围岩监控量测方案设计.docx
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围岩监控量测方案设计
银山隧道监控量测施工方案
一、工程概况
本标段共有一座隧道，为银山隧道，隧道位于河婆镇南部银山一带，为中低山地貌，起伏较大，山顶最大地面高程182m，进口最低高程102m，最大高差约84m。
隧址区气候属南亚亚热带季风气候，具有常年气候温和充足，雨量充沛，无霜期长，植被丰富，水域发达的特点。
隧道进口位于一冲沟和侧壁中，地形较陡，坡度15~45°，坡向朝东；出口位于冲沟和斜坡上，地形较陡，坡度10~45°，坡向朝西。
隧道布置型式为分离式隧道，起止桩号左线ZK98+062~ZK98+655,长593m；右线K98+~K98+575，长535m。
银山隧道为不良地质隧道，洞口端浅埋且偏压严重，是本标段的重点（关键）和难点工程。
隧道洞身主体主要穿越全风化花岗岩、全风化碎块状花岗岩，局部有辉绿岩侵入，围岩级别主要为Ⅲ～Ⅴ级。
隧道主要围岩划分情况见表1
表1隧道主要围岩划分情况汇总表
隧道名称
起讫桩号
长度（m）
工程地质概况
各级围岩长度（m）
备注
明洞
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
银山隧道
左线
ZK98+062
593
全风化花岗岩、全风化碎块状花岗岩
10
50
190
343
分离式
ZK98+665
右线
K98+
535
13
45
165
307
K98+575
二、监控量测
开挖和支护过程的围岩变形和稳定监测主要是通过围岩监控量测来实现的。
监控量测是信息化设计与施工的重要容。
通过施工现场的监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。
2.1实施机构
监控量测工作根据业主要求由施工方承担，成立专业的监控量测小组，成员由多年从事地下工程施工及监测经验的技术人员组成，监测主管由具有丰富施工经验，具有数据分析和计算能力的专职监测工程师担任。
监测小组在监测主管的领导下负责日常监测工作及资料整理工作并及时反馈指导施工。
配置情况见下表;
表2银山隧道围岩监控量测小组
序号
组职务
工作职责
备注
1
金星
组长
全面管理
2
曾志雄
副组长
负责布置监控断面点位
3
梁金刚
副组长
负责监控量测操作实施
4
叶宇
组员
监控数据采集
5
王晋
组员
监控数据采集
6
王梅
资料员
数据整理归档
2.2实施原则
监测系统设计原则：
施工监测是一项系统工程，监测工作的成败与监测方法的选取及测点的布置直接相关。
根据我单位监测工作的经验，归纳以下5条原则：
可靠性原则：
可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要的原则。
为了确保其可靠性。
首先，系统需要采用可靠的仪器。
其次，在监测期间保护好测点。
多层次监测原则：
在监测对象上以位移为主，兼顾其它监测项目；在监测方法上以仪器监测为主，并辅以巡检的方法；在监测仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器。
重点监测关键区的原则：
观测仪器布置合理，注意时空关系，布点时形成具有一定测点覆盖率的监测网，同时注意控制关键部位。
在具有不同地质条件和水文地质条件地段，其稳定的标准是不同的。
稳定性差的地段重点进行监测。
方便实用原则：
为减少监测与施工之间的干扰，监测系统的安装和测量尽量做到方便实用。
经济合理原则：
系统设计时考虑实用的仪器，不必过分追求仪器的先进性，以降低监测费用。
2.3监测实施容和技术要求
监控量测包含策划、量测、数据整理分析、安全性评价、工程措施建议等部分，成果须按时报设计、施工、监理，业主以便进行动态设计和各方掌握围岩稳定性情况。
2.3.1量测围及阶段
进出口高边坡支护段、洞身浅埋段地表和大断层、大变形地段、正洞洞身。
2.3.2量测项目
银山隧道监控量测分必测项目和选测项目两种类型。
1.以洞外观察、水平收敛量测、拱顶下沉量测、洞身浅埋段地表下沉量测为必测项目，断层破碎带隧底上鼓量测视现场施工实际情况进一步确定。
见下表:
表3隧道施工监控量测必测项目及量测方法
项目名称
方法及工具
布置
量测间隔时间
1～15d
16d～1个月
1～3个月
3个月以后
必
测
项
目
地质及初期支护观察
岩性、结构面产状及支护裂隙观察和描述，地质罗盘
开挖后及初期支护后进行（全长度）
每次爆破后及初期支护后进行
周边位移
各种类型收敛计或测杆
每10～50m一个断面，每断面2～3对测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
拱顶下沉
水平仪、水准尺或测杆
每10～50m一个断面，每断面2～3个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
地表下沉
精密水平仪
洞室中心线上，并与洞轴线正交平面的一定围布设必要数量测点
1次/1～2天
2.选测项目
应根据设计要求、隧道横断面形状和断面大小、埋深、围岩条件、周边环境条件、支护类型和参数、施工方法等综合选择选测项目。
选测项目见表4
表4隧道现场监控量测选测项目
序号
项目
名称
方法和工具
布置
测试
精度
量测频率
1～15d
16d～1个月
1～3个月
大于3个月
1
钢架力及外力
支柱压力计或其它测力计
每代表性地段1～2个断面，每断面钢支撑力3～7个测点，或外力1对测力计
0.1MPa
1～2次/d
1次/2d
1～2
次/周
1～3次/月
2
围岩体位移（洞设点）
洞钻孔中安设单点、多点杆式或钢丝式位移计
