高铁隧道监控量测方案.doc
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云桂铁路云南段站前工程YGZQ-2标段隧道监控量测方案
目录
一、编制目的、依据 -1-
1.1编制目的 -1-
1.2编制依据 -1-
二、工程概况 -1-
三、隧道施工方法 -1-
四、监控量测目的和要求 -2-
五、组织机构及作业程序 -2-
六、监测内容 -4-
6.1一般规定 -4-
6.2监控量测项目和技术要求 -4-
七、监控量测方法 -11-
7.1作业准备 -11-
7.2监控量测方法 -11-
7.3量测注意事项 -13-
八、施工要求 -13-
8.1现场量测要求 -13-
8.2施工监测 -14-
8.3.拱顶下沉量计算 -14-
8.4监控量测结束标准 -15-
九、量测数据处理与信息反馈 -15-
9.1量测数据处理 -15-
9.2信息反馈及工程对策 -18-
十、劳力组织 -21-
十一、设备仪器配置 -21-
十二、监控量测质量保证措施 -22-
-22-中铁二十五局集团有限公司
隧道监控量测方案
一、编制目的、依据
1.1编制目的
为确保监控量测工作顺利正常开展，了解围岩状态，及时反馈信息于设计和指导施工，调整支护参数和二衬施作时间，确保施工安全和结构的长期稳定性，有效保护周边环境，尽量降低监控量测费用，减少对工程施工的干扰，同时为加强监控量测实施人员规范操作，全面掌握监控量测实施全过程，结合本标段隧道工程特点，制定本方案。
1.2编制依据
1、《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）；
2、《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；
3、铁路隧道工程施工技术指南TZ206-2008；
4、铁建设［2010］120号文件；
5、施工图纸、设计要求和环境、地质条件；
6、工程特点、施工方法、工程状态和可操作性。
二、工程概况
本标段位于云南省文山州富宁县和广南县境内，起点D2K352+615接1标段富宁隧道出口，在D2K356+400处设富宁中间站，继续往昆明方向，穿越革朗、红石岩等隧道后于D2K394+325设越行站白腊寨站，最后到达本标段终点即保上隧道出口DK407+070。
标段全长54.455公里。
本标段工程隧道比重相当大，隧道总长46304米，占标段总长的83.67％，其中最长的红石岩隧道长14559米。
红石岩隧道、革朗隧道为І级风险隧道，保上隧道为Ⅱ级风险隧道。
三、隧道施工方法
隧道开挖采用光面爆破或预裂爆破技术，尽量减少对围岩的扰动和地表周边地区生态环境的破坏，保证开挖成形质量，以充分发挥围岩的自承能力和减少超挖回填。
浅埋、偏压及洞口段，遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤测量”的原则进行施工。
Ⅱ级围岩采用全断面开挖法，Ⅲ级、Ⅳ级围岩采用台阶法开挖；Ⅴ级围岩采用大拱脚台阶法或双侧壁导坑法开挖。
四、监控量测目的和要求
监控量测是“新奥法原理”的三大要素之一，是复合式衬砌设计、施工的核心技术。
隧道按“新奥法”原理组织施工，施工中加强监控量测对准确判定围岩和支护的安全状态提供可靠信息、确定二次衬砌合理的施作时间；同时通过监测数据的反馈分析，可验证施工设计的科学性和合理性，以及施工方法、支护方案的可行性，以便及时、准确地调整支护参数，修正施工方法及施工程序，调整围岩级别、修改支护系统设计和变更施工方法提供依据确保施工安全。
监控量测作为施工组织设计一个重要组成部分，并纳入工序管理，为施工管理及时提供信息。
监控量测数据及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。
监控量测工作紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加监控量测的项目和内容。
开工前根据隧道、地形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等进行监控量测设计。
五、组织机构及作业程序
5.1组织机构
为保证监控量测工作正常有序开展，建立以总工程师负责的管理体系，工程管理部和安全质量管理部负责对隧道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：
总工程师吴多云，负责监控量测工作组织安排和重大问题的处理。
主管部门：
工程管理部、安全质量管理部，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。
监控量测负责人：
测量队队长江成功负责主管监控量测组工作，掌握监控量测工作状态，分析和上报有关监控量测数据和情况，制定处理措施，下达技术交底资料。
及时组织相关人员开展监控量测工作，并对监控量测结果负责，分析监控量测数据和上报监控量测动态。
现场监控量测实施人：
