隧道工程监控量测作业指导书.doc

贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书目录一适用范围2二工作准备22.1仪器配置22.2人员配置2三主要工作依据2四监控量测的目的3五监控量测主要工作内容35.1编制监控量测实方案35.2埋设观测设备：45.3实施观测4六监控量测项目46.1必测项目46.2选测项目5七监控量测的方法及技术要求57.1隧道洞内、外观察57.2洞内监控量测技术要求67.3地表下沉测量技术要求10八量测结束标准12九监控量测资料的整理与反馈129.1监控量测资料的整理129.2监控分析结果反馈与应用179.3信息反馈流程199.4工程对策21贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书十监控量测资料的验收22十一考核22十二附表22隧道工程监控量测作业指导书一适用范围适用于贵广客运专线中铁二十一局指挥部所管区段（D3K238+376～D3K270+004）内隧道工程。二工作准备2.1仪器配置2.1.1全站仪要求：标称精度不低于2〃，2mm+2ppm。2.1.2收敛仪要求：数显电子收敛仪。2.1.3水准仪要求：不低于DS1标称精度。所有仪器设备按规定送到有鉴定资质的专业鉴定单位鉴定并出具鉴定证书，合格后方可投入使用。做好仪器的日常保养工作，保证仪器良好的工作状态。2.2人员配置每个洞口配置量测人员2人。贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书三主要工作依据(1)《国家一、二等水准测量规范》（GB12897—2006）；(2)《高速铁路工程测量规范》（TB10601－2009）；(3)《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121-2007)；（4）有关沉降观测系统的设计文件、图纸；四监控量测的目的4.0.1确保施工安全及结构的长期稳定性;4.0.2确保隧道施工安全，杜绝因监控量测管理不到位而造成的安全事故，尤其要杜绝施作初期支护后因监控量测管理不到位而造成的“关门”事故；4.0.3验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据;4.0.4确定二次衬砌施做时间;4.0.5监控工程对周围环境影响;4.0.6积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。五监控量测主要工作内容5.1编制监控量测实方案主要包括以下内容：（1）监控量测项目贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书（2）人员、设备情况；（3）观测组织机构，按单位工程落实到负责人；（4）明确监控量测的技术要求与实施方法；（5）明确资料整理与提交文件的技术要求；（6）信息反馈及对策等。5.2埋设观测设备：（1）按施工图纸及规范《铁路隧道监控量测技术规程》要求埋设观测点；（2）观测点标志要醒目，并由测量小组专门负责测点的保护与调整；5.3实施观测（1）原始观测资料必须随观测进度整理，严格执行签署制度；（2）及时对监控量测的结果进行分析，当发现测点观测数据异常时，应采取措施对观测结果进行核查，排除人为因素后应及时将情况报告工程部以便工程部门及时的对隧道施工参数进行调整以确保隧道安全施工；六监控量测项目根据本标段工程特点、施工图纸、规范要求，监控量测分为必测项目和选测项目两类。6.1必测项目6.1.1隧道洞内、外观察；6.1.2隧道周边位移量测，包括：拱顶下沉、水平净空变化量测；贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书6.1.3隧道浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、偏压洞口的地表下沉量测。6.2选测项目根据本标段工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法等实际情况，确定如下选测项目：地表下沉。七监控量测的方法及技术要求7.1隧道洞内、外观察测试方法：地质观测、地质素描、地质罗盘、数码摄像。7.1.1洞内观察分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。7.1.1.1开挖工作面观察在每次开挖后初喷混凝土之前进行一次;当地质情况基本无变化时可每天进行一次;重点观察记录工作面的工程地质与水文情况，并绘制开挖面略图(地质素描)；地质复杂地段积累影像资料；观察中发现围岩条件恶化时，立即采取相应处理措施。