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87立壁隧道监控量测

中铁24局集团有限公司高速阳左高速公路ZB1合同段

立壁隧道

监控量测施工

专项方案

编制：

复核：

审批：

中铁24局集团有限公司阳左高速公路ZB1项目经理部

二0一一年三月

目录

第一章工程概况4

第一节工程规模4

第二节地形地质条件5

第三节隧道施工方法6

第四节隧道支护类型及参数8

第五节监控量测目的11

第二章编制依据12

第三章监控量测项目12

第四章监控量测组织14

第一节监控量测机构14

第二节监控量测仪器选择15

第三节监控量测管理工作流程17

第五章监控量测实施方案18

第一节测点布置18

第二节量测频率20

第三节监控量测技术方法24

第四节数据处理29

第五节信息反馈及工程对策33

第六章质量保证措施36

第七章安全保证措施38

第八章附表及附图42

附表1、施工阶段围岩级别判定卡42

附表2、拱顶下沉记录表43

附表3、拱顶下沉与时间（位移）关系曲线图44

附表4、周边位移记录表45

附表5、隧道监控量测现场施工记录表46

第一章工程概况

一、编制依据

阳泉至左权高速公路《立壁隧道招标文件》。

山西交科公路勘察设计院提供的《立壁隧道施工设计图纸》。

我合同段对现场踏勘、和现场调查资料。

国家、交通部、地方有关施工质量、安全的相关法律、法规。

交通部现行施工规范、质量检验评定标准、安全技术规则。

二、编制原则

隧道施工，严格遵守国家的有关规定，认真执行交通部颁发的技术安全规则的有关要求，施工中将行车安全放在首位，坚持“安全第一，预防为主，综合治理”的方针。

三、编制范围

立壁隧道右线K3+675～K5+948（长2273M）;立壁隧道左线ZK3+670～ZK5+958（长2288M）。

四、采用的主要技术规范和标准

采用的主要技术规范和标准为国家及交通部现行的设计、施工、验收采用的规范、规则和标准，本标段工程的设计文件。

主要技术规范及标准如下。

《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）

《公路隧道施工技术规范》（JTGF60/1-2009）

《工程测量规范》（GB50026—2007）

（JTG/TF60-2009）《公路隧道施工技术细则》；

五、工程地质、水文地质

隧址区出露地层由新到老为第四系中更新统洪积（Q2P1），粉质粘土，奥陶系中统峰峰组（O2F）灰岩、白云质灰岩、角砾状泥灰岩，隧址区构造较为简单，单斜构造，岩层倾向310度，倾角10度，局部存在小背斜，小向斜，地层较为破碎。

隧道最大埋深108.77m。

沿线所处地区蒸发量远大于降水量，为贫水地区，地下水水量一般不大且埋藏较深。

1.2.不良地质特征

岩溶是本线主要不良地质现象之一，本线的可溶岩为寒武系、奥套系碳酸岩，主要为薄层，施工过程中若遇岩溶，必要时做超前勘探，查清岩溶情况，并进行处理，确保施工安全。

煤层是本隧道施工时不良地质现象之二。

六、技术标准

公路等级：

双向四车道

限制坡度：

1.8%

平曲线:

左线LS-300，R-1350;右线LS-300，R-1500

第二章隧道施工方法

隧道采用新奥法常规施工（钻爆法），根据不同围岩级别采用施工工艺如下：

隧道围岩级别情况及施工方法表

分部

序号

位置

长度（m）

围岩

级别

施工方法

洞口

1

左洞

103

Ⅴ

短台阶法

正洞

2

左洞

965

Ⅳ级

台阶法

3

左洞

1207

Ⅲ级

全断面法

4

右洞

965

Ⅳ级

台阶法

5

右洞

1207

Ⅲ级

全断面法

6

右洞

96

Ⅴ级

短台阶法

第三章隧道支护类型及参数

隧道初期支护以喷射砼、锚杆、钢筋网为主要支护手段，二次衬砌采用C25混凝土或钢筋混凝土，整体式模板台车浇筑。

Ⅳ、Ⅴ级围岩段辅以型钢钢架作为初期支护的加劲措施，洞口加强段、V级围岩段或节理裂隙密集带以108管棚或小导管预注浆作为超前预支护措施，并以型钢拱加劲初期支护。

隧道各类围岩支护衬砌参数详见下表--隧道衬砌支护参数表。

隧道衬砌支护参数表

支护类型

应用

范围

初期支护

二次衬砌

喷射混凝土

锚杆

钢架间距

辅助施工措施

V

V级围岩洞口加强段

C20砼10cm厚，φ6钢筋网@25×25cm

φ22砂浆锚杆L=3.0m，@150×150cm，梅花形布置

Ⅰ20工字钢0.6m

φ108管棚进洞，并注浆，L=21m，@400mm。

拱墙、仰拱为50cm厚的C25防水钢筋砼

V

V级围岩洞身深埋段

V

V级围岩洞身段穿越煤线地带

Ⅳ

Ⅳ级围岩洞身深埋段

Ⅲ

Ⅲ级围岩洞身深埋段

抗高水压衬砌

高压富水段（须与相关各方现场确定）

Ⅳ

Ⅳ级围岩洞身紧急停车带

Ⅲ

Ⅲ级围岩洞身紧急停车带

明洞衬砌

明洞段

拱墙、仰拱为50cm厚的C25防水钢筋砼

第四章监控量测目的

根据阳左高速公路ZB1合同段施工图设计文件及隧道施工技术规范，立壁隧道属长隧道，地质情况差，施工时必须进行监控量测，量测的目的如下：

1、确保施工安全及结构的长期稳定性。

2、监控工程对周围环境影响。

3、研究监测工程状况的累计记录，积累量测数据，有助于修正工程设计，并通过观测数据与理论上的工程特性指标进行比较，以便了解设计的合理程度，为信息化设计和施工提供依据。

4、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。

5隧洞支护结构和周围岩体的变形及应力状态及其稳定情况密切相关，隧道支护结构和周围岩体的各种破坏形式产生之前通常有大的位移、变形、受力异常等，通过观测结果来验证施工方案的正确性。

6、确定二次衬砌合理的施作时间。

7、验证支护结构效果，确定支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据。

第五章监控量测项目

根据本标段工程特点、施工图纸、规范要求，监控量测分为必测项目和选测项目两类。

现场具体监控量测的项目及量测方法如下表所示：

项目名称

方法及工具

布置

量测间隔时间

1-15天

16天-1个月

1-3个月

3个月以后

必测项目

地质超前预报

地质雷达或其他方法

Ⅳ级、V级围岩及估计前方有断层破碎带或瓦斯等不良地质处

ZK3+688～ZK3+736、ZK3+736～ZK4+218、、

K3+693～K3+741、K3+741～K4+223、

K5+930～K5+882、K5+930～K5+448等段每20米一次

水平净空

收敛

收敛计

每5-50M一个断面，每断面2对测点

1-2次/天

1-2次/2天

1-2次/周

1-3次/月

拱顶下沉

水平仪、钢尺或测杆

每5-50M一个断面，每断面3对测点

1-2次/天

1次/2天

1-2次/周

1-3次/月

地表下沉

水平仪、铟钢尺

隧道洞口，浅埋段

开挖面据量测断面＜2b,1-2次/天

开挖面据量测断面＜5b,1次/2~3天

开挖面据量测断面＞5b,1次/3~7天

支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测

混凝土内应变计应力计压力盒

代表性地段量测每断面宜为3~7个测点

1~2次/天

1次/2天

1-2次/周

1-3次/月

锚杆轴力

钢筋计或锚杆测力计

每代表地段1~2断面

1~2次/天

1次/2天

1-2次/周

1-3次/月

注：

b为隧道最大开挖宽度

第六章监控量测组织

第一节监控量测机构

1、专门成立以总工程师为首的ZB1标段隧道施工监控量测领导小组，其组织机构见下页《监控量测领导小组组织机构图》。

2、量测监控领导小组负责规划并统筹安排本标段的监控量测工作；项目经理部工程部负责制订标段监控量测实施计划、具体确定监控量测实施方案、反馈信息的实施和相关管理制度，定期和不定期检查指导监控量测工作和反馈落实情况；测量班负责具体落实监控量测工作，并对量测数据进行整理分析，及时向各分部主管部门和项目经理部工程部反馈量测结果。

