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1、改建铁路 西安安康线建第二线 新狮子岩隧道 监控量测方案 中铁十九局西康二线一工区 2010 年 1 月 编制人：审核人：审批人：新狮子岩隧道监控量测方案 一、工程概况 新狮岩隧道位于陕西省商洛市镇安县，属秦岭南部中低山河谷区。本隧道起讫里程 DK174+746DK178+878，全长 4132米。进口处山势陡峭毗邻西康高速及西康 1线铁路，出口处紧邻西康 1线铁路。根据勘测资料，新狮岩隧道地层岩性复杂，隧道洞身主要通过地层岩性为泥盆系中统千枚岩局部夹灰岩，遇水易软化坍塌，以 III、类围岩为主。二、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
2、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，结合隧道工程特点，制定本方案。三、组织机构及作业程序 3.1 组织机构 为保证监控量测工作正常有序开展，本工区建立总工程师负责的管理体系，工程部和安质部负责对隧道一至六队的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：工区总工程师，负责监控量测工作组织安排和重大问题的处理。主管部门：工程部、安质部，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，
3、并参与重大问题的处理。监控量测负责人：测量队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（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。3.2 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
4、息反馈;（8）工程对策;（9）资料归档。四、技术要求 4.1 量测仪器 量测仪器配备：数码相机、收敛仪、全站仪、水准仪、塔尺、钢尺等。辅助工具：爬梯、手电筒及其它辅助工具。4.2 量测项目 根据设计要求，结合王家岭隧道具体情况，确定围岩量测必测项目（见表 4-1）。表 4-1 围岩量测必测项目 序号 监测项目 测试方法和仪表 测 试 精度 备 注 1 净空变化 隧道净空变化测定仪（收敛计）0.51mm 一般进行水平收敛量测 2 拱顶下沉 水准测量的方法、水准仪、钢尺 0.51mm 3 地表下沉 水准测量的方法、水准仪、塔尺 0.51mm 隧道浅埋段必测（H02b）4 地质和初期支护观察 每次开
5、挖后对开挖面进行观测，如发现异常应立即进行处理；对已施工的区段每天至少观察一次，发现结构开裂、突出等异常应立即采取应急措施。了解隧道支护结构及围岩地稳定情况 4.3 监控量测断面及测点布置原则 4.3.1 净空变化测点和拱顶下沉测点量测仪器、测试精度、量测断面、间距测点数量按表 4-2进行。4.3.2 净空变化测点和拱顶下沉测点应布置在同一断面上，测点布置时应避开钢架和脱空回填处，将测点布置在两榀钢架之间。净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目必须设置在同一断面。表 4-2 量测仪器、测试精度、断面间距、测点数量 围 岩 级别 断 面 间距（m）水平净空变化 拱顶下沉 每断面测点数
6、量 量测仪器 测 试精度 每断面测点数量 量测仪器 测试 精度 3050 1 条水平测线 收敛0.1mm 1 个测点 水准仪、钢0.5 1030 每台阶1 条水平测线 计 12个 测点 尺 或 全 站仪 1mm 5 10 每台阶1 条水平测线 2-3个 测点 注：洞口及浅埋地段断面间距取小值；台阶法施工特殊地段要求布设两条斜测线。4.3.3 全断面开挖时，收敛量测点应布置在起拱线以下 1m 左右位置；台阶法开挖时，上台阶收敛量测点应布置在上下台阶界面以上 1m 左右位置，下台阶收敛量测点应布置在上下台阶界面 1m 左右位置。4.3.4 浅埋隧道（H02B，H0隧道埋深，B 隧道最大开挖宽度）应
7、在隧道开挖前布设地表沉降测点，地表沉降测点纵向间距应符合表 4-3要求。表 4-3 地表沉降测点纵向间距 隧道埋深与开挖宽度 纵向测点间距（m）2BH02.5B 2050 BH02B 1020 H0B 5 10 注：H0 为隧道埋深，B 为隧道开挖宽度。4.3.5 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，隧道中线两侧量测范围不应小于 H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，量测范围应适当加宽。其测点布置如图 4-4所示。图 4-4 地表沉降横向测点布置示意图 4.4 监控量测频率 4.4.1 监控量测的频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度按表 4-5确定。由位移速度决定