7.1.1.2开挖工作面地质描述图包括内容：（1）地层、岩石分布、岩层走向、倾角；（2）固结程度、风化及变质程度、软硬程度；（3）裂隙方向及频率、填充物及性质；（4）断层位置及走向、倾角、破碎程度；（5）涌水位置及涌水量；贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书（6）塌方位置及形态。7.1.1.3对初期支护完成区段的观察每天至少进行一次，观察内容包括:（1）锚杆:安装位置及方向;灌浆是否饱满;垫板的松紧状态。（2）喷射混凝土：厚度及其与围岩密贴情况；裂纹发生位置、种类、宽度及长度；涌水处所及涌水量。（3）钢架：架设位置是否正确，不得侵入衬砌断面；背后是否与围岩密贴；背后回填不得用木材及干砌片石，应用喷射混凝土填满。7.1.2洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段；正常情况下每3天观察一次，特殊情况下如洞口附近施工、雨季时，每天1次；观察内容包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察，并做好记录。7.2洞内监控量测技术要求7.2.1量测仪器、测试精度、量测断面、间距测点数量按表7-2进行。表7-2量测仪器、测试精度、断面间距、测点数量围岩级别断面间距（m）水平净空变化拱顶下沉每断面测点数量量测仪器测试精度每断面测点数量量测仪器测试精度Ⅲ30～501条测线收敛计0.1mm1个测点1mm贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书水准测量的方法，水准仪、钢尺Ⅳ10～301条测线1个测点Ⅴ～Ⅵ5～101～2条测线1～3个测点注：洞口及浅埋地段断面间距取小值。7.2.2水平净空变化测线布置方法：当采用全断面开挖方式时,设一条测线；当采用台阶法开挖时，在拱腰和边墙部位各设一条测线。7.2.3水平净空变化、拱顶下沉量测必须在每次开挖后8h内且在下一循环开挖前读取初读数，最迟不得超过12h。7.2.4拱顶下沉量测应与水平净空变化量测在同一量测断面内进行。当地质条件复杂,下沉量或偏压明显时,除量测拱顶下沉外,尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。7.2.5在避免被爆破作业破坏的前提下，测点应尽可能靠近工作面埋设，一般距离为0.5～2m，并且应牢固可靠，易于保护、识别，量测断面用红油漆标识。拱顶下沉量测后视点必须埋设在稳定岩面上,并和洞、内外水准点建立联系。7.2.6测点布置下图所示布设贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书7.2.7水平净空变化和拱顶下沉采用相同的量测频率，一般根据位移速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率，如表7-4所示。表7-4量测频率表位移速度（mm/d）量测断面距开挖工作面的距离量测频率≥5＜1B2次/d贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书1～5（1～2）B1次/d0.5～1（2～5）B1次/2～3d0.2～0.5（2～5）B1次/3d＜0.2＞5B1次/7d注：B表示隧道开挖宽度7.3地表下沉测量技术要求7.3.1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。地表下沉量测的测点应与水平相对变化和拱顶下沉量测的测点布置在同一横断面内，沿隧道中线地表下沉量测断面的间距可按表7.3.1.1执行；表7.3.1.1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＞B20～50B＜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。7.3.2地表下沉采用水准仪、塔尺量测。7.3.2测试精度1mm。7.3.3地表下沉量测必须在隧道开挖之前进行。贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书7.3.4测点按普通水准点埋设，横断面方向在隧道中心及两侧间距离2～5m施设下沉测点，每断面施设7～11个测点，监测范围在隧道开挖影响范围以外，布设示意图见图7.3.4-1。（隧道开挖影响范围计算公式：D=B+2×h×tan(45°-φ/2)，D—开挖影响范围；B—隧道开挖宽度；h—隧道开挖高度；φ—围岩内摩擦角）；0地表沉降点横向布置示意图7.3.4-17.3.5地表下沉量测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。7.3.6地表下沉量测频率及技术要求见表6.3.6-1。