监控量测组员宋晓朋、孙道木、曹锟、徐红星（操作人员和资料员），操作人员负责现场监控量测具体实施，负责测点的布设和保护，及时取得监控量测数据；资料员胡庆云负责监控量测资料的收集、整理、签认、汇总和归档等资料管理工作。
4.2作业程序
（1）熟悉资料（施工图纸、规范和作业指导书等）;
（2）布点量测;（3）取得数据;（4）整理签认;（5）分析处理;（6）位移管理;（7）信息反馈;（8）工程对策;（9）资料归档。
监控量测流程图
六、监测内容
6.1一般规定
1、监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，应按设计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。
量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。
2、监控量测应纳入施工工序，并贯穿施工的全过程，为施工管理及时提供以下信息：
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）、为施工中调整围岩级别、完善设计方案及参数、优化施工方案及施工工艺提供依据。
3、监控量测的管理必须科学合理，施工中应按监测计划实施，工程竣工后将监测资料整理归档并纳入竣工文件中。
4、施工现场应成立专门的监控量测小组，责任落实到人，并建立相应的质量保证体系，确保监控量测的有效实施，监测资料完整清晰。
5、现场监控量测工作应包括现场情况的初始调查、编制实施性监控量测计划、测点布设及取得初始监测值、现场监测、提交监测结果、报送周（月）报和编写总结报告。
6、根据监测精度要求，应减小系统误差，控制偶然误差，避免人为错误。
应经常采用相关方法对误差进行监测分析。
7、监控量测组负责测点的埋设、日常测量、数据处理和仪器保养维修及送检等工作，并及时将监控量测信息反馈于施工和设计。
6.2监控量测项目和技术要求
1、隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模和设计要求综合选定。
量测项目可分为必测项目和选测项目两大类（见表6-1和表6-2）。
必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须进行；选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他要求进行选择。
表6-1监控量测必测项目
序号
量测主要项目
量测仪器
主要内容
1
地质和支护状况观察
目测
1.开挖面围岩自稳性；2.岩质破碎带、褶皱节理等情况；3.核对围岩类别及风化变质情况；4.地下水情况；5.支护变形开裂情况；6.洞口浅埋地表下沉情况。
2
围岩变形量测
周边变形
隧道收敛计
激光全站仪
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.模筑混凝土衬砌。
拱顶下沉
监视拱顶下沉值，了解断面变化情况，判断拱顶的稳定性，防止坍方。
3
洞口地表沉陷
水平仪、水准尺
判断隧道开挖对地表产生的影响及防止沉降措施的效果。
表6-2监控量测选测项目
序号
监测项目
常用量测仪器
1
围岩压力
压力盒
2
钢架内力
钢筋计、应变计
3
喷混凝土内力
混凝土应变计
4
二次衬砌内力
混凝土应变计、钢筋计
5
初期支护与二次衬砌间接触压力
压力盒
6
锚杆轴力
钢筋计
7
隧底隆起
水准仪、铟钢尺或全站仪
8
围岩内部位移
多点位移计
9
爆破振动
振动传感器、记录仪
10
孔隙水压力
水压计
11
水量
三角堰、流量计
12
纵向位移
多点位移计、全站仪
2、隧道开挖后应及时进行地质素描，有条件时应进行数码成像技术。
3、初期支护完成后应进行喷层表面裂缝的观察和记录。
4、分部开挖法施工的隧道，每个分部施工中应根据工程特点在表6-1、表6-2中所列项目选择必测项目。
5、浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。
地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一里程断面。
一般条件下地表沉降测点纵向间距应按表6-3要求布置。
表6-3地表沉降测点纵向间距
埋深与开挖宽度
纵向测点间距（m）
2B﹥H0﹥2.5B
20---50
B﹤H0≤2B
10---20
H0≤B
5---10
注：
H0—隧道埋深；B—隧道最大开挖宽度。
6、地表沉降测点横向间距为2～5m，在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧范围应不小于H0+B，地表有控制型建筑物时，量测范围应适当加宽，测点布置见下图。
地表沉降横向测点布置示意图
7、拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。
监测断面及测点按表6-4要求布置。
拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近。
表6-4拱顶下沉和净空变化监测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
