铁路隧道工程监控量测实施方案

中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案新建重庆至万州铁路YWZQ-1标隧道工程监控量测实施方案编制：　　　　审核：　　　　监理：　　　　单位：二○年月11 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案目录一、适用范围3二、作业准备3三、工作内容和流程4四、量测项目及方法6五、项目量测频率8六、量测管理8七、量测资料的处理及应用9八、监控量测资料的整理与反馈9九、监控量测仪器10十、变形管理措施1111 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案监控量测施工方案一、适用范围本施工方案用于指导隧道监控量测作业。二、作业准备2.1内业技术准备了解监控量测的目的：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，掌握围岩和支护的状态，根据监测数据和分析结果进行日常施工管理；提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，通过监测数据的连续变化，分析支护结构的作用及效果，确定二衬和仰拱的施做时间；通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定情况变化规律，预见事故和险情，为大变形发展情况及研究、决策提供基础资料，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息；将监控量测结果及时反馈于随到设计、施工、建设管理中，确定施工管理等级；积累资料，提供以后工程设计、施工参考。2.2外业技术准备2.2.1建立测量控制网，布置监控量测点。2.2.2建立监控量测组织机构渝万客运专线（D1K06+067.3～D1K44+022.9）土建工程1标段项目经理部下设四个工区。为确保隧道施工安全和质量，为隧道施工、管理、决策提供基础数据，局指各工区成立专门量测机构，由工区总工程师负责，组织机构逐级分工负责。1负责人1）负责传达上级和作业队有关量测的要求和指示；2）组织编制、优化量测实施方案，审查通过后组织实施；3）确保量测中的人员、资源配置满足量测工作需要；4）对监控量测的报表和分析报告审核把关，对现场量测中出现的异常问题及时处理，重大异常情况向工区总工程师和主要领导汇报，负责会同作业队队长根据量测分析资料制定内部量测施工管理等级并指导施工；5）每天必须对量测共作进行不少于一次的督促和指导。2数据分析处理小组1）负责编制量测断面实施计划，并按批准的量测计划组织实施，进行动态优化调整，编制作业指导书并负责量测指导书的交底和组织实施；2）检查指导书量测断面及测点的埋设，确保测量项目、测点数量、量测频率符合设计、规范及有关要求；11 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案3）负责量测数据的分析处理，并对初期支护和二次衬砌结构的稳定性作出评价，提出管理等级建议；4）每天将签认后的量测报告和分析报告向工区总工程师提交，并汇报分析结论。3现场量测小组1）负责按量测计划进行断面的现场设置、埋点布设，按规定的量测方法和量测频率组织量测，负责提交原始量测数据。量测原始记录不得涂改，并将资料保持完好；2）对量测原始数据做初步计算，将每天变形数据以规定的表格形式提交给监控数据分析人员，对数据的真实性和完整性负责。三、工作内容和流程隧道开挖支护监控量测项目包括：洞内外观察、水平相对净空变化量测、拱顶下沉量测、浅埋地段地表下沉量测。监控量测计划内容应包括：量测项目及方法、测量仪器的选择、测点布、量测频率、数据处理及量测作业人员的组织等。3.1洞内外观察3.1.1洞内外观察分开挖工作面观察、已施工区段观察以及地表观察，开挖工作面观察应在每天开挖后进行一次，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、围岩变形等。当地质情况基本无变化时，可每天进行一次，观察后应绘制开挖工作面略图并作好地质素描，填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。3.1.2对已施工区段的观察每天至少一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况以及施工质量是否符合规范要求。3.1.3洞外观察包括洞口地表情况、地表深陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。