隧洞项目施工监测控制

隧洞项目施工监测控制
1、隧洞监测的目的及要求
现场监控测量是现代化施工管理的重要组成部分，它不仅能指导施工，预报险情，确保安全，而且还通过现场监控量测获得围岩动态为支护提供信息依据，还能为隧洞工程设计与施工积累资料，为今后的设计和施工提供类比依据，因此必须做好这项工作。

隧洞在施工过程中要加强监控量测，隧洞进行开挖后立即进行围岩状况的观测和记录，观测工作面状态、围岩风化程度、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及喷锚混凝土的效果。

观测后进行工程地质特征的描述，绘制开挖工作面略图地质素描），填写工作面状态记录表及围岩类别判定卡。

同时，对已施工区段的观测每天至少进行一次，其内容包括喷锚混凝土、锚杆、钢支撑的状况。

全面掌握施工运行状况，进而合理改善施工方案，优化设计和施工。

施工监测的主要要求如下：
（1）及时了解施工中围岩和支护结构的力学动态信息，及时反馈信息指导施工作业，保证施工安全；
（2）通过对围岩和支护结构的变形、应力量测，及时修改支护参数，不断优化施工方案；
（3）根据“新奥法”原理，通过围岩量测，确定适时进行被覆盖混凝土施工的合理时间；
（4）通过对工作面状态、围岩地质变化情况、地下水分布情况等进行全面的了解，预测可能出现的施工隐患，做到提前分析，制定预备方案，防患于未然；
（5）通过监控量测及时掌握施工效果，以改进施工工艺，进一步提高工程
质量。

2、隧洞监测实施
2.1量测项目
根据国家规范的规定和设计图纸要求，对隧洞可确定必测项目和选测项目。

必测项目为：洞内外观测、水平相对净空变化值以及拱顶下沉量测。

选测项目为：地表下沉量测、围岩内部变形量测、锚杆轴力量测、围岩压力量测、支护及衬砌应力量测、钢架内力及所承受的荷载量测、围岩弹性波速度测试以及隧洞渗压监测和裂缝监测。

选测项目根据图纸要求和施工具体情况以及设计单位和工程师的指示选定。

另外，根据具体施工的需要，又可分为临时观测项目和永久性观测项目临时观测项目主要有洞内外临时需要所进行的观测和周边位移量测等；永久观测项目主要包括围岩变形观测、隧洞渗压监测、隧洞裂缝监测、隧洞衬砌结构的应力应变监测和隧洞围岩压力监测见表2-1所示）。

2.2测点密度与量测频率
（1）洞内外观测
洞内观测分为开挖工作面观测和初期支护状况观测两部分：开挖工作面在每次开挖后一次喷射混凝土前进行，地质情况基本无变化时，可每天进行一次。

观测内容包括围岩状况的观测和记录，观测工作面状态、围岩风化程度、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及喷锚混凝土的效果。

观测后进行工程地质特征的描述，绘制开挖工作面略图地质素描），填写工作面状态记录表及围岩类别判定卡。

对初期支护的观测也应每天至少进行一次，观测内容包括检查喷射混凝土有无裂损及发展，锚杆有无松动，钢架支护工作状态等，并做好相应的记录。

（2）周边位移量测
量测开挖断面的收敛情况，包括量测拱顶下沉、净空水平收敛以及在断层带底拱上鼓量测必要时）。

根据相关要求，结合本标段具体情况和设计图纸，我们采取拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距为：V级围岩断层破碎带5〜10m，一般IV〜V级围岩地段10〜20m，III级围岩地段不大于25m，II级围岩不大于40m。

为掌握各级围岩位移变化规律，在各级围岩起始地段增设量测断面。

各测点尽可能靠进工作面掌子面）埋设，一般离掌子面约5〜20m，在下一
循环掘进前完成初始读数，24h内完成初期变形值的读数。

净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。

量测频率见表2-2,实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。

表2-2量测频率表
注：B为开挖洞宽
对于特殊地段、部位及不良地质段，都将在原布点密度的基础上，增加布点密度，同时增加测量频率。

3、其它施工项目监控量测方法
其它施工项目监控量测方法见表3-1。

表3-1其它施工监控量测项目表
4、运用各种量测仪表和工具监控量测方法
4.1测量要点
(1)洞内观察
开挖工作面的观察，在每个开挖面进行，特别是软弱围岩条件下，开挖后应立即进行地质调查，并绘出地质素描。

