宜萬鐵路×××隧道施工測量與監(jiān)控量測技術(shù)

1、宜萬鐵路×××隧道施工測量與監(jiān)控量測技術(shù)隧道施工測量先行，必須先對設(shè)計(jì)提供的控制點(diǎn)進(jìn)行施工復(fù)測，復(fù)測滿足精度要求后，進(jìn)行洞外控制點(diǎn)的布設(shè)。根據(jù)隧道進(jìn)洞的位置，控制點(diǎn)應(yīng)覆蓋整個洞口，這是隧道施工進(jìn)洞的必備條件之一。進(jìn)洞后，監(jiān)控量測對隧道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)行信息化管理，及時反饋測量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行回歸分析，為隧道開挖方法、支護(hù)參數(shù)的調(diào)整提供可靠的保證，確保隧道施工安全。下面以×××隧道施工為例，對隧道施工測量與監(jiān)控量測技術(shù)進(jìn)行介紹。第一章 隧道施工測量技術(shù)1、工程概況×××隧道全長8770m，×

2、15;標(biāo)出口段長4912m，其中有1427m雙線段、133m燕尾段、余為分離式復(fù)線。隧道內(nèi)設(shè)人字縱坡，隧道最大埋深495m，線與線之間每隔300m左右設(shè)置橫通道，線間距30米。隧道洞口接野××大橋，無法直接進(jìn)洞，在正洞前進(jìn)方向設(shè)置一220米的橫洞，隧道內(nèi)控制點(diǎn)需從橫洞引入，再轉(zhuǎn)入、線進(jìn)行施工，前期以線（原平導(dǎo)）為主導(dǎo)線，線控制點(diǎn)通過橫通道引入；后期正洞洞口開挖后，以線為主導(dǎo)線，線控制點(diǎn)通過橫通道引入。根據(jù)導(dǎo)線控制點(diǎn)進(jìn)行隧道中線、高程進(jìn)行控制。2、洞外導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè) 根據(jù)隧道進(jìn)口地形情況，選擇合適的控制點(diǎn)位置，控制點(diǎn)一般要求能覆蓋整個洞口，無遮擋，通視條件要好。由于隧道山林茂密，

3、用全站儀觀測通視條件不好，×××隧道控制點(diǎn)聯(lián)測采用Gps進(jìn)行。Gps接收機(jī)為日產(chǎn)TOPCON（JAVAD）雙頻雙星（GGD）4臺套接收機(jī)，儀器天線為Legant-E；儀器標(biāo)稱精度3mm+1ppm。高程測量用NikonDTM550（2mm+2ppm）全站儀施測。與十六局聯(lián)測后進(jìn)行成果分析，統(tǒng)一成果，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理簽字確認(rèn)后進(jìn)行使用。×××隧道出口布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)4個，高程控制點(diǎn)2個，控制點(diǎn)位置覆蓋了隧道口和××河大橋，能夠滿足施工的需要。×××隧道相鄰兩開挖洞口間長度8770m，橫向中誤差洞外允

4、許60mm，洞內(nèi)允許偏差80mm，洞外、洞內(nèi)總影響橫向中誤差100mm。洞外控制點(diǎn)的布置圖如下：3、隧道洞內(nèi)導(dǎo)線和高程測量控制根據(jù)測量規(guī)范要求和綜合考慮，制定×××平面、高程控制測量方案如下：洞內(nèi)導(dǎo)線采用SOKKOTA（索佳）全站儀，高程采用DSZ2型水準(zhǔn)儀測量。施工測量期間對測量儀器和設(shè)備作到定期和經(jīng)常性檢校，使之一直處于良好狀況。×××隧道以GW4GW1、GW4GW3、GW3GW1 為起算邊，洞口投點(diǎn)與GPS控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測，向洞內(nèi)傳算方位的起算邊選擇長邊完成。 洞口和導(dǎo)線樁采用砼包金屬標(biāo)志埋設(shè)，樁點(diǎn)（含高程）選擇穩(wěn)固可靠不易碰撞到