打孔作业队：

林中

监控量测领导小组组织机构图

第二节监控量测仪器选择

根据立壁隧道项目的特点，拟配备的监控量测设备如下表《监控量测设备配置表》所示：

监控量测设备配置表

序号

监测项目

监测仪器

单位

数量

1

地表沉降

精密水准仪、铟钢尺等

套

2

2

隧道拱顶下沉

水准仪、钢尺等

套

2

3

隧道水平净空收敛

QJ—85型收敛计

套

5

4

锚杆轴力

锚杆测力计

套

15

5

钢支撑内力及外力

支柱压力计

套

2

6

围岩内位移

多点式位移计

套

4

7

支护衬砌内应力、表面应力及裂隙量测

应力计、压力盒等

套

20

8

瓦斯检测

瓦斯浓度检测仪与瓦斯自动报警设备

套

1

9

地质和支护状况观察

地质罗盘仪及规尺等

套

2

10

数据处理

电脑

台

2

第三节监控量测管理工作流程

监控量测管理具体工作流程如下图所示：

监控量测管理工作流程图

第七章监控量测实施方案

第一节测点布置

1、监控量测断面及测点布置原则

隧道地表沉降观测点在进洞口位置（K3+670）布设一个断面，然后根据围岩情况布置断面（具体如下表所示），在隧道开挖前布设。

地表沉降测点和隧道内拱顶下沉量测、围岩内位移量测、水平净空收敛量测、锚杆轴力量测、钢支撑内力及外力量测布置在同一断面里程。

2、量测断面及测点具体布置位置

地表下沉监测范围横向延伸至隧道中线两侧2（b/2+h+h0），纵向在掌子面前后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2～5m，并根据地质条件和环境条件进行调整。

监控量测断面间距按下表所示进行布置，施工初期阶段或地质变化显著，位移下沉量大时，量测断面间距再进行适当加密。

当施工发展到一定程度，地质情况良好，且位移下沉量较小时，量测断面间距可适当加宽。

监控量测断面间距表

围岩级别

断面间距（m）

Ⅲ

30～50

Ⅳ

10～30

Ⅴ～Ⅵ

5～10

测点布置示意图如下：

测点布置示意图

第二节量测频率

1、量测频率根据量测数据变化情况而定，应同时满足按表2-1、2-2、2-3的规定。

表2-1量测频率表

项目

量测仪器设备

量测时间间隔

围岩地质及支护状态观察

目测、地质罗盘等

工作面每次开挖后进行，

已支护地段喷砼、锚杆、钢架1次／天

地表沉降

精密水准仪，铟钢尺

开挖面距量测面<2B时，2次／天

开挖面距量测面2B～5B时，1次／2天

开挖面距量测面>5B时，1次／周

周边位移收敛

QJ—85型收敛计

1－15天

16—30天

1—3月

3月以上

2次／天

1次／2天

1～2次／周

2次／月

拱顶下沉

精密水准仪，铟钢尺

同上

围岩内位移

在洞内钻孔安设多点位移计

1－15天

16—30天

1—3月

3月以上

2次／天

1次／2天

1～2次／周

2次／月

瓦斯检测

瓦斯浓度检测仪

在煤层段K35+085～K35+148、K35+257～K35+317、K35+384～K35+423等段24小时不间断检测

其他项目

根据需要进行

注:

B为开挖面宽度

表2-2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的距离（m）

监控量测频率

（0～1）b

2次/d

（1～2）b

1次/d

（2～5）b

1次/2～3d

﹥5b

1次/7d

表2-3按按位移速度确定的监控量测频率

位移速度（mm/d）

监控量测频率

≥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

注：

b为隧道开挖宽度；

2、当监测项目的累计变化值接近或超过报警值时，应加大监测频率；当变形曲线趋于平缓时，在有充足的数据判断变化趋于稳定，可以停止相应项目的监测工作，并经监理工程师批准后进行隧道衬砌砼施工。

3、结束标准:

根据收敛速度判别

3.1一般地段：

收敛速度>1mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统；速率变化在0.2～1.0mm/d时，加强观测，做好加固的准备；收敛速度<0.2mm/d时，围岩基本达到稳定。

在高地应力、岩溶地层和挤压地层等不良地质中，根据具体情况制定判断标准。

3.2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。

3.3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。

第三节监控量测技术方法

1、洞内、外观察

1.1施工过程中进行洞内、外观察。

洞内观察分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。

1.2开挖工作面观察在每次爆破开挖后进行，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，并与勘查资料进行对比。

1.3已施工地段的观察每天至少进行一次，主要是观察并记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。