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个钻孔
0.1MPa
1～2次/d
1次/2d
1-2次/周
1～3次/月
3
围岩体位移（地表设点）
地面钻孔中安设各类位移计
每代表性地段1～2个断面，每断面3～5个钻孔
0.1MPa
同地表下沉要求
4
围岩压力
各种类型岩土压力盒
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点
0.01MPa
1～2次/d
1次/2d
1～2次/周
1～3次/月
5
两层支护间压力
压力盒
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点
0.01MPa
1～2次/d
1次/2d
1～2次/周
1～3次/月
6
锚杆轴力
钢筋计、锚杆测力计
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7根锚杆（索），每根锚杆2～4测点
0.01MPa
1～2次/d
1次/2d
1～2次/周
1～3次/月
7
支护、衬砌应力
各类混凝土应变计及表面应力解除法
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点
0.01MPa
1～2次/d
1次/2d
1～2次/周
1～3次/月
8
围岩弹性波速度
各种声波仪及配套探头
在有代表性地段设置
—
—
9
爆破震动
测振及配套传感器
临近建（构）筑物
—
随爆破进行
10
渗水压力、水流量
渗压计、流量计
—
0.01MPa
—
11
地表下沉
水准测量的方法，水准仪、钢尺等
洞口段、浅埋段（h0≤2b）
0.5mm
开挖面距量测断面前后＜2b时，1～2次/d。
开挖面距量测断面前后＜5b时，1次/2～3d。
开挖面距量测断面前后＞5b时，1次/3～7d。
注：
b-隧道开挖宽度；h0-隧道埋深。
2.3.3量测断面布置原则及埋测点要求
1.布置原则：
在施工过程中，为了及时掌握隧道围岩的变形情况以及预测隧道围岩的变化趋势，拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距为：
Ⅲ级及以上围岩不大于40m；Ⅳ级围岩不大于25m；Ⅴ级围岩应小于20m。
围岩变化处应适当加密，在各类围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个，水平收敛1～2对。
当发生较大涌水时，Ⅳ、Ⅴ级围岩量测断面的间距应缩小至5～10m。
2.埋测点要求：
各预埋测点应牢固可靠，并设置专用标识牌，标明测点的名称、部位、编号、埋设日期等，见图3示意；测点应牢固、可靠、易于识别，应能真实的反应围岩、支护的动态变化信息。
洞必测项目各测点应埋入围岩中，不应焊接在钢支撑上，外露部分宜有保护装置。
要加强教育，提高所有进洞人员保护意识，对测点进行妥善保护，不得任意撤换和遭到破坏；施工过程中应做好仪器的日常维护工作，保证性能良好；量测人员进洞应满足隧道洞作业施工要求。
测点布置示意见图1、图2所示
图1地表沉降横向测点布置示意图
全断面法施工段量测布置示意见图2
图2全断面法施工段量测布置示意见图
图3量测点标牌及量测作业
2.3.4量测频率
1.洞观察分为开挖工作面观察和初期支护状况观察。
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分别按表4及表5确定。
实际量测频率应从由开挖面的距离决定的监控量测频率和由位移速度决定的监控量测频率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按距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／7d
表5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／7d
注：
B-隧道开挖宽度。
2.3.5量测操作要点
1、洞外观察
隧道施工过程中应进行洞、外观察，洞观察分开挖工作面观察和已支护地段观察两部分。
（1）开挖工作面观察应在每次开挖后进行。
观察工作面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及喷射混凝土的效果。
观察后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。
对已支护地段的观察每天应进行一次，主要观察围岩、喷射混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。
观察中发现围岩条件恶化时，应立即上报设计、监理单位，采取相应处理措施。
（2）洞外观察重点应在洞口段及岩溶发育区段地表和洞身埋置深度较浅地段，其观察容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况、地表植被变化等。
2、净空位移和拱顶下沉
（1）量测断面的收敛情况，包括量测拱顶下沉、净空水平收敛以及铺底鼓起（必要时）。
施工状况发生变化时（开挖下台阶、仰拱或撤除临时支护等），应增加检测频率。
（2）净空变化量测可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。
（3）各测点应在隧道开挖后按要求迅速安装并编号，避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5～2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。
初读数应在开挖后12h读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。
