高速公路隧道工程监控量测实施方案.docx
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高速公路隧道工程监控量测实施方案
高速公路隧道工程
监控量测实施方案
1编制依据-1-
2编制原则-1-
2.1高效、适用原则-1-
2.2安全原则-2-
2.3符合本单位技术水平的原则-2-
3工程概况-2-
3.1隧道概况-2-
3.2施工存在的风险-3-
3.3监控量测的目的-4-
3.4监控量测的手段-4-
4监控量测方案实施-5-
4.1组织机构、人员及设备-5-
4.2监控量测作业程序和项目-5-
4.2.1监控量测项目-6-
4.2.2量测断面的布置及方法-7-
4.2.3量测频率-9-
4.2.4监控量测方法和步骤-10-
4.2.5监控量测数据的整理和分析-12-
4.2.6监控量测信息反馈及工程对策-15-
5无尺渐测现场应用-16-
6监测注意事项-17-
1编制依据
（1）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
（2）《公路隧道设计规》（JTGD70—2004）
（3）《公路隧道施工技术规》（JTJ042—94）
（4）《公路勘测规》（JTJ061-99）
（5）《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）
（6）《公路项目安全性评价指南》（JTG/TB05-2004）
（7）《公路土工试验规程》（JTJ051-93）
（8）《工程测量规》GB50026-53
（9）《公路工程地质勘察规》（JTJ064-98）
（10）隧道施工图、设计文件、招标文件和合同文件等。
玉临高速公路指导性施工组织设计
2编制原则
2.1高效、适用原则
监控量测是新奥法施工中不可缺少的一项技术容，是监视围岩和支护稳定性的重要手段，是判断设计、施工是否正确合理的主要依据，是监视施工是否安全可靠的眼睛。
为了更精确更迅速的了解围岩的动态变化，判定其稳定性，从而保证施工安全。
本方案的高效运行，能确保预报质量并有效的指导施工，适合本工程所有隧道。
2.2安全原则
隧道施工中开挖形成后，必须立即喷射不小于4cm厚的混凝土及时封闭围岩作为初支初喷层，紧跟监控量测，监控量测应在开挖后2-4小时进行，否则工作人员不得进入掌子面作业。
本方案的操作实施要安全，并能指导安全施工。
3工程概况
悦龙大道为城市主干道，西起沙井湾立交，东至城南立交，全长6.4km。
为“机场南联络线”的西延伸段，居于规划的“十二联络线”的西段，位于“两江新区”两路、礼嘉两组团，绕城高速与一横线之间，道路呈东西走向，东起五纵线（机场路）机场路立交接于机场南联络线，西至四纵线沙井湾立交接入悦来会展中心片区路网。
3.1隧道概况
本工程隧道为甘悦大道渝北段工程的主要组成部分，隧道设计按上下行左、右线分离式布设；隧道设有3个车行通道和4个人行通道。
隧道左线起讫里程号为ZK0+112.000～ZK2+205.000，全长2093m，单向三车道，洞限高5.0m，标准段路幅宽11.5m，其中行车道宽度10.5m，路缘带宽度2×0.5m。
单洞净宽13.506m，洞高7.657m。
隧道右线起讫里程号为YK0+112.000～YK2+209.000，全长2097m。
单向三车道，洞限高5.0m，标准段路幅宽11.5m，其中行车道宽度10.5m，路缘带宽度2×0.5m。
单洞净宽13.506m，洞高7.657m。
3.2施工存在的风险
根据设计图纸提供的地质资料，由于甘悦大道渝北段工程地处主城区域，通过调查，对拟建隧道有影响的地面建筑较多；通过调查，地表水体主要为3处：
1、线路起点南侧（钻孔ZC3附近）由于汇集周边雨水及填土地下水形成的水塘，面积约500m2，水深1～2m，水深及面积随降雨影响较大，塘淤泥厚度在1m左右，其下为页岩。
2、木鱼石湖，位于隧道右线里程K1+880～K2+040右侧，湖水深度一般7～8m，面积约27000m2，湖水清澈无异味，入水口为双湖路下的市政雨水管，入湖流量约100L/min，出水口位于靠近春天花园侧，经涵洞在机场快速路东侧挡墙上排泄出场地，出水流量约100L/min，出入湖水水量受降雨影响较大3、暗渠，位于左线里程K1+660附近，于农行苑小区靠近机电工程技术学校挡墙上一泄水孔流出，水量常年流量稳定，约60L/min，遇暴雨水量明显增大，且挡墙上的泄水孔洞均有水流出，流入农行苑排水沟汇入市政雨水管道。
