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1、隧道施工监控量测技术,中铁五局黔张常铁路项目,2015年5月,目 录,一、概念 二、必要性 三、目的 四、总体要求及方案制定 五、监控量测项目与方法 六、数据处理及应用 七、监控量测管理,隧道施工监控量测技术,一、监控量测概念（重要性）,监控量测是指在隧道施工过程中，对围岩、地表、支护结构的变形和稳定状态，以及周边环境动态进行的经常性观察和量测工作。以了解和掌握围岩稳定状态及支护结构体系可靠程度，确保隧道施工安全和结构的长期稳定性，为隧道施工中变更围岩级别、调整初期支护和二次衬砌的参数、指导施工顺序、修正及优化设计提供依据，是实现信息化设计与施工不可缺少的一道工序。,二、隧道监控量测的必要性1
2、. 由于隧道处于千变万化的岩体之中，其所受外力是不明确的，施工过程中应采用量测手段掌握受力情况。2.隧道在开挖、支护、成形、运营的过程中，自始自终都存在受力状态变化这一特性，监控量测可以了解变化情况。,隧道施工监控量测技术,3.隧道监控量测是隧道施工安全的哨兵，是确保隧道安全施工的前提条件。4.监控量测是判断隧道支护结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工最重要的信息化手段。很多隧道的变形与坍方是因为没有进行量测、或没有使用量测成果才产生的，教训深刻。隧道监控量测主要包括拱顶下沉和水平收敛，浅埋段应进行地表沉降量测。特别地段进行底部上鼓、填充面下沉量测。,工程实例,（1）郑西客专函谷关隧道洞顶公路
3、路面、服务区下沉及开裂情况,最大下沉529mm,（2）杭州地铁车站基坑坍塌,三、隧道施工监控量测的目的1.确保安全：根据量测信息，预见事故和险情，防患于未然。2.指导施工：分析处理量测数据，预测和确认隧道围岩最终稳定时间及变形量，指导施工顺序、开挖预留变形量和施作二次衬砌时间。3.修正设计：根据隧道开挖后所获得的量测信息，进行综合分析，修正支护参数和检验施工与设计措施的可靠性。4.环境监控：对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控，判断隧道施工对周围环境的影响程度。,隧道施工监控量测技术,四、隧道施工监控量测总体要求及方案制定1、隧道施工监控量测总体要求 按照关于印发铁路隧道设计施工有关标准
4、补充规定的通知（铁建设200788号） 、关于加强铁路隧道工程安全工作的若干意见 （铁建设2007102号）、关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知 （铁建设2010120号）和铁路隧道监控量测技术规程（TB10121一2007）等相关要求开展工作，并将监控量测纳入关键工序进行管理，监控量测结果应及时反馈,指导设计与施工,隧道开挖后的围岩变形量测应按规定实施,量测数据应绘制成图。,每座隧道应根据工程地质情况，编制具体监控量测方案及实施细则，并配置专门人员和仪器负责此项工作。针对隧道不同地质情况，选用监控量测项目和监控手段，配置相应精度的仪器。测点应紧靠工作面快速埋设
5、，尽早测量。一般在距开挖工作面2m范围内设置。拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在开挖支护后2h内完成（建技（2010）352号），其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，在喷射混凝土后、下次爆破前测取初读数。隧道开挖后最初时间的变形及应力变化较快，尽快取得初读数对后期的最终位移及应力预测很重要。 位移监控测量宜采用无尺量测，当采用收敛计量测时，每次测点位置应固定，挂钩应采用三角形挂钩。,隧道施工监控量测技术,有尺量测的挂钩设置,初期支护施做后，用冲击钻或凿岩机凿40mm、深600mm的孔（其中伸入岩体250300mm，外露不小于50mm），用1:1快硬水泥砂浆或锚固药卷填满后插入端头焊接挂钩的
