隧道施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

隧道施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)二0一四年九月目錄

1概述

2監(jiān)測(cè)目的與任務(wù)3監(jiān)測(cè)流程4監(jiān)測(cè)內(nèi)容5必測(cè)項(xiàng)目6選測(cè)項(xiàng)目7監(jiān)測(cè)報(bào)告

8保證措施9建議

1.概述到2011年底，已建公路隧道8522座，約625.34萬(wàn)米。隧道里程占公路總里程的比例越來(lái)越高，2008年為0.085%，2009年為0.105%，2010年為0.128%，

2011年為0.152%。公路隧道里程增長(zhǎng)情況隧道里程占公路總里程情況1.概述我國(guó)大陸特長(zhǎng)公路隧道1.概述兩車道隧道三車道隧道四車道隧道1.概述連拱隧道小間距隧道分岔隧道1.概述隧道特點(diǎn)地質(zhì)勘察資料不充分設(shè)計(jì)準(zhǔn)備時(shí)間短施工過(guò)程復(fù)雜防水要求嚴(yán)格地質(zhì)條件復(fù)雜斷面積大形狀扁平隧道建設(shè)過(guò)程中塌方、邊坡失穩(wěn)等安全事故仍時(shí)有發(fā)生。1.概述1.概述埋深約7m，累計(jì)下沉60cm，下沉速率最大達(dá)6cm/D,隧道施工過(guò)程中存在各種地質(zhì)災(zāi)害因素，在孕育有一定風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境的隧道工程中，就有可能發(fā)生各類風(fēng)險(xiǎn)事故，從而帶來(lái)人員生命及財(cái)產(chǎn)損失。因此，加強(qiáng)隧道施工監(jiān)測(cè)及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作顯得尤為必要。1.概述2.監(jiān)測(cè)的目的與任務(wù)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)預(yù)警預(yù)防塌方優(yōu)化設(shè)計(jì)安全施工保證質(zhì)量保證工期控制造價(jià)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控獲得圍巖動(dòng)態(tài)信息（1）提供監(jiān)控設(shè)計(jì)的依據(jù)掌握圍巖力學(xué)性態(tài)的變化和規(guī)律掌握支護(hù)的工作狀態(tài)（2）指導(dǎo)施工、預(yù)報(bào)險(xiǎn)情作出工程預(yù)報(bào)，確立施工對(duì)策：預(yù)測(cè)和確認(rèn)圍巖最終穩(wěn)定時(shí)間，指導(dǎo)施工順序和二襯施作時(shí)間，監(jiān)視險(xiǎn)情，安全施工。（3）校核計(jì)算理論、完善工程類比法為正、反演分析提供計(jì)算數(shù)據(jù)和對(duì)比指標(biāo)為工程類比提供參考指標(biāo)為地下工程設(shè)計(jì)、施工積累經(jīng)驗(yàn)資料（4）隧道運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)控掌握工程運(yùn)營(yíng)中的安全狀態(tài)及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施2.監(jiān)測(cè)的目的與任務(wù)3.監(jiān)測(cè)流程4.監(jiān)測(cè)內(nèi)容監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目監(jiān)控量測(cè)選測(cè)項(xiàng)目4.監(jiān)測(cè)內(nèi)容一般用途（必測(cè)項(xiàng)目）初期支護(hù)穩(wěn)定性確定二襯支護(hù)時(shí)間最終變形量是否超出預(yù)留變形量收斂變形拱頂及地表下沉確認(rèn)圍巖穩(wěn)定性事先預(yù)測(cè)拱頂塌方4.監(jiān)測(cè)內(nèi)容一般用途（選測(cè)項(xiàng)目）圍巖內(nèi)部位移圍巖的松動(dòng)范圍錨桿長(zhǎng)度支護(hù)方式襯砌剛度錨桿軸力錨桿安全系數(shù)鋼支撐壓力安全系數(shù)及施工影響襯砌壓力及內(nèi)力檢驗(yàn)設(shè)計(jì)初襯、二襯壓力4.監(jiān)測(cè)內(nèi)容5.必測(cè)項(xiàng)目5.1地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察施工過(guò)程中，對(duì)掌子面、噴射混凝土、錨桿等的觀察；洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定以及地表水滲透等的觀察。5.必測(cè)項(xiàng)目5.1地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察5.2周邊收斂

