隧道信息化监控量测作业指导书.docx

1、隧道信息化监控量测作业指导书晋鲁豫铁路通道ZNTJ-11标隧道信息化监控量测作业指导书 中铁一通指科【2010】002号编制：审核：批准：中铁一局晋豫鲁铁路通道ZNTJ-11标工程指挥部科技部二一年七月晋鲁豫铁路通道ZNTJ-11标 隧道信息化监控量测作业指导书1编制依据1、铁路隧道监控量测技术规程（TB101212007）2、铁路隧道施工规范TB10204-20023、新建铁路工程测量规范（TB1010199）4、晋豫鲁铁路通道ZNTJ-11标隧道设计图纸、文件及资料5、其他相关技术资料。2工程概况中铁一局承建的本标段位于山西省长治市附近，经长子、长治、壶关、平顺和潞城市。起止里程为DK44

2、7+200-DK547+200，正线全长91.4km。隧道14座/26.303km，其中：发鸠山隧道16011 m，西岭隧道5218 m，王庆岭隧道1769 m，（出口端300m石炭系页岩），原村隧道1050m，基本为石炭系页岩。3、工程地质及水文地质情况3.1 地形、地貌线路依次穿越了太行-太岳山构造侵蚀山地（沁潞高原）。横穿的主要山脉有太岳山、太行山。黄土高原的丘陵及低山区，以黄土梁、峁和深切冲沟为主；太岳山和太行山山区地形起伏强烈，河谷地段沟深壁陡，其间两大河流汾河和沁河两岸分别为临汾盆地、长治盆地。沿线总体上地势西高东低，太岳山脉为黄河水系与海河水系的分水岭。3.2 工程地质（1）地层

3、岩性沿线地层出露较齐全，除泥盆系、志留系地层缺失外，其余各时代地层均有出露。黄土高原的丘陵及低山区：新生界第四系新黄土、老黄土、砂及卵砾石，第三系黏土和粉质黏土、半胶结砾岩，下伏中生界砂岩、页岩、泥岩及煤层。吕梁山、太岳山、太行山低中山区、临汾盆地、长治盆地：盆地、河谷区和山前堆积新生界新黄土、老黄土和第三系粉质黏土、泥岩；山区出露中生界、古生界、岩层，其中石炭系太原组单层煤最厚达6m，本溪组有蜂窝状山西式铁矿，奥陶系中统有膏溶角砾岩。太行山山前倾斜平原：覆盖第四系松散堆积层，倾斜平原分布新黄土、黏性土夹角砾土，第三系黏性土、砂岩、粘土岩。（2）地质构造沿线经过山地和平原，线路经过的地区地质构

4、造复杂。山西蒲县至河南林州（姚村）经过吕梁山隆起、临汾槽地、沁水台陷、长治槽地、太行山隆起。主要断裂构造有紫荆山断裂带、太行山山前断裂带；主要褶皱有吕梁复背斜、中阳-离石向斜、沾尚-武乡-阳城北北东向褶带、郭道-安泽近南北向褶带；主要单斜构造有太岳山坳缘翘起带、太行山北西倾单斜。临汾槽地近期构造活动十分强烈，为地震危险区。3.3 水文地质条件（1）地表水沿线主要河流有黄河、汾河、沁河、漳河、卫河及其支流和人工沟渠。大部分河流常年流水，流量受季节影响明显，旱季流量小，雨季流量大。（2）地下水沿线地下水按赋存的介质分为孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶裂隙水及构造裂隙水。孔隙潜水赋存于平原、倾斜平原、盆地

5、及河谷阶地的第四系松散堆积层中，埋深一般520m；基岩裂隙水赋存于山区各地层基岩构造裂隙中，埋藏较深，主要受大气降水的补给，以泉的形式出露排泄，在断裂带等储水构造中，水量较丰富，局部还具承压性；岩溶裂隙水赋存于奥陶及寒武系的灰岩、白云岩中，构造裂隙水主要赋存于断裂构造带，富水地段具有突发性、出水量大的特点，对隧道工程影响较大。3.4不良地质及特殊地质 3.4.1不良地质沿线区域范围发育的不良地质类型主要有压矿及采空区、滑坡、顺层、岩溶、活动断裂、有害气体等。（1）压矿及采空区沿线矿产资源丰富，主要为煤矿、铁矿等。洪洞至汤阴东段于DK455+200DK500+400段依次经过岳山、李村、赵庄、下