1.4洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等，同时对地面建（构）筑物进行观察。

2、变形监控量测

2.1变形监控量测采用接触量测或非接触量测方法。

2.2隧道净空变化量测采用收敛计或全站仪进行。

测点埋设在规定的测线两端，测点采用焊接或钻孔预埋。

2.3拱顶下沉量测采用精密水准仪和铟钢挂尺进行。

在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点。

测点与隧道外监控量测基准点进行联测。

2.4地表沉降监控量测采用精密水准仪、铟钢尺进行，基准点设置在地表沉降影响范围之外。

测点采用地表钻孔埋设，测点四周用水泥砂浆固定。

当采用常规水准测量手段出现困难时，可采用全站仪量测。

2.5围岩内变形量测采用多点位移计。

多点位移计钻孔埋设，通过专用设备读数。

3、应力、应变监控量测

3.1应力、应变监控量测采用振弦式、光纤光栅传感器。

3.2振弦式传感器通过频率接收仪获得频率读数，依据频率一量测参数率定曲线换算出相应量测参量值。

3.3光纤光栅传感器通过光纤光栅解调仪获得读数，换算出相应量测参量值。

3.4钢架应力量测采用振弦式传感器、光纤光栅传感器。

传感器成对埋设在钢架的内、外侧。

3.5采用振弦式钢筋计或应变计进行型钢应力或应变量测时，把传感器焊接在钢架翼缘内测点位置。

3.6采用振弦式钢筋计进行格栅钢架应力或应变量测时，将格栅主筋截断并把钢筋计对焊在截断部位。

3.7采用光纤光栅传感器进行型钢或格栅钢架应力应变量测时，把光纤光栅传感器焊接（氩弧焊）或粘贴在相应测点位置。

3.8混凝土、喷混凝土应变量测采用振弦式传感器、光纤光栅传感器，传感器固定于混凝土结构内的相应测点位置。

4、接触压力量测

4.1接触压力量测包括围岩与初期支护之间接触压力、初期支护与二次衬砌之间接触压力的量测。

4.2接触压力量测可采用振弦式传感器。

传感器与接触面要求紧密接触，传感器类型的选择应与围岩和支护相适应。

5、周边位移量测

5.1隧道开挖后不间断进行周边位移和拱顶下沉的量测，运用水准仪和收敛仪进行量测。

ａ、隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化（收缩和扩张）是围岩变形最明显的体现。

ｂ、拱顶下沉量测值是反映隧道安全和稳定的重要数据,是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最明显的的反映，易于实现量测信息的反馈。

拱顶测点在支护结构施工时埋设。

ｃ、拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在3～6h内完成，其他量测在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不得大于12h，且在下一循环开挖前必须完成。

ｄ、拱顶下沉和地表下沉量测基点与洞内、外水准基点建立关系。

6、瓦斯检测

6.1监测的内容与目的

防止在施工过程中，有害气体浓度超限造成灾害，以确保施工安全和施工的正常进行；

根据监测的洞内有害气体的浓度大小，及时采取相应的技术措施。

检验排瓦斯技术措施效果，正确指导隧道施工，为科学组织施工提供依据。

6.2瓦斯检测程序

项目部成立专门的瓦斯安全检查机构，负责对隧道瓦斯进行检查和监督安检员的工作，巡回检查隧道内的瓦斯情况，并对所使用的仪器进行日常的保养、调校、维修。

隧道内设专职安全员3名，24h不间断进行瓦斯浓度检测。

在钻孔前、装药前、起爆前均进行检查。

当发现隧道内瓦斯浓度超标时，安全检查员和瓦斯安全检查机构人员均有权命令施工人员停止工作，撤离到安全地段，并按照有关规定采取处理措施，逐级上报现场情况。

6.3瓦斯检测步骤

仪器检查→调整→检测→数据记录处理。

建立监测体系，设专职瓦斯检测员，同时配备瓦斯检测仪和便携式瓦斯自动报警仪，加强瓦斯监测，及时提供瓦斯讯息，以资防范决策。

第四节数据处理

1、变形管理等级

施工期间，监测人员在每次监测后根据监测数据绘制拱顶下沉、水平位移等随时间及工作面距离变化的时态曲线，了解其变化趋势，并对初期的时态曲线进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速率。

