隧道监控量测技术应用_交通运输_工程科技_专业资料

幅口段、浅埋 段h.0≤2b)
0.5m m
2次/d； 开挖面距量测断面前后＜5b时，1次 /2~3d； 开挖面距量测断面前后＞5b时，1次
/3~7d.。
4.1 地质、支护状态观察
该项目包括对掌子面观察和支护结构的支护效果观察。掌子 面工程地质和水文地质情况观察包括岩石的名称、岩层产状、断 层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状。每茬炮后需要观 测一次。支护状态观察包括初期支护状态和已施工区域支护效果 观察。如喷射砼开裂部位、宽度长度及深度。二次衬砌的整体性 、防水效果等，每天观察一次。洞内状态观察是可靠性很高且最 直接的判断资料。对洞外边仰坡稳定和地表渗透观察按要求进行 描述；做好相关的观察记录。观察使用地质罗盘、地质锤、钢卷 尺、放大镜、秒表、手电、照相机或摄像机等。
4.3 拱顶下沉量测
拱顶下沉量测数据，主要用于确认围岩的稳定性。测点布设方法 是在拱顶中心位置，常与周边量测点布设在一起，即布在主量测断面。 用凿岩机钻孔，然后将藕合剂（锚固剂）置入孔中，最后将收敛预埋 件敲入，旋正收敛钩，以利收敛计悬挂和观测。待凝固后，拱顶下沉 量测采用收敛计进行数据采集。
拱顶下沉量测的方法常有三种：
2、监控量测的目的及意义
（1）确保安全：为此需要掌握围岩和支护状态，进行动态管理，根据 量测信息，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。 （2）指导施工：量测数据经过分析处，总结隧道围岩及支护变形规律 ，预测和确认围岩最终稳定时间，指导施工顺序和施作二次衬砌时间， 以安排合理的施工顺序和二次衬砌施作时机。 （3）修正设计：根据隧道开挖后所获得的量测信息，进行综合分析， 修正支护参数和检验施工预设计，确保设计与施工的合理性和经济性。 （4）积累资料：已有工程的量测结果可以直接应用到后续同类围岩中 或者间接地应用到其他类似的工程中，作为设计和施工的参考资料。
6、隧道监控量测成果分析
6.1举例：某某隧道K133+180断面周边位移(对数函数) 1). 回归曲线:
图1-周边位移-时间曲线
回归函数： AB： y = -6.578+3.018Ln(x)； Xmax4 55, Ymax = 11.895
AC： y = -6.421+2.933Ln(x)； Xmax =4 55, Ymax = 11.530
围岩
B
C
测头
测头
D
E
a)测线布置图
b)B、C、D、E测点示意图 c)A测点(拱顶）示意图
拱顶下沉和周边收敛测线布置图
测头
断面布置图
不同施工方法断面布置图
台阶法测点布置示意图 CRD法测点布置示意图
不要焊接在钢拱架上
数据分析
我们用测线布置图中的BC和DE边的值变化来实现对净空水平收 敛的量测。周边收敛数据处理：回归分析时，一般同时采用下面的 三种函数，通过对比，推算最终位移时采用三个函数中回归精度 （拟合程度）较高的一个函数，不同测点的回归函数可能不同。
施工状态 正常施工 加强支护 采取特殊措施
注：U0 为实测变形值，Un允许变形值，Un的确定：Un的确定应 考虑围岩级别、隧道埋置深度等因素并结合现场条件选择。
5.2 变形监测速度管理基准
依据《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）规定，进行围岩稳定判 别，其判据如下所示：
①根据位移速度变化判别：周边位移变化速度持续大于1.0mm/d时，围 岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统；周边位移变化速度小于 0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。
见下照82隧道监控量测工程应用实二2015年4月我公司在昆明绕城高速公路东南段的澄江隧道左幅出口端监控量测工作以来我方及时提交监控量测预警报告共5期每一期预警报告业主都非常认可同时派专家都到现场勘查并要求施工单位停工处理或采取加固临时措施避免了隧道塌方事故发生
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新奥法隧道施工监控量测技术应用 交流会
大于3个 月
2
周边位移
各种类型位移 计
每个面2断1～0面～3对，50测每m点断一。0m.1m
1 ～ 2 1 次 1～2次/ 1～3次/
水准测量的方
次/d /2d 周
月
3
拱顶下沉
法，水准仪、 每10～50m一 0.1m
钢尺等（全站 个断面
m
仪器）
开挖面距量测断面前后＜2b时，1～
4
地表下沉
水准测量的方 法，水准仪、 铟钢尺等
A点：围岩基本达到稳定。 分析结果(根据位移变化加速度计算)
A点：速率不断下降，围岩趋于稳定状态。 3). 综合分析
K133+180监测断面拱顶A测点累计位移较大、但位移速度逐渐减小，表 明围岩变形偏大，应密切注意围岩动向，有待观测。
6.3 大风丫口隧道地表下沉数据分析
桩号
K101+4 47
水准测量记录表及计算应用
5、监测数据管理措施
5.1变形监测项目管理基准
针对隧道监控量测，建立监测变形管理等级标准，管理等级分三 等，其等级划分及相应基准值见下表。通过对监测结果的比较和分析 来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。
表变形管理等级标准表
管理等级 Ⅲ Ⅱ Ⅰ
管理位移 U0＜Un／3 Un／3≤U0≤2Un／3 U0＞2Un／3
由勾股定理：Xa2+h2=m2、Xb2+h2=n2、Xc+Xb=L
解方程得：Xb=（L2+m2-n2）/2L、 Xc =（L2+n2-m2）/2L、
h2 = m2-Xb2 = n2-Xc2
我们用h值的变化来实现对拱顶下沉的量测。拱顶下沉数据处
理：回归分析时，与周边收敛的数据方法相同。（如果隧道存在
整体沉降数据分析不准确）
④参照标准水准点埋设方法，埋设2个临时水准基点．临时水准基点应埋设在通 视条件良好的隧道两侧稍远区域、不受隧道开挖下沉的影响稳固地点，所有 测点应和基点联测以取得原始高程。
测点埋设与监测 ①基点埋设在隧道开挖纵、横向（3～5）倍洞径外的区域，参照标准水准点埋设方
法，埋设2个基点，以便互相校核，每个断面7~11个测点。所有基点应和附近水 准点联测取得原始高程。
2016.1.12 昆明
范明坤 高级工程师 交通部试验检测师
目录