6、霍、赵庄煤矿2号井、雄山、辛呈等煤矿，压矿长度达36km。（2）滑坡、顺层线路走行于黄土高原的黄土丘陵及低山区，以黄土梁、峁及冲沟为主，表覆厚层第四系新黄土、老黄土，各河流、大冲沟两岸坡的下部及局部沟心出露第三系黏土、粉质黏土、三叠、二叠系砂、泥岩。由于黄土具直立性，在干燥状态下形成陡崖或峭壁，受降雨、采矿等外界因素影响，滑坡不良地质发育。山区局部地段存在岩层倾向线路的不利情况，尤其是砂泥岩路堑开挖时可诱发工程滑坡，应加强工程措施。（3）岩溶区内可溶岩主要为寒武系、奥陶系碳酸盐岩，主要分布于剥蚀低中山区奥陶系中统地层中，岩溶发育程度为弱强发育。可溶岩隧道施工中应加强综合地质预报工作，可溶岩隧道

7、及路堑施工应对基底进行物探测试，采取措施防止隐伏溶洞危害。3.4.2 特殊地质沿线特殊地质主要有湿陷性黄土、膨胀岩土、石膏及膏溶角砾岩。（1）湿陷性黄土山西境内新黄土广布，新黄土和浅部老黄土具湿陷性，多属自重湿陷性黄土，湿陷性黄土厚度为515m，局部可达2030m，地基湿陷等级一般为、级，局部为级，湿陷系数s=0.0150.126。（2）石膏及膏溶角砾岩石膏及膏溶角砾岩主要分布于剥蚀中低山区，位于奥陶系中统个组下段，其强度低，属于软岩，具有膨胀性，对混凝土有中等结晶类腐蚀性。4监测的目的及意义由工程概况可知，管段穿越压矿及采空区、滑坡、顺层、岩溶、活动断裂、有害气体、湿陷性黄土、膨胀岩土、石膏

8、及膏溶角砾岩等风险源。在暗挖施工过程中须掌握隧道开挖引起周围地层变形的大小，以便及时采取适当的工程措施确保施工安全顺利地进行；在暗挖隧道整个施工过程中对隧道围岩及支护结构的变形和应力状况进行观察、监控和量测,并通过对监测结果的处理，分析地层、支护结构的安全稳定性，判断隧道施工对地层的影响程度；通过信息反馈，修正设计参数，优化施工工艺，改进施工方法，均有重要的指导意义。综合以上论述，在地下工程施工过程中开展监测量测的主要目的和意义有以下几点：（1）了解隧道支护结构和周围地层的变形情况，及时反馈地表和洞内位移变化的信息，调整相应的开挖支护参数, 指导并组织信息化施工，保证施工安全；（2）通过监控量

9、测了解隧道围岩在施工过程中的动态变化，明确工程施工对原始地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节；（3）提供判断围岩和初期支护基本稳定的依据，确定二次衬砌的施作时间；（4）通过监控量测，收集数据，为以后的工程设计,施工及规范修改提供参考和积累经验，并可以和计算结果比较，完善计算理论。5监测内容及监测控制标准5.1监测工作内容及说明根据招标文件并结合本区间工程的实际情况，拟对施工影响的周围地层、地表建筑物等进行安全监测。监测应以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。各监测项目按照要求测得稳定的初始值，且不少于两次。当变化超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测。

10、当有危险事故征兆时，则需要进行连续监测。所有测点反应施工中该测点受力或变形等随时间的变化，即从施工开始到完成、测试数据趋于稳定为止。5.2 主要监测仪器、项目、断面布置和监测频率1、为了确保监控量测的简便、快速、可靠、准确，使用以下仪器设备进行监测。见表5-1。表5-1 监测设备及其精度测试项目监测仪器及型号精度地表沉降徕卡全站仪1mm水平收敛徕卡全站仪、收敛计1/0.1mm拱顶沉降徕卡全站仪 1mm 2、本合同根据设计文件以及相关规范，监测内容见表5-2表 5-2 监测对象及技术要求、必测项目及方法序号监测项目测试方法和仪器测试精度备 注1洞内、外观察人工观察地质罗盘2净空变化收敛计0.5-