量測(cè)隧道內(nèi)壁兩點(diǎn)連線方向的相對(duì)位移，監(jiān)測(cè)圍巖的穩(wěn)定性。量測(cè)內(nèi)容隧道周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直接反映，量測(cè)周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息；根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)機(jī)；判斷初期支護(hù)設(shè)計(jì)與施工，用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。

量測(cè)目的5.必測(cè)項(xiàng)目傳統(tǒng)的量測(cè)方法無(wú)尺量測(cè)技術(shù)5.必測(cè)項(xiàng)目5.2周邊收斂收斂?jī)x高空作業(yè)，影響掌子面作業(yè)，效率低斷面布置監(jiān)測(cè)頻率5.必測(cè)項(xiàng)目5.2周邊收斂周邊位移變形管理等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)周邊位移允許相對(duì)位移值（%）5.必測(cè)項(xiàng)目5.2周邊收斂5.3拱頂下沉是指對(duì)隧道拱頂?shù)膶?shí)際沉降值進(jìn)行量測(cè)，是相對(duì)于不動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)位移。量測(cè)內(nèi)容通過(guò)拱頂沉降位移量測(cè)，了解斷面的變形狀態(tài)，判斷隧道拱頂?shù)姆€(wěn)定性根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)機(jī)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)與施工防止沉降侵入二襯空間量測(cè)目的5.必測(cè)項(xiàng)目5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉斷面布置監(jiān)測(cè)頻率5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉a.正常型拱頂下沉量隨時(shí)間逐漸增大。對(duì)同一個(gè)量測(cè)斷面來(lái)講，從隧道開挖到拱頂下沉基本穩(wěn)定為止，每天的位移速度都是不同的，一般來(lái)說(shuō)，初期位移速度最大，以后日趨減少，下沉逐漸收斂。當(dāng)在出現(xiàn)收斂趨勢(shì)后，某一時(shí)間段內(nèi)拱頂位移趨近于零時(shí)，判定圍巖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此類曲線占拱頂下沉監(jiān)測(cè)曲線的大部分。

5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉b.反復(fù)型此類曲線也比較常見，拱頂下沉量隨著時(shí)間的增長(zhǎng)反復(fù)的增大和減小，但其變化區(qū)域較小，一般在1~2mm之內(nèi)，并且總體趨勢(shì)不變，有良好的統(tǒng)計(jì)特征。此種曲線屬于比較安全范疇，一般是由于測(cè)量誤差和施工擾動(dòng)引起的。此時(shí)圍巖比較穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生內(nèi)部位移等。

5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉c.突變型此類曲線是關(guān)注的重點(diǎn)。曲線一旦有突變發(fā)生，并且排除測(cè)量誤差、操作錯(cuò)誤和測(cè)點(diǎn)松動(dòng)破壞所引起的突變可能后，一般該點(diǎn)就是隧道穩(wěn)定與否的節(jié)點(diǎn)。此后應(yīng)對(duì)該點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，密切注意該點(diǎn)的變化趨勢(shì)，結(jié)合地質(zhì)因素和施工因素等綜合分析，從而決定是否予以報(bào)警，加強(qiáng)該段圍巖的支護(hù)強(qiáng)度。5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉32d.異常型通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析，發(fā)現(xiàn)除過(guò)上述三種類型曲線外，還存在許多異常型曲線，大致可以歸納為以下三種：

