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1、新建贵阳至开阳铁路隧道监控量测作业指导书中铁五局贵开铁路工程指挥部第一项目部二一年九月围岩监控量测作业指导书1作业准备在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计及设计图，熟悉隧道施工规范和相关技术标准。重点学习量测项目、布点位置及数量、量测频率等。配备齐全量测使用的数码相机、软盘仪、收敛计、精密水准、仪钢挂尺或全站仪等仪器设备。工程概况新建铁路贵阳至开阳线起于贵阳北站，经长昆线贵阳东站后，途经水田镇、羊昌镇、南江镇，终于开阳县城附近。全长62.83公里，其中包括正线54.32公里，贵阳北至贵阳东联络线8.51公里。本项目部施工管段始于贵阳新北站，途经贵阳东站，终于磨槽石隧道进口附近，主要包
2、括联络线lgDK1+200lgDK9+710（不含贵阳东站），贵开正线DK0+000DK12+892，全长共21.4公里。主要工程量为：单线桥梁12座/5150.897单延米，双线桥梁10座/5059.6双延米；单线隧道10座/7296单延米，双线隧道1座/172双延米；单线路基17.3公里，双线路基3.45公里；车站1座，即三江农场站，估算造价8.4亿元。2技术要求施工前根据隧道规模、地形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等，进行监控量测方案设计。监控量测设计应满足铁路隧道监控量测技术规程、贵广公司下发的贵广铁路监控量测管理实施细则和设计图纸的要求。施工中应将现场监控量测作为工序引入作业循
3、环，并结合地质预报作出评价，优化设计参数，实施动态管理。监控量测元件的埋设与监控量测应列入工程施工进度控制计划中，同时监控量测工作应尽量减少对施工工序的影响。监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工方案。施工现场必须建立严格的监控量测数据复核、审查制度，保证数据的可靠性和精准性。监控量测数据应利用计算机系统进行管理，由专人负责。如有监控量测数据缺失或异常，应及时采取补救措施，并详细记录。根据监控量测精度要求，应尽量减少系统误差，控制偶然误差，避免人为错误，
4、提高测量精度，并应经常采用相关方法对误差进行检验分析。3施工程序与工艺流程3.1 施工程序每个断面为一个完整的作业区。施工程序为：施工准备埋设断面测点采集数据进行数据整理分析录入信息化系统信息反馈指导施工检验验收。3.2 工艺流程监控量测施工工艺框图见图1。是分析、研究地质勘测资料制定监控量测计划施 工监控量测开挖工作面状态评价数据处理施工是否完成判断稳定性判断判断修改支护参数结 束否图1 监控量测施工工艺框图施工准备4施工要求4.1 施工准备施工前对要监测的断面和测点进行核实，埋设用的监测元件的种类及技术条件满足铁路隧道监控量测技术规程、贵广公司下发的贵广铁路监控量测管理实施细则和设计图纸的
5、要求。测点埋设前拱顶和地表下沉量测基点与洞内、外水准基点已联测。监测仪器年检合格。4.2 施工工艺4.2.1 量测项目隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目可分为必测项目和选测项目两大类。选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他要求，有选择地进行。同一处拱顶下沉、收敛量测、隧底隆起、围岩压力等洞内量测应设在同一断面，以便于整个量测形成信息体系，相互印证。拱顶下沉和地表下沉量测基点应与洞内、外水准基点建立联系，监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业。按设计要求布设测点，并根据具体情况及时调整或增加量测的内容。必测项目包括：1、洞内、外观察；2、二次衬
6、砌前净空变化；3、拱顶下沉；4、地表下沉（浅埋隧道必测，H02b时）。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）0.1mm3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢挂尺或全站仪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、铟钢尺或全站仪1mm浅埋隧道必测（H02b）5二次衬砌后净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计、隧道激光断面仪）0.01mm注：H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。选测项目包括：1、地表下沉；2、隧底隆起；3、围岩压力；4、钢架内力；5、喷射混凝土内力；6、二次衬
