隧道施工监控量测工艺(隧道工艺标准系列之十一)

隧道施工工艺标准111隧道施工监控量测工艺11.1总则11.1.1适用范围本标准适用于采用钻爆法施工的山岭交通隧道和城市交通隧道。11.1.2编制参考标准、规范及专著11.1.2.1公路工程技术标准(JTJ001－97)。11.1.2.2公路隧道勘测规程(JTJ063－85)。11.1.2.3公路隧道设计规范(JTGD70－2004)。11.1.2.4公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)。11.1.2.5公路工程地质勘察规范(JTJ064-98)。11.1.2.6隧道工程试验检测技术，吕康成，人民交通出版社，2000。11.1.2.7隧道新奥法及其量测技术，李晓红，科学出版社，2002。11.2术语11.2.1监控量测使用各种仪器设备和量测元件，对施工地段地表沉降、围岩与支护结构的变形、应力、应变进行量测，据此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性和支护的工作状态，这种工作称为隧道的现场监控量测。11.2.2收敛是指隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值；它是判断围岩动态最直观和最重要的量测信息，是现场监控量测中的主要内容。11.3施工准备11.3.1技术准备11.3.1.1熟悉隧道设计图纸和资料。11.3.1.2熟悉隧道洞口地形、地貌和工程地质状况。11.3.1.3根据隧道的地质地形条件，支护类型和参数，施工方法以及有关条件制定监控量测计划。该计划内容应包括：量测项目及方法、量测仪器的选定、量测位置的选择、测点布置、数据处理及量测人员组织等。11.3.2材料准备11.3.2.1测量标志材料：水泥、螺纹钢筋等。11.3.2.2数据处理材料：打印纸张、文件夹等。隧道施工工艺标准211.3.3主要机具11.3.3.1量测仪器与元件：精密水准仪、收敛计、铟钢尺、应变计、压力盒、地质罗盘、照相机或摄象机。11.3.3.2量测工具：地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、人字梯等。11.3.3.3数据整理设备：计算机、打印机。11.3.4作业条件11.3.4.1各种监控量测的仪器和量测元件已准备妥当。11.3.4.2量测标志已埋设完毕。11.3.4.3工作人员已熟悉量测数据的整理分析方法和过程。11.3.5劳动力组织11.3.5.1必测项目：3～4人。11.3.5.2选测项目：4～5人。11.4工艺设计和控制要求11.4.1技术要求11.4.1.1采用新奥法施工的隧道在施工过程中必须实施监控量测，以达到以下目的：（1）为设计和修正支护结构形式和参数提供依据；（2）正确选择开挖方法和支护施作时间；（3）为隧道施工和长期使用提供安全信息。11.4.1.2现场量测应专门成立监测小组，并配备具有工程师以上职称的专业技术负责人员。11.4.1.3现场监控量测的具体工作应满足下列技术要求：（1）测点埋设应紧靠开挖工作面(距开挖工作面2m的范围内)；第一次测设宜在埋设测点后立即进行，通常要求应在爆破后24h内和下一次爆破之前测得初次数据。（2）进行一次量测的时间宜尽量短。（3）量测元件要有较好的防震、防冲击波的能力，且能长期有效。（4）测设的数据要求直观、正确、可靠。（5）测试仪器要有足够的精度。（6）监测工作应固定观测人员和仪器，采用相同的观测方法和观测路线，在基本相同的情况下施测。（7）监测期间应定期对基准点进行联测以检验其稳定性；（8）所有量测数据均应及时处理，及时提出报告，以便进行分析，采取相应的施工决策。11.4.1.4量测记录及资料应列为施工总结及竣工文件的内容。隧道施工工艺标准311.4.2材料质量要求11.4.2.1地表沉降与洞内收敛的量测标志应用Φ18～22mm的螺纹钢筋。11.4.2.2联接各种测试元件的传输导线应满足防水、不易破损的质量要求。