隧道围岩监控量测实施专项方案

隧道围岩监控量测实施方案

1 编制依据、目的及范围 1.1 编制依据

1）《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004 2）《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009 3）商洛市南环路市政工程隧道工程设计图 5）本标段施工组织设计 6）类似工程的施工经验 1.2 编制目的

1）通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩的稳定性、支护、衬砌的可靠性，确保施工安全及结构的长期稳定性；

2）用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，指导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为支护参数和施工方法提供依据；

3）通过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报，以便及时采取措施，防患于未然；

4）通过监控量测，判断初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施做时间； 5）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施工方法本身的发展提供借鉴，依据和指导作用，积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。 1.3 编制范围

适用于商洛市南环路市政工程龟山隧道（XK0+629～XK1+360/ DK0+604～DK1+385）隧道围岩监控量测的实施。 2 设计概况 2.1 工程概况

商洛市市区环城南线西段隧道工程为新建道路，起点为环南路设计桩号

K0+652.335，沿天士力公司围墙向北跨越南秦河后进入小白沟，向东穿越龟山，从龟山

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北侧的蟒龙峪穿出山体，沿着五四村与老虎岭山脚，最后接至北新街，路线全长4044.027m，双向六车道城市主干道，设计时速50公里。路基宽46米，分离式路基宽23米设计采用双向六车道技术标准，设计车速50km/h,设计汽车荷载为公路-I级，单幅路基宽度为23m,全幅路基宽度为46m。

本合同段内有龟山隧道，为本合同段重难点控制工程。具体隧道情况见下页表：

表2-1 隧道表 序隧道 号 名称 起讫里程 DK0+604～ DK1+385 XK0+629～ XK1+360 长度 （m） 781 731 围岩级别 IV级 466 240 V级 280 456 工程地质 概况 1 龟山 隧道 东线 西线 残积土、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩 2.2 主要技术标准

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第2节 主要技术指标

序号 1 2 3 技术指标名称 公路等级 设计车速 车道数 整体式 4 路基宽度 分离式 5 6 7 8 9 10 11 12

单位 公里/小时 米 米 米 米 米 米/处 %/处 米/处 2

指标值 城市主干道 50 双向6车道 46 23 2*3*3.5 14.00 60 公路—Ⅰ级 其他1/100 120/1 3/1 90/1 行车道宽度 隧道净宽 停车视距 设计荷载 桥涵设计洪水频率 平曲线一般最小半径 最大纵坡 最小坡长

2.3 地层岩性

龟山地貌单元属秦岭中低山，海拔高度750～870m，相对高差50 ~160m,总体东低西高，山势呈“一”字型,长方形展开，东西长，南北窄，地势相对教陡，平均陡坡35º左右，既有山的险峻，又有丘陵的小落差风貌。

隧道区位于构造、剥蚀低山区，除少量薄层残坡积外，大部分基岩裸露，岩体风化强烈，洞室围岩大部分为强风化～中风化岩体，完整性较差，围岩级别较低。

隧道隧址区地层岩性描述如下: 第① 层，种植土（Q4MI），褐黄色，松散，稍湿，主要以粉质粘土为主，内含有砂土、 植物根及虫孔等。成份复杂，结构杂乱，土质不均匀，工程性质较差。粉质粘土透镜体(Q3e1+d1),粉质粘土（Q3e1+d1），褐黄色，可塑～硬塑，层状结构，土质较纯净但含有少量植物根须。土面较光滑，稍有光泽，中～高干强度，摇震反应慢～无，韧性等级为中等。工程性质较好，次层的［fa0］=170kpa。

第② 层残积土（Q3e1+d1），灰黄色，为基岩风化后的产物，组织结构全部风化，已风化 成土状，局部含有粒径大于20mm的颗粒。锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性。工程性质较好，此层的［fa0］=180kpa。

第③层，强风化砂砾岩（E），砂砾岩为含砾中粗粒砂状结构，块状构造，砾石呈角 砾状，成份为石英岩、花岗岩等。主要为钙铁质及泥质胶结，胶结程度较好，岩芯风化强烈，多呈碎块状及短柱状。工程性质较好，此层的［fa0］=310kpa。

