5断层带地下水较发育。在F3断层带DK115+790DK115+850段隧道与现状东溪公路立体相交，埋深为6m左右。在DK115+056处上穿过水涵洞，涵洞顶距仰拱底仅3.421m。3 监测目的隧道通过5条断层带，有60m的超浅埋地段，在DK115+056与过水隧洞立体相交，因此在隧道施工期间实施监测，提供及时、可靠的信息用以评定隧道工程在施工期间的安全性，并对可能发生危及安全的隐患或事故及时、准确地预报，以便及时采取有效措施，避免事故发生的同时指导设计和施工，实现“动态设计、动态施工”的根本目的。4 监控量测设计4.1
4、 监控量测项目监测的项目和具体内容按铁路隧道监控量测技术规程要求拟定。监测项目包括必测项目和选测项目两类。必测项目包括：洞内外观测、拱顶下沉监测、净空变化监测、洞口及洞深浅埋段地面沉降监测及沉降观测。选测项目包括：初衬、二衬应力监测、围岩压力及层间支护压力监测、钢支撑内力监测、锚杆轴力及抗拔力监测、渗透水压监测。本工程主要开展的监测实施项目如表1、2。隧道施工过程中进行洞内、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，开挖工作面观察应在每次开挖后进行，观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡；在节理、裂隙发育的镶嵌状、块状脆性硬岩
5、地段应重视观察围岩的节理、裂隙走向及发育程度。对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢架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埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。表1 监控量测必测项目序号监测项目测试方法和仪表测试精度备注1洞内、外观察现场观察、地质罗盘、数码相机2衬砌前净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）0.1mm全站仪采用非接触观测法3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺1mm一般进行水平收敛量测4地表下沉水准测量的方法，水准仪、塔尺1mm浅埋段必测（H02b）5二次衬砌后净空变化隧道净
6、空变化测定仪（收敛计）0.01mm6沉降缝两侧底板不均匀沉降三等水准测量1mm沉降缝两侧底板（或仰拱填充层面）沉降7洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测三等水准测量1mm洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降注：H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。表2 监控量测选测项目序号监测项目测试方法和仪表测试精度备注1围岩压力压力盒0.001MPa级围岩2二次衬砌接触压力压力盒0.001MPa级围岩3钢架受力钢筋计0.1MPa级围岩4喷混凝土受力混凝土应变计10级围岩5二次衬砌内应力混凝土应变计0.1MPa级围岩6爆破振动观测爆破振动测试仪临近过水涵洞7孔隙水压力监测孔隙水压力计0.001MPa富水断层
7、带4.2 监控量测布置原则、监控量测断面及监控量测频率4.2.1 监控量测断面及测点设计净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等按表3进行，洞口及浅埋段量测断面间距取小值。选测项目主要布置在断层破碎带，每个断层带布置一个断面，共5个测试断面。爆破震动监测断面布置在临近过水涵洞处，共布置3个测试断面。沉降观测按围岩级别确定，本隧道、级围岩每段布设一个监测断面，共32个断面。隧道洞口里程、隧线分界里程、明暗分界里程、有仰拱和无仰拱陈其变化历程及隧道衬砌沉降缝两侧均设置一个断面。除变形缝外每断面布置2个沉降观测点，分
8、别布置在隧道中线两侧各4.6m处，变形缝处每个观测断面布置4个沉降观测点，分别布置在隧道中线两侧各4.6m和变形缝前后各0.5m处。表3 必测项目量测断面间距和每断面测点数量围岩级别断面间距（m）开挖方法每断面测点数量净空变化拱顶下沉510三台阶七步法20个测点1点双侧壁导坑法3条基线3点1030临时仰拱台阶法2条基线1点3050台阶法2条基线1点4.2.2 主要监测项目测点布置周边位移由于三台阶七步法施工时核心土的影响，不能及时布置测线，所以此种开挖方式下采用全站仪进行监测，其他开挖方式下采用收敛计监测。在确定监测的隧道断面开挖或初喷后24小时内，在隧道左边墙和右边墙部位分别埋设测桩（测桩埋