1 监控量测的定义

2 目的及意义

3 要求及流程4 内容及方法5 数据管理措施

6成果分析及应用

7注意事项

8典型案例
1、隧道监控量测的定义
隧道现场监控量测是指在隧道施工过程中，对围岩和支护 、衬砌受力状态的量测。现场监控量测是监视围岩稳定，判断 支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段 ；也是保证新奥法安全施工、提高经济效益的重要条件；为施 工中可能有的工程变更提供科学依据；它贯穿隧道施工的全过 程。为此《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009） 中规 定：采用复合式衬砌的隧道，必须将现场监控量测项目列入施 工组织设计，制定监控量测计划，并在施工中认真实施。
地表下沉量测数据计算
地表下沉采用闭合测量法，这样有利益我们检查是否有 误，当闭合差超过3mm时，我们必须重新测。
在地形较陡、视线不通时我们有时候一站不能测完，此 时我们可以设置转点。
当地表下沉累计量到4～6cm时我们要加强观测，必要调 整施工工艺或提交量测预警报告。
数据处理（仪高法计算）见下表。
二阶导数（加速度）
5.3 二次衬砌施工条件
隧道位移监控量测结果必须同时达到下列三项标准时，才 可以进行二次衬砌施作：
① 隧道周边位移水平位移速度小于0.2mm/d；拱顶或底板 垂直位移速度小于0.1mm/d。（回归曲线后得到的速度）
② 隧道周边水平位移速度，以及拱顶或底板垂直位移速度 明显下降；
③ 隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。
3、监控量测的要求及流程
3.1量测的要求:
快速埋设测点(一般设置在距掌子面、工作面2m范围内，开挖 后24小时、下次爆破前测取第一次读数。）
测量读数在隧道内尽量要快；保证测量点不被破坏；读数准确 可靠
3.2监测断面布置：
根据隧道围岩的级别不同，监控量测的周边位移、拱顶下沉量
测断面布置如下：
围岩级别 Ⅴ Ⅳ Ⅲ
（1）用收敛计量测
该方法投入较少，用收敛计量测来获取数据，操作简单，且仪器 设备投入少；但后期的数据处理较多，可用计算机编程来实现计算， 提高工作效率。在实际隧道中主要是挂勾子太困难。（首推全站仪贴 反光片来完成）
（2）用水准仪量测(差值法计算) 该方法用一测量钢尺和高
精度的水准仪配合测量来实现 对拱顶下沉的量测。测量时把 钢尺挂在预埋的测点上，下挂 一1Kg的垂球保持钢尺牵直，有 水准仪读取钢尺上的读数，来 实现数据的采集。最后采用差 值法来计算，如果隧道较长， 里面的BM点不好控制，视线不 是很明显。
6.2举例：某某隧道k133+180拱顶下沉(对数函数) 1). 回归曲线:
图4、拱顶下沉位移-时间曲线
图5、拱顶下沉速度-时间曲线
图6、拱顶下沉加速度曲线-时间曲线
2). 稳定性判别表: 变形等级管理(根据累计位移计算)
A点：管理等级：I，施工状态：应采取特殊措施 分析结果(根据位移变化速度计算)
4.4 地表下沉量测
监测断面布设原则
①地表下沉量测，在浅埋隧道和隧道的洞口段通常位于软弱、破碎、自然时间 较短的围岩中；每个隧道至少2个断面，若出现不良地质情况时，加设监测 断面；
②当现场地形陡峭及有树木遮挡时，作适当的调整；
