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1、竹盖山隧道监控量测、质量检测及地质超前预报实施方案1 工程概况竹盖山隧道位于连怀公路中段，设计行车速度为100km/h，按高速公路双向四车道布置，左、右线分离布设。隧道开挖最大宽度11.4m，最大高度8.91m。隧道穿过中低山地貌区，地面标高420640m。隧道左线起止里程为ZK68+270Zk70+922，长2652m，隧道最大埋深约185m；隧道右线起止里程YK68+269YK70+930，长2661m，隧道最大埋深约194m，最小埋深（洞口段除外）18m。左线连州端采用削竹式洞门，怀集（连山）端采用端墙式洞门；右线两端洞门形式与左线相同。左右两线连州端洞口段线间距约为28m，洞身段间距约
2、40m，怀集端线间距约为24m。勘察过程中，本段共布置钻孔21个，并在其中4个钻孔内开展了钻孔声波测井实验，布置了3630m长度的浅层地震折射波法勘探工作。调查结果显示，该区地层主要为加里东期花岗闪长岩（）及其风化层，隧址区未见大的断裂构造，隧址区地质构造以节理裂隙为主。其中，隧道进、出洞口位置结构面较为发育。进洞口段主要结构面倾向W或SW，倾角较陡（6585），与洞轴线大角度相交，对洞口的稳定性影响较小；出洞口节理裂隙较为发育的有三组，分别倾向NE、SE、NW，倾角也普遍较陡（5279），主要结构面走向与洞轴线斜交，对隧道围岩稳定性和出口边坡稳定性存在一定的不利影响。结构面普遍较为平直，延伸
3、长度最大未见超过6m，进洞口节理裂隙线密度最大10条/m，出口最大4条/m。隧址区内加里东期花岗闪长岩微风化岩体属坚硬岩，其工程性质较好，饱和单轴抗压强度大于80MPa，是理想的建筑材料。覆盖层较厚，厚度3.269.7m，主要由残破积土构成。残破积土以粉质粘土为主，普遍表现出遇水软化的特征。隧址区不良地质作用规模较小，以地表局部崩塌和滑塌为主。特殊性岩土规模较小，局部花岗闪长岩经绿泥石饰变、风化等改造后形成膨胀岩、高液限软土。项目区地震基本烈度 VI度，地震活动较弱。隧址区地表水系不发育，主要为季节性降雨及沟谷水；地下水以基岩裂隙水、覆盖层和全-强风化层中孔隙水为主；地下和地表水的水量均较贫乏
4、，地下水对混凝土结构无腐蚀性。总得说来，隧道洞身部分地质条件较好，洞口地质条件较差。竹盖山隧道由广东冠粤路桥有限公司承建，计划2013年4月完工。2隧道监控量测2.1 监控量测项目根据隧道的地质特点和设计资料，综合考虑公路隧道施工技术规范（JTJ F60-2009），并参考铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007），主要针对以下项目开展监控量测：l 拱顶下沉量测l 周边收敛量测l 浅埋段地表下沉量测l 锚杆内力量测l 初期支护喷混凝土应力量测l 二次衬砌压应力量测l 钢支撑内力量测各项目的主要测试目的及设备见表2.1。表2.1 监控量测项目及仪器汇总表序号量测项目仪器设备测试目的1拱
5、顶下沉量测收敛钢尺、水准仪、全站仪及时掌握隧道整体的稳定情况。2周边收敛量测收敛计、全站仪判断围岩的稳定性，确定二次衬砌的施做时间。3浅埋段地表沉降量测精密水准仪、水准尺、全站仪与拱顶下沉对比，间接反映隧道的稳定及隧道拱部以上围岩的运动状况。4锚杆内力量测锚杆计、频率计判断复合式衬砌中锚杆的工作状态及作用范围。5喷混凝土应力量测压力盒、频率计判断复合式衬砌中围岩载荷大小，判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力的情况。6二次衬砌压应力量测压力盒、频率计判断复合式衬砌中围岩载荷大小，判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力的情况。7钢支撑内力量测钢筋计、表面应变计、频率计判初期支护中钢支撑载荷大小，
