隧道监控量测作业?

隧道 监控量测作业

一、 工艺概述

隧道监控量测作业是喷锚构筑法施工的重要内容，应纳入施工工序。监控量测实施需遵循以下原则：

（ 1 ） 应按照工程实际情况编制监控量测实施方案。

（ 2 ） 监控量测作业应根据现场实际情况制定监测项目和监测频率。

（ 3 ） 应在经济适用的原则下选用精度高、耐久性好的仪器设备。

（ 4 ） 应遵循 “勤量测”的原则，及时进行监测，确保施工安全。

（ 5 ） 应确保日常的监测数据及时分析，正确指导施工。

二、 作业内容

1、 现场情况的初始调查；

2、 编制实施方案；

3、 测点埋设及初始数据的采集；

4、 现场监控量测及分析；

5、 提交监控量测成果。

三、 质量标准及验收方法

1、 监控量测控制标准

1.1监控量测控制标准包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等内容，应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性，以及周围建(构)筑物特点和重要性等因素制定。

1.2隧道初期支护极限相对位移可参照表-1 和表-2 选用。

表1跨度 B≤7m隧道初期支护极限相对位移

注： ①本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较 大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修正。

②拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比，拱顶相对下沉指拱 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 - 2 跨 度 7m<B≤ 12m 隧道初期支护极限相对位 移

注 :①本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数值可以在施工中通过实测资料积累作适当的修正。

②拱脚水平相对净空变化指拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比，拱顶相对下沉指拱顶 下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。

③初期支护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。

对于跨度大于 12m   的铁路隧道，目前还没有统一的位移判定基准。可参考表 - 3

表 - 3 隧道周边允许位移相对值 （   %）

注 :①周边位移相对值系指两测点间实测位移累计值与两测点距离比，两测点间的位移值也称为变化值。

②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。

③本表适用于高跨比为 0.8～1.2   的下列地下工程： Ⅲ级围岩跨度不大于 20m；Ⅳ级围岩跨 度不大于 15m；V   级围岩跨度不大于 10m。

④Ⅰ、Ⅱ级围岩中进行量测的地下工程，以及Ⅲ、Ⅳ、V   级围岩在表注 3   范围之外的地下工 程应根据实测数据的综合分析或工程类比方法确定允许值。

(1)  位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表 -4   要求 确定。

表   - 4 位移控制基 准

注 :B   为隧道开挖宽度， U 。为极限相对位移值。

(2)  根据位移控制基准，可按表 -5   分为三个管理等级。

(3)  地表沉降控制基准应根据地层稳定性、周围建 (构)筑物的安全要求分别确定，取最小值。

表 -5 位移管理等 级

注 :U   为实测位移值。

(4)  钢架应力应不大于钢材的容许应力 ;喷混凝土内力和二次衬砌内力按《铁路隧道设计规 范》 规定的安全系数进行判定 ;围岩压力及初期支护与二次衬砌间

接触压力，应先换算成内力，再按《铁路隧道设计规范》 规定的安 全系数进行判定 ;锚杆应力应小于钢材的容许应力。

(5)  爆破振动控制基准应按表 -6   的要求确定

表 - 6 爆破振动安全允许振 速

注 :①表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。

②频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据:深孔爆破 10～60   Hz ;浅孔爆破 40～100   Hz 。

③有特殊要求的根据现场具体情况确定。

(6)  采用分部开挖法施工的隧道应每分部分别建立位移控制基准，同时应考虑各分部的相互 影响。

(7)  围岩与支护结构的稳定性应根据控制基准，结合时态曲线形态判别。

2、监测技术要求

2.1必测项目的监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表7 和表8 确定。由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，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。

表 7   按距开挖面距离确定的监控量测频率

注 :B   为隧道开挖宽度。

表 8 按位移速度确定的监控量测频率

2.2开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建(构)筑物的描述应每施工循环记录一次。必要时.影响范围内的建(构)筑物的描述频率应加大。