5、的位置，樁位要作好標(biāo)記，在隧道砼鋪底等施工時保護(hù)好樁位。洞內(nèi)導(dǎo)線和高程控制測量，須報(bào)經(jīng)測量監(jiān)理工程師檢測合格后方可使用。3.1洞內(nèi)導(dǎo)線測量隧道導(dǎo)線測量以洞口投點(diǎn)沿中線或側(cè)移適當(dāng)距離布設(shè)，布設(shè)成多邊形閉合導(dǎo)線環(huán)，一個導(dǎo)線環(huán)68條邊。平行導(dǎo)坑采用單導(dǎo)線測量，延伸一定距離利用橫通道與正洞導(dǎo)線聯(lián)測閉合進(jìn)行坐標(biāo)檢核。在隧道施工期間，隧道開挖延伸8001200m時利用原導(dǎo)線點(diǎn)組成有長邊的閉合導(dǎo)線環(huán)，進(jìn)行導(dǎo)線延伸測量。測角精度1.8（三等），測邊精度不低于1/20000。洞內(nèi)導(dǎo)線測量由于受施工干擾，能見度低等影響，測量中可能會出現(xiàn)短邊。但控制導(dǎo)線測角邊長應(yīng)不小于400m，測角中誤差1（如有困難，可按1.8控

6、制）。 為減小測角精度影響，測量時儀器和目標(biāo)多次對中，兩次照準(zhǔn)觀測。測角、測距分別按9和4個測回完成，點(diǎn)間視線離開洞內(nèi)設(shè)施0.2m以上，以保證觀測精度。 由洞外向洞內(nèi)的測角工作，在陰天進(jìn)行為宜。因?yàn)殛幪於磧?nèi)外溫差小通視條件好，有利于洞內(nèi)外觀測。洞內(nèi)導(dǎo)線計(jì)算采用近似平差法完成。測量采用三級復(fù)核制，隧道開挖在2000米以內(nèi)，由處精測隊(duì)半年對控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測一次，2000米以上由局精測隊(duì)對隧道導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)并對隧道中線樁進(jìn)行復(fù)核，確保隧道按規(guī)定精度貫通。3.2洞內(nèi)高程測量 根據(jù)規(guī)范要求洞內(nèi)高程應(yīng)達(dá)到四等精度，滿足每千米水準(zhǔn)測量偶然中誤差： M= 1/4n/R 5.0mm和20 L mm。洞內(nèi)高程由洞外

7、高程控制點(diǎn)（GW2）傳算，每隔200500m設(shè)立一對高程點(diǎn)，以滿足施工放樣需要。對GW2高程控制點(diǎn)旁增設(shè)新點(diǎn)，按半年復(fù)核聯(lián)測一次。高程采用水準(zhǔn)測量并進(jìn)行往返觀測，對洞內(nèi)高程點(diǎn)經(jīng)常進(jìn)行復(fù)測，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)位有問題立即停止使用并及時重新恢復(fù)測量。定期對隧道洞外、洞內(nèi)高程點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，保證高程控制點(diǎn)精度。4、隧道施工測量點(diǎn)位要求 施工中線樁分永久和臨時中線，永久中線由導(dǎo)線點(diǎn)測設(shè)。直線段點(diǎn)間距按150250m，曲線地段按60100m測設(shè)。 施工中線一次測設(shè)不應(yīng)少于3個點(diǎn)，并相互檢測。 供襯砌用臨時中線加密點(diǎn)，直線上采用正倒鏡壓點(diǎn)或延伸，曲線采用偏角法測量。 洞內(nèi)施工用高程點(diǎn)根據(jù)已知高程控制點(diǎn)加密，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行往

8、返測或閉合已知高程點(diǎn)，使用前作好復(fù)核，使用后進(jìn)行閉合。高程點(diǎn)在施工完襯砌地段設(shè)置在避車洞內(nèi)，埋設(shè)20鋼筋樁，外露5mm；沒施工襯砌地段，在邊墻上埋鋼筋樁，鋼筋外露1cm，鋼筋略向上翹，便于立尺。 中線樁埋設(shè)如沒有施工仰拱時采用砼包20鋼筋樁，在鋼筋頂面刻直徑1mm深35mm的點(diǎn)，并用紅油漆標(biāo)點(diǎn)，測設(shè)完成后在邊墻上作好標(biāo)記，以便于尋找。5、隧道施工測量5.1、隧道開挖放樣作業(yè)隊(duì)根據(jù)指揮部測量組提供的中線點(diǎn)、高程點(diǎn)，利用J2經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀或全站儀對隧道中線、輪廓線、高程進(jìn)行施工放樣；放樣可用0.5m臺階法，即將隧道中線用經(jīng)緯儀測設(shè)在掌子面，再用水準(zhǔn)儀控制拱頂高程和內(nèi)軌頂高程，利用0.5m一個臺階，