6、判断初期支护承受围岩压力的情况。2.2 监控实施细则2.2.1拱顶下沉与洞周收敛量测拱顶下沉与周边收敛观测在同一个断面内进行。为了叙述方便，将洞周围岩收敛量测与拱顶下沉合并进行说明。拱顶下沉与周边收敛观测采用在每个量测断面的拱顶中心及两侧埋设收敛预埋钩，采用精密水准仪配合钢尺收敛计采集数据的方式观测。2.2.1.1观测目的与依据开展隧道拱顶下沉与周边收敛的主要目的在于：(1) 掌握岩体变形变化规律及发展趋势；(2) 预测预报围岩稳定性，为施工安全服务；(3) 选择合理的支护时机和判断支护效果；(4) 优化设计，及时修改喷锚支护参数；(5) 监视工程的实际运行情况，积累运行资料，为改进设计提高设
7、计水平提供科学依据。观测方法、标准等参照工程岩体试验方法标准（GB/T 50266-99）及铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）制定。2.2.1.2观测布置（1）断面布置结合工程特点，并遵循在避免爆破作业破坏的前提下在质量较差的岩体段落多布的原则，选取了如表2.2所示的监测断面间距及表2.3所示的监测频率，以确保为动态反馈设计及信息化施工提供及时的监测信息。实际工作过程中，可根据现场情况灵活增减断面，另外，一般情况下同时参考位移变化速度、量测断面距开挖面距离确定量测频率，并以位移变化速度为主要指标以便及时指导施工。表2.2 拱顶下沉与周边收敛监测断面间距及测点数量围岩级别断面间
8、距（m）每个断面测点数量拱顶下沉测点（个）洞周收敛测线（条）V10151336IV20301334III3050118010011（2）测点(线)布置原则及形式不同开挖工法下的测线测点布置图见图2.1。现场实际测点(线)布置时，要根据洞室断面的形状和大小决定，其原则是能量测到岩体的最大变形。同时还需考虑观测工作对工程施工的影响。底部隆起测点的布置重点结合开挖后岩体质量、水文地质条件等情况选择性进行布置。表2.3 拱顶下沉与周边收敛监测频率位移速度（mm/d）量测断面距开挖面距离（m）量测频率5 22次/d152101次/d0.2110301次/2d301次/7d(a)短台阶法 (b)单侧壁导坑
9、法（c）全断面法图2.1 拱顶下沉及洞周收敛测点布置示意图2.2.1.3测点安装首先，确定观测断面。临近工作面的断面、测点尽可能靠近工作面埋设，以不超过2m作为控制。测断面确定以后，首先清理岩石表面，根据测点（线）布置形式选用小型钻机进行钻孔施工。钻孔孔径与孔深视测桩直径、长短和形式而定。顶拱钻孔垂直洞壁，其余位置钻孔水平布置。各测点尽可能在一个平面内，并垂直于洞轴线。钻孔完成后，将带膨胀管的收敛预埋件敲入孔中，旋上收敛钩后即可量测。测点要安装牢固，端头尽量卧于孔内，外露棱片尽量靠近岩面，以防施工爆破损坏。必要时要对各个测点进行保护。由于爆破或塌方造成测点损坏，应及时在相同位置重新布点，布点后
10、观测应按初始读数观测进行。2.2.1.4现场观测与数据整理分析（1）初始读数观测测点埋设牢固后，即可进行初始读数测读。各断面测点初读数应在下一循环开挖施工前完成，并在较短时间内完成测读，以不超过24h为控制。初始读数观测应反复多次，以连续三次观测读数差值在0.05mm以内为稳定标准，并同时记录现场温度值。采用钢尺收敛计进行数据采集，每次读数2次，以两次之间差值不大于0.02mm为控制标准。使用钢尺收敛计进行量测的关键是保证钢尺拉伸要连贯且用力均衡，并在量测时使用掌托的方式避免仪器本身的重力对钢尺造成影响。实测得到的位移变化量是钢尺收敛计读数、百分表读数以及温度变化引起的长度变化的总和。测量时，