11、1mm一般进行水平收敛量测全站仪0.5-1mm一般进行三维多点量测3拱顶下沉水准测量水准仪、钢尺、全站仪0.5-1mm4地表下沉水准测量水准仪、塔尺、全站仪0.5-1mm浅埋隧道必测（H0 2B）注：H0隧道埋深；B隧道最大开挖宽度。必测项目为日常施工管理中所必须进行的量测项目，主要为位移测试项目。净空收敛量测一般只进行水平收敛基线的量测，拱顶下沉可根据量测断面大小及开挖方法，布置13个测点。地表下沉量测可以反映隧道开挖对地表土体的影响，在浅埋地段应将地表下沉量测也作为必测项目。2、选测项目及方法下列项目将根据工程施工需要，有选择地进行。序 号监测施工测试方法和仪器测试精度备 注1隧底隆起水准

12、测量水准仪、铟钢尺0.5-1mm2围岩内部位移多点位移计、频率接收仪0.1mm3围岩压力压力盒、频率接收仪0.01MPa 4二次衬砌接触应力压力盒、频率接收仪0.01MPa5钢筋受力钢筋计、频率接收仪0.01 MPa6喷射混凝土受力混凝土应变计 频率接收仪7锚杆杆体应力钢筋计、频率接收仪0.01 MPa5.3 监测断面布置及监测频率 5.3.1监测断面布置量测断面间距和每个断面上的测点、类型、位置、个数应根据隧道埋深、围岩级别、隧道断面大小、开挖方法、支护类型等确定。围岩差的地段，量测断面应布置多些，围岩好的量测断面应相对少一些，在不良地质体中，应考虑布置一定数量的选测项目。地表下沉量测布置的

13、测点数应适当多一些，应能测到完整的纵、横向沉降曲线，从而分析隧道施工的纵、横向影响范围和程度。1、必测项目量测断面布置（1）净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目应设置在同一断面，地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。一般，量测断面间距应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法按下表规定：量测断面间距和每断面测点数量围岩规则断面间距(m)每断面测点数量净空变化拱顶下沉-5-1012条基线1-3点10-3012条基线1点30-501条基线1点注：洞口及浅埋地段断面间距取小值，软岩隧道监测断面应适当加密。地表下沉（浅埋地段）观测点布设应沿线路中线布点，间距530米，必要时设12个横

14、断面，每断面711点，监测范围应在隧道开挖影响范围以内。 （2）沉降缝两侧底版不均匀沉降，洞内沉降缝每侧宜布置4个以上的观测点。 （3）洞口段与路基过渡段不均匀沉降，结合路基沉降观测，在洞口、距洞口510m、1520m、50m处各设一个观测断面。2、选测项目量测断面的布置各选测项目量测断面的数量，宜根据设计要求进行布置，或在每级围岩内选有代表性的断面12个，断面上的测试元器件、类型、位置及个数根据需要确定。 5.3.2量测频率1、净空变化、拱顶下沉、地表下沉（浅埋地段）各量测项目的量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离确定。 （1）按位移速度确定量测频率位移速度（mm/d）量测频率52次

15、/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d （2）按距开挖面距离确定量测频率量测断面距开挖面距离（m）量测频率（01）b2次/d（12）b1次/d（25）b1次/23d5b1次/7d注：b隧道开挖宽度。当按位移速度和量测断面距开挖面距离选择的测频率出现较大差异时，取量测频率较高的作为实施的量测频率。各项量测作业均应持续到变形基本稳定后23周结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始量测点距，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。2、洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度

16、较浅段；洞内工作面观察应在每次开挖后进行，已施工地段观察每天至少进行一次。3、洞口段与路基过渡段不均匀沉降，应和路基沉降观测频次一致，当环境条件发生变化或数据异常时应及时增加观测次数。6主要监测项目实施方法6.1洞内、外观察 （1）监测目的主要是监测隧道开挖过程中围岩、初期支护、二次衬砌和地表的变化，确保周围建构筑物的安全，掌握隧道的安全状态。 （2）监测仪器地质罗盘、相机、目测等 （3）监测实施1）开挖工作面观察应在每次开挖后进行，包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等；2）在节理、裂隙发育的镶嵌状、块状脆性硬岩地段应重视观察围岩的节

17、理、裂隙走向及发育程度，对易引起坍塌的岩块及时进行锚杆支护或喷射混凝土封闭；3）对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢架和二次衬砌等的工作状态4）如喷层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、格栅支撑是否压屈。）洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。6）观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡； 6.2地表沉降监测（1）监测目的主要是监测隧道开挖过程中引起的周围地表沉降变形的大小，确保周围建构筑物