1)全部上揚(yáng)該類曲線一般較少發(fā)生，此時(shí)，三個(gè)拱頂測(cè)點(diǎn)不是下沉，而是上揚(yáng)，發(fā)生此類情況大部分與特殊的地質(zhì)條件有關(guān)。有時(shí)，由于施工因素的影響也可以產(chǎn)生。5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉332)一測(cè)點(diǎn)上揚(yáng)、兩測(cè)點(diǎn)下沉此類曲線基本上是由于隧道的偏壓所致，一般為單側(cè)測(cè)點(diǎn)上揚(yáng)，中間測(cè)點(diǎn)和另一側(cè)測(cè)點(diǎn)下沉。這種變化情況在連拱隧道偏壓中比較常見，如下圖示，左測(cè)點(diǎn)上揚(yáng)，而另外兩測(cè)點(diǎn)全部下沉?？梢缘玫剑淼赖挠覀?cè)山體明顯高于左側(cè)，隧道右側(cè)所受荷載遠(yuǎn)大于左側(cè)，從而在左側(cè)產(chǎn)生支護(hù)結(jié)構(gòu)扭曲隆起上揚(yáng)。此時(shí)，需注意三點(diǎn)的變化量，如果曲線不急劇變化，一般無(wú)大礙，否則就需要采取專門削減偏壓的措施。5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉3)一測(cè)點(diǎn)下沉，兩測(cè)點(diǎn)上揚(yáng)此類曲線產(chǎn)生的原因與b)類曲線基本一致，但從安全程度上而言，其反映出圍巖更不安全。此時(shí)，圍巖的偏壓情況更加嚴(yán)重，值得密切關(guān)注此類測(cè)點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。從2）類和3）類曲線可以看出，如果發(fā)生偏壓現(xiàn)象，一般均會(huì)產(chǎn)生某些測(cè)點(diǎn)的上揚(yáng)，但是拱頂測(cè)點(diǎn)變形一般位于兩側(cè)測(cè)點(diǎn)的中間位置，當(dāng)一側(cè)偏壓嚴(yán)重時(shí)，拱頂測(cè)點(diǎn)發(fā)生上揚(yáng)，否則發(fā)生下沉。5.必測(cè)項(xiàng)目5.3拱頂下沉5.4地表下沉量測(cè)隧道洞口開挖成形后，地表巖土體下沉量。洞口、淺埋段、城市淺埋隧道、地鐵施工量測(cè)內(nèi)容通過(guò)地表下沉量的多少和下沉的快慢，判斷分析隧道洞口圍巖是否穩(wěn)定，為設(shè)計(jì)優(yōu)化支護(hù)參數(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)，保證施工安全。量測(cè)目的量測(cè)頻率量測(cè)頻率同拱頂下沉和周邊收斂的量測(cè)頻率。5.必測(cè)項(xiàng)目地表下沉測(cè)點(diǎn)布置5.必測(cè)項(xiàng)目5.4地表下沉5.必測(cè)項(xiàng)目5.5報(bào)警指標(biāo)分兩個(gè)階段報(bào)警當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過(guò)預(yù)警值的80%時(shí)，在報(bào)表中注明，以引起有關(guān)各方注意。當(dāng)監(jiān)測(cè)值達(dá)到預(yù)警值，除在報(bào)表中注明外，特別出速報(bào)通知有關(guān)各方。根據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042-94）規(guī)定，隧道周邊最大允許相對(duì)位移（指實(shí)測(cè)位移值于兩測(cè)點(diǎn)間距離之比，或拱頂位移實(shí)測(cè)值與隧道寬度之比）為0.20%～0.80%（具體數(shù)值會(huì)同業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工確定）。5.必測(cè)項(xiàng)目5.6二襯施作時(shí)機(jī)各測(cè)試項(xiàng)目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移已達(dá)預(yù)計(jì)總位移量的80%-90%監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)…監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)周邊位移速率小于0.1-0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07-0.15mm/d二次襯砌作業(yè)6.選測(cè)項(xiàng)目6.1鋼拱架應(yīng)力量測(cè)鋼拱架中內(nèi)外鋼筋的軸力和型鋼鋼架內(nèi)外側(cè)的應(yīng)變，從而計(jì)算其所收的軸力和彎矩。量測(cè)內(nèi)容了解拱架與混凝土對(duì)圍巖的組合支護(hù)效果；了解鋼拱鋼架的實(shí)際工作狀態(tài)，視具體情況決定是否需要采取加固措施；判斷初期支護(hù)承載能力，保證施工安全，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。量測(cè)目的6.選測(cè)項(xiàng)目6.1鋼拱架應(yīng)力安裝前，在鋼拱架待測(cè)部位并聯(lián)焊接鋼弦式鋼筋計(jì)，在焊接過(guò)程中注意對(duì)鋼筋計(jì)淋水降溫，然后將鋼拱架由工人搬至洞內(nèi)立好，計(jì)下鋼筋計(jì)型號(hào)，并將鋼筋計(jì)編號(hào)，用透明膠布將寫在紙上的編號(hào)緊密粘貼在導(dǎo)線上。注意將導(dǎo)線集結(jié)成束保護(hù)好，避免在洞內(nèi)被施工所破壞。根據(jù)鋼筋計(jì)的頻率－軸力標(biāo)定曲線可將量測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)直接換算出相應(yīng)的軸力值，然后根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有關(guān)計(jì)算方法可算出鋼筋軸力計(jì)所在的拱架斷面的彎矩，并在隧道橫斷面上按一定的比例把軸力、彎矩值點(diǎn)畫在各鋼筋計(jì)分布位置，并將各點(diǎn)連接形成隧道鋼拱架軸力及彎矩分布圖。測(cè)量方法6.選測(cè)項(xiàng)目6.1鋼拱架應(yīng)力振弦式鋼筋計(jì)鋼筋計(jì)的焊接6.選測(cè)項(xiàng)目6.2圍巖內(nèi)部位移從隧道內(nèi)或在淺埋隧道地表圍巖內(nèi)鉆孔，在孔內(nèi)設(shè)測(cè)試元件，量測(cè)沿鉆孔不同深度巖層的位移值。量測(cè)內(nèi)容判斷圍巖位移隨深度變化曲線找出圍巖的移動(dòng)范圍，深入研究支架與圍巖相互作用的關(guān)系判斷開挖后圍巖的松動(dòng)區(qū)、強(qiáng)度下降區(qū)與圍巖相互作用的關(guān)系判斷錨桿長(zhǎng)度是否適宜，以便確定合理的錨桿長(zhǎng)度判斷相鄰隧道施工對(duì)既有隧道圍巖穩(wěn)定性的影響量測(cè)目的6.選測(cè)項(xiàng)目6.2圍巖內(nèi)部位移多點(diǎn)位移常使用的是四點(diǎn)鉆孔伸長(zhǎng)計(jì)進(jìn)行量測(cè)。它由四個(gè)鉆孔錨頭、四根量測(cè)鋼絲、一個(gè)測(cè)筒、四個(gè)電感式傳感器和它的量測(cè)儀器—數(shù)字位移計(jì)組成。多點(diǎn)位移計(jì)

