5监控量测定.docx

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5监控量测定

监控量测专项施工方案

一、监控量测的含义和目的

隧道施工过程中,使用专用的仪器和工具对围岩和支护结构的受力、变形以及他们之间的关系进行观测,并对其稳定性、安全性进行评价，统称为监控量测。

监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业，按设计及规范要求进行布点和监测，，并根据现场施工情况及时调整量测项目和内容，量测数据及时处理，将结果反馈到施工过程中。

监控量测已作为施工组织设计一个重要组成部分，应纳入施工工序，并贯穿于施工全过程，为施工管理及时提供一下信息：

1、围岩稳定性、支护结构承载能力和安全信息；

2、二次衬砌合理的施作时间；

3、为施工中验证和优化设计参数、调整施工方案提供依据。

二、监测项目

本隧道施工中将进行以下观测项目：

1、必测项目及仪器

序号

监控量测项目

常用量测仪器

备注

1

洞内、外观察

现场观察、数码相机

2

拱顶下沉

水准仪、钢挂尺

3

净空变化

收敛计0.1mm

一般进行水平收敛测量

全站仪1mm

一般进行三维多点测量

4

地表沉降

水准仪、塔尺

隧道浅埋段（H0<=2B）

H0为隧道宽度，B为隧道开挖宽度。

2、选测项目：

围岩压力、支护结构的应力状态等。

3、隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像，必要时应进行物理力学试验。

4、初期支护完成后应进行喷层表面裂缝及其发展、渗水、变形观察和记录。

三、监测断面、频率及布点原则

1、必测项目监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，监测断面一般布置在开挖面前约5米，断面一定要垂直线路中线，所在监测点都必须在该监测断面上，不得偏离，正洞及斜井，拱顶下沉及净空变化量测断面间距以下表格说明为准：

围岩级别

断面间距（m）

洞口及浅埋处

其它位置

Ⅴ

5

10

Ⅳ

10

30

Ⅲ

30

50

II级视具体情况定。

地表沉降点间距为:

隧道埋深与开挖宽度

纵向测点间距（m）

2B

20~50

B

10~20

H0<=B

5~10

2、量测频率：

离开挖面约5米的量测断面要在12小时内取得初次读数，最迟也得在24小时内取得读数，且在下一循环开挖前必须完成，其它情况按下表频率量测：

按距开挖面距离确定：

量测断面距开挖面距离（m）

量测频率

备注

（0-1）B

2次/1天

特殊

情况

频率

加大

（1-2）B

1次/1天

（2-5）B

1次/2-3天

＞5B

1次/7天

B为隧道开挖宽度。

按位移速度确定：

位移速度（mm/d）

量测频率

>=5

2次/天

1~5

1次/天

0.5~1

1次/2~3天

0.2~0.5

1次/3天

<0.2

1次/7天

开挖面地质素描、支护状态每施工循环记录1次。

当量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施量测频率。

3、隧道里布点基本位置:

（1）净空变化及拱顶下沉:

正洞：

拱顶、起拱线、内轨顶

斜井：

拱顶、起拱线

（2）地表沉降观测:

点横向间距为2~5m，在隧道中线附近应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于H0+B，断面与以上量测断面在同一断面上，测点布置见下图：

四、监测方法及要求

1、洞内、外观察

了解洞身开挖工作面地质状况及初期支护效果，并为隧道施工提供地质预测资料。

隧道工作面开挖后立即进行工程地质与水文地质观察描述，确定围岩类别，对开挖后围岩的结构、节理、构造及产状，洞内渗、涌水等情况进行描述记录，并用打分法判断工作面的稳定状况，与原地质资料有较大差异时用相机拍摄并描述，同时观察洞身的初期支护状态。