9、測量隧道橫向?qū)挾鹊姆艠臃椒?。隧道開挖放樣可采用圓心法放樣。將隧道中線測設(shè)到掌子面，利用水準(zhǔn)儀控制圓心的高程，根據(jù)圖紙將圓心標(biāo)記在巖面上，再利用半徑畫圓的方法進(jìn)行輪廓線放樣。邊墻部分采用0.5m臺階法進(jìn)行放樣，放樣應(yīng)根據(jù)掌子面的平整度進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?。以上兩種方法對隧道開挖輪廓的控制不是很準(zhǔn)確，特別是在巖面不平的情況下更是不準(zhǔn)。并且施工人員多，放樣時間長。隧道開挖放樣還可采用坐標(biāo)法放樣。利用隧道設(shè)計(jì)開挖斷面，在計(jì)算器上編輯隧道斷面輪廓程序，再利用全站儀測設(shè)掌子面輪廓坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算與理論坐標(biāo)進(jìn)行比較，將點(diǎn)位精確放樣在掌子面的方法。此方法需要的人員少，最少可2人，全斷面放樣只需30分鐘。每一個施工

10、循環(huán)都應(yīng)進(jìn)行穿線、高程控制，保證隧道的斷面尺寸和中線正確。5.2、隧道斷面的檢測隧道開挖斷面每開挖循環(huán)測量一個，并及時繪制斷面圖，對超欠挖進(jìn)行控制，及時進(jìn)行處理。初支斷面雙線每3米測量一個，單線每5米一個，對隧道初支斷面進(jìn)行檢測，如有欠挖及時進(jìn)行處理，保證襯砌混凝土厚度。所檢測的斷面及時反饋現(xiàn)場，對超欠挖及時進(jìn)行處理，同時檢測斷面及時報(bào)監(jiān)理工程師簽認(rèn)。5.3、隧道二次襯砌測量控制襯砌施工采用整體臺車進(jìn)行施工，在仰拱上定出隧道中線和基準(zhǔn)高程，用吊線錘和尺量的方法對臺車中線、高程、凈空進(jìn)行調(diào)整，使臺車凈空尺寸滿足規(guī)范要求。第一次二次襯砌作業(yè)隊(duì)放樣后，臺車調(diào)整好后，指揮部測量組必須對臺車凈空尺寸進(jìn)行

11、復(fù)核；以后二次襯砌臺車每五次復(fù)核一次，確保隧道凈空尺寸，檢查臺車是否變形。二襯混凝土施工后，應(yīng)對襯砌斷面進(jìn)行檢測，檢查凈空是否滿足規(guī)范要求，檢測按10米一個斷面進(jìn)行，變化段加測一個斷面。6、主要測量儀器設(shè)備表名 稱規(guī)格數(shù)量備注全站儀SOKKOTA2臺新購經(jīng)緯儀J22臺新購精密水準(zhǔn)儀(測微器)DSZ2(FS1)1臺新購普通水準(zhǔn)儀CST/berger2臺新購激光指向儀DQJ05A2臺新購7、隧道開挖輪廓放樣程序（casio fx-4800）主程序E“HYG”Lb1 0MGF：M“LC”G“X”F“H”H=H1-i(M-LC1)：MLC2H=H+（M-LC2）2/2/RX=1000G：Y=1000（

12、F+E-H-3.33）Prog“2”Goto 0注：LC實(shí)測里程 LC1豎曲線頂點(diǎn)里程 LC2豎曲線終點(diǎn)里程X斷面橫向距離（mm）Y斷面垂直距離（mm）H視線高（m）R豎曲線半徑（m）H1隧道設(shè)計(jì)高程（m）i隧道坡度2子程序2子程序I=1：J=1：K=1Y1560+Xtg1A=0：B=1560：R1=3380：Y1413.4+Xtg2A=-200：B=1360：R2=3660：Y-278.4+Xtg3A=-5290：B=0：R3=8930：A=3627.7：B=-470：C=4：K=2Fix0：Pol（X-A），（Y-B）：K=1L=I-RD=J-C：Rec（I，D）：L=JNormR各曲線半

