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铁路隧道监控量测方案

铁路隧道监控量测方案（总24页）

改建铁路南平至龙岩线

扩能改造工程4标段

DK95+078～DK115+941

隧道围岩监控量测方案

中铁十六局集团第五工程有限公司

南龙铁路NLZQ-4标项目经理部

二〇一四年三月

隧道监控量测方案

一、概述

南龙铁路NLZQ-4标中铁十六局五公司段，起点位于三明市三元区莘口镇，终点位于永安市上坪乡合群村，起讫里程为DK95+~DK115+941，施工长度。

其中本分部隧道工程，共10座，占管段长度的%。

隧道工点分别是竹洲隧道（1237m）、莘口隧道（116m）、下城一号隧道（511m）、下城二号隧道（466m）、柳城隧道（3596m）、黄岗隧道（4149m）、枣岭隧道（2249m）、龙大隧道（452m）、双溪峰隧道（3335m）、廖坑隧道（2102m）。

二、技术依据

1．《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121-2007

2．南龙隧参01（Y）-40

3．《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897-2006

4．《国家三、四等水准测量规范》GB/T12898-2006

5．《铁路工程测量规范》TB10101-2009

6．《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007J124-2007）

三、监控量测目的

1．掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理；

2．验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法；

3．确保隧道工程的安全性、经济性和结构的长期稳定性，确定二次衬砌施做时间；

4．将监控量测结果反馈于设计及施工中；

5．积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据；

一、监控量测体系

1．管理机构设置及职责

项目总工牵头负责成立监控量测小组，负责本管段内监控量测的全面工作，测量主管负责抓好日常管理和监测工作，并及时将信息反馈施工现场。

若存在异常及时报告给分部、局指等相关部门和领导。

各架子队管理人员要全力配合监控量测工作，尤其是测点制作、埋点、观测、保护、恢复等工作务必配合完成。

2．人员分配及仪器使用

监控量测由项目部测量主管负责管理及分配测量工作，每个架子队成立测量小组负责点的埋设、保护及数据的收集工作；仪器均使用不低于2”级全站仪，并鉴定合格在有效期内；仪器由专人保管，并不定期的检校，减少仪器误差，保证测量精度。

具体分配见下表：

人员及仪器分配表

架子队

测量队长

数据收集与整理

工作人员

分管隧道

仪器型号

仪器精度

五

刘平

赵一飞

竹洲隧道

徕卡TS15A

1”

莘口隧道

下城一号隧道

罗平

下城二号隧道

邹小波

柳城隧道进口

六

余东海

陈秀斌

胡泽释

柳城隧道出口

徕卡402

2”

姚磊

黄岗隧道进口

七

蒋新龙

秦金祥

宁子云

黄岗隧道出口

徕纳得352N

2”

张子雄

枣岭隧道进口

八

谭明辉

陈航

郑宣

枣岭隧道出口

徕纳得352N

2”

石教志

龙大隧道

夏波

双溪峰隧道进口

九

徐冰

徐亮

沈凡凡

双溪峰隧道出口

索佳SET230RK

2”

张林

廖坑隧道

二、隧道监控量测内容

隧道监控测量主要包括四个方面内容

1．洞内外观察；

2．地表沉降量测；

3．拱顶下沉量测；

4．水平相对净空变化值的量测；

洞内外观擦

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。

观察后应绘制开挖工作面略图（地质素描），填写工作面状态记录表及围岩类别判定卡。

对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。

洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。

超前地质预报

隧道超前地质预报为不良地质和地层岩性的预测预报，采用超前钻孔和地质素描相结合的方式进行预报。

主要包括地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤气层及特殊岩土的预测预报；地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；不良地质预测预报，特别是对岩溶管道及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。