根据以上内容在每次开挖后整理出该掌子面地质素描图，并每隔20m或50m制作1个纵向地质素描断面图。

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，地表水渗漏情况，同时还应对地面构筑物进行观察。

2、净空变化量测

采用收敛计进行水平和斜向收敛量测，初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前获取初读数。

每次量测3次取平均值。

全断面法开挖测水平测线，台阶法开挖一般地段测水平测线，特殊地段需增加斜测线。

测点采用焊接或钻孔预埋。

3、拱顶下沉

若有障碍物影响，拱顶下沉量测测点可适当移动位置。

拱顶下沉量测将采用水准仪和钢尺进行。

计算沉降量：

Ｕｎ＝Ｈ－Ｈｎ

Ｕｎ－第ｎ次测量的下沉量

Ｈ－测点的初始标高

Ｈｎ－第ｎ次测量的标高

将测量的数据进行回归分析整理后，绘出以下曲线进行分析研究：

地表纵向下沉量－时间关系曲线图

地表横向下沉量－时间关系曲线图

从图中可以确定最大下沉量及其位置。

4、地表下沉

地表下沉量测应在隧道开挖前就开始进行，借以获得开挖过程中全位移曲线。

地表下沉量测采用地表埋桩布点，用水准仪进行测量。

测点采用地表钻孔埋设，测点四周用水泥砂浆固定。

5、钢尺的温度改正

测尺出厂一般以20℃为标准，为消除温度变化引起的误差，要进行修正。

L=Li+liαi（20－ti）

Li——第i次量测的实测值

αi——钢尺的线膨胀系数，αi=12.6×10-6

li——钢尺的量测长度

ti——第i次量测的环境温度

五、控制基准及管理基准

1、隧道初期支护极限位移控制基准

跨度B<=7m隧道初期支护极限相对位移

围岩等级

隧道埋深h（m）

h<=50

50

300

拱脚水平相对净空变化（%）

II

0.2-0.6

Ⅲ

0.1-0.5

0.4-0.7

0.6-1.5

Ⅳ

0.2-0.7

0.5-2.6

2.4-3.5

Ⅴ

0.3-1.0

0.8-3.5

3-5

拱顶相对下沉（%）

II

0.01-0.05

0.04-0.08

Ⅲ

0.01-0.04

0.03-0.11

0.1-0.25

Ⅳ

0.03-0.07

0.06-0.15

0.1-0.60

Ⅴ

0.06-0.12

0.1-0.60

0.5-1.2

注：

1、本表使用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩取表中较大值。

表列数值可在施工中通过实测资料积累做适当修正。

1、拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与距离之比，拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉后与原拱顶至隧底高度之比。

3、墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以1.2-1.3后采用。

跨度7m

围岩等级

隧道埋深h（m）

h<=50

50

300

拱脚水平相对净空变化（%）

II

0.01-0.03

0.01-0.08

Ⅲ

0.03-0.1

0.08-0.4

0.3-0.6

Ⅳ

0.1-0.3

0.2-0.8

0.7-1.2

Ⅴ

0.2-0.5

0.4-2

1.8-3

拱顶相对下沉（%）

II

0.03-0.06

0.05-0.12

Ⅲ

0.03-0.06

0.04-0.15

0.12-0.3

Ⅳ

0.06-0.10

0.08-0.4

0.3-0.8

Ⅴ

0.08-0.16

0.14-1.10

0.8-1.40

注：

1、本表使用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩取表中较大值。

表列数值可在施工中通过实测资料积累做适当修正。

2、拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与距离之比，拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉后与原拱顶至隧底高度之比。