7、砌内力；7、初期支护与二次衬砌间接触压力；8、锚杆轴力；9、围岩内部位移；10、隧底隆起；11、爆破振动；12、孔隙水压力；13、水量；14、纵向位移。表2 监控量测选测项目序号监控量测项目测试方法和仪表测试精度备注1地表下沉水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪1mmH02b时2隧底隆起水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪1mm3围岩内部位移多点位移计0.1mm4围岩压力压力盒0.001MPa5二次衬砌接触压力压力盒0.001MPa6钢架受力钢筋计、应变计0.1MPa7喷混凝土内力混凝土应变计108锚杆轴力钢筋计0.1MPa9二次衬砌内力混凝土应变计、钢筋计0.1MPa10爆破振动振动传感
8、器、记录仪临近建筑物11围岩弹性波速度弹性波测试仪1112孔隙水压力水压计13水量三角堰、流量计14纵向位移多点位移计、全站仪注：H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。4.2.2 量测方法及要求 A类量测A类量测是隧道周边围岩稳定确认和对设计施工的反映为目的的日常管理量测。洞内、洞外观察采用地质罗盘、数码相机等对洞内、洞外进行观察。用全断面仪或收敛仪、精密水准仪量测拱顶下沉及内空收敛，用精密水准仪量测地表沉降。A类量测的量测项目及要求如表1所示：洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后初喷混凝土之前进行一次，重点观察记录工作面的工程地质与水文地文情况，当地质
9、情况基本无变化时，可每天进行一次。对地质条件复杂地段，应积累影像资料，作为地质变化的依据之一。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施。观察后应绘制开挖工作面略图（地质素描），填写工作面状态记录表及围岩级别判别卡。在观察中如发现地质条件恶化，应立即通知施工负责人采取应急措施。对已施工区段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。洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。洞外监测的重点为洞口段和洞身浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、岩溶漏斗区域及偏压洞口的地表开裂、下沉和隧道洞口边、仰坡的稳定状态、地表渗、流水等情况，每次观察后应
10、做好详细记录。水平净空变化、拱顶下沉、地表下沉拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在36h内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严禁爆破损坏。测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。1) 测点、测线布置监控量测断面按照表3进行布置。表3 必测项目量测断面间距围岩级别断面间距（m）51030注： 洞口及浅埋地段断面间距取小值； 各选测项目量测断面的数量，宜在每级围
11、岩内选有代表性的12个； 软岩隧道的观测断面适当加密。水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线。当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。分部开挖法施工时每分部一条水平测线，当采用CD法或CRD法上部，每分部一条水平测线，两条斜线，其余部分一条水平测线。净空收敛量测测线数参照表4进行布置。表4 净空收敛量测测线数 地段开挖方法一般地段特殊地段全断面法一条水平测线台阶法每台阶一条水平测线每台阶一条水平测线，两条斜线分部开挖法每部分一条水平测线CD法或CRD法上部，每分部一条
12、水平测线，两条斜线，其余部分一条水平测线。2) 地表沉降布点隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。横断面方向应在隧道中心及两侧间距25m处设地表下沉测点，每个断面设711点，监测范围应在隧道开挖影响范围以外。地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始量测点距，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。洞顶地表下沉量测断面布置见图3。3) 拱顶下沉量测布点拱顶下沉量测原则上布置在拱顶轴线附近，根据开挖方法不同，测点应根据施工情况进行合理布置，并能反映围岩、支护稳定状态，以指导施工。当隧道跨度较