Ⅴ
≤5
Ⅳ
≤10
Ⅲ
30-50
注：
Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。
拱顶下沉和净空变化测点布置示意图
8、净空变化量测侧线数，参照表6-5布置。
表6-5净空变化量测侧线数
地段
开挖方法
一般地段
特殊地段
全断面法
一条水平侧线
----
台阶法
每台阶一条水平测线
每台阶一条水平测线，两条斜侧线
分部开挖法
每分部一条水平侧线
上部每分部一条水平侧线，两条斜侧线，其余分部一条水平侧线
9、选测项目应根据设计和施工的特殊要求确定，监测断面应视需要而定，优先在施工初始阶段布置。
10、不同断面的测点应布置在相同部位，测点应尽量对称布置，以便数据的相互验证。
11、必测项目的监测频率应根据测点的距开挖面的距离及位移速度分别按表6-6和表6-7确定。
表6-6按距开挖面距离的监测频率
监测断面距开挖面距离
监测频率
（0-1）B
2次/d
（1-2）B
一次/d
（2-5）B
一次/2-3d
﹥5B
一次/7d
注：
1、B—隧道最大开挖宽度。
2、出现异常情况或不良地质时，应增大监测频率。
3、由位移速度决定的监测频率和由距开挖面的距离决定的监测频率之中，原则上采用较高的频率值。
表6-7按位移速度确定的监测频率
位移速度
监测频率
≥5
2次/d
1-5
一次/d
0.5-1
一次/2-3d
﹤0.5
一次/7d
12、监控量测控制基准应包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动的控制基准。
1）、地表沉降控制基准根据地层稳定性、周围建筑物的安全要求分别确定，取最小值。
2）、爆破振动控制基准根据支护结构、边坡稳定性、周围建筑物的安全性确定。
3）、位移控制基准根据测点距开挖面的距离，可参考表6-8要求确定。
表6-8位移控制基准
类别
距开挖面1B（U1B）
据开挖面2B（U2B）
据开挖面较远
允许值
65%U0
90%U0
100%U0
注：
B—隧道最大开挖宽度；U0—极限相对位移值。
13、位移管理等级按三级管理，相应的位移管理等级见表.6-9。
位移管理等级。
表6-6
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
Ⅲ
U＜U1B/3
U＜U2B/3
Ⅱ
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
Ⅰ
U＞2U1B/3
U＞2U2B/3
注：
U—实测位移值。
14、爆破振动控制基准按表6-10控制，并应满足下列要求：
爆破振动安全允许标准
表6-10
序号
保护对象类别
安全允许振速（cm/s）
＜10Hz
10-50Hz
50-100Hz
1
土窑洞、土坯房、毛石房屋
0.5-1.0
0.7-1.2
1.1-1.5
2
一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物
2.0-2.5
2.3-2.8
2.7-3.0
3
钢筋混凝土结构房屋
0-4.0
3.5-4.5
4.2-5.0
4
一般古建筑物和古迹
0.1-0.3
0.2-0.4
0.3-0.5
5
水工隧道
7-15
6
交通隧道
10-20
7
矿山巷道
15-30
8
水电站及发电厂中心控制室设备
0.5
9
新浇大体积混凝土：
龄期：
初凝-3d
龄期：
初凝3-7d
龄期:
7-28d
2.0-3.0
3.0-7.0
7.0-12
注：
1、表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。
2、频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。
选取频率时亦可参照下列数据：
洞室爆破＜20Hz；深孔爆破10-60Hz；浅孔爆破40-100Hz。
3、有特殊要求的根据现场具体情况确定。
⑴、选取建筑物安全允许振速时，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、第几条件等因素。
⑵、省级以上（含省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应经专家论证选取，并报相应文物管理部门批准。
⑶、选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振动频率等因素。
⑷、非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选取。
15、测试仪器的精度应满足表6-11及表6-12的要求，测试仪器的量程应满足设计要求，并具有良好的防震、防水、防腐性能。
表6-11监控量测必测项目测试精度
序号
监测项目
测试精度
1
拱顶下沉
0.5-1mm
2
净空收敛
0.5-1mm
3
地表沉降
0.5-1mm
表6-12监控量测选测项目测试精度
序号
监测项目
测试精度
1
围岩与初期支护接触压力
≤0.5%F.S.