3、墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以1.1-1.2后采用。

2、位移控制标准

应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按下表要求确定：

类别

距开挖面1B（U1B）

距开挖面2B（U2B）

距开挖面较远

允许值

65%U0

90%U0

100%U0

U0为极限相对位移值

3、各监测项目管理基准

本工程各监测项目管理基准如下表。

变形管理基准等级表

管理等级

距开挖面1B

距开挖面2B

施工状态

Ⅲ

U＜U1B/3

U＜U2B/3

可正常施工

Ⅱ

U1B/3≤U≤2U1B/3

U2B/3≤U≤2U2B/3

应加强支护

Ⅰ

U＞2U1B/3

U＞2U2B/3

应采取特殊措施

注：

U—实测位移值

4、地表下沉控制基准

地表下沉基准值在浅埋隧道，或洞口偏压地段，采用下沉量异常大的场合或下沉量突然异常增大作为隧道稳定性的危险信息使用，其值可定为下沉曲线最大下沉值为300mm，突然异常增大值为100mm。

现场监测时，根据监测结果所处的管理阶段来选择监测频率：

一般Ⅲ级管理阶段监测频率可放宽些；Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；Ⅰ级管理阶段则应加强监测。

具体表现在施工中出现下列情况之一时，应立即停工，并采取措施进行处理：

初期支护结构喷射混凝土或浇筑的混凝土出现裂缝，且持续发展；

开挖一个月后，洞壁的水平位移不能收敛；

位移--时间曲线出现反弯、突弯的急聚增长现象，支护开裂或掉块；

当位移急剧增加，每天的变形量超过10mm，应增加观测次数，密切注意支护结构的变化。

4、一般情况下，二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行：

隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；

当位移、拱顶下沉量达到预测最终值的80~90%、收敛速度小于0.1~0.2mm/d，，拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d时，可认为变形稳定。

对浅埋、软弱围岩等特殊地段，应视现场具体情况确定二次衬砌施做时间。

六.数据处理资料及表格详见附表

隧道地质素描表格

净空变化记录表

拱顶下沉记录表

开挖工作面地质状况记录表

监控量测周（月）报

监控量测工作总结报告

七.监控数据分析处理

监控数据分析一般采用散点图和回归分析方法。

（一）主要内容包括：

根据量测值绘制时态曲线；

选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；

对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；

及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。

（二）散点图

包括时间—位移散点图和距离—位移散点图。

如下图所示，然后根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数进行回归分析，对最大值（最终值）进行预测，并与控制基准值进行比较，结合施工工况综合分析围岩和支护结构的工作状态。

如果位移曲线正常，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的；如果位移曲线出现反常的急聚增长现象（出现反弯点），表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程措施。