3.1.4在观察过程中如发现地质条件恶化，初期支护发生异常现象，应立即通知施工负责人采取应急措施，并派专人进行不间断观察。3.2拱顶下沉及水平相对净空变化量测3.2.1拱顶下沉及水平相对净空变化量测应在同一断面进行，根据围岩级别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和边墙中部布设测点。拱顶下沉及收敛量测在整个隧道进行。拱顶下沉及净空变形量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程重要性等确定，宜为10~15m，在Ⅰ~Ⅱ级围岩的隧道中可适当加大测点间距，在地质变化处应加密量测断面。量测断面间距及测点数量可参考表3.2.1选定。表3.2.1量测断面间距及测点数量表11 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案围岩级别断面间距（m）每断面测点数量水平收敛量测拱顶下沉量测Ⅴ、Ⅵ05~10二条基线一点Ⅳ10~30二条基线一点Ⅲ30~50一条基线一点Ⅱ80~100一条基线一点3.2.2净空断面量测应在每次开挖后尽早进行。初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前必须完成初读数。3.2.3测点应牢固可靠，易于识别，用红油漆标明里程和测点的编号，妥善保护，防止爆破和其他情况的破坏，量测点上不悬挂其他任何物品。拱顶量测后视测点必须埋设在稳定岩面上，并和洞内水准点建立联系。3.2.4根据收敛仪挂钩的要求，水平收敛和拱顶下沉量测点采用φ8mm的膨胀螺栓加工焊于拱架上或打在岩石上。量测应选择精度适当，性能可靠、使用及携带方便的仪器。变形量测可选用电阻式或电感式仪器，仪器使用前必须经过严格标定。3.2.5水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。在地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线。当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平线。3.2.6拱顶下沉量测应与水平相对净空变化量测在同一量测断面内进行，可采用水准仪等测定下沉量。当地质条件复杂、下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基地隆起量。3.2.7拱顶下沉量测与水平净空相对变化量测宜用相同的量测频率，应从表3.2.7中根据变形速度和开挖工作面的距离选择较高的一个量测频率。表3.2.7量测频率表变形速度（mm∕d）量测断面距开挖工作的距离（m）量测频率≧5(0~1)B(1~2)次∕d1~5(1~2)B1次∕d0.5~1（1~2）B1次（2~3d）0.2~0.5（2~5）B1次∕2d＜0.2＞5B1次∕周注：B表示隧道开挖宽度。3.3浅埋地段地表下沉量测3.3.111 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案隧道浅埋段开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保浅埋段施工安全，进行地表沉降监测。布点原则：在1~3倍的洞径范围进行，量测断面布置与洞内一致，每个断面上的测点间距为2~5m。同时在横向依据实际情况选定主断面，沿主断面布设测点，以了解地表沉降的横向影响范围。地表下沉量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定。地表下沉量测得测点应与水平净空相对变化和拱顶下沉量测的测点布置在同一断面内，沿隧道中线，地表下沉量测断面的间距可按表3.3.1采用。表3.3.1地表下沉量测断面间距表隧道埋深H（m）量测断面间距（m）H＞2B20~50B＜H＜2B10~20H＜B10注：无地表建筑物时取表内上限值；B表示隧道开挖宽度。3.3.2横断面方向地表下沉量测的测点间隔2~5m，在同一量测断面内应设7~11各测点。3.3.3地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止为止。3.3.4地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及水平相对净空变化的量测频率相同。各项量测作业均应持续到变形基本稳定后1~3周。锚杆轴力、围岩压力、衬砌应力等的量测，开始时应和同一断面的变形量测频率相同，当量测值变化不大时，可降低量测频率，从每周一次到一月一次，直到无变化为止。四、量测项目及方法洞内外观察、净空水平收敛量测、拱顶下沉量测以及浅埋隧道地表下沉量测四个必测项目，为日常施工管理提供有关数据资料。