若遇特殊不稳定情况时，应派专人进行不间断观察。

(2)围岩位移量测
围岩位移量测是在钻孔中埋入单点或多点位移计以测试岩体内部各点的相对位移。

围岩位移量测断面纵向间距一般为净空变化量测断面间距的3〜5倍。

(3)净空变化量测和拱顶下沉量测
净空变化量测和拱顶下沉量测在同一断面上进行。

量测断面的间距与隧洞长
度、围岩条件、开挖方法等多种因素有关，一般按表4-1选用。

表4-1净空变化量测和拱顶下沉量测间距表（单位：m）
III 10 10 15 20 II
5
5
10
10 〜20
4.2测点布置和量测
（1）净空量测测点布置
净空变化量测基线在横断面上的布置见表4-2和图4-1所示。

（2）净空量测
把净空变位仪的短杆固定在施测的两测点的岩体内。

根据围岩条件确定量测间距。

量测精度：在变位量比较小的情况下，一般为0.1mm ，在变位量比较大的 情况下为1mm 。

(3) 拱顶下沉测点布置
拱顶下沉量测测点，一般布置在拱中和两测拱腰，每断面布置三点，当受通风管或其它障碍时，可适当移动位置。

(4) 围岩位移和锚杆轴力量测
一般地段
特殊地段
出洞段
F7断层洞段
膨胀或
偏压地段
实施B 类 量测地段
全断面
1 -2条水平基准
线
1 -2条水平基准
线
三条三角形基
线
三条基线
三条基线
表4-2净空变化量测基线布置表
-条水平基线
二条水平基线 三条暴线 四条基
线
图4-1净空变化量测基线布置图
根据围岩条件和工程重要程度，每断面设置2〜5个测点。

(5)现场量测及永久观测仪器埋设断面见图4-2。

\ -- i> —:——一————:
2个测位3个测位5个测位
图4-2围岩位移和锚杆轴力测点布置图
4.3量测频率和结束量测的时间
(1)量测频率主要根据位移速率和测点距开挖面距离而定，一般按量测频率表选定，即测量桩埋设后，初期测试频率要每天1〜3次，随着围岩渐趋稳定，量测次数可以减少，当出现不稳定征兆时，应增加量测次数。

(2)结束量测的时间
当围岩达到基本稳定后，以1次/3日的频率量测2周，对数据采用线性回归分析后，当显示其变化趋于无变化时，则可结束量测。

4.4观测资料的整编与分析
(1)观测资料的整编
这一阶段的主要工作是对现场观测所得的资料加以整理，编制成图表和说明，
使它成为便于使用的成果。

其具体内容为：
1）核各项原始记录，检查各次现场观测值的计算有否错误;
2）对各种观测值按时间逐点填写观测数值表；
3）绘制各种变形过程线或变形分布图。

量测数据的整理见表4-3。

表4-3量测整理明细表
（2）数据处理分析与应用
1）根据所绘的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，提供修改设计参数依据。

2）当隧洞喷射混凝土出现大量的明显裂缝或隧洞支护表面任何部位的实测收敛值已达
到表4-4允许值的70%，且收敛速度无明显下降时，及时根据实测值找出回归方程，绘
出回归曲线，由回归方程推算最终位移值；若最终位移值接近或超过表中的净宽允许相
对位移值时，采取补强初期支护措施，并改变支护设计参数。

表4-4净空允许相对收敛值表的
3）当隧洞净空收敛值的速度明显下降，收敛量已达总收敛量的80%〜90% ,且净空收敛小于0.2mm/d（隧洞经验认为水平收敛速度小于0.2mm/d或拱顶位移速度小于0.15mm/d）时，可认为围岩已基本达到稳定，此时方可进行二次衬砌。

根据安全监测实施原则和要解决的工程问题，结合本工程的特点，承包人应进行的监测项目包括（但不限于）以下内容：
隧洞内外观察；隧洞内周边位移量测和隧洞内拱顶下沉量测。

4.5现场临时监控量测的内容和方法
（1）洞内外观察
承包人在隧洞开挖后应立即进行围岩状况的观察和记录，观察工作面状态、围岩风化程度、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及喷射混凝土的效果。

观察后应进行工程地质特征的描述，绘制开挖工作面略图（地质素描），填写工作面状态纪录表及围岩类别判定卡。

对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架支撑的状况。

（2）周边位移及拱顶下沉量测
隧洞施工期周边位移量测及顶拱下沉观测，通过对开挖围岩面变形的及时观测，获得围岩变形的动态信息，再通过位移反分析，提出正确的支护参数、合适的支护时机、判断支护效果，完善支护设计以指导工程施工。

监测时，利用预埋在监测断面的3〜5个测点，使用收敛仪和人工读数仪进行收敛量测，利用水准仪监测拱顶点的沉降。

量测隧洞断面的收敛情况，包括量测拱顶下沉、净空水平收敛以及底拱鼓起(必要时)。

各测点应采取妥善措施避免爆破作业时被破坏，测点尽可能靠近工作面埋设，各类量测点应安设在距开挖面1m范围之内，并应在工作面开挖后12h内和下一次爆破之前测取初次读数。