多點(diǎn)位移計(jì)的安裝6.選測(cè)項(xiàng)目6.2圍巖內(nèi)部位移根據(jù)不良地質(zhì)、突水、洞口淺埋等及有特殊要求的停車、通道交叉地段或業(yè)主及監(jiān)理認(rèn)為有必要監(jiān)控的地段，設(shè)置監(jiān)控量測(cè)斷面。測(cè)孔布置如右圖所示。多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)孔和測(cè)點(diǎn)位置示意圖6.選測(cè)項(xiàng)目6.3錨桿軸力量測(cè)錨桿軸力的大小。量測(cè)內(nèi)容了解錨桿受力狀態(tài)及軸力的大小，為確定合理的錨桿參數(shù)提供依據(jù)。判斷圍巖變形的發(fā)展趨勢(shì)，概略判斷圍巖內(nèi)強(qiáng)度下降區(qū)的界限。評(píng)價(jià)錨桿的支護(hù)效果。掌握圍巖內(nèi)應(yīng)力重分布的過(guò)程。量測(cè)目的6.選測(cè)項(xiàng)目6.3錨桿軸力沿隧道周邊鉆孔，布置與錨桿材質(zhì)相同的量測(cè)錨桿，沿錨桿不同長(zhǎng)度上布置原件，量測(cè)沿錨桿長(zhǎng)度各點(diǎn)的軸力。量測(cè)方法由鋼筋應(yīng)力傳感器連接而成的量測(cè)錨桿。量測(cè)儀器6.選測(cè)項(xiàng)目6.3錨桿軸力錨桿鉆孔和布設(shè)位置示意圖MG型差阻式錨桿應(yīng)力計(jì)錨桿應(yīng)力計(jì)現(xiàn)場(chǎng)焊接6.選測(cè)項(xiàng)目6.4圍巖壓力量測(cè)圍巖與初期支護(hù)之間的壓力以及初期支護(hù)與二次襯砌之間的圍巖壓力。量測(cè)內(nèi)容了解初期支護(hù)、二襯對(duì)圍巖的支護(hù)效果。了解初期支護(hù)、二襯的實(shí)際承載情況及分擔(dān)圍巖壓力的情況。檢驗(yàn)隧道偏壓，保證施工安全，優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。量測(cè)目的6.選測(cè)項(xiàng)目6.4圍巖壓力根據(jù)不良地質(zhì)、突水、洞口淺埋等及有特殊要求的停車、通道交叉地段或業(yè)主及監(jiān)理認(rèn)為有必要監(jiān)控的地段，設(shè)置監(jiān)控量測(cè)斷面，每個(gè)斷面沿隧道周邊在圍巖與初期支護(hù)以及初期支護(hù)與二次襯砌之間埋設(shè)土壓力盒進(jìn)行量測(cè)。測(cè)點(diǎn)布設(shè)∶應(yīng)把測(cè)點(diǎn)布設(shè)在具有代表性的斷面的關(guān)鍵部位上（如拱頂、拱腰、拱腳、邊墻仰拱等），并對(duì)各測(cè)點(diǎn)逐一進(jìn)行編號(hào)。埋設(shè)壓力盒時(shí)，要使壓力盒的受壓面向著圍巖。在隧道壁面，當(dāng)測(cè)圍巖施加給噴砼層的徑向壓力時(shí)，先用水泥砂漿或石膏把壓力盒固定在巖面上，再謹(jǐn)慎施作噴砼層，不要使噴砼與壓力盒之間有間隙，保證圍巖與壓力盒受壓面貼緊。量測(cè)方法6.選測(cè)項(xiàng)目6.4圍巖壓力初襯與二襯間土壓力盒的安裝土壓力盒初襯圍巖間壓力盒布設(shè)位置示意圖

