隧道监控量测的实施方法

隧道监控量测的实施方法施工监控量测的目的和任务监控量测的主要内容监控量测的测点布置原则量测频率监控量测控制基准数据处理及分析预测信息反馈及对策监控量测竣工验收所需资料1.施工监控量测的目的和任务1、了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，判断围岩的稳定性、支护、衬砌的可靠性；2、用实测结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，指导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据；3、对施工中可能出现的事故和险情进行预报；4、判断初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施作时间；5、为今后类似工程或该施工方法本身的发展提供借鉴，依据和指导作用。2.监控量测的主要内容量测项目一般分为必测项目和选测项目两大类2.1必测项目包括主要包括：①洞内、外观察；②净空变化；③拱顶下沉；④地表下沉（浅埋隧道必测，H0≤2B时）。表1：监控量测必测项目仪器序号监测项目测试方法和仪表测试精度备注1洞内、外观察现场观察、数码相机2衬砌前、后净空变化量测隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）0.1mm一般进行水平收敛量测3拱顶下沉水准测量的方法，精密水准仪、钢挂尺或全站仪1mm4地表沉降水准测量的方法，精密水准仪、铟钢尺或全站仪1mm隧道浅埋段注：H0—隧道埋深；B—隧道最大开挖宽度。2.2选测项目包括：1、围岩内部位移量测、2、锚杆轴力量测、3、围岩压力及两层支护间压力量测、4、钢支撑应力量测、5、隧底隆起、6、锚杆拉拔说明：在必要情况下选测。3.监控量测技术方法：1、洞内、外观察⑴洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。⑵开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比。⑶已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要是观察并记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。⑷洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。2、变形监控量测1.拱顶下沉量测可采用精密水准仪和铟钢挂尺或全站仪进行。在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点。测点应与隧道外监控量测基准点进行联测。2。地表沉降监控量测可采用精密水准仪、铟钢尺进行，基准点应设置在地表沉降影响范围之外。测点采用地表钻孔埋设，测点四周用水泥砂浆固定。当采用常规水准测量手段出现困难时，可采用全站仪量测。3、周边位移量测隧道开挖后应不间断进行周边位移和拱顶下沉的量测，运用全站仪进行无尺量测。ａ、隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化（收缩和扩张）是围岩变形最明显的体现。ｂ、拱顶下沉量测值是反映隧道安全和稳定的重要数据,是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最明显的的反映，易于实现量测信息的反馈。拱顶测点在支护结构施工时埋设。ｃ、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12h，且在下一循环开挖前必须完成。4.监控量测断面及测点布置原则1、地表沉降测点埋设浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。地表沉降测点横向间距为2～5m。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H0+B，隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距（m）2B＜H02.5B20～50B＜H0≤2B10～20H0≤B5～10地表沉降横向测点布置示意图测点布设时应将沉降观测点序号写于不易破坏、易于观测的地方。在地表钻（或挖）20～50cm深的孔，竖直放入φ22-25mm的钢筋，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头打磨圆滑，露出地面1cm左右，并用红油漆标记，作为测点，并在四周砌石保护。0.15m0.3~0.5m砂浆浇筑砌石保护φ25顶端磨圆的钢筋盖板保护2、拱顶下沉及周边收敛测点埋设拱顶下沉点和周边收敛测点位置应布置在同一断面上。拱顶下沉测点原则上布置在拱顶轴线附近。台阶开挖时，周边收敛测点布置在距离上下台阶分界处底部往上1.5m处，并用标志牌挂在测点上面，标识牌应标明测点编号、里程桩号、埋设日期、围岩级别埋设人员姓名预埋测点由钢筋加工而成，采用冲击电锤或风钻钻孔，埋入钢筋采用直径不小于20mm的螺纹钢，前端外露钢筋与埋入钢筋焊接，直径不小于6mm，保证牢固不变形，加工成闭合三角形钩，保证每次量测在挂钩同一位置，测点用快凝水泥或锚固剂与围岩锚固稳定，埋入围岩深度不小于20cm，若围岩破碎松软，应适当增加测点埋入深度。监控量测断面的布置拱顶下沉和周边收敛监控量测断面间距围岩级别断面间距（m）Ⅴ～Ⅵ5Ⅳ10Ⅲ30一般地段特殊地段全断面法一条水平测线—台阶法每台阶一条水平测线每台阶一条水平测线，两条斜测线双侧壁导坑法每分部一条水平测线CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部，每分部一条水平测线，两条斜测线、其余分部一条水平测线。三台七步法每分部一条水平测线三台七步法，每分部一条水平线，四条斜线、其余分部一条水平线。