4.6监测设备布置
(1 )收敛监测
II类围岩不设监测断面；II类围岩存在不利组合结构和软弱夹层部位或结构面抗剪强度较低部位加密设监测断面，一般监测断面间距不大于5倍洞径；IV、V类围岩存在不利组合结构和软弱夹层部位或结构面抗剪强度较低部位加密设监测断面，一般监测断面间距不大于3倍洞径，在监测过程中，根据各类围岩中的稳定性类别，调整断面间距，监测断面数量可能增加或减少。

每个监测断面设3〜5个收敛测点。

(2)沉降监测
因为收敛监测断面的每个顶拱测点兼作沉降测点，所以收敛监测断面即为沉降监测断面。

(3)断层段的加强监测
在断层段每隔5m设置一个监测断面，对每天所测的数据进行汇总分析，根据监测成果判断是否需要采取加强支护。

4.7观测仪器设备、安装和埋设
（1）承包人提供性能稳定、质量可靠、耐用、精度符合要求的仪器设备。

若监理人认为仪器设备不满足要求时，承包人则应按监理人指示立即予以更换，并在7天内提供更换后的仪器设备资料。

（2）承包人按使用说明书的要求，进行设备的安装和埋设。

若监理人在检查中发现承
包人违反操作规定或使用已失效的设备，监理人有权指令承包人立即停止埋设，并更换不合格的仪器设备。

（3）收敛测点的安装和埋设
1）测点布置
按施工设计图纸的要求，在量测断面上选择位置埋设收敛固定标点测桩，测桩应切实牢固，不能有任何松动：测环钢丝工作部分必须保持光滑，并做好测桩保护；
顶拱点要尽量埋在顶拱中部，对应的边墙点要尽量埋在同一高程位置；
记录岩石名称、地质构造描述、开挖施工情况。

2 ）观测
观测断面的布置应在距离掌子面l.0m以内，尽量靠近掌子面；
测试精度为0.05mm ,环境温度误差在0.2C以内；
安装初期（或在掌子面附近），应每天观测1〜2次，正常情况下每周3〜4次，稳定后每周观测1次；
绘制收敛值与时间的关系曲线，绘制收敛值与开挖距离的关系曲线;
根据测试结果，分析预报开挖期间围岩稳定情况。

5、现场施工监测资料分析
（1）量测频次
拱顶下沉量测与净空水平收敛量测宜用相同的频率，应从表中根据变形速度和距开挖面的距离选择较高的一个量测频率。

测频率应满足表5-1、5-2规定：
表5-2量测频率（变形速度）
注：B为毛洞宽度。

其它各项量测的间隔时间应根据该项日量测数据的稳定程度进行确定和调整。

各项量测作业均应持续到变形基本稳定后1〜3周，停止量测作业须经监理
人批准。

(2)现场施工监控量测的数据处理与反馈
现场监控量测的各类数据均应及时绘制时态曲线(例如位移〜时态曲线)。

应注明施工工序和开挖面距离量测断面的距离。

位移时态曲线的曲率趋于平缓时，应对数据进行回归分析或其它数学方法分析，推算最终位移值，确定位移变化规律。

隧洞周边的实测位移相对值或用回归分析推算的最终位移值均应小于《锚杆喷射混凝土支护技术规范》所列数值，其中TBM施工段周边实测位移量耍求小于40mm 。

如果位移速度无明显下降，而此时实测位移相对值已经接近上述规范规定的数值，同时支护混凝土表面已出现明显裂缝：或者实测位移速度出现急剧增长时，必须立即采取补强措施，并改
变施工程序或设计参数，必要时应立即停止开挖，进行施工处理。

经现场地质观察评定，认为在较大范围内围岩稳定性较好，同时实测位移值远小于预计值而且稳定速度快，可适当减小支护参数。

采用两次支护，后期支护的施作，应在同时达到下列三项标准时进行：
隧洞周边水平相对位移速率小于0.2mm /天：拱顶或底拱垂直位移速度小于0.lmm/ 天；
隧洞周边水平相对位移，拱项或底拱垂直位移速率明显下降；
隧洞位移相对值已达到回归位移曲线求出的总位移90%以上。

承包人应对现场监控量测的成果进行分析，并及时将分析结果反馈给监理人，以便监理人及时作出调整支护参数的指示。

现场临时监测项目的结果分析应结合永久监测项目的监测结果，并以此结果分析确定支护结构的性态及安全性。