7監(jiān)測(cè)報(bào)告當(dāng)日監(jiān)測(cè)完成后即對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整理，并在第二天形成日?qǐng)?bào)表，日?qǐng)?bào)表包括施工工況、天氣情況、測(cè)點(diǎn)布置圖、觀測(cè)時(shí)間、計(jì)算結(jié)果表、曲線圖及評(píng)價(jià)建議等。監(jiān)測(cè)報(bào)告形式分以下幾種：

(1)日?qǐng)?bào)，當(dāng)日監(jiān)測(cè)完成后即對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整理，并在第二天形成日?qǐng)?bào)表

(2)周報(bào)根據(jù)一周內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以周報(bào)形式定期報(bào)送給相關(guān)單位。

(3)月報(bào)根據(jù)一個(gè)月內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以月報(bào)形式定期報(bào)送給相關(guān)單位。

(4)階段報(bào)告與總結(jié)報(bào)告階段報(bào)告根據(jù)監(jiān)測(cè)需要進(jìn)行?？偨Y(jié)報(bào)告在項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)束后提交。(5)緊急情況下報(bào)告日常巡視過(guò)程中或當(dāng)日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量測(cè)、分析后，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)象出現(xiàn)明顯異常情況或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警、報(bào)警指標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)電話報(bào)告上級(jí)主管部門，并提交緊急情況下報(bào)告。應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量人員的安全教育。量測(cè)人員進(jìn)洞