13、徑（mm） 1R1與水平線的夾角2R2與水平線的夾角 3R3與水平線的夾角4R3與邊墻的夾角 A原點(diǎn)到圓心的水平距離B圓心到坐標(biāo)水平線的距離 第二章 隧道監(jiān)控量測技術(shù)1、監(jiān)控量測的目的監(jiān)控量測是“新奧法原理”施工的三大要素之一，是復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)、施工的核心技術(shù)，施工中加強(qiáng)監(jiān)控量測對準(zhǔn)確判定圍巖的安全狀態(tài)、合理確定二次襯砌的施作時間非常重要。監(jiān)控量測工作緊接開挖支護(hù)作業(yè)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布點(diǎn)和監(jiān)測。量測數(shù)據(jù)及時分析處理，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋分析，可驗(yàn)證施工設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，以及施工方法、支護(hù)方案的可行性，以便及時、準(zhǔn)確地調(diào)整支護(hù)參數(shù)，修正施工方法及施工程序，確保施工安全。2、監(jiān)控項(xiàng)目和主要內(nèi)容隧

14、道現(xiàn)場監(jiān)控項(xiàng)目及內(nèi)容見表2-01。 表2-01 隧道現(xiàn)場監(jiān)控項(xiàng)目及內(nèi)容表 序號項(xiàng)目名稱方法及工具布置量測間隔時間115d16d1個月13個月大于3個月1地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及支護(hù)裂隙觀察或描述，地質(zhì)羅盤等開挖后及初期支護(hù)后進(jìn)行每次爆破后及初期支護(hù)后進(jìn)行2周邊位移各種類型收斂每1050m一個斷面，每斷面23對測點(diǎn)12次/天12次/2天12次/周13次/月3拱頂下沉水平儀、水準(zhǔn)尺、鋼尺或測桿、全站儀每1050m一個斷面12次/天1次/2天12次/周13次/月4圍巖體內(nèi)位移(洞內(nèi)設(shè)點(diǎn))洞內(nèi)鉆桿中安設(shè)單點(diǎn)、多點(diǎn)桿式或鋼絲式位移計(jì)每5100m一個斷面，每斷面211對測點(diǎn)12次/天1次/2天

15、12次/周13次/月5鋼支撐內(nèi)力及外力支柱壓力計(jì)或其他測力計(jì)每10榀鋼拱支撐一對測力計(jì)12次/天1次/2天12次/周13次/月3、量測斷面間距和每斷面測點(diǎn)數(shù)量量測斷面間距和每斷面測點(diǎn)數(shù)量見表3-01。表3-01 量測斷面間距和每斷面測點(diǎn)數(shù)量表圍巖級別斷面間距(m)每斷面測點(diǎn)數(shù)據(jù)凈空變化拱頂下沉全斷面開挖臺階法開挖級501條基線2條基線1個測點(diǎn)級301條基線2條基線1個測點(diǎn)級201條基線2條基線1個測點(diǎn)級101條基線2條基線1個測點(diǎn)4、測點(diǎn)布置和量測方法4.1、測點(diǎn)布置監(jiān)控量測凈空變化、拱頂下沉量測，在埋設(shè)里程每次開挖后盡早埋好監(jiān)測點(diǎn)并且取得初讀數(shù)，最遲不得大于24小時，并且在下一循環(huán)開挖前完成

16、。全斷面開挖時，拱頂一個測點(diǎn)，拱腰一條測線，且在同一里程；臺階法施工時，拱頂一個測點(diǎn)，上臺階一條收斂測線，下臺階一條收斂測線，且在同一里程，如圖4-1-01。地表下沉量測一般布置在46B （B為洞室寬）范圍，中線附近密些，外側(cè)漸些。在埋設(shè)點(diǎn)挖長、寬、高均為200mm的坑，然后放入沉陷測點(diǎn)，測點(diǎn)一般采用2030mm，長200300mm半圓頭鋼筋制成。測點(diǎn)四周用混凝土填實(shí)。在開挖線影響范圍以外設(shè)置水平基點(diǎn)23個。測點(diǎn)應(yīng)牢固可靠，易于識別，支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時要注意保護(hù)觀測點(diǎn)，嚴(yán)防爆破損壞，一旦發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)被埋或損毀，要盡快重新設(shè)置，保證量測數(shù)據(jù)不中斷。施工監(jiān)測流程圖見圖4-1-02。圖4-1-01 測點(diǎn)埋設(shè)