9、设深度约15cm，钻孔直径约20cm，用早强锚固剂固定，测桩设置保护罩），并进行初始读数。监测仪器采用JSS30A型数显式收敛仪，监测方法采用精度较高的水平基线监测方法，并进行温度修正。测点布置如图1。 拱顶下沉在确定监测的断面隧道开挖或初喷后24小时内，在隧道拱顶部位埋设1个带挂钩的测桩（测桩埋设深度约15cm，钻孔直径约20cm，用早强锚固剂固定），并进行初始读数。监测仪器采用水准仪和水准尺。监测方法采用水准抄平方法，基准点分别设置在洞内和洞外（用于校核），视线长度一般不大于30m，监测误差控制在1.0mm以内（高程图2 拱顶下沉测试示意图铟钢尺水准仪普通钢卷尺拱顶测桩（倒三角环）标准高程
10、点图1 水平收敛、拱顶下沉测点布置示意图误差0.7mm），必要时采用冗余观测方法来提高监测精度。测点布置如图1、2所示。地表沉降图3 地表沉降测点布置示意图隧道浅埋地段地表下沉的量测与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。监测断面垂直于隧道轴向布置，监测断面的纵向间距如表4所示。横断面方向应在隧道中线两侧每隔25m布设地表下沉测点，每个断面设711点，中心点在隧道拱顶正上方，直到拱脚与水平方向45度夹角的地层滑动线与地表交点，在最外侧测点以外至少5m设两个不动点作为参照基点，通过精密水准仪量测不同时刻测点的高程即可得到测点在不同时间段内的下沉值。如下图3所示。表4 地表沉降监测断面纵向间距
11、隧道埋深与开挖宽度断面纵向间距/m2BH02.5B2050BH02B1020H0B510围岩压力及两层支护间压力土压力计布设在围岩与初衬或初衬与二衬之间，每个断层带布设一个断面，每个断面布置9个测点，分别位于拱顶、两侧拱腰、两侧拱脚、两侧墙腰和两侧墙脚。埋设时，先将土压力计固定在待测位置围岩或初衬表面，再谨慎施作砼层，不要使砼与压力盒之间有间隙，保证压力盒受压面贴紧。测点布置如图4、5。图4 围岩压力测点布置示意图5 二衬压力测点布置示意 钢支撑内力图6 钢支撑内力测点布置在钢格栅内外层钢筋中成对布设钢筋计。安装前，在主筋待测部位割断钢筋并串联焊接钢筋计，在焊接过程中注意进行淋水降温。安设完毕
12、并降温稳定后测读初始读数。注意将导线集结成束保护好，避免被施工所破坏。钢拱架外侧（围岩一侧）或内侧（隧道一侧），有条件时，在同一位置点，内、外侧各焊接一个钢筋计；若是格栅拱架，则最好将格栅拱架上某一根主钢筋相应位置截断，将钢筋计焊接上。钢支撑安装完以后即可测取读数，量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点布置位置相同。量测采用频率计进行。如图6所示。混凝土衬砌应力在初衬与二衬内中性轴两侧对称布置混凝土应变计，用钢筋支架固定，使混凝土应变计受力方向为隧道轮廓的切线方向。安设完毕待初衬与二衬施工后测读初始读数。注意将导线集结成束保护好，避免被施工所破坏。测点布置如图7、8。图7 初支混凝土应
13、力计布置示意图8 二衬混凝土应力计布置示意渗透水压力渗压计布设在围岩与初衬之间，在F1、F3和F5断层带各设一个测试断面。埋设时，先在围岩上凿空，设置过滤层，安设渗压计并用砂浆回填密封。安设完毕稳定后测读初始读数。注意将导线集结成束保护好，避免被施工所破坏。沉降观测测点埋设于隧底填充及底板混凝土中，测点采用20钢筋，长度大于100mm，用砂浆锚固，外漏3mm。爆破震动监测每断面布置5个监测点，分别位于拱顶、两侧拱脚、两侧墙腰。4.2.3 监控量测频率(1)必测项目的监测频率根据位移速率和距开挖面距离两方面因素决定，在选择量测频率时，如果位移速率、距开挖面距离两者有差异时，为保证施工安全，取量测
14、频率较高的作为实施的量测频率。按位移速度和据开挖面距离的监控量测频率分别如表5和表6所示。表5 量测频率（按位移速度）位移速度（mm/d）量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d表6 量测频率（按距开挖面距离）量测断面距开挖面距离（m）量测频率（01）b2次/d（12）b1次/d（25）b1次/23d5b1次/7d注：b隧道开挖宽度。(2)选测项目的监测频率稳定前1次/d，稳定后每周一次。(3)沉降观测的频率沉降观测的频率如表7所示。表7 隧道基础沉降观测频率观测阶段观测频率观测期限观测周期隧底工程完成后3个月1次/周无砟轨道铺设后3个月01个月