超前钻孔

a断层、节理密集带或其他破碎富水地层每循环只钻一个孔；煤层瓦斯预报超前钻孔或富水岩溶发育区每循环钻孔5～6个。

b采用连续钻孔探测，每循环钻孔深度50m，前后两循环钻孔搭接长度不得小于5m。

富水岩溶发育区钻孔探测终孔于隧道开挖轮廓线以外不得小于5m。

c钻孔孔径为φ89mm。

地质素描

a主要描述工作面立面围岩状况，应使用同一表格，并同一编号。

b洞身地质素描是对隧道拱顶、左右边墙进行的地质素描，直观反映隧道周围地层的岩性及不良地质的发育规模、在空间上对隧道的影响程度等，通过隧道地质素描图形式表示。

c地质素描随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点、构造部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段每开挖循环进行一次地质素描，其他一般地段不超过10m及地质特殊变化地段进行一次地质素描。

d隧道地质素描必须现场绘制草图，素描的原始记录、图、表必须当天整理完成。

隧道内不良地质体的前兆

序号

不良地质体类型

不良地质前兆标志的主要内容

1

大型溶洞体或暗河

①裂隙、溶隙间出现较多铁锈或黏土；②岩层明显湿化、软化，或出现淋水现象；③小溶洞出现的频率增加，且多有水流、河沙或水流痕迹；④钻孔中的涌水量剧增，且夹有泥沙或小砾石；⑤有哗哗的流水声；⑥钻孔中有凉风冒出。

2

断层破碎带

①节理组数积聚增加；②岩层牵引褶曲的出现；③岩层强度明显降低；④压碎岩、破碎岩、断层角砾岩等现象出现；⑤临近富水断层前断层下盘泥岩、页岩等隔水岩层明显湿化、软化或出现淋水和其他涌水现象。

3

大规模塌方

①拱顶岩石开裂，裂隙旁有岩粉喷出或洞内无故尘土飞扬；②初期支护开裂掉块、支撑钢架变形或发生声响；③拱部岩石掉块或裂缝逐渐扩大；④干燥围岩突然涌水。

4

煤与瓦斯突出

①开挖工作面地层压力增大，鼓壁，深部岩层或煤层的破裂声明显、响煤炮、掉渣、支护严重变形；②瓦斯浓度突然增大或忽高忽低，工作面温度降低，闷人，有异味等；③煤层结构变化明显，层理紊乱，由硬变软，厚度与倾角发生变化，煤由湿变干，光泽暗淡，煤层顶、底板出现断裂、波状起伏等；④钻孔时有顶钻、夹钻、顶水、喷孔等动力现象；⑤

工作面发生瓦斯强涌出的嘶嘶声，同时带有粉尘；⑥工作面有移动感。

隧道地质素描的主要内容

序号

项目

描述的主要内容

一

工程地质类

1

地层

岩性

地层时代、岩性、层间结合程度、风化程度等。

2

地质构造

褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等；断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系；节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征、力学性质。

3

岩溶

岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。

4

特殊地层

煤层、沥青层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层等单独描述。

5

人为坑洞

影响范围内各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧道的空间关系。

6

地应力

包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩芯等现象。

7

塌方

记录塌方部位、方式与规模及其随时间变化的特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。

8

有害气体

天然气等有害气体、放射性危害源存在的情况。

二

水文地质

①地下水的分布、出露形态及围岩的透水性、水量、水压、水温、颜色、泥沙含量测定，以及地下水活动对围岩稳定性的影响，必要时进行长期观察，地下水的出露分为渗水、滴水、滴水成线、股水（涌水）、暗河；②水质分析，判定地下水水结构的腐蚀性；③出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等的关系分析；④必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系。

三

围岩稳定性特征及支护情况

记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式以及初期支护后的变形情况。

发生围岩失稳或变形较大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过长、结果。

四

围岩分级

按照《铁路工程地质勘察规范》划分。

五

影像

隧道内重要的和具有代表性的地质现象进行摄影或录像。

施工程序与工艺流程

施工程序

施工准备→架立钻机→钻孔→记录

工艺流程

施工要求

施工准备

a施工前先确定超前钻孔里程和位置。

b设备就位。

施工工艺

a超前地质预报

b钻孔前按钻孔位置准备放线，将开孔孔位用红油漆标注在开挖工作面。

c孔位布好后，设备就位，接通各动力电源和供风、供水管路。

d对正孔位，固定钻机。

将钻杆对准开挖工作面上的孔位，调整钻机方位，将钻机固定牢固。

e开孔、安装孔口管。

地质素描

a地质素描随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点、构造部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段每开挖循环进行一次地质素描，其他一般地段不超过10m及地质特殊变化地段进行一次地质素描。

