隧道监控量测作业指导书

蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区隧道工程编号：隧道监控量测作业指导书单位：中铁十局集团蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区编制：审核：批准：2015年9月14日发布2015年9月14日实施1蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区隧道工程隧道监控量测作业指导书1.适用范围本作业指导书适用于蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区刘坪隧道及梁村隧道工程监控量测作业。2.目的1）监测围岩变形和压力情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和施工安全。2）提供判断围岩和支护系统基本稳定的数据，确定二次衬砌与仰拱的施工时间。3）通过对测量数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计参数，施工方法及变更设计的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息。3.作业准备技术准备：根据设计图纸及相应参考图《隧道施工监控量测图》中技术要求，包括测点间距、位置等参数，用于施工。人员配备：监测组长1人，现场监测小组4人，信息反馈小组2人。设备配备：按设计图纸中相关要求配备现场施工设备，并做好维修保养记录。4、技术要求（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。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。2必测项目包括下表1所列项目必测项目序号监控量测项目常用量测仪器备注1洞内、外观察现场观察、数码相机、罗盘仪2拱顶下沉全站仪3净空收敛全站仪4地表沉降（暗挖沉降/明挖边坡变形）电子水准仪或全站仪隧道浅埋段选测项目包括下表2所列项目选测项目序号监控量测项目常用量测仪器1围岩压力压力盒2钢架应力钢筋计、应变计3喷射混凝土内力混凝土应变计4二次衬砌内力混凝土应变计、钢筋计5初期支护与二次衬砌间接触压力压力盒6锚杆轴力钢筋计7围岩内部位移多点位移计8隧道底隆起水准仪、铟钢尺或全站仪9爆破振动振动传感器、记录仪10孔隙水压力水压计11水量三角堰、流量计12纵向位移多点位移计、全站仪当隧道部分段落出现钢架扭曲、混凝土开裂、剥落、沉降收敛数据3异常时，应在附近段落选择1-2个断面增设以下必测项目：围岩压力、初期支护与二次衬砌间接触压力、钢架内力、混凝土内力、二衬钢筋应力、锁脚锚管轴力。（2）量测方法和要求拱顶下沉、净空收敛量测起始读数宜在3～6h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。净空收敛量测测线数见表3。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。拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近，当隧道开挖跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点。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。各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2～3周后结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。根据围岩情况，监控量测断面间距见下表。拱顶下沉和水平收敛监测断面间距围岩级别断面间距（m）单双线正洞单双车道辅助坑道Ⅴ510Ⅳ2030Ⅲ504地表沉降监测断面间距隧道埋深与开挖宽度断面间距（m）2B＜H0≤2（H+B）20B＜H0≤2B10H0≤B5备注：1）H0为隧道埋深，H为隧道开挖高度，B为隧道开挖宽度；2）地表沉降测点应在隧道开挖前布设；3）地表沉降断面与洞内监测断面应尽量布置在同一断面。（3）监测频率必测项目监控量测频率根据量测断面距开挖面距离和围岩位移速度双指标控制，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。1、洞内、外观察每施工循环记录一次，必要时加大观察频率。2、拱顶下沉和水平收敛监测1）一般为1次/天。2）台阶法施工，下部开挖过程中，频率为2次/天。3）出现异常情况时，根据现场管理要求，加大监测频率。4）当变形趋于稳定时，监测频率按表8.1进行。变形趋于稳定时的监测频率支护状态平均变形速率持续时间监控频率初支全环封闭＜2mm/d＞3天1次/3天初支全环封闭＜1mm/d＞7天1次/7天初支全环封闭＜1mm/d＞15天1次/15天5）在初期支护稳定后，可停止该断面的监测。初期支护稳定须同时满足以下条件：①初期支护表观现象正常；5②拱顶下沉和水平收敛平均变形速率小于1mm/d，且持续1个月以上；③变形时态曲线已经收敛。3、地表沉降监测1）一般为1次/天。2）出现异常情况时，应加大监测频率。3）在二次衬砌施工通过监测断面H0+B距离后（H0为该断面隧道埋深，B为该断面隧道开挖宽度），且地表沉降变形时态曲线已经收敛，可停止该断面监测。（4）测点布置1、拱顶下沉和水平收敛测点1）测点布设应按施工方法区分，全断面、两台阶、三台阶按图7.1所示进行布置，其他特殊地段施工方法的测点布设根据现场实际情况进行布置。（a））台阶法（c）三台阶法拱顶下沉和水平收敛测点布置示意图62）拱顶下沉和水平收敛测点应布置在同一断面上。3）初支应与围岩密贴，测点埋设在钢架、格栅等初期支护上。4）测点应在初支支护后立即埋设。5）初始读数应在测点埋设12h内读取。6）拱顶下沉测点应埋设在拱顶轴线附近，数值采用绝对高程，周期性复核后视点，保证其数据可靠性。2、地表沉降测点1）测点应在隧道开挖前布设，横向间距为2～5m，按图7.2所示进行布置，在隧道中线附近测点应适当加密。地表沉降横向测点布置示意图2）隧道中线两侧监测范围不应小于H0+B。