18、的安全，掌握隧道的安全状态。（2）测量实施：地面下沉量测，一般在-级浅埋隧道围岩的施工中进行。覆盖层厚度根据设计资料。基点布设：埋设在隧道开挖纵横向各（35）倍洞径外的区域，埋设5个以上的基点，以便互相校核。测点布设：在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑，然后放入地表测点预埋件（自制），测点一般采用2030mm、200300mm的平圆头钢筋制成。测点四周用砼填实，待砼固结后即可量测。量测：用高精度全站仪、水平仪进行观测。要求a）观测应在仪器检验合格后方可进行，且避免在测站和标尺有振动时进行；b）尽量选择在每一天同一时间内进行观测；观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续

19、时间固定，施测顺序固定，且应每隔30天用精密水准测量的方法进行基点与水准点的联测，其误差不得超过0.5mm（n为测站数）。沉降计算求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出沉降测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差HnH0即为沉降值。数据分析与处理a）利用软件绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。曲线正常则说明位移随施工的进行渐趋稳定。如果出现反常，出现反弯点，说明地表下沉出现点骤增加现象，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。b）当位移时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析。预测最大沉降量。6.3洞内拱

20、顶沉降及边墙收敛监测（1）监测目的掌握隧道开挖过程中支护结构变形情况，保障施工安全及分析支护参数。（2）监测仪器全站仪或水准仪、收敛计（3）监测实施各级围岩均应进行拱顶下沉、周边位移及收敛量测，软弱围岩也必须进行底板隆起量测，且原则上三者布设在同一断面内。断面布设的间距：级围岩3050m，级围岩1030m，-级围岩510m，围岩变化处适当加密，可在各级围岩起始地段增设12组。拱顶下沉量测测点布置在拱顶，周边位移量测以量测初期支护各点的绝对位移为目的，通过水平及斜向收敛量测，验证周边位移结果，基线位置的高低可根据断面情况，选择在断面变化或者受力集中点处，便于和理论计算的结果进行对比。拱顶下沉及收

21、敛量测在全隧都必须进行，测点布设按照设计文件要求进行。点的埋设方式：测点埋设的位置在避免爆破作业破坏的前提下，应尽量靠近掌子面，并在下一次爆破循环前获得初始数据。a）周边位移及收敛量测：埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为4080mm，深为25mm的孔。在孔中填满水泥砂浆后插入收敛带弯钩膨胀螺栓预埋件。当采用无尺观测方式采集数据时，在弯钩上贴激光反射贴片，待砂浆凝固后即可量测。b）拱顶下沉测点布设: 拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。在每个量测断面的拱顶中心埋设一自制的钢筋预埋件。埋设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量测。当采用

22、无尺观测方式采集数据时，在预埋件上贴激光反射贴片。量测：用高精度全站仪、水平仪进行观测。要求a）观测应在仪器检验合格后方可进行，且避免在测站和标尺有振动时进行；b）尽量选择在每一天同一时间内进行观测；观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定，且应每隔30天用精密水准测量的方法进行基点与水准点的联测，其误差不得超过0.5mm（n为测站数）。沉降、收敛值计算求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出沉降测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差HnH0即为沉降值。采用全站仪时，调用其对边测量功能求得其动态值。收敛值：采用收敛计时，初始值与施

23、工过程中动态值之差。采用全站仪时，调用其对边测量功能求得其动态值。数据分析与处理a）利用软件绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。曲线正常则说明位移随施工的进行渐趋稳定。如果出现反常，出现反弯点，说明地表下沉出现点骤增加现象，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。b）当位移时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析。预测最大沉降量。6.4隧底隆起监测（选择项目）（1）监测目的了解隧道开挖过程中围岩与拱架作用力的作用力下隧底隆起量，及时采取必要措施，确保在可控范围内。（2）监测仪器全站仪或精密水准仪，铟钢尺。（3）量测实施方法测点

24、埋设隧道施工中，底部仰拱架立时，将预埋件垂直焊接在仰拱上。待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。测点布设原则同拱顶测点，且同拱顶测点布设在同一断面。底板隆沉量测方法主要采用全站仪或精密水准仪，量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。数据的分析与处理根据量测数据绘制时间位移曲线散点或距离位移曲线散点图。并结合施工情况对所测数据进行分析。6.5钢筋应力应变监测（选择项目）（1）监测目的了解隧道开挖过程中钢架及二衬钢筋受力情况，及时采取必要措施，确保在可控范围内。（2）监测仪器钢