根据开挖面的状况，拱顶下沉、水平位移量大小和变化速率，综合判定围岩和支护结构的稳定性并根据变形管理等级及时反馈于设计和施工。

变形管理等级标准表见下表。

变形管理等级标准表

管理等级

管理位移

施工状态

Ⅰ

U0

正常施工

Ⅱ

Un/3≤U0≤2Un/3

加强支护

Ⅲ

U0>2Un/3

采取特殊措施

注：

Un为允许最大位移量，U0为当前位移量

2、数据统计和分析

完成现场量测和数据采集后，及时对现场观测所得的资料加以整理，编制成图表和说明，使它成为便于使用的成果;量测资料保存在施工现场,以便于核查。

具体步骤和内容如下：

（1）核查各项原始记录，检查监测值的正确性；

（2）对各种观测值按时间逐点填写观测数值表；

（3）绘制各种变形过程线或变形分布图

将量测记录及时录入计算机系统，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的关系曲线见下图。

位移u-时间t关系曲线图

①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。

②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函数中选择：

对数函数：

u=a+b×lg（1+t）或u=a×lg（（b+T）/（b+t0））

指数函数：

u=a×e-b/t或u=a×（e-bt0-e-bT）

双曲函数：

u=t/（a+b×t）或u=a×[（（1/（1+b×t0）2-（1/（1+b×T））2]

式中：

a、b—回归常数；

t0—测点初读数时开挖时的时间（d）；

t—初读数后的时间（d）；

u—位移值（mm）。

T—量测时距开挖时的时间（d）。

③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。

（4）根据数据整理结果对初期支护的时态曲线进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度。

（5）当曲线出现异常时，及时分析原因，根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。

量测数据整理明细表

序号

量测项目名称

数据整理内容

1

拱脚水平相对净空变化、拱顶相对下沉

绘制位移（u）～时间（t）的关系曲线

绘制位移（u）～距开挖距离（l）的关系曲线

2

地表下沉

绘制地表下沉位移（u）～时间（t）的关系曲线

绘制位移（u）～距开挖距离（l）的关系曲线

第五节信息反馈及工程对策

1、监控量测信息反馈应根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。

监控量测信息反馈程序流程图

2、工程安全性评价分级及相应应对措施如下表所示

管理等级

应对措施

Ⅰ

正常施工

Ⅱ

综合评价设计施工措施，加强监控量测，

必要时采取相应工程对策

Ⅲ

暂停施工，采取相应工程对策

3、工程安全性评价流程如下图示

4、施工过程中进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。

ａ、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；

ｂ、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。

5、工程对策主要包括下列内容：

ａ、一般措施：

稳定开挖工作面措施、调整开挖方法、调整初期支护强度和刚度并及时支护、降低爆破振动影响、围岩与支护结构间回填注浆。

ｂ、辅助施工措施：

地层预处理，包括注浆加固，降水、冻结等方法；超前支护，包括超前锚杆（管）、管棚、超前插板、水平高压旋喷法、预切槽法等。

第八章质量保证措施

1、将监控量测管理及实施计划纳入施工生产计划中，作为一个关健的工序来抓，成立现场监控量测小组，具体负责各项监测工作。

2、编制监控量测实施细则，上报监理、业主，经批准后实施，作为现场作业、检查验收的依据。

制定切实可行的监控量测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划。

3、施工监控量测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。

4、工程竣工后，将监控量测资料整理归档并纳入竣工文件中。

5、拥有专业的监控量测项目的人员和设备，掌握成熟、可靠的测试数据处理与分析技术。

监控量测的人员稳定，确保监控量测工作的连续性。

量测仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。

量测设备、元器件等在使用前均经过检校，合格后方可使用。

测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作。

6、监控量测变更必须经项目技术负责人审核，报监理工程师批准。

7、建立严格的监控量测数据复核、审查制度，保证数据的准确性。

8、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。

量测工作按计划实施，不得中断。

9、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，建立变形管理等级标准。

10、量测数据要及时、准确，量测结果应及时报告，以便掌握动态信息。

11、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。

监控量测验收资料包括以下内容：

11.1、监控量测设计；

11.2、监控量测方案及批复；

11.3、监控量测结果及周（月）报；

11.4、监控量测数据汇总表及观察资料；

11.5、监控量测工作总结报告。

监控量测各类记录表格详见第八章：

附表

第九章安全保证措施

一、组织保证措施

成立项目经理领导的安全生产领导小组，全面负责本项目的安全生产工作，主管安