13、大时，应结合施工方法在拱部增设测点，详见图1。当地质条件复杂，下沉量大或明显偏压时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。4) 测量方法 a) 拱顶下沉由洞外水准点起测量内空临时水准点高程，再由内空临时水准点起测量拱顶下沉预埋件高程，通过计算后、前两次拱顶下沉预埋件高程的变化值即可算得拱顶下沉值。b) 内净空收敛通过测量两个预埋件的距离，计算后、前两次所测距离的差值即为该对测点在这一段时间内净空收敛值，其累计值即为该对测点的净空收敛值。c) 地表下沉在地表钻（或挖）2050cm深的孔，竖直放入22mm左右的钢筋，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头打磨圆滑，露出地面1cm左右，并用红
14、油漆标记，作为测点。从水准点起测量测点的高程，通过计算前、后两次地表沉降测点高程的变化值即可算得地表下沉值。5) 量测频率各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离，分别按表5和表6确定。当按表5、表6选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。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/23d5b 1次/7d注：b隧道开挖宽度。 B类量测B类量测是
15、了解支护材料的动态及伴随开挖的周边围岩的动态，反馈于未开挖区间的设计施工。同时监测对接近建（构）筑物的影响。B类量测中的围岩接触应力量测、锚杆轴力量测、初衬应变及钢筋应力量测的量测目的如下表7所示：表7 B类量测项目及目的量 测 项 目量 测 目 的围岩接触应力量测把握初衬砌背面土压力，锚杆轴力量测根据锚杆的变形（伸缩长度）分析锚杆轴力效果，判断锚杆长度、直径。初衬应变及钢筋应力量测把握钢筋的应力状态。围岩接触应力量测用压力盒及混凝土应力计量测，锚杆轴力量测锚杆轴力计，格栅钢筋应力量测用钢筋计量测。围岩接触应力通过量测围岩与初衬之间的接触压力，可了解隧道开挖后应力重分布规律及向支护系统应力释放
16、特点。1) 测点埋设每一测试断面内，埋设9个压力盒。压力盒分布的位置是：在拱顶设1个、左右拱脚各设1个、左右边墙各设1个、拱脚与拱顶间三分点处各设1个，各压力盒的具体埋设位置如图4所示：2) 量测方法在初支钢架架立好后，将待测围岩压力部位的围岩表面或初支表面凿平或用水泥砂浆抹平，以使压力盒能与围岩充分接触，然后用预制的混凝土垫块将压力盒按图三所示位置垫牢、固定，并将导线沿钢架引至边墙距墙脚1.5米高处，线头从预埋的铁盒里引出。埋设时将压力盒编号与测试点所对应位置记好记录。图4 埋设元件布置图将铁盒内线头插入测频仪中，测试读数并作好记录。每次每个压力盒的测量应不少于3次，力求测量数值可靠、稳定。
17、3) 量测频率根据距开挖工作面距离关系，围岩接触应力量测频率如表8所示：表8 围岩接触应力测试频率量测断面距开挖面距离(m)量测频率1B2次/d（12）B1次/d（25）B1次/(23)d5B1次/7d注：B为隧道宽度。锚杆轴力在隧道拱顶及两侧拱腰处采用锚杆轴力计或钢筋计对锚杆进行轴力测量，对锚杆支护进行优化设计，以节约钢材。1) 埋设断面内测点布置每一测试断面内，量测3根锚杆，量测的锚杆布置见图三；每根锚杆上布置3个锚杆轴力计，每根锚杆量测布置见图5。图5 每根锚杆量测布置图2) 测点埋设及量测方法锚杆施作前，在量测锚杆按图五所示位置安装好锚杆轴力计，然后再将安装好锚杆轴力计的量测锚杆按图四
18、所示位置进行布置。在锚杆安设好后，将钢筋计导线沿钢架引至边墙距墙脚1.5米高处，线头从预埋的铁盒里引出。埋设时将钢筋计编号与测试点所对应位置记好记录。将铁盒内线头插入测频仪中，测试读数并作好记录。每次每个钢筋计的测量应不少于3次，力求测量数值可靠、稳定。3) 量测频率根据距开挖工作面距离关系，钢筋计量测频率如表9所示。表9 锚杆轴力测试频率量测断面距开挖面距离(m)量测频率1B2次/d（12）B1次/d（25）B1次/(23)d5B1次/7d注：B为隧道宽度。初衬应变及钢筋应力通过量测初衬应变及钢筋应力，可了解初衬应变及钢支撑内力在不同施工阶段下的变化特点，优化设计初衬的结构参数。1) 埋设断
19、面内测点布置如图三所示：对于有钢拱支撑的断面的每一测试断面内，在拱顶、左拱腰、右拱腰、左拱脚及右拱脚5个点分内外层共埋设10个钢筋计；在埋设钢筋计相同位置各埋设1个共5个应变计。2) 测点埋设及量测方法初支钢架施作前，如图三位置将钢筋计按要求焊在钢架上、埋入式应变计绑扎在钢架上，在钢架就位后，将钢筋计及应变计的导线沿钢架引至边墙距墙脚1.5米高处，线头从预埋的铁盒里引出。埋设时将应变计及钢筋计编号与测试点所对应位置作好记录。将铁盒内线头插入测频仪中，测试读数并作好记录。每次每个钢筋计和应变计测量应不少于3次，力求测量数值可靠、稳定。3) 量测频率根据距开挖工作面距离关系，应变计及钢筋计量测频率