8、的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。当出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。在塑性流变岩体中，位移长期（开挖后两个月以上）不能变化时，量测要继续到每月为 1mm为止。表4-5 量测频率表 位移速度（mm/d）量测断面距开挖工作面的距离 量测频率 5（0 1）B 2 次/d 1 5（1 2）B 1 次/d 0.51（2 5）B 1 次/23d 0.20.5（2 5）B 1 次/3d 0.2 5B 1 次/7d 注：B 表示隧道开挖宽度 4.4.2地表下沉量测测频率与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同；地表下沉量测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖
9、高度之和处开始，直到衬25m H0 基准点 45 B 量测范围 砌结构封闭、下沉基本停止时为止。4.4.3 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。开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建（构）筑物的描述应每施工循环记录一次。特殊情况下应增大描述频率。4.4.4在没有特殊要求的情况下，选测项目可以采用和必测项目相同的量测频率。4.5 监控量测控制基准 4.5.1 监控量测控制基准包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等，应根据地质条件、隧道结构的长期稳定性、隧道施工安全性，以及周围建（构）筑物特点和重要性等因素制定。4.5.2 隧道初期支护极限相对位移可参照表 4-6选用
10、。表 4-6 跨度 7mB 12m隧道初期支护极限相对位移 围岩级别 隧道埋深 h（m）h 50 50h 300 300h 500 拱脚水平相对净空变化（%）0.010.03 0.010.08 0.030.10 0.080.40 0.300.60 0.100.30 0.200.80 0.701.20 0.200.50 0.402.00 1.803.00 拱顶相对下沉（%）0.030.06 0.050.12 0.030.06 0.040.15 0.120.30 0.060.10 0.080.40 0.300.80 0.080.16 0.141.10 0.801.40 注：1 本表适用于复合式衬砌
11、的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修正。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。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 1.11.2后采用。4.5.3 位移控制基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表 4-7要求确定。地表沉降控制基准应根据地层稳定性、周围建（构）筑物的安全要求分别确定，取小值。表 3-7 位移控制基准 类别 距 开 挖 面 1B（U1B）距 开 挖 面 2B（U2B）距开挖面较
12、远 允许值 65%U0 90%U0 100%U0 注：B 为隧道开挖宽度，U0 为极限相对位移值。3.5.4 根据位移控制基准，可按表 4-8分为三个管理等级。表 4-8 位移管理等级 管理等级 距开挖面 1B 距开挖面 2B U U1B/3 U U2B/3 U1B/3U 2U1B/3 U2B/3U 2U2B/3 U 2U1B/3 U 2U2B/3 注：U为实测位移值 4.5.4 围岩与支护结构的稳定性应根据控制基准，结合时态曲线形态判别。采用分部开挖法施工的隧道应每分部分别建立位移控制基准，同时应考虑各分部的相互影响。4.5.5 一般情况下，二次衬砌的施作应在满足下列要求时进行：隧道水平净空
13、变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；隧道位移相对值已达到总相对位移量的 90%以上；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作时间。5.地质和初期支护观察 地质和初期支护观察分开挖工作面观察、已施工区段初期支护观察及地表观察。5.1开挖工作面观察在每次开挖后进行一次,内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状况、围岩变形等。当地质情况无变化时，可每天进行一次，观察应绘制开挖工作面略图并作好地质素描，填写工作面状态记录表及围岩级别判定。5.2对已施工区段初期支护的观察每天一次，观察内容包括喷砼、锚杆、钢架的状况，以及施工质量是否符合规定的要求。5.3洞外观察包括洞口地表情况、
14、地表沉陷、边仰坡的稳定、地表水渗透的观察。五、监控量测方法 5.1 时间要求 洞内、外观察和地表沉降观测根据本作业指导书要求进行。净空变化和拱顶下沉量测布点应在开挖后至初喷前进行，若围岩出现变化异常应尽早布设;初始读数在每次开挖后 12 小时内取得，最晚不得迟于 24 小时。5.2 洞内、外观察 洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。其中，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，并与勘察资料进行对比；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工作状态。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂
15、、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。5.3 净空变化量测 5.3.1 根据围岩条件确定量测间距埋设测点，并按规定量测频率进行量测。主要原理：每次测出两点间净长，求出两次量测的增量（或减量），即为此处净空变化值。读数时读三次，然后取其平均值，并按附表记录。5.3.2预埋测点由钢筋加工而成，采用冲击电锤或风钻钻孔，埋入钢筋采用直径不小于 20mm的螺纹钢，前端外露钢筋与埋入钢筋焊接，直径不小于6mm，加工成 180弯钩或三角形钩。测点用快凝水泥或锚固剂与围岩锚固稳定，埋入围岩深度不小于 20cm，若围岩破碎松软，应适当增加测点埋入深度。5.3.3
16、量测方法 检查预埋测点有无损坏、松动，并将测点灰尘擦净。把净空收敛仪的尺头及尺架挂钩分别固定在预埋测点孔内，选择合适的尺孔，将尺孔销插入，用尺卡将尺与联尺架固定。调整调节螺母，记下钢尺在联尺架端时的基线长度与数显读数。为提高量测精度，每条基线应重复测三次取平均值。当三次读数极差大于 0.05mm时，应重新测试。每次开挖后 12h内取得初读数。测试过程中，若数显读数已超过 25mm，则应将钢尺收拢（换尺孔）重新测试，两组平均值相减，即为两尺孔的实际间距，以消除钢尺重孔距离不精确造成的测量误差。一条基线测完后，应及时逆时针转动调节螺母，摘下收敛仪，打开尺卡收拢钢尺，为下一次使用作好准备。5.4 拱
17、顶下沉量测 5.4.1 采用精密水准仪和铟钢挂尺进行。主要原理：通过测点不同时刻相对标高，求出两次量测的差值，即为该点的下沉值。读数时应该读三次，取平均值，并按附表记录。按规定量测频率进行量测。5.4.2 在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点，测点应与隧道外监控量测基准点进行联测。拱顶下沉量测测点布置在拱中，每断面布置一点，布设原则和间距按规定进行。预埋测点由钢筋加工而成，钢筋直径不小于 6mm，前端加工成 180弯钩或三角形钩。测点用快凝水泥或锚固剂固定在拱顶选定位置，埋入围岩深度不小于 20cm，若围岩破碎松软，应适当增加测点埋入深度。5.4.3 量测方法：设置水准基点（水准基点选择在
18、围岩稳定地段设置）。量测时采用水准仪、塔尺及钢卷尺，测出该点相对标高即可。每次开挖后 12h内取得初读数。同一测点每次量测必须采用同一基点。5.5 地表沉降量测 5.5.1采用精密水准仪、铟钢尺进行，主要原理：通过测点不同时刻标高，求出两次量测的差值，即为该点的下沉值。其量测精度为1mm。当隧道埋深小于 3 倍洞径时进行量测，小于 2 倍洞径时必须进行量测。5.5.2 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，测点四周采用水泥砂浆固定。布点原则和量测频率按规定执行。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。5.5.3 量测方法：与拱顶下沉量测方法相似，采用精准水准仪和
19、铟钢尺测出各沉降点标高即可。在工程开挖前对每一个测点读取初始值。首次观测时，对测点进行三次观测（三次差值小于1mm），取平均值作为初始值。量测过程中读数时各项限差宜严格控制，每个测点读数误差不宜大于 0.3mm。5.6 量测注意事项 5.6.1 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。5.6.2测点布设以后，在测点位置用红色
20、油漆做醒目标识。监控量测桩点上严禁悬挂重物。5.6.3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。5.6.4 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。5.6.5 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。5.6.6 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
21、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。六、监控量测数据分析及信息反馈 6.1 数据分析处理 监控量测数据的分析处理包括数据校核、数据整理及数据分析。同时应注明开挖方法和施工工序以及开挖面距监控量测点距离等信息。6.1.1 数据校核 量测数据校核主要是对数据进行可靠性分析，排除各种误差影响，保证量测数据的可靠性和完整性。每次观测后应立即对观测数据进行校核和整理，包括对观测数据的计算、填表制图、误差处理等，如有异常应及时补测。6.1.2 数据整理 量测数据整理包括各种物理量计算和图表制作，打印相关监控量测报表，并根据数据绘制位移时态