11、在距离实测点较远的地方设置基准点，然后用水准仪自基准点向实测点进行测量，即可在得到拱顶沉降量、底板隆起量等数据的同时，获得该点高程信息。（2）观测时间和次数安排观测时间和次数应考虑工程或试验研究的需要，参照表2.2和表2.3制定观测方案，观测期间根据现场具体情况进行适当调整，并注明调整原因。（3）测点考证与观测数据整理现场测点埋设完成后，应及时将测点的编号、初始读数、埋设位置等信息记入考证表中。观测过程中，应及时对数据加以整理、绘制有关的曲线及图件，进行数据分析。需要绘制的图件和曲线主要包括如下几种：1) 拱顶沉降、洞周收敛变形观测断面测点分布示意图；2) 拱顶沉降量、洞周收敛值与时间关系曲线
12、；3) 拱顶沉降、洞周收敛变形速率与时间关系曲线。（4）数据分析研究地下洞室稳定，可以对现场观测得到的拱顶沉降与围岩收敛变形数据加以分析，并考虑以下因素对变形、沉降的影响后获得指导性的信息：1) 地质条件的影响；2) 上覆岩体厚度(地应力)条件的影响；3) 地形条件的影响；4) 洞室尺寸及形状的影响；5) 开挖进尺的影响；6) 时间对位移的影响及曲线特征，即所谓“时间效应”。根据对上述观测曲线、图件的分析，揭示拱顶下沉、围岩收敛变形的特征及规律，结合围岩稳定标准，评价、判断围岩的稳定状况，并藉此确定支护时机。2.2.1.5地质描述和施工记录需要注意的是，为了更好地开展前文的分析和评价，现场观测
13、工作开展时的地质描述和施工记录是观测工作的重要组成部分，它是资料整理、分析的前提和主要依据。地质描述和施工记录以施工单位的现场记录为主，监控和检测方进行必要的补充，其主要内容分列如下。（1）地质描述的主要内容1) 施工地段的洞号、桩号；2) 施工区主要地质构造、节理、裂隙、断层、产状及其它地质现象；3) 所属岩层类别、岩性、节理间距；4) 水文地质条件；5) 观测地段的塌方、掉块、裂缝等。（2）施工记录的主要内容1) 施工时间、爆破、支护、出渣等时间，遇到的主要问题、处理措施等；2) 掌子面钻孔数量、装药量、开挖进尺、一个循环各工序所选用时间；3) 支护型式与具体指标，包括喷混凝土厚度，总喷射
14、方量，锚杆数量、深度、间距和布置，钢筋网的规格、挂放位置和分布等。此部分信息以施工单位搜集的信息为主，并及时根据现场观测和记录进行修正。2.2.2洞口浅埋段地表沉降量测2.2.2.1量测目的地表沉降量测的目的主要在于掌握以下内容：（1）地表下沉的范围以及下沉量的大小，监测地表下沉稳定的时间；（2）掌握随工作面推进地表沉降量的发展规律，与其他监测资料一起分析围岩稳定性，判断隧道掘进是否对地表建筑物有不利影响；（3）根据地表沉降量及时调整施工掘进进度。2.2.2.2测点布置隧道浅埋段一般处于过沟、洞口位置，地势较低，岩石风化程度高，表层大部分为土层所覆盖，工程地质条件差。因此，隧道浅埋段往往是地表
15、下沉量相对较大的部位，并易发工程事故，故而，地表下沉量测主要在隧道浅埋处进行。测量基点埋设在隧道开挖横向34倍洞径的区域内布置，并在此区域之外埋设2个基点以便相互校核。基点埋设参照标准水准点埋设。可在测点位置挖长、宽、深均为10cm的坑，然后放入测点预埋件，预埋件四周用混凝土填实，待混凝土硬化后即可开展量测。预埋件中的测点采用20的圆或螺纹钢筋制成，露出混凝土表面的长度不宜超过2cm。所有基点通过与附近水准点联测取得原始高程。为了更好地进行分析，地表下沉测点的布置与拱顶下沉及洞周收敛的观测点应尽量布置在同一断面上。沿洞轴线布置的地表下沉测线，其起点应在开挖面前方h+B/2（h为隧道开挖面的埋深，B为隧道开挖宽度）处开始布置，直至开挖面后方40m终止。监测断面间距见表2.4，测点（不含基点）布置示意图见图2.2。图2.2中垂直洞轴线方向布置的测点数量根据现场情况进行调整，并以不小于5个为控制。表2.4 地表下沉监测断面间距