11.4.2.3应对仪器、传感器、材料、传输导线进行安装前后过程中连续性检验，以保证其质量的稳定性。11.4.3职业健康安全要求11.4.3.1参见第1～10章的相应要求。11.4.4环境要求11.4.4.1参见第1～10章的相应要求。11.5施工工艺11.5.1工艺流程11.5.2操作工艺11.5.2.1进行隧道现场监控量测的隧道应按表11.5.2.1所列项目进行量测项目的选择。监控量测项目选择表表11.5.2.1项目围岩条件A类测量B类测量洞内观察净空变化拱顶沉降地表沉降围岩内部位移锚杆轴力衬砌应力锚杆拉拔试验围岩试件洞内弹性波硬岩地层(断层等破碎带除外)◎◎◎△△*△*△△△△软岩地层(不产生很大的塑性电)◎◎◎△△*△*△*△△△软岩地层(塑性地压很大)◎◎◎△◎◎○△○△土砂地层◎◎◎◎○△*△*○◎△注：◎必须进行的项目；○应该进行的项目；△必要时进行的项目；△*其结果对判断支护是否保守有用11.5.2.2工程地质与支护状况的观察（1）隧道开挖工作面爆破后应立即进行工程地质状况的观察和记录，并进行地质描述。安设量测标志数据整理与分析制定量测方案选择量测断面整理监测报告信息反馈埋设量测元件实施监测隧道施工工艺标准4（2）衬期支护完成后应进行喷层表面观察和记录，必要时进行裂缝描述。（3）以上两项观察为各类围岩都应采用的第一项应测项目。11.5.2.3隧道地表沉降量测（1）量测方法是在地表测试范围内埋设沉降量测点，用精密电子水准仪和精密水准尺(铟钢尺)逐日进行水准测量，测出沉降值。（2）地表沉降纵向量测区长度见图11.5.2.3-1。地表下沉量测最好与洞内量测点布置在同一断面上，沿隧道纵向的间距一般为5～20m，埋深越浅，间距应越小。（3）地表沉降量测在横断面上的测点布置如图11.5.2.3-2。11.5.2.4隧道净空变化(收敛)量测（1）各级围岩隧道开挖后均应进行周边位移与拱顶下沉的监控量测。（2）量测断面的间距视隧道长度，地质变化情况而定。一般Ⅵ级围岩间距为10m；Ⅴ级围岩间距为15m间距布点；Ⅳ级围岩间距为30m；Ⅲ级围岩间距为50m，Ⅱ级围岩间距为100m。（3）收敛量测测点与拱顶下沉测点布置在同一断面。（4）收敛量测的基线，视围岩条件可选择1条、2条或3条，最多选6条，如图11.5.2.4-1所示。测点与基线的布置可视具体施工方案的变化进行修改和调整。（5）埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为40~80mm，深为25mm的孔。在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可量测。图9－322～5m间隔地表测点45位移计倾斜计不动点h2h1下半下半图9－31上半量测区间上半图11.5.2.3-1图11.5.2.3-2图9-33图11.5.2.4-1隧道施工工艺标准5（6）位移量测是采用隧道净空变化测定计(简称收敛计)来进行。目前国内使用的收敛计种类很多，但大致可分为三类，即重锤式、弹簧式和应力环式。现以弹簧式收敛计为例，说明其施测步骤，如图11.5.2.4-2所示。①先在隧道周边围岩表面凿一孔径为40～50mm，深为200mm的孔，在孔内填塞水泥砂浆后插入测杆作为今后量测的基准点，设置时应尽量使两测杆轴线在连线方向上。②将收敛计用销子连接到两测杆端头上，安装好收敛件。③旋紧调距螺母使张紧力指示百分表的读数到达收敛计使用说明中的规定值，下百分表读数，然后松动旋动调距螺母，重复测试3次，取其平均值作为初始观测值记0R。④经过一定时间后，重复上述步骤测其观测值，并取其平均值tR。则这段时间内隧道的收敛值为0RRutt(10-1)⑤当温度变化大时，必须对百分表读数进行温度修正，即)('0ttaLRR(10-2)式中，R——修正后的百分表读数；'R——百分表读数；0t——初始读数时的温度；t——再次读数时的温度；L——量测基线长度；——钢尺或铟钢丝的线膨胀系数，可取＝1.2×10-5(或按钢尺厂说明书取用)。