20、如表10所示。 表10 初衬应变及钢筋应力测试频率量测断面距开挖面距离(m)量测频率1B2次/d（12）B1次/d（25）B1次/(23)d5B1次/7d注：B为隧道宽度。4.2.3 监测资料整理、数据分析及反馈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。因此，应对所测数据进行一定的数学处理。数学处理的目的是：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；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律，判定围岩和初期支护系统稳定状态。取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与
21、允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，并将结果反馈给设计、监理，从而实现动态设计、动态施工。目前，回归分析是量测数据数学处理的主要方法，通过对量测数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。具体方法如下：数据整理。把原始数据通过一定的方法，如按大小的排序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征值计算，离群数据的取舍。数据的曲线拟合。在取得一定监测数据后，应绘制位移或应力时态变化曲线图，如图6所示。然后寻找一种能够较好反映数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测数据进行预测，防患于未然。图6 时态回归曲线
22、示意图插值法。在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。计算沉降及收敛变形的速度、加速度曲线，进行稳定性判断。根据接触压力与支护内力量测，计算分析支护结构安全度，合理性。5劳动组织劳动力组织方式：指挥部设置监控量测观测室，设置主任、副主任各一名；各项目部设置监控量测组，每个作业工地成立专业的现场监控量测小组。监控量测人员结合监控量测设计、隧道施工组织设计和进度要求进行合理配置。表11-1 指挥部监控量测观测室监控量测观测室主任1人监控量测观测室副主任1人 表11-2 项目部监控量测组人员配备表监控量测组组长1人监控量测组副组长1人专职测量人员3人技术员1表11
23、-3 每个作业工地人员配备表监控量测小组组长1人测量人员3人技术员2人普工2人6材料要求埋设的测点、标识应符合设计要求。7设备机具配备监控量测设备配置分为外业数据采集仪器设备和内业数据处理设备。表12 每个作业工地主要设备配置表全站仪1台精密水准仪器1台钢挂尺1把收敛计1把数码相机1台电脑1台隧道激光断面仪1台（可多个工作面共用）8质量控制及检验8.1 质量控制将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中，作为一个重要的施工工序来抓，并保证监测有确定的时间和空间。各施工单位应由工程技术管理中心组成专门监测小组，具体负责各项监测工作。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
24、程的施工进度控制计划。施工监测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。积极配合监理、设计单位做好对监测工作的检查、监督和指导，及时向监理、设计单位报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录，工程完成后，根据监测资料整理出标段的监测分析总报告纳入竣工资料中。量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。量测仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。量测设备、元器件等在使用前均经过检校，合格后方可使用。测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作，及时进行资料整理及信息反馈。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
25、一次。监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制沉降槽曲线、时态（或时程）曲线等，作必要的回归分析，及对监测结果进行评价。监测数据及时录入贵广公司的铁路建设项目管理信息系统安全监测（围岩量测）子系统。8.2 质量检验8.2.1 质量验收规范铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）客运专线铁路隧道工程质量验收暂行标准（铁建设2005160号）新建铁路贵广线施工图设计文件8.2.2 监控量测检验监控量测管理围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按下列指标进行：实测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于下表13列指标，并按表14变形管理等级指导施工。表13-1 跨度B7m隧道初期支护极
