围岩监控量测施工作业指导书

1\围岩监控量测施工作业指导书1.适用范围适用于巴达铁路站前I标张家湾隧道围岩监控量测。2.技术要求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。必测项目一般包括：⑴洞内、外观察；⑵二次衬砌前净空变化；⑶拱顶下沉；⑷地表下沉（浅埋隧道必测，H0≤2b时）；⑸二次衬砌后净空变化；⑹沉降缝两侧底板不均匀沉降；⑺洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测。选测项目根据具体情况而定：⑴地表下沉（H0≥2b时）；⑵隧底隆起等。3.施工流程根据工程的具体情况，成立专业监测领导小组，由项目总工程师、监测负责人和监测小组组成，从组织上保证监测的顺利进行，使施工完全进入信息化控制中。工程监控量测作为施工组织的核心内容之一被置于一个动态的管理体系之中，具体包括了预测、监控和反馈。2\现场施工监控量测量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及分析监测结果的综合评价量测结果的形象化、具体化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、提交修正设计、施工建议反馈设计信息是否改变设计、施工方案新设计施工方法经验类比理论分析甲方、规范要求报送设计、监理单位NY调整设计参数、改变施工方法监测设计资料调研监控量测施工流程图4.施工要求4.1量测方法和要求根据设计文件、制定本线隧道围岩量测方案。拱顶下沉、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。基底处理完毕经检测符合各项指标后，在仰拱回填顶面横断面上设3个测点，纵向每10m设一排，采用精密水准仪进行沉降观测。观测周期及观测时间根据现场实际情况确定。观测计划及观测方案应征得监理批准，观测结果异常时应立即报设计单位拿出处理意见，情况紧急时，应3\果断采取措施，确保施工安全。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。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。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。具体方法和要求见表1。4.2测点布置洞顶地表下沉量测断面布置见图1。洞内周边收敛量测布置见图2。拱部下沉、底部上拱、填充面下沉量测布置见图3。根据开挖方法不同，拱顶下沉和底部上鼓点应采用不同的布置方式，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。净空变化，拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等监控必测项目，应设置在同一断面。表1量测项目及要求表测试时间3个月以上每次机械或人工开挖后及初期支护后。1～3次/月1～3次/月4\表1量测项目及要求表续前表测试时间3个月以上1次/天1次/15天1～3个月15天～1个月1～15天1～3个月1～2次/周1～2次/周15天～1个月1次/2天1次/2天1～15天1～2次/天1～2次/天观测点布置全长度开挖及初期支护进行中。隧道周边共设三条监测基线，沿纵向每10～30米设一组，如图所示，测点布置位置尽可能与地面观测点相一致。拱顶和隧底各设一测点，沿纵向每10～30米设一组，如图所示，测点布置位置尽可能与地面观测点相一致。填充面每30米设一组。方法、要求及工具岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述、地质罗盘。采用隧道周边位移计（或全站仪非接触观测法）量测。开挖后按图安设收敛杆件并进行编号，收敛杆件埋入土体深度不小于40cm。各测点设固定桩，其设置应在开挖或第一次喷射混凝土完成后迅速完成，采用水平仪、水准尺抄平测量。尽可能和地面相应位置点同时进行。填充面固定桩在填充混凝土完成后设置。项目名称地质及支护状态观察洞内周边水平收敛位移量测拱顶下沉及底部上鼓、仰拱填充面高程量测应测项目5\观测点布置纵向沿隧道中线每10～20米左右设一个混凝土桩，横向按图所示布点安设混凝土桩。横断面位置依据衬砌类型并结合实际地形选择在横向地形变化较小和不受仰坡开挖影响的部位。并在洞顶山体变形范围以外设两个水准点，供洞顶测点抄平使用。洞内沉降缝每侧布设四个以上观测点，洞口布点视过渡段的情况而定，根据沉降曲线确定道床施作时间。方法、要求及工具采用精密水准仪，混凝土桩及水准基点要求按“铁路测量技术规则”办理，桩底应埋设于冻结线以下30～50cm。沉陷抄平应按以下几个阶段进行：⑴进洞前应将所有纵、横断面方向桩全部抄平一次。⑵开挖至量测断面20m、10m、5m时、⑶开挖至量测断面时、⑷开挖超过量测断面5m、10m、20m时、⑸至衬砌前每天测量一次。当出现沉陷值突然变大时，应酌情增加量测次数，进行监视。⑹衬砌后，应根据沉陷情况继续量测一段时间。三等水准测量项目名称洞口及浅埋段、下穿高速公路段、洞顶地表沉陷量测沉降缝两侧底板不均匀沉降，洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测。应测项目6\地面线地面下沉线隧道中线内轨顶面图1洞顶地表下沉量测断面布置图拱顶测点和1条水平测线示例拱顶测点和2条水平测线、2条斜测线示例图2断面量测测点、测线示意1拱顶隧道中线2填充面34隧底图3拱顶下沉、底部上鼓、填充面下沉量布置图7\4.3测点设置要求及测设工具周边位移量测以水平相对净空变化值的量测为主，水平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。