③每个断面上测线与隧道中心线垂直，埋设测点时中心监测点设在隧道轴线的 地表位置，其它监测点沿中心线对称布置，测点间距由中心监测点开始至距 离地表隧道轴线最远一点由密至疏布置，具体距离按2～5m布置，宽度范围 为：W = B（开挖宽度）+ H/2（两侧埋深的一半）；
2、监控量测的目的及意义
监控量测可以及时提供隧道洞内拱顶下沉、周边位移和地表 下沉测量，及时判断隧道围岩及支护结构变形和隧道洞口浅埋段 地表沉降和稳定情况，通过上述监控，可以判断施工工艺的可行 性，提出更加恰当的施工方法。实现隧道信息化动态施工控制， 达到既能安全快速施工，又能节省工程造价的目的。同时若进行 选择项目（支护结构应力状态量测和围岩体内部位移等信息）， 可以对隧道支护参数的合理性进行分析判断，为支护参数的调整 提供科学的依据。
图2、周边位移速度-时间曲线
回归函数： AB： y = 3.018/x； Xmax = 455, Ymax = 0.007 AC： y = 2.933/x； Xmax = 455, Ymax = 0.006
图3、周边位移加速度-时间曲线
2). 稳定性判别表: 变形等级管理(根据累计位移计算)
AB线：管理等级：III，施工状态：可正常施工 AC线：管理等级：III，施工状态：可正常施工 分析结果(根据位移变化速度计算) AB线：围岩基本达到稳定。 AC线：围岩基本达到稳定。 分析结果(根据位移变化加速度计算) AB线：速率不断下降，围岩趋于稳定状态。 AC线：速率不断下降，围岩趋于稳定状态。 3). 综合分析 综上所述： K133+180监测断面AB线累计位移、位移速度均较小、围岩趋于 稳定，可正常施工。AC线累计位移、位移速度均较小、围岩趋于稳定，可正常 施工。
断面间距（m） 5～10 10～30 30～50
现场工作程序
准备工作 确定埋设断面 测点埋设 数据采集 数据整理分析 资料归档
4、监控量测内容及方法
序号 1
项目名称 方法及工具
布置
测试 精度
洞内、外观 察
地质素描；地 质罗盘、地质 锤；相机
开挖后及初期 支护后进行
—
1～15d —
量测间隔时间
16d ～1 1～3个月 个月
（3）用全站仪量测 该方法用全站仪来实现对拱顶下沉的量测。测量时在拱顶测
点位置贴一个反光膜，用全站仪测量测点处的标高，来实现数据 的采集。
断面布置图
不要焊接在钢拱架上
根据测线布置图 ，由于ABC在同
一垂直面内，其计算方法如下：
B
C
令BC=L、AB=m、AC=n、BH=Xb、CH=Xc、AH=h。
②在测点位置，开挖成长、宽、深均为200mm的坑，然后，放入地表测点预埋件 （自制），测点四周用混凝土填实，待混凝土固结后即可量测。
③地表下沉用高精度水准仪进行观测。观测时坚持四固定原则，即施测人员固定， 测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定。从地表设点观测，根据下 沉位移量判定开挖对地表下沉的影响，以确定隧道支护结构。
4.2 周边位移量测
周边位移量测是最基本的主要量测项目之一，布置在主测断 面。先在测点处用凿岩机（或电钻）在待测部位成孔，然后将 藕合剂（锚固剂）置入孔中，最后将收敛预埋件敲入，旋正收 敛钩，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，以利收敛计悬挂和 观测。待凝固后，周边收敛量测采用收敛计进行数据采集。
围岩