26、限相对位移围 岩 级 别埋 深 h（m）h5050h300300 h500拱脚水平相对净空变化值（%）0.301.000.803.503.005.000.200.700.502.602.403.500.100.500.400.700.601.500.010.040.200.60拱顶相对下沉（%）0.060.120.100.600.601.200.030.070.060.150.100.600.010.040.030.110.100.250.010.050.040.08注： 硬岩取下限，软岩取上限； 拱脚水平相对净空变化指两测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值
27、后与原拱顶至隧底高度之比； 墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.21.3后采用。表13-2 跨度7mB12m隧道初期支护极限相对位移围 岩 级 别埋 深h （m）h5050h300300 h500拱脚水平相对净空变化值（%）0.200.500.402.001.803.000.100.300.200.800.701.200.030.100.080.400.300.600.010.030.010.08拱顶相对下沉（%）0.080.160.141.100.801.400.060.100.080.400.300.800.030.060.040.150.120.300.030.0
28、60.050.12注： 硬岩取下限，软岩取上限； 拱脚水平相对净空变化指两测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比； 墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.21.3后采用。表14 变形管理等级管 理 等 级管 理 位 移 （mm）施 工 状 态UU0/3可正常施工U0/3U2U0/3应加强支护U（2U0/3）应采取特殊措施注：U实测位移值；U0最大允许位移值。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。水平收敛（拱脚附近）速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0
29、.15mm/d，围岩基本达到稳定。在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用监控量测分析判别。根据位移时态曲线的形态来判别：u(mm)u(mm)t(d)t(d)正常曲线反常曲线ab图7 位移u时间t的关系曲线图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。围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作，必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。9安全及环保要求9.1 安全要求施工区域内的监控量测断面
30、及测点要设置明显标识，严禁施工机械和人为因素对监控元件的破坏。监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。监控量测仪器要定期检校，确保测量精度。监控量测外业作业时，要有专人指挥、调度，防止隧道施工作业对监控量测作业的干扰，确保施工安全和降低外界干扰对数据采集精度的影响。监控量测外业作业时，作业人员要按照要求佩带好安全帽。9.2 环保要求建立健全文明施工的各项规章制度，对员工进行定期的文明施工教育及文明施工交底，开展争创文明工地竞赛活动。测点埋设后，要及时
31、对场地进行清理，对埋设测点产生的废弃物及时处理，运到当地环保部门指定的地点弃置。作业人员进洞进行监控量测作业，要佩带口罩等防护用品。附 件：附录A 隧道净空变化量测记录表附录B 拱顶下沉量测记录表24附录A 隧道净空变化量测记录表桩号施工方法施工部位埋设日期测线编号量测时间观 测 值平均值温度修正值修正后观测值相对初次下沉值（u）相对上次下沉值时间间隔变化速率年月日时温度第一次第二次第三次Cmmmmmmmmmmmmmmmmdmm/d测读者： 计算者： 复核者：附录B 拱顶下沉量测记录表桩号施工方法施工部位埋设日期测线编号量测时间第一次第二次第三次平均值温度修正值修正后测点高程相对初次下沉值（u）相对上次下沉值时间间隔下沉速度备注年月日时mmmmmmmmmmmdmm/d测读者： 计算者： 复核者：