b地质素描应包括工程地质（底层构造、地质构造、熔岩、特殊底层、人为坑洞、地应力、塌方有害气体等）、水文地质、围岩稳定性特征及支护情况、围岩分级、影像等。

隧道地表沉降

浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。

地表测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。

一般条件下，地表沉降测点纵断面间距按下表要求布置。

地表沉降测点纵向间距表

隧道埋深H（m）

量测断面间距（m）

＞H>2B

20

B

10

H≤B

5

注：

无地表建筑物时取表内上限值；H表示隧道埋深、B表示隧道开挖宽度。

地表沉降测点横向间距为2米，在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧测量范围不应小于H+B，地表有控制性建筑物时，测量范围应适当加宽。

其测点布置如下图所示。

浅埋隧道地表量测测点布置示意图

隧道内监控量测

隧道内监控量测包括水平净空变化值量测和拱顶下沉测量，在同一断面内进行。

其测量断面的间距应根据围岩级别、隧道断而尺寸、埋置深度等确定（具体见下表）。

量测频率（具体见下表）根据变形速度和距开挖而距离较高的一个频率选取。

当围岩达到基本稳定后，在以1次/7d的量测频率量测2～3周后可结束量测；若位移长期没有收敛趋势，应当适当延长量测时间，直到位移速率小于0.2mm/d时方可结束量测。

拱顶下沉及周边收敛量测间距表

围岩级别

断面间距（m）

每断面测点数量

水平收敛量测

拱顶下沉量测

Ⅴ

5

三条基线

一点

Ⅳ

10

二条基线

一点

Ⅲ

30

一条基线

一点

Ⅱ

50

一条基线

一点

测点的埋设根据开挖方式、地质条件、量测断面所在位置及隧道埋深等条件综合确定。

若地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时应同时测量拱腰下沉及基底隆起量。

测点应安装在距开挖工作面1～2m以内，且在开挖后12小时（最迟不超过24小时）内完成，并在下一循环开挖前测取初次读数。

测点主要布设方式如下：

拱顶下沉量测和净空变化量测的测线布置图

备注：

（a）全断面法拱顶测点和测线示例；（b）台阶法拱顶测点和测线示例；（c）CD和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；

监控频率

净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。

实际量测频率应从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择一个较高的量测频率。

项目量测频率见下表。

量测频率表

量测频率

变形速度（mm/d）

量测断面距开挖工作面距离

≥5

（0～1）B

2次/d

l～5

（l～2）B

1次/d

～1

（2～5）B

1次/3d

＜

＞5B

1次/7d

注：

B为隧道开挖宽度。

埋点要求

采用Φ22钢筋在端部斜切45°，开挖支护后钻孔埋设。

测点钢筋应入岩20cm、外露5cm，并在钢筋斜切面贴2cm×2cm的反光片，见下图。

挂上量测标识牌（长30cm×宽25cm），注明里程、围岩级别、埋设日期、负责人、示意图。

一、测量计划

施工管段内隧道10座，按照设计资料及规范要求，应埋设拱顶沉降监测点670个，净空变化收敛测线1236条。

见下表

洞内监控量测计划表

隧道名称

长度（m）

围岩级别-测点数量

备注

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

拱顶（个）

测线（条）

拱顶（个）

测线（条）

拱顶（个）

测线（条）

竹洲隧道

1237

26

52

17

34

9

18

莘口隧道

116

——

——

2

4

12

24

下城一号隧道

511

10

20

3

6

19

38

下城二号隧道

466

9

18

5

10

18

36

柳城隧道

3596

73

146

25

50

29

58

黄岗隧道

4149

64

128

8

16

11

22

枣岭隧道

2249

20

40

9

18

21

42

龙大隧道

452

8

16

3

6

37

44

双溪峰隧道

3335

33

66

14

28

38

76

廖坑隧道

2102

63

126

2

4

8

16

备注:

II级围岩视具体情况确定间距。

（其中柳城隧道II级围岩拱顶沉降点13个，测线13条；枣岭隧道II级围岩拱顶沉降25个，测线25条；双溪峰隧道II级围岩拱顶沉降点36个，测线36条。

）

一、监控量测控制基准

1．监控量测控制基准包括隧道内位移、地表沉降、爆破震动等，应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性等因素制定。

隧道初期支护极限相对位移可参考下表：

隧道初期支护极限相对位移表

围岩级别

隧道埋深h（m）

h≤50

50

300

拱脚水平相对净空变化（%）

Ⅱ

——

拱顶相对下沉（%）

Ⅱ

——

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最小值，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做适当的修正。

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。

根据收敛速度判别。

一般地段，收敛速度>5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统；收敛速度

浅埋地段和断层带，除满足上述要求外，必要时加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。

各量测项目在持续变形基本稳定2周后结束，软弱围岩大变形地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间。

2.量测数据处理与应用

位移u-时间t关系曲线图

（1）将量测记录及时输入计算机系统，根据记录绘制纵横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移u-时间t的关系曲线。

见上图。

（2）若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常，表明围岩和支护已呈不稳定状态，加强支护，必要时暂停开挖并进行施工处理。

（3）当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。

回归分析函数在下列中选择：

①对数函数：

u=a+b/lg（1+t）或u=a×lg（1+t）

②指数函数：

u=a×e-b/t或u=a×（1-e-b/t）

③双曲函数：

u=t/a+b×t或u=a×[1-（1/（1+b×t））2]

式中：

a、b—回归常数t—初读数后的时间（d）u—位移值（mm）

（4）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定后，才能进行二次衬砌的施作。

3.量测管理

（1）各预埋测点牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏，并建立量测点埋设的记录资料。

（2）量测工作按计划实施，不得中断。

（3）根据量测资料进行回归分析得出围岩总位移值及变化规律后，将其值与规范规定值进行比较：

当计算值小于或等于规范规定值时，可将回归分析值作为围岩变形控制依据，建立管理等级，见下表。

变形管理等级表

管理等级

管理位移

施工状态

备注

Ⅲ

u0

可正常施工

u0：

实测变形值

un：

允许位移值

Ⅱ

un/3

加强支护或减弱爆破振动

Ⅰ

u0>2un/3

采取特殊措施

（4）量测数据要及时、准确，量测结果及时报告，以便掌握动态信息。

（5）记录要正规，资料要齐全，计算要正确，以便为竣工文件积累资料。

八、质量保证措施

工区所用的导线点、水准点、轴线点（或中线点）要设置在工程施工影响范围之外、坚固稳定、不易受破坏且通视良好的地方。

定期校核制度来予以保证。

为确保测量数据的真实性、可靠性和连续性，特制定以下工作制度和各项质量保证措施：

1.监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供相关切实、可靠的数据和记录。

2.测点布置力求合理，应能反映出施工过程中结构的实际变形和应力情况及对周围环境的影响程度。

3.测点埋设应达到设计要求的质量。

并做到位置准确，安全稳固，设立醒目的保护标志。

4.

监测工作由多年从事监测工作及有类似工程监测经验的工程师负责，小组其它成员也是有监测工作经历的工程师或测工，并保证监测人员的相对固定，保证数据资料的连续性。

5.监测数据应及时整理分析，一般情况下，应每周报一次，特殊情况下，每天报送一次。

监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制沉降关系曲线等，作必要的回归分析，及对监测结果进行评价。

6.检测数据均现场检查、室内复核后方可上报；如发现监测数据异常，应立即复测，并检查监测仪器、方法及计算过程，确认无误后，立即上报给测量主管，以便采取措施。

7.各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的测试实施细则。

九、监控量测资料整理

1．监控量测实施方案及批复；

2．监控量测汇总表及观测资料；

3．监控量测回归分析及结论；

十、附件：

附录A:

开挖工作面地质状况记录表

1．地表下沉量测记录表

2．拱顶下沉量测记录表

3．隧道净空变化记录表

4．拱顶量测回归分析表

5．净空变化量测回归分析表