17、示意圖 圖4-1-02 施工監(jiān)測流程圖監(jiān)控量測圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)觀測圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變量測指標(biāo)體系應(yīng)急措施綜合判斷分析調(diào)整施工程序、修改支護(hù)參數(shù)施 工4.2、量測方法（1)周邊水平位移、凈空量測采用WRM-3型數(shù)顯收斂計(jì)進(jìn)行監(jiān)測，量測精度為0.01mm。將收斂儀的一端掛在預(yù)埋鋼筋鉤上，另一端掛在另一側(cè)的鋼筋鉤上，利用鋼尺上的間距為2cm尺孔，先用力拉緊鋼尺，拉倒最接近的鋼尺孔位，讀數(shù)顯示器歸零，用調(diào)節(jié)器將鋼尺收緊，當(dāng)聽到“騰”的響聲后，可進(jìn)行讀數(shù)，同一位置測量不少于3次，三次讀數(shù)取平均值。（2）拱頂下沉量測采用索佳SET2130R全站儀測量拱頂下沉，精度可達(dá)0.1mm，即將全站儀設(shè)置為免棱鏡狀

18、態(tài)，將紅外線對準(zhǔn)測量點(diǎn)進(jìn)行測量，觀測次數(shù)為3次。也可采用精密水準(zhǔn)儀、掛鉤式鋼尺配合測量拱頂下沉，精度可達(dá)12mm，量測時用一把24m長的掛鉤式鋼尺掛上，水準(zhǔn)儀讀數(shù)來進(jìn)行測量。 （3）地表下沉量測采用精密水準(zhǔn)儀監(jiān)測，精度可達(dá)0.1mm。5、圍巖監(jiān)控量測頻率量測頻率：洞內(nèi)觀測分為開挖工作面觀測和初期支護(hù)狀態(tài)觀測兩部分。開挖觀測應(yīng)在每次開挖后進(jìn)行，地質(zhì)情況基本穩(wěn)定無變化時，可每天進(jìn)行一次。對初期支護(hù)的觀測也應(yīng)每天至少進(jìn)行一次。凈空水平收斂和拱頂下沉量測頻率根據(jù)圍巖位移速度確定。量測頻率見表5-01。表5-01 拱頂下沉與凈空變化量測量測頻率位移速度（mm/d)量測頻率52次/d151次/d0.511

19、次/(23d)0.20.51次/3d<0.21次/7d6、極限相對位移和變形管理等級單線隧道初期支護(hù)極限相對位移見表6-01。監(jiān)測人員根據(jù)工程的實(shí)際情況，制定出變形等級管理標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)施工，變形等級可參考表6-02。表6-01 單線隧道初期支護(hù)極限相對位移（%）圍巖級別埋深（m)5050300300500拱腳水平相對凈空變化0.200.600.100.500.400.700.601.50.200.700.502.602.403.500.301.000.803.503.005.00拱頂相對下沉0.010.050.040.080.010.040.030.110.100.250.030.070.0

20、60.150.100.600.060.120.100.600.501.20注：本表適應(yīng)于單線復(fù)合式襯砌的初期支護(hù)。硬巖取表中較小值，軟巖取較大值。表中數(shù)值可在施工中通過實(shí)測資料積累作適當(dāng)修正。拱腳水平相對凈空變化指兩拱腳測點(diǎn)間水平凈空變化值與其距離之比；拱頂相對下沉指拱頂下沉值減去隧道下沉值后與原拱頂至隧底高度之比。 墻腰水平相對凈空變化極限值可按拱腳水平相對凈空變化極限值乘以1.21.3后采用。表6-02變形管理等級表管理等級管理位移施工動態(tài)u0un/3可正常施工un/3u02un/3應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)u02un/3應(yīng)采取特殊措施表中：un -允許變位值； u0-實(shí)測變位值un的確定：un的確定考慮圍巖類別、隧道埋置深度等因素并結(jié)合現(xiàn)場條件選擇。選擇好管理等級標(biāo)準(zhǔn)和允許變位值后，可根據(jù)監(jiān)控信息進(jìn)行動態(tài)管理。監(jiān)控信息動態(tài)管理見圖6-03。圖6-03 監(jiān)控信息動態(tài)管理圖監(jiān)測結(jié)果是否超過級管理是否超過級管理是否超過級管理繼續(xù)施工暫停施工采取特殊措施綜合判斷是否安全加強(qiáng)支護(hù)否否否否7、量測數(shù)量的處理與反饋量測后及時對現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)繪制時態(tài)曲線和空間關(guān)系曲線。根據(jù)位移變化速度，當(dāng)拱腳水平相對凈空變化速率大于1020mm/d時，表明圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，加強(qiáng)初期支護(hù)；當(dāng)拱腳水平相對凈空變化速度小于0.2mm/d，拱頂相對下沉速度小于0.15mm/d