第④层，中风化砂砾岩（E），砂砾岩为含砾中粗粒砂状结构，块状构造，砾石呈角 砾状，成份为石英岩、花岗岩等。主要为钙铁质及泥质胶结，胶结程度较好，岩芯风化

强烈，多呈短柱状及长柱状。工程性质较好，此层的［fa0］=400kpa。 2.4 隧道洞口段及洞口边坡稳定性评价

洞口段地下水埋藏较深，洞口位于地下水位以上，洞口设计标高较高，位于丹江河支流柳家沟河最高洪水线以上，地表水对洞口影响较小，但大气降水形成的坡面散流对坡面有一定冲刷，须采取截排水措施。

隧道洞口位于第三系砂岩的低山及其斜坡上，洞口处山体坡脚较陡，基岩出露，风华强烈，。从现场调查看洞口山坡目前较稳定，但在洞口施工开挖后，会形成陡直临空面，上部地层在雨季易接收大气降水向下垂直入渗，软化上部土体，降低其强度，并加大覆土体的重量，可能使上部土体下滑，埋没洞口，施工时应采取管棚护体、明洞等防

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御措施，确保施工及运营安全。 3 监控量测项目及方法 3.1 监控量测项目及要求

根据本隧道工程特点、规模大小和设计要求选定①洞内、外观察；②净空变化； ③拱顶下沉；④表沉降作为必测项目；作为隧道工程应进行的日常监控量测项目，如下表。

表3-1 监控量测项目

项目名称 方法及工具 布置 测试时间 1~15天 16天~1个月 1~3个月 3个月以上 地质及支护状态观察 岩性、结构面产状及支护裂缝观测和描述，地质罗盘 全长度开挖后及初期支护后 每次开挖后及初期支护后 周边位移 收敛仪 每10~60米一个断面 每断面2~3对测点 1~2 次/天 1次/2天 1~2次/周 1~3次/月 应 测 拱顶下沉 项目 水平仪、水准尺 每10~60米一个断面 1~2 次/天 1次/2天 1~2次/周 1~3次/月 地表下沉 紧密水准仪 洞室中心线上与洞轴线正交平面的一定范围 1次/1~2天 锚杆轴力 锚杆测力仪 没代表地段2~10个断面

1次/天 1次/2天 1~2次/周 1~3次/月

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3.2 监控量测施工工艺

图3-2 监控量测施工工艺流程图

3.3 监控量测方法 3.3.1 洞内、外观察

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。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，填写开挖工作面地质状况记录表，并于勘察资料进行对比。已施工地段观察应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。洞外观察重点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、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。 3.3.2 变形监控量测

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分析、研究地质勘测资料 制定监控量测实施方案 施 工 监 控 量 测 开挖工作面状态评价 监控量测数据处理 否 稳定性判断 是 施工是否完成 是 结 束

否 修改支护参数

1）净空变化量测采用收敛计或全站仪进行。采用收敛计量测时，测点采用钻孔预埋；采用全站仪量测时，测点采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标附在预埋件上，量测方法包括自由设站和固定设站两种。

2）拱顶下沉量测采用精密水准仪和铟钢挂尺进行或全站仪进行。在隧道拱顶轴线附近钻孔预埋测点。

3）地表沉降监控量测采用精密水准仪、铟钢尺进行，基准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。 4 监控量测操作要求

4.1 监控量测断面及测点布置原则

1） 地表沉降

位于Ⅳ～Ⅴ级围岩中且覆盖厚度小于40m的隧道洞口、洞身段，应进行地表沉降量测，地表下沉观测点按普通水准基点埋设。浅埋隧道地表沉降点应在隧道开挖前，边仰坡喷锚后布设，地表沉降测点和隧道内测点应尽量布置在同一断面里程。地表沉降测点纵向间距按下页表的要求布置。

表4-1 地表沉降测点纵向间距 隧道埋深与开挖宽度 2b＜h0＜2.5b b＜h0≤2b h0≤b 纵向测点间距(m) 20～50 10～20 5～10 注：h0-隧道埋深，b-隧道最大开挖宽度 地表沉降测点横向间距按图4-2布置。地表有控制性建（构）筑物时，可适当调整。其测点布置如下图所示。

图4-2 地表沉降横向测点布置示意图

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2） 拱顶下沉及净空变化

拱顶下沉的量测目的是：监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变行动态，判断支护结构的稳定性。净空变化量测的目的是：根据收敛位移量、收敛速度、断面的变形形态，判断围岩的稳定性、支护的设计（施工）是否妥当，确定衬砌的浇注时间。

拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一里程断面上。监控量测断面按下页表的要求布置。

表4-3 必测项目监控量测断面间距 围岩级别 Ⅴ Ⅳ 断面间距（m） 15 25 当发生较大涌水时，Ⅳ、Ⅴ类围岩量测断面的间距应缩小至5～10m。

拱顶下沉测点原则上布置在拱顶轴线附近，当跨度较大或采用分部开挖时，应结合施工方法在拱部增设测点。净空变化量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，参照图下图及下表中要求布置。

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。

图4-4 监控量测点布置示意较图

开挖方法 全断面法 台阶法 表4-5 净空变化量测测线数 一般地段 特殊地段 一条水平线 一条水平线 每台阶一条水平线 每台阶一条水平线，两条斜测线

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4.2 监控量测频率

拱顶下沉量测与水平净空相对变化宜用相同的量测频率，各项量测项目的量测频率应根据测点距开挖面距离及位移速度分别按下表确定，一般采用表4-6的监测频率；当出现异常情况或不良地质时，采用表4-5的监测频率。

表4-5 按距开挖面距离确定的监控量测频率 量测断面距开挖面距离（m） （0～1）b （1～2）b （2～5）b ＞5b 注：b—隧道开挖宽度。 表4-6 按位移速度确定的监控量测频率 位移速度（mm/d） ≥5 1～5 0.5～1 0.2～0.5 ＜0.2 量测频率 2次/d 1次/d 1次/2～3d 1次/3d 1次/7d 量测频率 2次/d 1次/d 1次/2～3d 1次/7d

4.3 监控量测控制基准

1）周边允许相对位移值（%）

表4-7 周边允许相对位移值（%） 允许相对位移值 埋 深h （m） h＜50 502）测点距开挖面距离的控制基准

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表4-8 位移控制基准 类别 允许值 距开挖面1b（U1b） 65%U0 距开挖面2b（U2b） 90%U0 距开挖面较远 100%U0 注:b为隧道开挖宽度，U。为极限相对位移值。 5 监控量测实施与管理 5.1 管理小组及实施人员

为了切实抓好本标段隧道围岩监控量测工作，成立项目经理部隧道围岩监控量测实施管理小组，如下表：

表5-1 监控量测实施管理小组 序号 1 2 4 5 姓名 薛晓威 李小会 李宏飞 黄纯飞 职务 项目部总工 工程部长 技术员 技术员 职责 总体负责 技术负责、检查指导 数据采集分析 数据采集分析 管段任务 龟山隧道 龟山隧道 龟山隧道 龟山隧道 5.2 监控量测设备

为满足本项目隧道工程监控量测需要，拟投入以下监控量测设备，并根据工程需要及时调整，监控量测设备配置情况如下表中所示。

序号 1 2 3 4 设备名称 水准仪 全站仪 收敛仪 数码相机 单位 台 台 台 台 表5-1 监控量测设备 数量 监控量测项目 2 地表沉降、拱顶下沉 1 净空收敛、拱顶下沉 1 净空收敛 1 洞、内外观察 备注 配套铟钢尺

6 监控量测数据分析与应用 6.1 数据分析主要内容

监控量测数据分析主要内容包括：①根据量测值绘制时态曲线；②选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；③对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；④及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。 6.2 数据分析主要方法

监控量测数据分析处理主要采用回归分析法，拟采用双曲函数模型或采用专用软件分析。双曲函数模型如下：

u＝t/(A+Bt)

式中u-变形值；A、B-回归系数；t-测点的观测时间（d）

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6.3 数据处理分析要求

1）施工时应按时准确的进行现场监控测量，在对量测数据进行分析处理与必要的计算后，给出曲线，根据所绘曲线的变化情况与趋势，判定围岩的稳定性，及时预报险情，确定施工时应采取的措施，为修正和确定隧道初期支护参数、二次衬砌施工时间提供参考依据。

2）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度，建立最大日变形量和累计变形量的风险预警机制。

3）当数据出现异常时，及时分析原因，拟定支护加固措施，并当天报告建设、设计、监理单位，以便及时制定针对施工方案。

4）当隧道喷射混凝土出现大量的明显裂缝或隧道支护表面任何实测收敛值已达到到表4-7允许的70%，且收敛速度无明显下降时，应及时根据实测值由回归方程推算最终的位移值，若最终位移值接近或超过表4-7的允许相对位移值时，应及时采取补强初期支护的措施，并改变施工方法。 6.4 变形管理等级