25、弦式钢筋计及VW-1型频率接收仪。（2）量测实施测点埋设原则上与围岩压力量测布设在同一个量测断面上，分别沿钢架的外边缘和内边缘成对布设。测点布设时在钢结构应测部位截去一部分钢筋，把钢弦式钢筋计焊接在原部位，代替截去的那部分钢筋。数据计算每次所测得的频率可根据钢筋轴力计的频率轴力标定曲一直接换算出相应的轴力值。数据分析与处理根据轴力值绘制钢筋应力随时间的变化曲线，以及钢筋应力随开挖距离的变化曲线图。在钢拱架横断面图上，以一定的比例把应力值点画在各应力计颁位置，并以连线的形式将各点连接起来，形成钢拱架钢筋应力分布状态图。6.6围岩压力监测（选择项目）（1）监测目的了解隧道开挖及基坑开挖过程中土体与

26、围岩之间的相互作用力，及时采取必要措施，确保在可控范围内。（2）监测仪器钢弦式压力盒及VW-1型频率接收仪（3）量测实施测点埋设振弦式测试元件构造简单，测试结果比较稳定，受温度影响小，可用于长期观测，故现场测试选择了弦式测试元件。应充分考虑到施工可能对引线及元件造成破坏。测试数据处理方法现场测试读数为频率值，需由标定曲线转化为相应力（应变）值，标定曲线和初始频率的选取对换算结果也会产生很大的影响。钢弦式测试元件的基本原理是由元件内钢弦的应力变化转变成钢弦的振动频率变化，根据弦振动微分方程，可推导出钢弦振动频率与钢弦应力和钢弦长度之间的如下关系： 式中，钢弦振动频率， L钢弦长度，钢弦材料的密度

27、，钢弦所受的张拉应力。当压力盒已做成后，L、已为定值，所以钢弦的频率只取决于钢弦上的张拉应力。而从弹性理论可知，钢弦上产后的张拉应力与承压面压力成线性关系，钢弦频率与压力盒所受压力P的关系如下：2-=P式中，压力盒受压后的钢弦的频率，0压力盒未受压时钢弦的频率，P压力盒所受的压力，标定系数，与压力盒构造等有关，各压力盒各不相同。 7、监测重难点对策 1、拱顶下沉、收敛量测初始读数宜在36h内完成，其它量测应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。初始读数对监控量测数据分析非常重要，必须在规定的时间内对观测点进行初始观测。2、拱顶下沉和地表下沉量测基点应与

28、洞内、外水准基点建立联系。 3、采用非接触量测（全站仪）埋设反射膜片时，锚固反射片的锚杆端头宜切割为4550度斜角，以便测量视线尽量与反射片垂直，增加反射信号强度；4、反射片应不定期清除粉尘，防止粉尘覆盖反射片造成目标不清晰并且影响回光信号的强度；5采用全站仪对边测量观测时，每条测线至少应观测3次读数，取平均值作为观测结果，可以有效地提高观测值的精度。6、观测过程中必须认真仔细，确保采集的量测数据真实、可靠。根据各个量测项目的观测频率，及时采集量测数据，需要增加观测次数的应及时增加观测次数。隧道开挖过程中遇到“双控”值超限，严格按照本方案的预警措施实施预警。7、每次施工工序转换前，对前期工程施

29、工影响范围内的风险工程监测数据做出整理并绘图，分析下步工序施工过程中可能会造成的影响。8加强对地表、建筑物的监测和安全巡视，如发现地表、建筑物出现细微的裂缝和有明显变形时立即上报项目部以及相关单位，及时采取必要的辅助措施。8信息化施工管理8.1量测数据的整理、分析与反馈1、量测数据的整理（1）现场量测所取得的原始数据，应进行数学处理，将各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性，去掉测试错误的数据。（2）每次量测后应及时进行数据整理，并将监测数据输入计算机，用专门程序进行计算处理，绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图。对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速

30、度。（3）周边收敛量测后，必要时，可以对每条测线分别进行回归分析，求出各自回归精度最高的收敛时间回归方程和收敛距开挖面距离回归方程，以推算可能出现的最终位移和得出位移变化规律。2、量测数据分析（1）按实测最大位移值或回归预测最大位移值进行判别实测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于表所列指标，并按变形管理等级指导施工。a） 双线隧道初期支护极限相对位移（%）围 岩 级 别埋 深 （m）5050300300500拱脚水平相对净空变化(%)0.200.500.402.001.803.000.100.300.200.800.701.200.030.100.080.400.300.600.010.030.010.08拱顶相对下沉(%)0.080.160.141.100.801