2
喷混凝土应变
±0.1%F.S.
3
钢架应力
拉伸≤0.5%F.S.，压缩≤1.0%F.S.
4
初期支护与二次衬砌接触压力
≤0.5%F.S.
5
二次衬砌内应力
±0.1%F.S.
6
围岩内部位移
0.1mm
7
隧底隆起
0.5-1mm
8
爆破振动速度
1mm/s
注：
F.S.——仪器满量程。
七、监控量测方法
7.1作业准备
7.1.1内业技术准备
作业指导书编制后，首先组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉《铁路隧道监控量测技术规程》。
对监控量测实施人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。
7.1.2外业技术准备
给测量技术人员配备收敛仪、水准仪、全站仪、钢挂尺、数码相机和电脑，安排住宿和办公设施，满足技术员的生活、办公需要。
7.2监控量测方法
1、现场监测应根据设计文件的要求进行测点埋设、日常量测和数据处理，及时反馈信息，并根据地质条件的变化和施工异常情况，及时调整监控量测计划。
2、现场测点读数应读三次，取其平均值，并详细记录。
3、施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分，其内容如下：
1）、开挖工作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、填写开挖工作面观察表和施工阶段围岩级别判定卡，并写勘察资料进行对比，记录喷混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。
2）、洞外观察重点应在洞口段和动身浅埋段，记录地表开裂、地表塌陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等。
4、隧道净空收敛量测采用收敛仪或全站仪进行。
1）、采用收敛仪量测时，测点采用焊接或钻孔预埋。
2）、采用全站仪量测时，测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上，观测方法包括自由设站和固定设站两种。
5、拱顶下沉量测采用精密水准仪和钢挂尺或激光全站仪进行，在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点，测点应与隧道外监测基点进行联测。
6、地表沉降监测可采用精密水准仪、铟钢水准尺进行。
基点应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。
7、围岩内变形量测可采用多点位移计，多点位移计应钻孔埋设，通过配套的设备读数。
8、振弦式传感器通过频率接收仪获得频率读数，依据频率量测参数率确定曲线，换算出相应量测参数值。
9、光纤光栅传感器通过光纤光栅接收仪获得读数，换算出相应量测参数值。
10、钢架应力量测可采用振弦式传感器、光纤光栅传感器，传感器应成对埋设在钢架的内、外侧，并应满足下列要求：
1）、采用振弦式钢筋计进行型钢应力或应变量测时，应把传感器焊接在钢架翼缘内测点位置。
2）、采用振弦式钢筋计进行格栅拱架应力量测时，应将格栅主筋截断并把钢筋计对焊在截断部位。
3）、采用光纤光栅传感器进行型钢或格栅拱架应力量测时，应把光纤光栅传感器焊接或黏贴在相应测点位置。
11、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。
12、混凝土应变量测可采用振弦式传感器、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。
13、爆破振动速度监测可采用振动速度传感器和相应的数据采集设备。
传感器固定在预埋件上，通过爆破振动仪自动记录振动速度，分析振动波形和振动衰减规律。
14、孔隙水压监测可采用水压计进行，水压计应埋入带刻槽的测点位置，采取措施确保水压计直接与水接触。
通过数据采集设备获得各测点读数，并换算出相应孔隙水压力值。
15、渗漏水量监测可采用三角堰、流量计进行。
7.3量测注意事项
7.3.1监控量测布点应在喷砼前预埋，测点布置时应避开钢架和脱空回填处，并保证布点打入围岩，严禁将测点布在钢架上。
及时进行测点的布设，并做好保护，可采用桩点沿初支边墙向内凹陷，防止破坏。
如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，当天的量测数据无效，待测点加固后重新读取初读数。
7.3.2测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识。