监控量测实施三级管理，三级管理可通过极限位移值、位移速度、位移速度变化率综合考虑，一旦达到I级管理状态，应立即停止掌子面掘进，及时分析原因，采取处理措施，确保施工安全。

1）通过极限位移值管理

主要根据测点的累计位移值U、测点距开挖面的距离来判定，如下表所示。

表6-1 位移管理等级

等级管理 III II I 距开挖面1b U＜U1b/3 距开挖面2b U＜U2b/3 采取措施 可减少监测频率，继续施工 加强监测频率，加强支护措施 加强监测频率，暂停掘进施工 U1b/3≤U≤2U1b/3 U2b/3≤U≤2U2b/3 U≥2U1b/3 U≥2U2b/3 注：U为实测位移值

2）通过位移速度管理

III级：净空变化速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达到稳定。可正常施工。

II级：净空变化速度在0.2mm/d～1.0mm/d之间，应加强监控量测频率。加强支护措施。

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I级：净空变速度持续大于1.0mm/d（或位移累计达到100mm）时，围岩处于急剧变形状态。应立即停止掘进施工，分析原因，采取处理措施。

3）通过位移速度变化率来管理

III级：当围岩位移速速度不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态； II级：当围岩位移速度保持不变时（du2/d2t＝0），围岩不稳定，应加强支护； I级：当围岩位移速度不断上升时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。 6.5 二衬施做时间确定

深埋段二次衬砌横筑混凝土施工应在围岩和初期支护变形基本稳定，并具备以下条件时施作：

1）隧道周边位移速率有明显减缓趋势；

2）水平收敛（拱脚附近）速度小时0.15mm/d，或拱顶位移速度小于0.1mm/d； 3）施作二次衬砌前的收敛量已达到总收缩量的80%～90%。 4）初期支护表面无再发展的明显裂缝。

当不能满足上述条件，围岩变化无收敛趋势时，必须采取措施，使初期支护基本稳定后，才可施作二次衬砌，或者根据要求采用加强衬砌，及施工。 7 质量保证措施

1）成立监控量测质量管理小组，在施工过程中将监控量测纳入正常施工工序组织管理。

2）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。 3）初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，应完成初期变形值的读数。。

4）测点第一次应安设在距离开挖掌子面0.5～2m范围内，且不大于一个循环进尺，并细心保护，不受下一循环爆破的破坏。

5）测点应在喷砼后打孔预埋，测点布置时应避开钢架和脱空回填处，并保证测点打入围岩，不得将测点焊接在钢架上。

6）监控量测数据必须按照规定的频率连续、不间断采集。为提高观测数据的准确性，减少误差，监测务必做到四固定：固定观测与录入人员、固定监测仪器、固定测量方式与线路、固定测量水准基点和工作基点，使监测工作在基本相同的情况下完成。

7）监控量测时与录入人员应有高度的责任感，实事求是开展工作，严禁弄虚作假，

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确保数据的真实性。

8）对监控量测的数据要按“四及时”的原则进行分析和处理，即 “观测数据及时录入、监测及时预分析、对异常数据应及时查找原因、对异常监测点及时复测”。

9）监控量测资料已作为竣工文件之一，因此，施工过程中应根据建设单位要求，加强资料收集、整理工作。 8 安全保证措施

1）监控量测人员必须经过隧道施工安全教育培训，掌握安全操作技术和安全生产基本知识。进洞前必须正确佩戴安全帽等劳动保护用品。

2）监控量测实施时配备安全员，在量测过程中设有安全岗，协调指挥洞内车辆运输交通。

3）监控量测作业区域照明的光照度必须满足数据采集和作业人员安全操作的需要。 4）隧道内观察应在开挖工作面和已施工地段分别进行，随时观察掌子面、初期支护的工作状态。

5）监控量测使用的作业台架、升降梯等必须安设牢固，作业时操作人员必须系安全带。

6）在安装量测仪器或进行钻孔时，发现岩壁松软、掉块或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异常情况时，必须停止钻进，立即上报有关部门。

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