15、1次/周13个月1次/2周4.3 监控量测管理基准及位移管理等级4.3.1 位移管理基准监控量测控制剂准根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性等因素综合制定，位移控制基准根据测点距开挖面的距离，由初期支护的相对极限位移按表8确定。表8 位移控制基准类别距开挖面距离1B(U1B)距开挖面距离2B(U2B)距开挖面距离较远允许值65%U090%U0100%U04.3.2 位移管理等级根据位移控制基准，位移管理按表9分为3个等级。表9 位移管理等级管 理 等 级距开挖面1B距开挖面2B施 工 状 态UU1B/3UU2B/3可正常施工U1B /3U2 U1B /3U2B /3U2 U2B
16、/3应加强支护U（2 U1B /3）U（2 U2B /3）应采取特殊措施注：U实测位移值；4.4 监控量测的数据分析及信息反馈4.4.1 实测资料的整理方法原始的实测资料往往是水平测线的长度（如水平收敛）、测点的高程（如拱顶下沉、地表下沉）、传感器的钢弦震动频率（如围岩压力、混凝土内应力、钢拱架内力等），尚不够直观，须对原始数据进行预处理，导出能直观地反映围岩动态和支护结构工作状态的力、应力和位移的物理量。各种实测数据的预处理如下：(1)水平测线长转换为两点之间的相对位移设tn时刻，收敛计尺子读数为Ln，数显窗口读数为Dn，温度为Tn；tn+1时刻，收敛计尺子读数为Ln+1，数显窗口读数为Dn
17、+1，温度为Tn+1，则在tn+1-tn时间间隔内两点之间的相对位移为： 从t0到tn时间内的累积相对位移量为： 为收敛计钢尺的线膨胀系数，根据出长规定取为1210-6。(2)测点的高程转换为拱顶或地表沉降设基准点的高程为H0，tn时刻，水准仪后视铟刚尺的读数为Hn1，前视钢卷尺的读数为Hn1，tn+1时刻，水准仪后视铟刚尺的读数为Hn+1,1，前视钢卷尺的读数为Hn+1,2，则在tn+1-tn时间间隔内该点的下沉量为 从t0到tn时间内的累积下沉量为：(3)钢弦式传感器的钢弦震动频率转换为应力或应变每个传感器在出厂时均有一张率定表，表中给出了相应传感器的标定系数K，若实测传感器的频率值为f，
18、传感器的初频率为f0，则该传感器实际受到的应力或应变为：以上实测数据经预处理后，以测点为中心汇总在一张或若干张（视该点测试数据的多少）表格中，表格中需包含测点的编号或传感器号、断面里程、测试时间、距掌子面距离等信息，根据该表格再进行资料分析和反馈。4.4.2 数据处理现场量测所取得的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性，其中包含着测量误差。不经过数学处理的量测数据一时难以直接利用。数学处理的目的是：(1)将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性；(2)探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律。判定围岩和支护系统稳定状态。回归分析是目前量测数据数学处理的主要
19、方法，通过对量测数据回归分析可以预测最终位移值和各阶段的位移速率。目前常采用以下函数作为回归函数：对数函数 U=A+Bln(t+1)指数函数 U=Ae-B/tU=A(e-Bt0-e-BT)双曲函数 式中： U变形值(mm)；A、B回归系数；t量测时间(d)；t0测点初读数时距开挖时的时间(d)；T量测时距开挖时的时间(d)。4.4.3 信息反馈根据监控量测结果可以对围岩及支护的稳定情况进行判断，并采取相应的措施。(1)根据位移变化速度判别：净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。在浅埋地段以及膨胀性和挤