7.3.6-1地表沉降测量技术要求序号监测项目测试方法及仪表测点布置测试精度量测频率1～15d16～30d1～3月>3月贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书1地表下沉水准仪、塔尺每个代表性地段1～2个量测断面，每个断面7～11个测点1mm1～2次/天1次/2～3天1次/周1～3次/月八量测结束标准各项量测作业均应持续到变形基本稳定后，在以1次/7d的量测频率测2-3周后结束，对净空收敛和拱顶下沉变形基本稳定时变形速率＜0.2mm/d。对于膨胀性围岩和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间，当位移速率＜1mm/d时方可结束。九监控量测资料的整理与反馈9.1监控量测资料的整理监控量测小组对隧道相应断面的测点进行净空水平收敛量测及拱顶下沉的同步量测，根据现场量测记录和采集数据，对数据进行整理和回归分析，并进行非线性回归计算，可以得到相应围岩的收敛速度及变形加速度等。为进一步判断量测部位的围岩自稳性质、初期支护的支护效果，对工作面前方未开挖部分的地质情况作出了预报，便于施工中采取事先有效的预防措施，提高工程的进度和工效。9.1.1绘制4种曲线数据采集后，及时进行分析处理，在量测的当天根据现场量测数据和实际情况绘制以下曲线：（1）净空水平收敛时态曲线。（2）拱顶下沉时态曲线。贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书9.1.2提供有关资料将数据和各种图表分析处理后，及时提供给隧道技术人员和监理，便于指导施工和安全生产。9.1.3水平净空收敛量测(周边位移量测)隧道水平净空收敛均采用JS2型收敛仪。图4XX隧道进口净空水平收敛时态曲线图收敛计量测，隧道净空水平收敛量测后，根据测量成果，绘出周边位移s与时间t的对应分散点，同时进行一元非线性回归计算，绘出周边位移s与时间t的圆滑变化曲线。判断净空水平收敛的变化速率相对较小，变形呈收敛趋势，围岩趋于稳定。如XX隧道净空水平收敛时态曲线图4。9.1.4拱顶下沉量测拱顶下沉采用高精度的水准仪和钢尺或全站仪进行量测，量测断面与周边位移量测断面对应，绘出拱顶下沉s与时间t的对应分散点，同时进行一元非线性回归计算，绘出拱顶下沉s与时间t的圆滑变化曲线，判断拱顶下沉的变化速率相对较小，变形呈收敛趋势，围岩趋于稳定。如XX隧道拱顶下沉量测时态曲线图5。贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书图5XX隧道进口拱顶下沉量测时态曲线图从XX隧道桩号K27+500这个具有代表性的“隧道拱顶下沉时态曲线”可以判断出，该隧道拱顶下沉绝对值比较小，在20mm左右，并具有明显的收敛趋势，经过1个半月后，在下台阶开挖完成后，基本趋于稳定，围岩性质相对良好。9.1.5地表下沉量测地表沉降量测采用高精度的水准仪或全站仪，根据测量记录，对量测数据进行一元非线性回归分析，作出地表下沉时态曲线。由于XX隧道出口顶部覆盖厚度不均匀，同一段面左厚右薄，在轴线中心附近的测点处，隧道覆盖层＜15m，其下沉具有典型性和代表性，予以列出，如图6所示。图6XX隧道出口地表下沉量测时态曲线图贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书通过时态曲线图分析可以看出，地表的总体下沉量也较小，也在20mm左右，并具有明显的收敛趋势，说明此处虽然隧道覆盖层较小，但围岩性质相对良好。9.1.6回归分析在实际量测中，由于量测人员、条件等因素的限制，必然产生偶然误差，量测散点在图中呈上下波动。由于监控量测数据一般不具有线性关系，而是曲线关系，需进行一元非线性回归分析，现以XX隧道进口K27+035断面水平收敛量测进行回归分析，其步骤如下：①确定回归方程：根据散点图中的散点拟合曲线的分布特征、变化特性、收敛性等，从理论和以往经验选择能代表两变量之间内在关系的函数类型，从图4“散点图”的模型的走向取函数作为回归函数较合理。回归分析的主要任务就是要根据量测数据t（时间）和u（收敛值）去估计未知参数A,B：进行线性相关的显著性检验;并利用对A,B估计的结果，通过t值去预测u值；②确定参数A和B：利用最小二乘法估计参数A和B时，有离差平方和，为了使S取最小值，将上式分别对A及B求偏导数，贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书(r为相关系数)K27+035观测断面根据实测原始收敛数据，采用指数函数对实测关系曲线进行回归计算，得回归方程如下：μ=由回归方程推求最终位移量：μ=取t=∞，得最终位移值μ==20.2013；③围岩稳定的判断K27+035观测断面水平收敛:=×＜0；围岩趋于稳定状态。贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书④二次支护时机控制:对K27+035观测断面各测线回归方程进行分析,由=×＜0.2mm/d,通过数据分析及计算可以得出t≥22d时围岩变形满足要求。经过开挖后60d内跟踪量测，围岩收敛变形位移量小，从量测数据可以明显看出开挖后22d围岩基本稳定，由以上分析结果建议K27+035观测断面围岩可以在开挖22d后不用再进行量测，可以进行二次衬砌；⑤拱顶沉降及地表沉降量测数据分析同水平收敛。9.2监控分析结果反馈与应用9.2.1围岩的稳定性应根据量测结果综合判定：(1)根据位移值确定,初期支护达到基本稳定的条件:实测最大位移值或回归预测最大位移值应不大于表10-2、表10-3所列极限相对位移值的2/3，并按表10-4进行变形管理。（2）根据位移变化速度确定。当净空变化速度持续大于1.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统；当隧道净空收敛值的速度明显下降，收敛量已达总收敛量的80%～90%，且净空变化速度小于0.2mm/d时(隧道经验认为水平收敛速度小于0.2mm/d或拱顶位移速度小于0.15mm/d)时，围岩达到基本稳定，此时可进行二次衬砌；在浅埋地段，及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其它指标判别。（3）根据围岩位移时态曲线的形态来判别：当围岩位移速度不断下降时（du2/d2t<0），围岩趋于稳定状态；当围岩位移速度保持不变时（du2/d2tt＝0），围岩不稳定，应加强支护；贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书当围岩位移速度不断上升时（du2/d2tt>0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。（4）监控量测的分析结果和建议必须第一时间反馈给项目分部总工程师，以便及时指导施工，当量测表明存在塌方、突水突泥等可能时，应及时报项目部总工程师。表9-2单线隧道初期支护极限相对位移(%)围岩级别埋深（m）≤5050-300300-500拱脚水平相对净空变化值Ⅱ0.20～0.60Ⅲ0.10～0.500.40～0.700.60～1.50Ⅳ0.20～0.700.50～2.602.40～3.50Ⅴ0.30～1.000.80～3.503.00～5.00拱顶相对下沉Ⅱ0.01～0.050.04～0.08Ⅲ0.01～0.040.03～0.110.10～0.25Ⅳ0.03～0.070.06～0.150.10～0.60Ⅴ0.06～0.120.10～0.600.50～1.20注：1.硬岩取较小值，软岩取较大值；2.拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间水平净空变化值与其距离之比；拱顶相对下沉是指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比；3.墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以1.2～1.3后采用。表9-3双线隧道初期支护极限相对位移（%）围岩级别埋深（m）≤5050-300300-500拱脚水平相对净空变化值贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书Ⅱ0.01～0.030.01～0.08Ⅲ0.03～0.100.08～0.400.30～0.60Ⅳ0.10～0.300.20～0.800.70～1.20Ⅴ0.20～0.500.40～2.001.80～3.00拱顶相对下沉Ⅱ0.03～0.060.05～0.12Ⅲ0.03～0.060.04～0.150.12～0.30Ⅳ0.06～0.100.08～0.400.30～0.80Ⅴ0.08～0.160.14～1.100.80～1.40注：1.硬岩取较小值，软岩取较大值；2.拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间水平净空变化值与其距离之比；拱顶相对下沉是指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比；3.墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以1.1～1.2后采用。表9-4变形管理等级管理等级管理位移（mm）施工状态ⅢUU0/3应采取特殊措施注：U—实测位移值；U0—最大允许位移值。