（4）净空水平收敛测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定，采用收敛计或全站仪进行。
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测线。
（5）拱顶下沉量测应与净空水平收敛量测在同一量测断面进行，可采用精密水准仪和铟钢挂尺或全站仪进行。
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。
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底隆起量。
3、地表下沉量测
（1）位于Ⅳ～Ⅴ级围岩中且覆盖厚度小于40m的隧道，应进行地表沉降量测。
根据图纸要求或监理人指示，应在施工过程中可能产生地表塌陷之处设置观测点，地表下沉观测点按普通水准基点埋设。
并在预计破裂面以外3～4倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量。
地表下沉桩的布置宽度应根据围岩类别、隧道埋置深度和隧道开挖宽度而定，地表下沉量测断面的间距按表6及表7采用。
表6地表下沉量量测断面间距及频率
变形速度（mm/d）
量测断面距开挖工作面的距离
量测频率
＞10
（0～1）B
1～2次/d
10～5
（1～2）B
1次/d
5～1
（2～5）B
1次/2d
＜1
＞5B
1次/1周
注：
B表示隧道开挖宽度
表7地表下沉量测断面的间距
埋置深度H
地表下沉量测断面的间距（M）
H＞2B
20～50
B＜H＜2B
10～20
H＜B
5～10
注：
①无地表建筑物时取表上限值；②B表示隧道开挖宽度。
地表下沉监测围横向应延伸至隧道中线量测（1～2）（b/2+h+h0），纵向应在掌子面前后（1～2）（h+h0）（b为隧道开挖宽度，h为隧道开挖高度，h0为隧道埋深）。
测点间距宜为2～5m，并应根据地质条件和环境条件进行调整。
（2）地表下沉量测频率和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。
（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，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。
（4）地表下沉的量测尽量与洞拱顶下沉量测、周边位移量测在同一横断面，当地表有建（构）筑物时，应在建（构）筑物周围增设地表下沉测点。
（5）地表下沉监测应在隧道开挖前开始，到二次衬砌全部施工完毕，且下沉基本停止时为止。
2.3.6量测数据处理与应用
1、一般要求
（1）隧道现场监控量测应成立专门量测小组，负责日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，并及时将量测信息反馈给施工部门和设计单位。
测点埋设宜在施工部门配合下，由量测小组完成。
各预埋测点应牢固可靠，不得任意撤换和破坏。
（2）现场监控量测应按量测方案认真组织实施，并与其他施工环节紧密配合，不得中断工作。
（3）每次量测后，应及时进行数据整理和分析，并绘制量测数据失态曲线和距离开挖面距离图；应绘制地表下沉值沿隧道纵向和横向变化量和变化速率曲线。
（4）应根据量测数据处理结果，及时提出调整和优化施工方案和工艺；围岩变形和速率较大时，应及时采取安全措施，并建议变更设计。
（5）围岩稳定性、二次支护时间应根据所测得位移量或回归分析所得最终位移量、位移速度及其变化趋势、隧道埋深、开挖断面大小、围岩等级、支护所受压力、应力、应变等进行综合分析判定。
2、量测数据整理、分析与反馈
①绘制位移及位移速度随时间的变化曲线；位移及位移速度与开挖工作面距离的关系曲线。
变形管理等级见表8。
表8变形管理等级
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅲ
U＜U0/3
可正常施工
Ⅱ
U0/3≤U≤2U0/3
应加强支护
Ⅰ
U﹥2U0/3
应采取特殊措施
注：
u-实测位移值u0-最大允许位移值
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。
③观察及量测发现异常时,应及时修改支护参数。
一般正常状态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1～2天允许有加速外，应迅速减少。
④位移很快达到稳定且围岩状况比预计好时，应适当减弱设计参数。
⑤采用复合衬砌地段的监控量测，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，收敛速率（至少）7天的平均值小于0.15mm/天、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作二次衬砌，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。
3、量测资料
竣工文件中应包括下列量测资料：
①现场监控量测计划；
②实际测点布置图；
③围岩和支护的位移—时间曲线图、空间关系曲线图，以及量测记录汇总表；
④量测变更设计和改变施工方法地段的信息反馈记录；
⑤现场监控量测说明。
2.3.7竣工后量测
已竣工并交付运营的隧道，经批准后应进行长期运营量测时，运营量测点应在施工期间埋设并移交运营管理单位。
运营量测由运营管理单位设专人进行，或委托第三方进行。
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