拟建项目在该段为深埋隧道，该暗渠对本工程无影响。
根据图纸显示沿线存在多处地下管网，中线里程K0+110～K0+460段人工填土层厚度较大，隧道结构位于填土层，对隧道有影响的主要地下管网有中航MyTownB地块的给水、燃气、排水、电信等，埋深一般小于2m，其余隧道段位于基岩，埋深较大，对施工影响较小。
3.3监控量测的目的
（1）通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性。
（2）用现场实测的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）通过监控量测对施工可能产生的环境影响进行全面监控。
（4）通过监控量测进行隧道日常的施工管理，确保施工安全和施工质量。
（5）通过施工现场的监控量测，确定二次衬砌合理施作时间。
（6）通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。
3.4监控量测的手段
本标段主要采用精密水准仪、全站仪等先进测量设备对隧道地表沉降、拱顶下沉、围岩收敛、断面变化等监控项目进行量测。
4监控量测方案实施
4.1组织机构、人员及设备
（1）组织机构
为保证监控量测工作正常有序开展，本项目部建立总工程师负责的管理体系，工程部和安质部负责对隧道的监控量测进行日常检查、指导和重大问题上报工作。
并成立监控量测小组，制定各岗位职责，明确分工，责任到人。
总负责人：
项目总工程师（雪峰），负责监控量测工作组织安排和重大问题的处理。
主管部门：
工程部（）、安质部（），负责监控量测全面管理，日常检查、指导和重大问题上报工作，并参与重大问题的处理。
（2）仪器设备的配置
表2隧道监控量测所需主要仪器设备表
名称
所需数量
现场已有数量
备注
收敛仪
2
2
满足需要
水准仪
2
2
满足需要
钢尺
2
2
满足需要
全站仪
2
2
满足需要
4.2监控量测作业程序和项目
分析、研究地质资料
制定监控量测计划
施工
监控量测
施工方法变更支护加强
开挖工作面状态评价
数据处理
安全
经济
施工完成
已施工区段支护加强
施工方法变更支护加强
结束
是
是
是
否
否
否
图4-1监控量测作业程序图
4.2.1监控量测项目
必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须监测。
监控量测见表4-1。
表4-1监控量必测项目
序号
监测项目
方法及工具
测设时间（天）
1～15
16～一个月
1～3个月
3个月以后
1
拱顶下沉
水平仪、水准尺、钢尺或卷尺
1-2次/天
1次/天
1-2次/周
1-3次/月
2
水平收敛
收敛计
1-2次/天
1次/天
1-2次/周
1-3次/月
3
地质及支护状态观察
岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述，地质罗盘等
开挖及初期支护后
4
爆破震动
爆破震动仪
受爆破影响的重要构筑物
5
地表下沉
水平仪、水准尺
开挖面距量测断面前后<2B时，1～2次/天，<5B时，1次/2天，>5B时，1次/7天。
6
周边建筑倾斜
全站仪
开挖面距量测断面前后<5B时，1～2次/天，>5B时，1次/2～3天
（2）选测项目
选测项目根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其它要求选择监测。
4.2.2量测断面的布置及方法
（1）量测断面的布置
根据设计提供地勘资料，本隧道线路沿线附件地表水较为发育，隧址区域节理裂隙发育，隧道有断层、松散岩土、岩溶、岩堆、有水溶洞、地下河部分地段有突水突泥隐患。
因此，监控量测过程中要把地表沉降观测和围岩收敛变形观测作为重点，其它选测项目根据实际情况选测，以满足指导施工为准。
洞测点：
量测断面间距可根据围岩段落长度适当进行调整，但每种岩层至少设一个量测断面。
地表沉降点：
地表下沉量测在浅埋地段进行。
洞、地表沉降量测间距见表4-3
（2）量测测点的布置
量测断面测点的布置个数根据施工方法，每个量测断面处设置一个拱顶下沉测点，两对水平净空收敛测点；每20～50m设置一个断面，地表下沉量测在浅埋地段进行，量测断面布置与洞一致，每个量测断面上测点不少于7个。