必测项目的监控量测方法与要求见表4-1，选测项目的监控量测方法与要求见表4-2。表4-1必测项目的监控量测方法与要求表量测项目测点布置量测方法与要求必测项目洞内外观察1.洞外观察包括地表情况、地表沉边、仰坡稳定、地表水渗透的观察2.洞内观察：a.掌子面观察，b.支护结构观察目测观察方法，对围岩的支护作以下观察：1地质观察：隧道在爆破后一次喷混凝土前进行，每次开挖后均应绘制地质素描图，用以核对围岩级别及判断支护的稳定性2检查喷射混凝土有无裂损及发展，锚杆有无松动，并做好相应记录净空水平收敛量测隧道最大跨处及以上3.00m左右两侧对称布置量测桩，每个量测断面设4个收敛桩，量测断面间距要据围岩类别确定；Ⅳ级围岩地段20m采用坑道收敛计进行量测，开挖后按要求迅速安装收敛桩并编号，初读数应在开放后12h内读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前获取初读数，测点应牢固可靠，易于识别并妥为保护。量测频率详见“11 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案监控量测设计图（一）”拱顶下沉量测正洞拱顶设一个下沉桩，量测断面面间距与净空水平收敛量测一致喷射混凝土后应迅速在量测点处设固定桩，采用精密水准仪和收敛计钢尺进行量测。在两端洞外各设一水准基点供洞内拱顶下沉量测用，量测频率用其他要求同净空水平收敛测要求浅埋隧道地表下沉量测断面布置宜与洞内水平净空变化和拱顶下沉在同一横断面内，在一个量测断面内应设3个测点地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止为止。表4-2选测项目的监控测量方法与要求表量测项目测点布置测量方法与要求选测项目围岩与支护间的接触应力单点、多点杆式或钢丝式位移计在软弱围岩中进行，断面间距10~20m，测点对称布置，每个标准单线断面可设约24个测点格栅、钢架主筋应力量测压力传感器、钢筋计在软弱围岩中进行，测点和围岩与支护间接触应力同一断面。每个断面上布置约15~20个测点，对称布置锚杆抗拔力ML-150B型锚杆拉拔仪一般每10m一个断面，每个断面至少做三根锚杆围岩内位移单点、多点杆式或钢丝式位移计每隔10~20m一个断面，每个断面1~2测点地表监控量测根据浅埋隧道段的情况，横断面上测点为2~5m。横断面量测间距见表4-3。表4-3横断面量测间距围岩级别量测断面间距（m）V（浅埋）5V（深埋）10IV（浅埋）10~15IV（深埋）20~30Ⅲ50Ⅱ8011 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧范围不应小于H。+B（H。为埋深，B为洞宽），地表有控制性建（构）筑物时，量测范围应适当加宽。其测点布置如下图。全断面测点布置台阶测点布置五、项目量测频率洞内观察分为开挖工作面观察和初期支护状况观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行，地质情况基本无变化时，可每天进行一次。对初期支护观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的支护情况。洞外观察包括地表情况、沉陷、边仰坡稳定、地表水渗透等观察。净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采取相同量测频率。实际量测频率应从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择一个较高的量测频率。项目量测频率见表5。表5量测频率表变形速度（mm∕d）量测断面距开挖工作面距离量测频率≥5﹙0~1﹚B2次∕d1~5﹙0~1﹚B1次∕d0.5~1﹙0~1﹚B1次∕2d0.2~0.5﹙0~1﹚B1次∕2d＜0.2＞5B1次∕7d注:B为隧道开挖宽度。六、量测管理11 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案各预埋测点牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏，并建立量测点埋设的记录资料。量测工作按计划实施，不得中断。根据量测资料进行回归分析得出围岩总位移及变化规律后，将其值与规范定值进行比较：当计算值小于或等于规范规定值时，可将回归分析值作为围岩变形控制依据。量测数据要及时、准确，量测结果及时报告，以便掌握动态信息。记录要正规，资料要齐全，计算要正确，以便为竣工文件积累资料。七、量测资料的处理及应用7.1绘制图表，指导施工根据现场监控量测数据，及时绘制水平相对净空变化、拱顶下沉时态曲线和净空水平收敛、拱顶下沉与距开挖工作面距离的关系图等。