拱顶下沉量测断面的位置在每一断面宜布置1~3个点。若地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，应同时量测拱腰下沉及基底隆起量。测点的安装应能保证在开挖后12小时(最迟不超过24小时)内和在下一循环开挖前测到初次读数。坑道周边收敛计可选铰弹簧式或重锤式，拱顶下沉量测采用水平仪、水准仪和挂钩钢尺等，有条件时可采用激光隧道断面监测仪进行量测。变形量测可采用单点或多点式锚头和传力杆，配以机械式百分表或点测位移计。4.4量测方法⑴水平收敛量测方法水平相对净空变化的量测首先要求将预埋件按要求的时间及方法埋设，然后进行仪器的安装(如下图所示)。当仪器安装完成后，利用弹簧秤、钢丝绳、滑管给钢尺施加固定的水平张力(弹簧秤拉力90N)，并在百分表读得初始数值X0；因第一次量测的初始读数是关键性读数，应反复测读；当连续量测3次的误差R≤0.18mm(R值根据收敛计不同而异)时才能继续爆破掘进作业。用同样方法可读得间隔时间t后的t时刻的Xi值，则t时刻的周边收敛值Ut即为百分表两次读数差：8\Ut=L0-Lt+Xtl-Xto式中：L0——初读数时所用尺孔刻度值；Lt——t时刻时所用尺孔刻度值；Xtl——t时刻时经温度修正后的百分表读数值，Xtl=Xt+εtXto——初读数时经温度修正后的百分表读数值，Xt0=X0+εt0Xt——t时刻量测时百分表读数值；X0——初始时刻百分表读数值；ε——温度修正值，εt=α(T0-T)Lα——钢尺线膨胀系数；T0——鉴定钢尺的标准温度，T0=20℃；T——每次测量时的平均气温；L——钢尺长度。⑵拱顶下沉量测方法拱顶下沉量测采用水准测量法进行，后视点可设在稳定衬砌上，用水平仪进行观测(如下图所示)。将拱顶初始相对高差与t时刻相对高差相减变得拱顶下沉量，即：Ut=(Q0+P0)-(Q+P)=(Q0-Q)+(P0-P)。若Ut为正值，则表示拱顶下沉；若Ut为负值，则表示拱顶向上位移。4.5监测资料整理、数据分析及反馈9\监控量测数据的计算分析主要包括以下内容：⑴拱顶下沉、净空收敛的位移量，绘制时态曲线。⑵围岩压力与支护间接触压力值，绘制时态曲线和断面压力分布图。⑶初期支护、二次衬砌应力（应变）值，绘制时态曲线，反算结构内力并绘制断面内力分布图。⑷地表沉降值，绘制横向和纵向时态曲线曲线。⑸孔隙水压力值，绘制孔隙水压力的时态曲线及孔隙水压力与深度的关系曲线。⑹爆破振动速度，绘制振动速度与测点至震源距离关系曲线。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。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。每次测量时要做好详细的量测记录，记录内容包括日期、时间、里程编号、环境温度、量测数据等，并及时根据现场测量数据绘制时态曲线和空间关系曲线。当位移时间曲线趋于平缓时，及时进行量测数据的回归分析，以推求最终位移和掌握位移变化的规律。目前，常采用的回归函数有：10\对数函数U=A+Bln(t+1)U=Aln(0tBTB)指数函数U=Ae-B/tU=A(e-Bt0-e-BT)双曲函数U=A])11()11[(220BTBt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)。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4。图4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。u(mm)u(mm)t(d)t(d)正常曲线反常曲线ab11\(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。4.6监控量测与信息反馈程序图量测的目的是为了指导施工，为调整支护参数和二衬施工时间提供依据，因此在做好数据收集和分析的基础上必须及时反馈信息，以保证量测作业的及时、有效性。在日常作业中按如下程序进行：4.7监控量测管理围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按以下方法进行。开始施工设计施工方案相关参数支护形式相关参数衬砌类型相关参数隧道施工监控量测量测数据分析处理回归分析动态分析综合分析结构安全和经济性判断经济类比理论分析标准评判结构是否安全结构是否经济结束反馈结构修正意见正常施工循环否否是修改施工方法是12\⑴按变形管理等级指导施工，见表2。表2变形管理等级管理等级管理位移施工状态ⅢUUo/3可正常施工ⅡUo/3≤U≤2Uo/3应加强支护ⅠU2Uo/3停工，采取特殊措施后方可施工注：U为实测位移值；Uo为最大允许位移值。⑵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0.15mm/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。⑶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/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0），围岩不稳定，应加强支护；当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0），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。⑷工程安全性评价应根据表2要求