图4-2围岩测点布置示意图
图4-3地表沉降横向测点布置示意图
4.2.4量测频率
（1）洞、外观察
洞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。
对初期支护的观察也应每天至少进行一次,观察容包括喷射混凝土,锚杆,钢架的状况。
洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透、地表沉陷等观察。
（2）净空水平收敛量测和拱顶下沉量测
净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。
量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度按表确定。
实际量测频率应从位移速度决定的监控量测频率（表4-4）和由开挖面的距离决定的监控量测频率（表4-5）之中选择较高的一个量测频率。
当地质条件复杂、下沉量大时，除量测拱顶下沉时，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。
表4－4按位移速度确定的监控量测频率
变形速度（mm/d）
量测频率
≥5
2-3次／d
1～5
1次／d
0.5～1
1次／2～3d
0.2～0.5
1次／3d
﹤0.2
1次／3-7d
表4－5按开挖面距离确定的监控量测频率
量测断面距开挖工作面距离（m）
量测频率
（0～1）B
2次／d
（1～2）B
1次／d
（2～5）B
1次／2～3d
﹥5B
1次／3-7d
表4－6监控安全控制与工程预案表
项目（mm）
等级
房屋裂隙宽度
房屋不均称沉降
地面沉降
拱顶沉降
爆破震速
处理措施
I
≤1
≤L/1000
≤30
≤50
≤2cm/s
正常施工
II
1～5
L/1000～L/500
30～80
50～100
﹥2cm/s
对隧道或（和）地表对土体注浆加固，调整施工方案
III
﹥5
﹥L/500
﹥80
﹥100
-----
1，加强超前支护和初期支护参数，优化施工工序。
2，当建筑物裂隙不均匀沉降达到III级时，建议居民撤离安置。
注明：
建筑物监控预警控制值：
建筑物基础倾斜小于或等于千分之2。
4.2.4监控量测方法和步骤
（1）洞、外观察
洞观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。
开挖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，并与勘察资料对比。
已施工地段，应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。
洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏及地表沉陷等情况。
（2）净空水平收敛量测
净空水平收敛量测采用收敛计或全站仪进行，隧道开挖后按要求迅速安装收敛桩并编号，初始读数应在开挖后12h读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前获得初读数。
测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。
全站仪量测
作为观测围岩净空位移量测技术的全站仪遥测技术，其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定量测点位不同时段相对的三维坐标，将测量数据输入计算机通过软件后进行处理,最后输出监测成果，准确、快速地为施工提供数据参考。
全站仪围岩净空位移量测示意如图5-5。
图4-6全站仪位移量测示意图
（3）拱顶下沉量测
拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。
Ⅰ在每个量测断面的拱部埋设的钢筋预埋件。
设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件埋设前，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。
Ⅱ量测时需用一把长度适宜的钢卷尺，尺端连一个自制挂钩挂在测点上，将尺子铅垂放下，稳定后用水准仪量测。