根据量测结果及《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》的规定，根据变形管理等级指导施工。具体量测等级见表7.1。表7.1量测管理等级表管理等级管理位移施工状态ⅢU＜U0／3可正常施工ⅡU0／3≤U≤2U0／3应加强支护ⅠU＞2U0／3应采取特殊措施7.2及时反馈，确保施工措施安全合理观察及量测以现异常时，应及时修改支护参数。一般正常状态必须同时满足以下条件：喷射混凝土表面无裂缝或仅有少量微裂缝、位移速度除在最初1~2d允许有加速外，应速度减少、位移很快达到稳定，且围岩状况比预期要好时，应适当减弱设计参数。复合式衬砌施工的监控测量，应在隧道周边变形速率有明显减缓趋势，初期支护表面裂缝不再继续发展；拱脚水平相对净空变化速度小于0.2mm∕d，拱顶相对下沉速度小于0.15mm∕d，累计位移值不超过极限位移值的80%~90%等情况下，选定围岩和喷锚支护基本稳定的最佳时机施做二次衬砌，浅埋地段应及早施做二次衬砌，并根据监控量测信息反馈，及时修正衬砌参数，确保施工和运营安全及更经济合理。八、监控量测资料的整理与反馈8.1根据现场量测数据绘制位移－时间曲线或散点图，在位移－时间曲线趋平缓时应进行回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律。当位移－时间曲线出项反弯点，即位移出现反常的急剧增加现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应加强支护，必要时应停止掘进，采取必要的安全措施。8.2把原始数据通过一定的方法（如大小顺序），用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算及离群数据的取舍。8.3数据分析和曲线拟合11 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。还可通过插值法，在实测数据的基础上采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。常用的回归函数有：对数函数U=Alg（1+t）+BU=ln（）指数函数U=AU=A（-）双曲函数U=U=A式中U―变形值（或应力值）；A,B―回归系数;t，―测点的观测时间（d）；T―量测时距开挖时的时间（d）。以上三种回归系数，双曲函数的相关系数的绝对值最接近1，回归精度较高，故选用双曲函数来预测最终收敛情况。8.5为确保监测结果的质量，加快信息反馈的速度，全部监测数据均由计算机管理，每次监测必须有监测结果，及时上报监测日报表，并附上相对应的测点位移或应力时态曲线图，对施工情况进行评价并提出施工建议。8.6量测过程中如发现异常现象或与设计不符时，应及时提出，以便修改支护参数。九、监控量测仪器表9监控量测仪器设备序号监测项目测试方法和仪器测试精度1水平收敛量测收敛仪、全站仪0.1mm2拱顶下沉量测铟钢尺、精密水准仪、钢尺0.1mm3围岩及支护状态观察、罗盘/4浅埋地表下沉量测全站仪、水准仪0.1mm11 中铁十二局集团渝万铁路YWZQ-1标段监控量测施工方案十、变形管理措施10.1一般地段收敛速度大于5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统；收敛速度小于0.2mm/d时，围岩基本达到稳定。10.2浅埋地段应注意加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。各量测项目持续到变形基本稳定后1~2周结束。当位移、周边收敛、拱顶下沉量达到预测量最终值的80%~90%，收敛速度小于0.1~0.2mm/d，拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d时，可以认为围岩基本稳定，可施做二次衬砌。当位移——时间曲线出现反弯点，且支护开裂或掉块时，应尽快采取加强措施以防塌方。如果是由于基底下沉引起的，复喷混凝土，加设锚杆。如果是由于围岩压力引起的，可多次复喷混凝土并用锚杆加固围岩，补强初期支护。在下一循环施工时，修改支护参数，增强初期支护，同时增大观测频率；及时施做二次衬砌，必要时应采取加强衬砌。10.3断层破碎带不良地质段当位移急剧增加，每天的水平相对净空变化超过15mm时，重点加强观测，并密切注意支护结构的变化；尤其初期支护收敛达到10cm（即吃进预留变形量10cm）后或监测的钢筋应力接近钢筋承载力要求时，且相对变化仍超过1mm/d时，应加强支护，可采用增加混凝土厚度，补喷5cm厚的网喷钢筋混凝土或增加注浆锚杆的长度、数量；其他的变形管理措施与上述一般地段的变形管理措施相同。11