监控量测桩点上严禁悬挂重物。
7.3.3拱顶下沉和地表下沉量测基点应与洞内、外水准基点建立联系。
7.3.4各监控量测小组须保证量测数据的真实性、准确性和及时性，如实的反应实际变化情况，不得弄虚作假。
7.3.5现场监控量测与施工易发生干扰，必须紧密配合。
施工现场应及时提供工作面，创造条件保证监控量测工作的正常进行；监控量测工作也要尽量减少对施工工序的影响。
监控量测元件的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中。
7.3.6量测仪器设备在使用前和使用过程中必须进行定期的检查、校对和率定。
收敛仪使用时调节螺母逆时针转动最大范围不得露出螺纹。
在收敛仪使用一段时间后应进行对零校正，检查数显读数是否为零，若存在偏差，必须进行对零。
收敛仪量测完成后，用棉纱擦除灰尘并定期对钢尺擦涂机油，以防生锈。
八、施工要求
8.1现场量测要求
A．初期支护施作2h后即埋设测点，进行第一次量测数据采集。
B．测试前检查仪表设备是否完好，如发现故障应及时修理或更换；确认测点是否松动或人为损坏，只有测点状态良好时方可进行测试工作。
C．测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次；三次读数相差不大时，取算术平均值作为观测值，若读数相差过大则应检查仪器仪表安装是否正确、测点是否松动，当确认无误后再按前述监控量测要求进行复测。
每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录掘进里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。
量测数据应在现场进行粗略计算，若发现变位较大时，应及时通知现场施工负责人，以便采取相应的处理措施。
D．测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作。
及时进行资料整理，监控量测资料须认真整理和审核。
8.2施工监测
测点埋设：
喷锚支护施作后，用风钻凿Æ40mm、深200mm的孔，先用锚固剂塞满后再插入测点固定杆，尽量使同一基线两测点的固定方向在同一直线上，等锚固剂凝固后，即可进行量测工作。
8.3.拱顶下沉量计算
拱顶下沉量的大小,根据测线a、b、C的实测值并利用三角形面积公式换算求得，如下图
拱顶下沉量
△h=h-h1
h=
s=1/2*（a+b+c）
h1=
式中:
a、b、c—为前次量测的实测值。
a′、b′、c′—为后次量测的实测值。
8.4监控量测结束标准
待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。
对于膨胀性围岩，位称长期不能趋于稳定时，应当适当延长时测时间，当移速率小于1mm/d时方可结束量测。
九、量测数据处理与信息反馈
9.1量测数据处理
1、监控量测数据的分析处理应包括监测资料的整理、计算和分析。
2、每次观测后应立即对原始观测数据进行核对和整理，包括原始观测值的校正、物理量的计算、填表制图，误差处理、异常值的剔除、初步分析等，并将校验过的数据输入数据库管理系统。
3、监控量测数据的计算分析主要包括以下内容：
1）、拱顶下沉、净空收敛的位移量，绘制时态曲线。
样表见下图表所示：
隧道净空变化量测记录表
桩号
施工方法
施工部位
埋设日期
测线编号
量测时间
观测值
平均值
温度修正值
修正后观测值
相对初次变化值（Δu）
相对上次变化值
时间间隔
变化速率
备注
年
月
日
时
温度
第一次
第
二
次
第三次
℃
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
d
mm/d
日收敛统计表
序号
量测时间/d
累计量测时间/d
收敛差值/mm
累计收敛速率/mm
当日收敛速率
平均收敛/（mm/d）
至开挖面距离/m
位移-时间曲线
位移速度-时间曲线
2）、围岩压力与支护间接触压力值，绘制时态曲线和断面压力分布图。
3）、初期支护、二次衬砌应力（应变）值，绘制时态曲线，反算结构内力并绘制断面内力分布图。
4）、地表沉降值，绘制横向和纵向时态曲线。
5）、孔隙水压力值，绘制孔隙水压力的时态曲线及孔隙水压力与深度的关系曲线。
6）、爆破振动速度，绘制振动速度与测点至震源距离关系曲线。
4、在分析检测数据时，根据散点图进行回归分析，可采用如下指数模型：
U=A（e-B
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