6、22螺纹钢筋，使同一基线两测点的固定方向在同一断面及水平线上。,隧道施工监控量测技术,关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知（铁建设2010120号）有关监控量测的规定： 1.隧道监控量测应按现行铁路隧道监控量测技术规程（TB10121一2007）的规定建立等级管理、信息反馈和报告制度。 2.隧道监控量测应作为关键工序纳入现场施工组织。监控量测必须设置专职人员并经培训后上岗。 3.隧道拱顶下沉和净空变化的量测断面间距：级围岩不得大于10米；级围岩不得大于5米。 4.隧道浅埋、下穿建筑物地段，地表必须设置监测网点并实施监测。 5.当拱顶下沉或水平收敛速率达5mm/d或
7、位移累计达100mm时，要暂停掘进，分析产生原因，采取处理措施（预警机制）。 6.采用有尺量测时，测点挂钩要做成闭合的三角形，保证牢固不变形、点接触。,无尺量测,传统的隧道施工位移监测多采用钢尺式收敛计，但这种方法已有明显的局限性，如现场操作困难，对施工干扰大，测量精度下降等问题。随着国内光电测距技术的迅速发展，隧道工程施工中已广泛采用无尺量测技术，该监测系统采用全站仪+方形十字反射片(规格20mm*20mm)组成现场观测系统，具体施做步骤：埋设测点设置仪器测点量测处理数据反馈指导施工。,无尺量测,无尺量测法主要用于围岩变形量测，具有以下优点： (1)自动化程度高，操作简便大大减少了因人工操作
8、而引起的误差； (2)系统精度高，左右两侧进行复测复核，能够满足量测要求； (3)非接触量测，在大跨度隧道量测中具有明显优势； (4)软件操作方便，可及时反馈信息。,无尺量测指导施工, 无尺量测现场实施,隧道开工前，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设计。其中包括：量测管理组织机构、量测项目、量测仪器、测点布置、量测频率、数据处理及量测数据报告制度等。,变形观测点埋设元件及标识牌,全站仪要具有免棱镜激光测距功能，采用两次读数取平均值的方法。,2、施工监控量测方案的制定量测方案应根据隧道地质地形条件、支护类型和参数、施工方法和其他有关条件制定。其具体内容包括：监
9、控量测项目、方法及监控量测断面选定：断面内测点的数量、位置、量测频率、量测仪器和元件的选定及其精度、埋设时间等。传感器埋设设计：埋设方法、步骤、各部分尺寸、工艺选定及工程进度衔接等。固定测试元件的结构设计。量测数据记录表格式，表达量测结果的格式，量测数据精度确认的方法。,隧道施工监控量测技术,隧道施工监控量测技术,量测断面布置图和文字说明。量测数据处理方法，利用量测反馈信息修正设计和施工方法。量测数据大致范围，作为判断异常依据。用初期量测值预测最终值，综合判断隧道最终稳定的标准。施工管理方法，出现异常情况的对策。,1、隧道施工量测项目 包括必测项目和选测项目，应根据隧道工程地质条件、围岩类别、
10、围岩应力分布情况、隧道跨度、埋深、工程性质、支护类型等因素确定。,五、隧道施工量测项目与方法,监控量测必测项目,隧道施工监控量测技术,必测项目是施工的经常性量测项目，这类量测项目通常测试方法简单、费用少、可靠性高，对监视围岩稳定、指导设计和施工却具有重要的作用。,选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行监测，以求更深入地掌握围岩的稳定状态与锚喷支护效果，以便更好地指导未开挖区的设计与施工，这类量测项目较多、费用较大，一般由设计文件规定在局部地段进行。,必须实施、 可以实施、 必要时实施,2、隧道施工量测内容及方法 洞内外观察（必测项目） 目测观察的目的预测开挖面前方的地质条件。（超前地
11、质预报）为判断围岩的稳定性提供地质依据。根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。,隧道施工监控量测技术,隧道施工监控量测技术,隧道观察内容：开挖工作面观察应在每次开挖后进行。主要观察掌子面岩性、结构面产状、节理裂隙发育程度、断层的性质、产状，掌子面自稳情况，涌水量大小、涌水位置等。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；及时绘制开挖工作面地质素描图（或数码拍照），填写开挖工作面地质状况记录表和施工阶段围岩级别判定卡，并与勘察资料进行对比。已施工地段观察每天至少应进行一次，记录喷射混凝土是否发生裂隙和剥离现象 、锚杆的受力变形情况、钢架是否压曲变形和二次衬砌的工作状态