当对地表沉降有特殊要求时，监测间距应适当加密，范围应适当加宽。3）基准点应设置在隧道施工影响范围以外稳定处，并设置复核性测点，保证其数据可靠性。（5）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7的规律，判定围岩和初期支护系统稳定状态。常用的回归函数有：对数函数U=Alg（1+t）+B0lntBTBAU指数函数U=Ae-B/tU=A（e-Bt-e-Bt0）双曲函数BtAtU2201111BTBtAU式中：U—变形值（或应力值）；A、B—回归系数；t、t0—测点的观测时间（day）；T—量测时距开挖时的时间（day）。在取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析监测数据。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：(1)将量测记录及时输入计算机系统，根据记录绘制纵横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移u-时间t的关系曲线，见图6。8位移u-时间t的关系曲线图(2)若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常，表明围岩和支护已呈不稳定状态，加强支护，必要时暂停开挖并进行施工处理。(3)当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。(4)各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定后，进行二次衬砌的施作。5.施工要求采用变形总量、变形速率、初期支护表观现象和变形时态曲线等4项对隧道施工安全进行综合等级管理。变形总量与变形速率应控制在管理等级范围内，及时巡视观察初支表观有无异常，同时结合变形时态曲线形态进行综合分析处理。5.1管理等级及对应措施管理等级及对应措施管理等级对应措施正常（绿色）正常施工预警二级（黄色）加强监测，密切关注发展情况,分析原因，调整施工，使隧道变形趋稳,并制定应急方案和对策预警一级（红色）暂停施工，加强监测，启动应急预案，采取相应工程措施u(mm)u(mm)t(d)t(d)正常曲线反常曲线ab95.2变形总量管理值一般地段变形总量管理等级变形总量/（mm）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（红色）拱顶下沉单线正洞单车道辅助坑道Ⅲ＜2020～25≥25Ⅳ＜4848～64≥64Ⅴ＜6060～80≥80双线正洞双车道辅助坑道Ⅲ＜2525～35≥35Ⅳ＜7272～96≥96Ⅴ＜9090～120≥120水平收敛单线正洞单车道辅助坑道Ⅲ＜1010～15≥15Ⅳ＜3030～45≥45Ⅴ＜4040～55≥55双线正洞双车道辅助坑道Ⅲ＜1010～15≥15Ⅳ＜3535～50≥50Ⅴ＜4545～60≥60备注：本表所建议变形总量管理等级应结合现场施工情况进行动态调整；台阶法开挖时拱顶下沉和水平收敛变形总量管理值分配基准值工法分部1分部2分部3台阶法40%70%—三台阶法30%50%70%备注：本表按隧道各分部开挖工序制定，其中（%）为各分部累计变形量相对于对应变形总量的百分比。10黄土地段变形总量管理等级变形总量/（mm）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（红色）拱顶下沉Ⅳ＜9090～120≥120Ⅴ＜110110～150≥150水平收敛Ⅳ＜3535～50≥50Ⅴ＜4545～60≥60备注：本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法(如预切槽法等)，并应结合现场施工情况进行动态调整。5.3变形速率管理值一般地段变形速率管理等级变形速率/（mm/d）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（红色）开挖过程中拱顶下沉单线正洞单车道辅助坑道＜4.04.0～8.0≥8.0双线正洞双车道辅助坑道＜5.05.0～10.0≥10.0水平收敛单、双线正洞单、双车道辅助坑道＜3.03.0～6.0≥6.0仰拱封闭后拱顶下沉水平收敛单、双线正洞单、双车道辅助坑道＜2.02.0～4.0≥4.0备注：本表所建议变形速率管理等级应结合现场施工情况进行动态调整。黄土地段变形速率管理等级变形速率/（mm/d）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（红色）开挖过程中拱顶下沉Ⅳ＜10.010.0～20.0≥20.0Ⅴ＜15.015.0～30.0≥30.0水平收敛Ⅳ、Ⅴ＜5.05.0～10.0≥10.0仰拱封闭后拱顶下沉水平收敛Ⅳ、Ⅴ＜2.02.0～4.0≥4.0备注：本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法(如预切槽法等)，并应结合现场施工情况进行动态调整。115.4初期支护表观现象隧道施工过程中应对隧道初期支护表观进行观察，当初期支护出现表中所述现象时，应及时进行信息反馈，并采取相应工程措施。需要采取工程措施的初期支护表观现象序号初期支护表观现象1喷混凝土初期支护混凝土出现开裂、剥落、掉块等现象①纵向开裂超过3榀钢支撑间距；②环向开裂超过已施工支护周长的1/3；③裂缝宽度超过1mm。2钢拱架等扭曲、异响、拱脚下沉等。5.5变形时态曲线特征（a）正常（b）预警二级（c）预警一级变形时态曲线特征图当变形处于初期匀速变形阶段和平稳发展阶段时，隧道处于相对安全的状态；围岩变形过程中，在围岩不失稳的正常情况下，在量测断面附近进行开挖施工时，受施工扰动，存在一定的变形加速现象，属于正常加速，其余变形加速属于异常加速。异常加速是围岩失稳的征兆，隧道施工安全存在威胁，应进行预警。变形时态曲线在管理等级中的体现序号管理等级体现1正常（绿色）无变形异常加速，变形特征曲线趋于收敛2预警二级（黄色）变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续2天增大，且均大于2mm/d时。3预警一级（红色）变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差