对位移监控量测结果进行回归分析，预测该测点可能出现的最终值及影响范围，以评估结构或建筑物的安全状况，必要时优化施工方法。

（二）回归分析

位移历时回归分析一般采用如下模型：

指数模型：

U=Ae-B/t对数模型：

U=Alg（（B+t）/（B+t0））

对数模型：

U=t/（A+Bt）

U—变形值；A,B—回归系数；t—测点的观测时间。

确定回归方程，计算回归系数。

以推算最终位移和掌握位移变化规律，通过收敛量测结果判断隧道的稳定。

1.回归分析可采用一元线性回归进行数据处理。

方法如下

⑴根据原始数据画出图形特点，选用某一函数，例如对数函数、指数函数、双曲函数等。

⑵为分析方便可将函数变换为线性函数，再计算出选定函数的系数a、b，得出回归曲线。

⑶计算曲线的标准差、剩余标准离差。

如果偏差较大，重新选择函数，直到满意为止。

2.一般情况下，硬岩变形较小，变形时间短，围岩较稳定。

软岩变形时间长，变形大，稳定性差。

3.隧道量测资料回归分析实例

以某铁路隧道的量测资料进行回归分析

里程K1+123处位移量测的实测值，如下表

Ti/d

U/（mm）

Ui/（mm）

Vi/（mm/d）

Ai/（mm/d2）

1

24.15

24.15

24.15

/

2

33.3

57.45

33.3

9.15

3

25.41

82.86

25.41

-7.89

4

19.62

102.48

19.62

-5.79

5

9.89

112.37

9.89

-9.73

6

7.91

120.28

7.91

-1.89

7

5.62

125.9

5.62

-2.29

8

4.83

130.73

4.83

-0.79

9

3.94

134.67

3.94

-0.89

10

3.13

137.8

3.13

-0.81

11

1.96

139.76

1.96

-1.17

12

3.6

143.36

3.6

1.64

13

2.61

145.97

2.61

-0.99

14

2.34

148.31

2.34

-0.27

15

0.45

148.76

0.45

-1.89

16

1.86

150.62

1.86

1.41

17

1.3

151.92

1.3

-0.56

18

0.21

152.13

0.21

-1.09

19

0.12

152.25

0.12

-0.09

20

0.1

152.35

0.1

-0.02

21

0.08

152.43

0.08

-0.02

25

0.27

152.7

0.27

0

⑴画出位移－时间曲线图如下（位移速度－时间曲线图、位移加速度－时间曲线图按以上表格数据绘制）。

⑵选用指数函数进行回归分析

u=ae-b/t

对上式取自然对数，lnu=lna+（-b/t）

令U=lnuT=1/t；A=lnaB=-b

则有U=A+BT

⑶求参数，采用表格法进行

编号

t

u

T

U

T2

TU

编号

t

u

T

U

T2

TU

1

1

24.15

1.0000

3.1843

1.0000

3.1843

13

13

145.97

0.0769

4.9834

0.0059

0.3833

2

2

57.45

0.5000

4.0509

0.2500

2.0255

14

14

148.31

0.0714

4.9993

0.0051

0.3571

3

3

82.86

0.3333

4.4172

0.1111

1.4724

15

15

148.76

0.0667

5.0023

0.0044

0.3335

4

4

102.48

0.2500

4.6297

0.0625

1.1574

16

16

150.62

0.0625

5.0148

0.0039

0.3134

5

5

112.37

0.2000

4.7218

0.0400

0.9444

17

17

151.92

0.0588

5.0234

0.0035

0.2955

6

6

120.28

0.1667

4.7898

0.0278

145.97

18

18

152.13

0.0556

5.0247

0.0031

0.2792

7

7

125.9

0.1429

4.8355

0.0204

148.31

19

19

152.25

0.0526

5.0255

0.0028

0.2645

8

8

130.73

0.1250

4.8731

0.0156

148.76

20

20

152.35

0.0500

5.0262

0.0025

0.2513

9

9

134.67

0.1111

4.9028

0.0123

150.62

21

21

152.43

0.0476

5.0267

0.0023

0.2394

10

10

137.8

0.1000

4.9258

0.0100

151.92

22

25

152.7

0.0400

5.0285

0.0016

0.2011

11

11

139.76

0.0909

4.9399

0.0083

152.13

∑

256

2819.25

3.6854

105.3910

1.6000

15.7006

12

12

143.36

0.0833

4.9654

0.0069

152.25

N=22

T平均=∑T/N=3.6854/22=0.1675

U平均=∑U/N=105.3910/22=4.7905

LTT=∑T2－（∑T）2/N=1.600–3.68542/22=0.9826

LUT=∑TU－（∑T）（∑U）/N

=15.7006-3.6854*105.3910/22=-1.9543

B=LUT/LTT=-1.9543/0.9826=-1.9889

A=U平均—BT平均=4.7905-（-1.9889）*0.1675=5.1263

于是可得:

a=eA=167.9

b=-B=1.9889代入选定的曲线线方程,

u=167.9e-1.9889/t

（4）将实测值与回归方程的对应值进行比较，计算剩余标准差：

S=√∑（ui–u）2/（N–2）

=1.92

2S=3.84（mm）

从实测值与回归值相比较，可知除个别点外，大多与回归值相差较小，说明所选函数合适，由剩余标准差分析，95%的点在误差内，满足工程精度的要求，由回归计算知，围岩收敛变形的最终值为167.9mm，围岩的单侧变形值为84mm。