⑥当收敛值较大，钢尺须另换一个孔位(百分表读数大于钢尺孔距)时，为了消1－壁面埋腿；2-球形测点；3－本体球铰；4－张紧力指示百分表；5－张紧弹簧；6－调距螺母；7－距离指示百分表；8－钢带尺限位装置；9－带孔钢带尺；10－尺头球铰；11－钢带尺尺架。图11.5.2.4-2隧道施工工艺标准6除钻孔间距的误差，在换孔前要先测读一次，计算出收敛值u，换孔后应立即再测读一次，作为以后计算收敛值时新的初始读数0R，经过一定时间后，再记录百分表读数，取其平均值为tR，则这段时间内的隧道收敛值tu为0RRuutt(10-3)11.5.2.5围岩内部位移量测(1)围岩内部位移量测是通过在洞室周边围岩内钻孔，埋设单点或多点式位移计的方式进行。（2）本项量测采用位移计进行。它的基本原理是将岩体内部某一点的位移状态，通过与之固定在一起的位移计(如图11.5.2.5-1所示)引至岩体外部，以测出隧道周壁与岩体内部某一点间的相对位移。（3）位移计多须采用电传感的测读装置进行遥测。（4）围岩内部位移量测量的测孔，一般应与收敛量测基线相应布设，以便使两项测试结果能够相互验证，协同分析与应用。围岩内部位移量测测孔布置如图11.5.2.5-2所示。11.5.2.6围岩与支护接触压力以及喷射混凝土层应力量测（1）围岩与支护接触压力量测的目的是了解隧道开挖后围岩压力沿洞室周边分布规律，围岩应力重分布的时间效应与空间效应，判断围岩的稳定性，以及围岩压力与支护的相互作用关系。（2）喷射混凝土量测的目的是了解喷层的变形特性以及喷层的应力状态；掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况。还可提高对喷射混凝土作用机理的认识。（3）围岩与初期支护之间接触压力量测是采用在支护结构背后埋设压力盒的方法进行。（4）喷射混凝土层应力量测是将应力计直接埋入喷射混凝土层中，待喷层混凝土达到一定强度时，即可用接收仪器进行量测。（5）围岩与支护接触压力以及喷射混凝土层应力量测断面的测点布置如图(a)三测孔(b)五测孔(c)七测孔图9－38图11.5.2.5-2S2nS3nS1n测点3测点2测点1S20S30S10图3－1围岩内部位移量测方法示意图图11.5.2.5-1隧道施工工艺标准711.5.2.6所示。11.5.2.7钢支撑受力量测（1）本监测项目主要针对Ⅳ～Ⅵ级围岩进行。（2）隧道型钢支撑内力量测采用表面应变计进行量测；隧道格栅钢支撑内力量测采用钢筋计进行量测。（3）每个断面布5个测点如图11.5.2.7所示。（4）具体方法：把表面应变计粘接在钢支撑上，用检测仪测得各点的应变，然后根据虎克定律转化为钢支撑的内力。如是格栅将钢筋计焊接在格栅主筋上。11.5.2.8测试仪器和元件（选测项目）隧道衬砌应力和内力量测主要采用应力计、应变计。该测试项目所需测试元件和仪器情况如下表11.5.2.8所示。11.5.2.9数据采集与量测频率（1）各项量测工作的采集数据应专人专项负责，以减少随机误差。（2）在使用精密水准仪进行洞内周边收敛位移量测时，通过左右尺读数控制系统量测仪器及测试元件一览表表11.5.2.8名称及型号用途量程精度量测仪器JMZX-3001振弦检测仪接受各种应变计的应变值――――GPC-2接收仪接受各种应力计的应力值――――测试元件ZX-210T表面型钢筋应变计量测钢支撑表面应变±15001GPL-2喷层应力计量测喷层混凝土内部应力1.0MPa0.001MPaZX-215T型混凝土应变计量测混凝土内部应变150MPa1GYH-1压力盒围岩与支护间接触压力2.0MPa0.001MPaJMDL-24XX位移计围岩内部位移200mm0.01mm应变计隧道中线型钢支撑图11.5.2.7钢支撑应力量测测点布置示意图喷射砼隧道中线喷层应力计图3-9喷层应力及围岩接触压力量测测点布置示意图接触应力盒隧道施工工艺标准8误差。（3）专项量测需制定专项记录表。对于手工记录资料要保存好原始记录表，对于智能式记录器要及时将量测数据导入电脑，以防丢失。（4）各必测、选测项目的量测频度详见表11.5.2.9。（5）整个断面的各条基线或各测点应采用相同的量测频率，各测点的位移不相同时，应以产