9.3信息反馈流程监控量测信息反馈程序图贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书图9.3.1监控量测信息反馈程序图表9.3.2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，采取相应工程对策贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书工程安全性评价流程图9.4工程对策9.4.1一般措施(1)稳定开挖工作面措施;(2)调整开挖方法;(3)调整初期支护参数并及时支护;(4)降低爆破振动影响;(5)围岩与支护结构间回填注浆。9.4.2辅助施工措施贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书(1)地层预处理，包括注浆加固、降水、冻结等方法;(2)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。十监控量测资料的验收10.1监控量测验收资料包含内容:（1）监控量测实施细则及批复;（2）监控量测数据汇总表及观察资料;（3）监控量测工作总结报告。十一考核各项目部必须按批准的《监控量测实施细则》认真组织实施；指挥部将把监控量测作为不定期或定期检查的一项重要内容并把监控量测工作纳入绩效考核中。十二附表（1）拱顶（地表）下沉量测记录表（2）隧道净空变化量测记录表（3）监控量测断面标识牌示意图（4)新建贵广铁路开挖工作面地质状况记录表表A贵广铁路客运专线中铁二十一局工程指挥部22 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书新建白龙铁路隧道净空变化量测记录表标段名称施工单位单位工程施工方法施工部位埋设日期测线编号量测时间观测值平均值温度修正值修正后观测值相对初次变化值（Δμ）相对上次变化值时间间隔变化速率备注年月日时温度第一次第二次第三次℃mmmmmmmmmmmmmmmdmm/d测读者：计算者：复核者：30 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书新建贵广铁路拱顶（地表）下沉量测记录表标段名称施工单位单位工程施工方法施工部位埋设日期测线编号量测时间观测值温度修正值修正后测点高程相对初次下沉值（Δμ）相对上次下沉值（Δμ）时间间隔下沉速度备注年月日时温度第一次第二次第三次平均值℃mmmmmmmmmmmdmm/d测读者：计算者：复核者：30 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书监控量测标志牌示意图围岩量测断面标识牌编号：里程：埋设日期：中铁二十一局集团公司注：1.示意牌长30cm，宽20cm；2.示意牌要求白底红边黑字；30 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书30 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书新建贵广铁路标段名称施工单位单位工程施工方法施工部位埋深（m）地层岩性围岩级别设计饱和极限抗压强度Rb(MPa)极硬岩硬岩较软岩软岩极软岩取样编号试验编号实际施工>6030～6015～305～15<5开挖工作面上围岩岩体结构特征层理产状单层厚度(m)层面特征与隧轴夹角节理裂隙组次产状间距(m)长度(m)缝宽(mm)充填物与隧轴夹角结构面与隧道轴线关系图1234断层产状破碎带宽度（m）破碎带特征与隧道轴夹角纵波速度（m/s）30 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书新建贵广铁路开挖工作面地质状况记录表续表A侧壁围岩岩体结构特征左侧壁右侧壁层理产状单层厚度（m）层面特征（m）与隧轴夹角层理产状单层厚度（m）层面特征（m）与隧轴夹角节理裂隙组次产状间距（m）长度（m）缝宽（m）充填物与隧轴夹角节理裂隙组次产状间距（m）长度（m）缝宽（m）充填物与隧轴夹角1234断层产状破碎带宽度（m）破碎带特征与隧轴夹角断层产状破碎带宽度（m）破碎带特征与隧轴夹角无水滴水线状股状含泥沙情况侵蚀类型取水样编号试验编号30 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书地下水涌水位置涌水量(L/（min.10m）<1010～2525～125>125新建贵广铁路开挖工作面地质状况记录表续表A稳定性洞周稳定拱部掉块边墙掉块边墙坍塌塌方>10m3塌方<10m3开挖工作面稳定拱部坍塌开挖工作面挤出开挖后至掉块或坍塌的时间侧壁素描开挖工作面素描工程措施及有关参数左侧壁右侧壁开挖工左面30 贵广客运专线中铁二十一局隧道监控量测作业指导书施工方签字：年月日监理方签字：年月日30