拱顶下沉量测采用精密水准仪和铟钢水准尺进行，喷射混凝土后应迅速在测点处设固定桩，在各工区洞外各设一水准基点供洞拱顶下沉量测用，量测频率及其它要求同净空水平收敛量测要求。
（4）隧底上鼓、地表下沉
采用精密水准仪和铟钢水准尺进行，量测频率及其它要求同净空水平收敛量测要求。
量测项目的观测容和所使用的仪器见表5-6。
表4－7量测项目的观测容和使用仪器
序号
量测项目
量测仪器
观测容
1
洞、洞外观察
数码相机、目测
1、开挖面围岩自稳性；2、岩质破碎带；3、围岩类别；4、地下水及地表水；5、支护变形；6、浅埋段地表下沉情况
2
水平收敛
全站仪
根据收敛情况判断；1、围岩稳定性；2、支护设计和施工方法的合理性；3、二次衬砌的施作时间。
3
拱顶下沉
隧底上鼓
水准仪
水准尺
监视拱顶和隧底的变化值，了解断面变化，判断围岩的稳定性，防止塌方。
4
地表下沉
水准仪
水准尺
监视浅埋段隧道地表的下沉值，判断围岩的稳定性。
4.2.5监控量测数据的整理和分析
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。
（1）每次观测后立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测。
（2）每次观测后及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表、填表制图、误差处理等。
（3）监控量测数据的分析
监控量测数据可采用具有收敛特性的函数（指数模型、对数模型、双曲线模型等）对监控量测数据进行拟合回归分析，获取变形发展规律，并预测最大变形量、未来发展趋势。
监控量测数据的分析包括以下主要容：
①根据量测值绘制时态曲线
a.位移及位移速度随时间的变化曲线；
根据量测数据绘制位移
与时间
的关系曲线，可以较直观的看出围岩位移变化的情况，并初步判定围岩是否趋于稳定或出现异常情况。
采用在Excel表格中及时输入量测结果，并利用其图表功能自动生成曲线图，能保证量测数据与曲线图同步，更能及时、直观的得到围岩变化情况。
b.位移及位移速度与开挖工作面距离的关系曲线。
②对初期支护时态曲线应进行回归分析，选择与实测数据拟合较好的函数进行回归，预测可能出现的最大位移，并与控制基准进行比较。
A由于量测的偶然误差所造成的离散性，因此对量测数据采用统计学原理进行分析，并以相应的数学公式进行描述，采用回归分析对量测数据进行处理和计算，得到
、
两个变量之间的函数关系，用这个函数曲线能代表测试点数据的散点分布，并能推算出因变量的变化速率和极限值，主要采用以下指数、对数和双曲三种曲线函数进行线性回归计算，三种曲线函数的原形公式与换算公式如下：
Ⅰ指数函数：
求导：
将其转化为直线函数：
极限公式：
Ⅱ对数函数：
求导：
将其转化为直线函数：
极限公式：
Ⅲ双曲函数：
求导：
将其转化为直线函数：
极限公式：
其中：
A、B—回归常数；
—位移值（mm）；
—初读数后的时间（天）
B线性回归分析需要分别将三种函数独立进行回归计算，将其转化为直线函数
的形式求出a、b，并通过a、b换算出曲线函数常数A、B值，以指数函数为例，视
为Y，
为X，按直线方程进行回归计算，得到直线方程常数a、b，并计算其相关系数r，指数函数常数
、
，由此可得到指数函数方程。
对三种曲线函数进行回归分析后，根据三种曲线方程的相关系数r，取r最趋近于1的曲线方程代表所分析测点数据的变化情况，一般情况下所选择曲线函数的相关系数r的绝对值应大于0.9。
其a、b、r的计算公式如下：
C线性回归分析数据处理量大，计算复杂，一般采用EXCEL进行回归计算。
D根据回归分析结果选定代表测点的曲线方程,并可根据求导公式计算某一天的位移速率,也可根据极限公式计算其总位移量,通过代表测点的曲线函数方程可消除偶然误差并推断出围岩的稳定情况，或估计二次衬砌施作的时机。
全站仪无接触量测采用后处理软件自动计算处理。
4.2.6监控量测信息反馈及工程对策
（1）根据监控量测数据分析结果及时反馈信息，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。
工程安全性评价流程见图4-7。
监控量测信息反馈可按图4-8规定的程序进行。
图4-7工程安全性评价流程