12、等。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建(构)筑物进行观察。,周边位移量测周边位移量测目的收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目。周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映，通过周边位移量测可以达到以下目的： 判断隧道空间的稳定性；根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机；指导现场的施工。,隧道施工监控量测技术,周边位移量测方法及要求收敛量测的主要内容包括仪器选择、断面间距、量测频率、测线布置、量测点埋设时间等。收敛量测的间距与测点数量,必测项目量测断面间距和每断面测点数量,注:级围岩视具体情况确定间距。,隧道
13、施工监控量测技术,量测频率：量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面距离确定：,按位移速度,按距开挖面距离(注：B为隧道开挖宽度),由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。,量测仪器目前隧道施工中常用的收敛计为机械式的收敛计和数显式收敛计。测试原理：测试中读得初始数值X0；间隔时间t后，用同样的方法可读得t时刻的值Xt，则t时刻的周边收敛值Ut即为的两次读数差。即UtL0LtXt1Xt0式中：L0初读数时所用尺孔刻度值；Ltt时刻时所用尺孔刻度值；Xt1t时刻时经温度修正后的读数值，Xt1Xtt
14、Xt0初读数时经温度修正后的读数值，Xt0X0toXtt时刻量测时读数值；X0初始时刻读数值；t温度修正值；t（T0T）L钢尺线膨胀系数；T0鉴定钢尺的标准温度， T0 =20T每次量测时的平均气温；L钢尺长度。,拱顶下沉量测拱顶下沉量测目的确认围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序，预防拱顶崩塌，保证施工质量和安全。拱顶下沉量测仪器 全站仪,隧道施工监控量测技术,（3） 拱顶下沉量测原理 第一次读数后视点读数为A1，前视读数为B1；第二次后视点读数为A2，前视读数为B2。拱顶变位计算方法如下： 差值计算法：钢尺和标尺均正立（即读数上小下大）。 后视读数差 A=A2-A1 前视读数差 B=B
15、2-B1 拱顶变位值 C=B-A C0拱顶上移；C0 拱顶上移；C0 拱顶下沉。,地表下沉量测 目的：浅埋段预测地表坡面的稳定。根据地表建筑物类别，控制最大下沉量。 设点：地表沉降测点横向间距为25m。每个断面设711个点，监测范围应在隧道开挖影响范围以内。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于Ho + B（Ho为隧道埋深，B为隧道开挖宽度 ），地表有控制性建(构)筑物时，量测范围应适当加宽。 测点采用22螺纹钢，深入坡体6080cm，外露5cm，表面磨平后在表面打眼作标记。 地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深及隧道开挖高度之和处开始，直到二次衬砌结构封闭、下沉基本停
16、止时为止。 地表下沉量测频率应与洞内拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。,地表沉降与隧道埋深,注：B为隧道直径，H为隧道埋深。,地表沉降测点纵向间距,510,HB,1020,BH2B,纵向测点间距（m）,埋深与开挖宽度,净空变化量测测线数,图1 洞顶地表下沉测点布置图,图2-1全断面开挖隧道拱顶沉降及周边收敛测点布置图,图2-2 上下台阶及三台阶法开挖拱顶沉降及周边收敛测点布置图,图3 拱部下沉、底部上鼓、填充面下沉测点布置图,围岩内部位移量测 隧道围岩内部位移量测的主要目的了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围。判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围。根据实测结果优化锚杆参数，指导施工。 量测仪器 多点位移计,