净空变化量测测线数拱顶下沉和周边收敛测线布置示意图拱顶沉降的监测方法针对小断面隧道开挖，可在拱顶锚杆的外端焊接特质的不锈钢球作为变形标点，不锈钢球的下沉即为拱顶的下沉。钢球的底部应略高于二衬砌混凝土的外表面，并应将钢球进行编号。对于拱顶较高的隧道，测量时不便立水准尺，用风枪打眼埋设挂钩，用快凝水泥或早强锚固剂固定，并用红的油漆做好标记。测量时用特制对中杆和花杆组合把钢尺倒挂在拱顶的挂钩上。隧道收敛监测方法收敛变形采用收敛计进行量测，通过收敛计量测隧道内围岩表面两点在连线方向的相对位移及收敛值，以反映横通道内拱顶及两侧的变形情况。测点布置由施工单位安排现场施工人员协助完成。测点布置时应避开钢架和脱空回填处，将测点布置在两榀钢架之间。收敛量测点和拱顶下沉量测布点应在开挖后至初喷前进行，并保证布点打入围岩，严禁将测点布在钢架上。测点布设应及时，并做好保护。如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集。测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识。5.监控量测频率位移速度和距开挖面的距离决定的监控量测频率，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。按距开挖面确定的监控量测频率监控量测断面距开挖面距离（m）监控量测频率（0～1）B2次/d（1～2）B1次/d（2～5）B1次/2～3d＞5B1次/7d按位移速度确定的监控量测频率位移速度（mm/d）监控量测频率≥52次/d1～51次/d0.5～11次/2～3d0.2～0.51次～3d＜0.21次/7d6.监控量测控制基准监控量测控制基准包括隧道内位移、地表沉降、爆破震动等，应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性，以及周围（构）筑物特点和重要性等因素制定。隧道初期支护极限相对位移跨度B≤7m隧道初期支护极限相对位移围岩级别隧道埋深h（m）h≤5050＜h≤300300＜h≤500拱脚水平相对净空变化（%）Ⅱ——0.20～0.60Ⅲ0.10～0.500.40～0.700.60～1.50Ⅳ0.20～0.700.50～2.602.40～3.50Ⅴ0.30～1.000.80～3.503.00～5.00拱顶相对下沉（%）Ⅱ—0.01～0.050.04～0.08Ⅲ0.01～0.040.03～0.110.10～0.25Ⅳ0.03～0.070.06～0.150.10～0.60Ⅴ0.06～0.120.10～0.600.50～1.20位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，初期支护极限相对位移按表要求确定位移控制基准距离开挖面距离开挖面1B距离开挖面2B距开挖面较远允许值65%U095%U0100%U0说明：B为隧道开挖宽度，0U为极限相对位移值。位移管理等级二次衬砌的施作应在满足下列要求时进行：1、各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；2、已产生的各项位移已达到预计总量的80%～90%；3、周边位移率或拱顶下沉速率小于0.1～0.2mm/d；7.数据处理及分析预测1、监控量测数据的分析处理应包括数据校核、数据整理及数据分析。2、每次观测后应立即对观测数据进行校核，监测结果分析采用散点图（时态曲线）和回归分析法，依据时态曲线的形态结合围岩稳定性、支护结构的工件状态安全性评价，并提出实施意见指导施工。如有异常应及时补测。3、每次观测后应及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。4、监控量测数据的分析应包括以下主要内容：ａ）根据量测值绘制时态曲线；ｂ）选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；ｃ）对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；ｄ）及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。5、监控量测数据可采用指数模型、对数模型、双曲线模型、分段函数、经验公式等进行分析，并预测最终值如上图实测数据在正常预测曲线附近分部时则说明隧道围岩变形正常，当实测数据曲线出现反弯点时，则说明围岩变形出现异常性速率开始变大，需采取加强支护措施。施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。ａ、实时分析：每天根据监控量测数据及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告；ｂ、阶段分析：按周、月进行阶段分析，总结监控量测数据的变化规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续施工。c.各个洞口值班室必须保留近30天的量测数据资料，便于施工、技术负责人每天查阅。监控量测分析结果必须每天报技术负责人签字确认。8.信息反馈及对策工程安全性评价分级及相应应对措施管理等级应对措施Ⅲ正常施工Ⅱ综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要时采取相应工程对策Ⅰ暂停施工，采取相应工程对策工程对策主要应包括下列内容：ａ、一般措施：稳定开挖工作面措施；调整开挖方法；调整初期支护强度和刚度并及时支护；降低爆破振动影响；围岩与支护结构间回填注浆。ｂ、辅助施工措施：地层预处理，包括注浆加固，降水、冻结等方法；超前支护，包括超前锚杆（管）、管棚、超前插板、水平高压旋喷法、预切槽法等。9.监控量测竣工验收所需资料(1)监控量测设计；(2)监控量测实施细则及批复；(3)监控量测结果及周(月)报；(4)监控量测数据汇总表及观测资料；(5)监控量测工作总结报告。