20、压性围岩等情况下，应采用其它指标判别。(2)根据位移时态曲线的形态来判别：当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t0），围岩趋于稳定状态；当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t0），围岩不稳定，应加强支护；当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。5 质量保证措施要保证监测工程的质量，除了需要有先进的监测仪器设备及富有经验的工程技术人员外，更重要的还应通过建立明确的责任制和检查校核制度来予以保证。为确保量测数据的真实性、可靠性和连续性，特制定以下管理体系和各项质量保证措施： (1) 监测管理体系针对本工程监测项目的特点建立专业组织机构，由我单
21、位组成监控量测及信息反馈小组，成员由多年从事地下工程施工及监测经验的技术人员组成，组长由具有丰富施工经验，较高结构分析和计算能力的工程师担任。监测小组根据监测项目各设一名专项负责人，在组长的领导下负责日常监测及资料整理工作。监控量测流程如图(2) 监测管理体系保证措施为保证量测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项质量保证措施：a监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供相关切实、可靠的数据和记录。b测点布置力求合理，应能反映出施工过程中结构的实际变形和应力情况及对周围环境的影响程度。c测试元件及监测仪器必须是正规厂家的合格产品,测试元件要有合格证，监测仪器要定期校
22、核、标定。d测点埋设应达到设计要求的质量。并做到位置准确，安全稳固，设立醒目的保护标志。e监测工作由多年从事监测工作及有类似工程监测经验的工程师负责，小组其它成员也是有监测工作经历的工程师或测工，并保证监测人员的相对固定，保证数据资料的连续性。f监测数据应及时整理分析，一般情况下，应每周报一次，特殊情况下，每天报送一次。监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制历时曲线、与掌子面距离关系曲线等，作必要的回归分析，及对监测结果进行评价。g检测数据均现场检查、室内复核后方可上报；如发现监测数据异常，应立即复测，并检查监测仪器、方法及计算过程，确认无误后，立即上报给甲方、监理及单位主管，以便
23、采取措施。h各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的测试实施细则。k雨季是隧道施工的不利情况，地下渗水比较严重。因此雨季在保证正常的监测频率的情况下，应加强一些薄弱环节的量测频率，如应力、拱顶下沉、水平收敛等，同时，应根据监测结果，加强一些不利区域的监测，以保证整个工程始终处于监控状态。(3) 监控量测工作制度监控量测工作是隧道信息化设计和施工管理的重要一环，也是新奥法的主要内容之一，因此，我们将针对本隧道施工的具体特点和监控量测内容，制定必要的监控量测工作制度进行日常管理。参加测试的人员必须经过严格培训后方可上岗。测试人员须严格遵照测试操作程序和操作要求进行测试。实行岗位责任制，并定期进行常
24、规检查，任何人不得随便谎报监测数据，一经发现，将进行严肃处理。监测人员有义务注意保管好监测的原始纪录。加强保密工作，防止有关信息泄密。监测工程设计要保证基本资料完备，数据可靠，设计文件和图纸符合有关规定；对监测工程的实施，提出严格的技术要求和规定。制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中，在监测工作 中严格执行。仪器在安装埋设的全过程中，必须对仪器、监测元器件和设备工艺等进行连续性的检验，以保证它们的质量的稳定性，并作安装记录。所有量测数据均采用计算机进行管理，由专人负责。(4)监控量测工作流程现场施工监控量测监测设计资料调研量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及反馈分析监测结果的综合评价报送设计、监理单位量测结果的形象化、具体化经 验 类 比理 论 分 析甲方、规范要求等地层支护结构安全稳定性判断地层、支护结构动态及现状分析说明、施工建议反 馈图9 监控量测工作流程(5)监控量测设备为了保证测试工作满足要求，采用先进的仪器设备，投入本工程的监测设备如表10所示。表10 拟投入本工程的检测设备序号设备名称规格型号单位数量1收敛计JSS30A台62精密水准仪DSZ2台63全站仪台14频率接受仪台25监测处理软件自编套16爆破震动测试仪台115