（2）施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。
①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。
②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。
图4-8监控量测作业及信息反馈程序框图
（3）信息反馈应以位移反馈为主，主要依据时态曲线的形态对围岩稳定性、支护结构的工作状态、对周围环境的影响程度进行判定，验证和优化设计参数，指导施工。
由于施工的连续性和循环进行，施工中应保证信息反馈渠道的畅通，确保信息反馈的及时性和有效性。
（4）工程安全性评价应根据位移管理等级分三级进行，并采用相应的工程对策。
当监控量测位移管理达到Ⅲ级时，应上报监控量测组长、技术主管和现场监理工程师；当达到Ⅱ级时，上报分部工程部长、总工程师和现场施工负责人，同时总工程师根据综合情况上报设计单位、业主单位和监理单位采取相应工程措施；当达到Ⅰ级时，立即暂停施工，上报各方，请业主单位召集各方分析原因，研究工程对策。
分部应对位移管理等级根据每个隧道情况进行量化指标，以便于现场监控量测人员操作和汇报。
（5）根据工程安全性评价的结果，需要变更设计时，应根据有关工程变更管理办法及时进行变更设计。
（6）工程对策主要包括下列容:
①一般措施：
a、稳定开挖工作面措施；
b、调整开挖方法；
c、调整初期支护强度和刚度并及时支护；
d、调整不同围岩的预留变形量。
e、降低爆破振动影响；围岩与支护结构间回填注浆。
②辅助施工措施：
a、地层预处理，包括注浆加固、降水等方法；
b、超前支护，包括超前锚杆（管）、管棚等。
5无尺渐测现场应用
（1）监测系统及测点布设监测系统采用瑞士徕卡TS15全站仪+方形十字反射片（边长2cm）组成现场观测系统,测点由锚杆与3mm的钢板（5cm×5cm）组成，待掌子面开挖完毕后,将钢板焊接在锚杆上，反光片贴在钢板上。
其他施工过程中应保护反射片不被破坏,以确保量测精度。
全断面开挖每一断面布设测点三个,位于隧道拱顶与两侧拱腰位臵。
台阶法开挖每台阶一条测线，拱顶一个测点。
（2）观测方法采用自由测站法进行洞室变形观测。
量测时,先将仪器架设至任意与测点通视位臵,然后设定仪器参数。
每测站观测4测回。
为减小测试误差,可对同一断面进行左右测站测试。
数据记录在仪器自带的PC卡上,待全部断面测试完毕,用专用软件将全站仪数据传输至电脑,由处理程序将现场数据进行处理。
经计算得出测点间测线长度,本次量测测线长度与上次测测线长度相比较即可得本次收敛值和累计收敛值
6监测注意事项
（1）.监控量测工作应与隧道施工密切配合，为了减少量测对隧道施工的干扰，尽量采用无尺量测。
（2）.监控量测数据的收集、整理、分析应及时有效，能起到指导施工的目的。
（3）.不断向工作人员提供监测领域的新技术、新工艺、新仪器，不断提高监测队伍的素质。
（4）.定期对监测控制点进行复测,从而确保其稳定。
（5）.量测点应按规要求埋设稳固，加强保护。
量测点布设位置应充分考虑施工干扰，可根据实际情况进行调整。
水平收敛、拱顶下沉、地表沉降观测点应埋在同一断面里程，水平收敛基线左右测点应保持水平。
洞量测点应用红油漆进行显目标示，并标明编号、里程，以便外部单位检查。
拱顶下沉、地表沉降量测所用的水准基点应设在稳固的地方，并应进行水准联测平差。
（6）.监测组建立二级检查制度。
每量测点一般要求测读三次，三次读数变化不大时，取算术平均值作为观测结果。
现场量测要作好初始记录，详细记录环境温度、开挖里程以及施工情况等，并保持原始记录的准确性。
（7）.监测仪器按规定时间进行核准，以确保测量数据的准确性，固定专人管理仪器，进行保养和维修。
（8）.量测资料应认真检查、审核、计算，每次量测结束后，要求在当天完成资料整理工作，并及时反馈量测信息。
监测资料的存储、计算、管理均采用计算机进行。
（9）.监测值出现异常时，迅速报告相关工程师和现场施工负责人，并加密观测次数，必要时进行24小时不间断监测，直至稳定为止。
（10）.量测工作要注意仪器测量与围岩、初期支护外观观察相结合，相互验证、补充，提高量测工作对施工、设计的指导、反馈作用。
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