22、曲线图或散点图，以便于分析监控量测数据的变化规律和趋势。6.1.3 数据分析 数据分析通常采用比较法、作图法和数值计算等，一般采用散点图和回归分析方法，分析各监控量测物理量值大小、变化规律和发展趋势，预测该测点可能出现的最终值及影响范围，评估安全状况。绘制时间-位移和距离-位移散点图，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和工作状态。监控量测数据的分析包括以下主要内容：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
23、，并提出相应工程对策建议。6.2 信息反馈及工程对策 6.2.1 监控量测信息反馈应根据量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议，目前以经验方法为主。6.2.2 信息反馈应以位移反馈为主，主要依据时态曲线的形态对围岩稳定性、支护结构的工作状态、对周围环境的影响程度进行判定，验证和优化设计参数，指导施工。由于施工的连续性和循环进行，施工中应保证信息反馈渠道的畅通，确保信息反馈的及时性和有效性。监控量测反馈程序应贯穿于整个施工全过程，可按图 5-1规定的程序进行。图 6-1 监控量测信息反馈程序框图 6.2.3 施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。实时分析：每
24、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，及时采取措施，一般采用日报表形式。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，一般采用周报、月报形式。6.2.4 工程安全性评价应根据位移管理等级分三级进行，并采用表 6-1相应的工程对策。当监控量测位移管理达到级时，应上报监控量测组长、技术主管和现场监理工程师；当达到级时，上报分部工程部长、总工程师和现场施工负责人，同时总工程师根据综合情况上报设计单位、业主单位和监理单位采取相应工程措施；当达到级时，立即暂停施工，上报各方，请业主单位召集各方分析原因，研究
25、工程对策。分部应对位移管理等级根据每个隧道情况进行量化指标，以便于现场监控量测人员操作和汇报。表 6-1 工程安全性评价分级及相应对策措施 管理等级 应对措施 正常施工 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护 暂停施工，采取相应工程对策 注：U 实测位移值；U0最大允许位移值。5.2.5 工程安全性评价流程图见图 5-2。根据工程安全性评价的结果,需要变更设计时,应根据有关铁路工程变更管理办法及时进行变更设计。图 6-2 工程安全性评价流程图 6 2.5 工程对策主要应包括下列内容 1、一般措施：1）稳定开挖工作面措施；2）调整开挖方法；3）调整初期支护强度和刚度并及时支
26、护；4）降低爆破振动影响；监控量测结果 位移（应力）是否超过 级管理 位移（应力）是否超过 级管理 位移（应力）是否达到级管理 继续施工 暂停施工 位移（应力）是否超过 级管理 工程对策 不安全 安全 否 否 是 是 5）围岩与支护结构间回填注浆。2、辅助施工措施：1）地层预处理，包括注浆加固、降水、冻结等方法；2）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。七、监控量测验收资料 监控量测资料是竣工文件不可缺少的部分，纳入竣工文件管理程序中。分部应设专人负责监控量测资料的收集、整理、签认、归档和移交，监控量测验收资料主要包括以下内容：（1）监控量测设计；（2）监控
27、量测实施细则及批复；（3）监控量测结果及周（月）报；（4）监控量测数据汇总表及观测资料；（5）监控量测工作总结报告。八、监控量测质量保证措施 为保证量测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项质量保证措施：（1）、监测组与监理工程师、技术负责人密切配合工作，及时向监理工程师、技术负责人报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。（2）、制定切实可行的监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中。（3）、量测项目人员相对固定，保证数据资料的连续性。（4）、量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理。（5）、量测设备、元器件等在使用前均应经过检校，合格后方可使用。（
28、6）、各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的规范、标准。（7）、量测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报。（8）、量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。（9）、各量测项目从设备的管理、使用及资料的整理均设专人负责。九、附表 附录 A 隧道周边收敛记录表 附录 B 隧道拱顶下沉量测记录表 附录 C 隧道地表下沉量测记录表 附录 D 收敛变形观测位移时态曲线（表）附录 E 收敛变形观测位移时态曲线（图）附录 A 隧道周边收敛记录表 附录 B 隧道拱顶下沉量测记录表 附录 C 隧道地表下沉量测记录表附录 D 收敛变形观测位移时态曲线（表）附录 E 收敛变形观测位移时态曲线（图）监控量测方案报批单