2.3选测项目监控量测频率应根据设计和施工要求以及必测项目反馈信息的结果确定。

四、工艺流程图

监控量测工艺流程图见 4

五、工序步骤及质量控制说明

1、施工准备

熟悉施工图纸，根据环境条件、地质条件、设计要求、施工方法及施工进度安排等编制监控量测实施细则。

做好现场劳动力组织（详见劳动组织），并按监测方案，配备相应的监测仪器及各种元器件。监测仪器设备在使用前应进行检查及校对、率定。

预备好施工使用的各项设备材料，使其满足施工要求

监测仪器

监测仪器主要包括精密水准仪、全站仪、收敛计及其他根据现场需求配备的仪器设备，仪器设备要具备以下要求：

①
监测仪器性能完好，精度达到设计要求。

②
监测仪器使用时在检定日期内。

监测预埋件

监测预埋件主要包括拱顶沉降预埋件，收敛预埋件，地表变形预埋件等隧道施工中需要埋设的元器件：

①
预埋件的加工需牢固可靠，符合设计要求。

②
拱顶沉降预埋件、收敛预埋件埋设时，外露长度大于 5cm，小于 10cm。

监测基准点

监测基准点需在监测作业前提前埋设，其要求如下：

①
监测基准点需在施工前一个月埋设，保证基准点稳固。

②
监测基准点每处埋设不少于 3 个，相互之间联系成网，定期检测。

③
监测基准点埋设位置需选择隧道影响范围外稳固可靠地段埋设 。

2、现场情况的调查

施工前对隧道工程的地质条件、地下水状况及施工影响区域内的周边环境进行初始调查，掌握工程特点和难点，为监控量工作的顺利开展做好准备。

3、监测方案制定

3.1现场监控量测小组按照监控量测设计的要求，结合初始调查结果编制实施方案，经业主、监理审查批准后实施。

3.2确定监测项目、仪器、测点布置原则、量测频率、数据处理、反馈方法、组织机构及管理体系，并在施工的全过程中认真实施。

3.3监测项目分为必测项目和选测项目。

3.3.1必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目。具体监控量测项目见表1 所示。

表 -1   监控量测必测项目

注： H 0   －隧道埋深； B －隧道最大开挖宽度。

3.3.2选测项目是为满足隧道设计与施工的特殊要求进行的监控量测项目。具体监控量测项目见表-2 所示。

表 - 2 监控量测选测项 目

注： H0－隧道埋深；B －隧道最大开挖宽度。

3.4测点布置原则

3.4.1必测项目

① 地表沉降：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原则上应布置在同一里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距应按表3 的要求布置。

表 3 地表沉降测点纵向间 距

注 :H。为隧道埋深，B   为隧道开挖宽度。

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，地表有控制性建(构)筑物时.量测范围应适当加宽。其测点布置如图-1所示。

图   - 1 地表沉降横向测点布置示意 图

②拱顶下沉及净空变化：拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。监控量测断面按表-4 的要求布置。

表   4 量测断面间 距

注 :Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。

拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近。当隧道跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点，参照图 -2 布置。

净空变化量测测线数，可参照表 -5、图-2 布置。

表 - 5 净空变化量测测线 数

(a)                 (b)

(c)                     (d)

图 2    拱顶下沉量测和净空变化量测的测线布置示意图

（ （ a） 拱顶测点和 1   条水平线示例； （ b） 拱顶测点和 2   条水平线、 2   条斜测线示例；

（ c）CD   或 CRD   法拱顶测点和测线示例； （ d） 双侧壁导坑法拱顶测点和测线示例 ）

3.4.2选测项目

选测项目测点布置原则，首先应考虑到进行该项量测工作的目的和要求。如仅仅是通过观测了解结构物的受力状态，那么需要埋设的测点数量不应太多；如果要求通过试验来验证结构理论公式或用于科研时，则所需要的测点数量就比较多，应把测点布设在具有代表性的断面的关键部位上 (如拱顶、拱腰、拱脚、边墙、墙脚、仰拱等)及一些特殊地段。

一般来说喷混凝土内力、钢架内力、二次衬砌内力、围岩压力、初期支护与二次衬砌间接触压力量测每断面设置 3～7 个测点，如有需要可以增加测点。围岩内部位移每断面一般采用 3～5个钻孔，应分布在边墙和拱部。锚杆轴力量测应在实际锚杆位置布置测点。同时各测点应尽量埋设在一个断面或相互靠近，以便数据上互相验证。

4、测点埋设及初始数据采集

基准点应埋设在施工影响范围之外，并便于监测。测点埋设应牢固、可靠，埋设后，应及时取得初始数据。

5、现场量测及数据处理、分析

5.1现场量测及数据处理、分析包括数据采集、校核、整理及分析。

5.2每次观测后应立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测。

5.3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。

5.4监控量测数据的分析应包括以下主要内容:

5.4.1根据量测值绘制时态曲线;

首先根据监控量测数据绘制时间－位移（应力）散点图和距离－位移（应力）散点图。然后根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数进行回归分析，对最大值（最终值）进行预测，并与控制基准值进行比较，结合施工工况综合分析围岩和支护结构的工作状态。如果位移（应力）曲线正常，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的，如果位移（应力）出现反常的急骤增长现象 (出现了反弯点)，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程措施。

对于应力监测，根据不同施工阶段，在隧道横断面图上按一定的比例把应力值点画在各元器件分布位置，并以连线的形式将各点连接起来，成为隧道应力分布形态图，掌握应力分布情况。

5.4.2选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较;常用的回归函数有以下几类:

① 指数模型

③ 双曲线模型

式中 U—变形值(或应力值); A,B—回归系数;

t,to 测点的观测时间(d) 。

对支护及围岩状态、工法、工序进行评价 ;

及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。

爆破振动安全允许距离，可根据爆破振动速度下式计算。

式中 R—爆破振动安全允许距离(m);

Q—炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量(kg); V—保护对象所在地质点振动安全允许速度(cm/s ) ;

K,α—与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按表-6 选取，或通过现场试验确定。

表 -6   爆破区不同岩性的 K.α   值

5、环境及安全性评价

通过对监测数据的处理与分析，并与判定基准进行比较，对环境及安全性做出评价。

六、施工机械及工艺装备

施工机械及工艺装备可参考表 6

表 6   监测作业所需工具表

七、作业组织

根据现场实际情况，成立现场监控量测小组及信息反馈小组，负责日常监测工作及资料整理工作

八、安全生产及环境保护

1、开工前，应对监测人员进行安全培训，遵守安全生产的各项规定，服从现场统一安排、指挥。

2、监测工作中严格按审定的监测计划及监测作业指导书等实施各道工序。

3、现场监测作业人员一律要戴安全帽，服从现场统一指挥。

4、对施工现场所使用的测量仪器注意安全放置，杜绝由于使用和放置不当而造成的事故。

5、加强现场施工用电管理，比如监测时照明用电应由施工单位专业电工操作。

6、在监测工作的生产及生活活动中，加强对监测组人员的教育，做到管理程序化，作业标准化，确保生产安全。

7、及时对安全生产情况进行分析总结，对安全生产过程中存在的问题提出改进措施，确保生产安全。