龙山茨岩塘至永顺公路隧道监控量测技术实施方案

湖南省湘西自治州
龙山茨岩塘至永顺公路改建工程
隧道施工监控量测技术实施方案
长沙理工大学
二○○九年四月
目录
1 项目概况 (1)
1.1 石家垭隧道 (1)
1.2 铁路坡隧道 (1)
1.3 凉亭坳隧道 (1)
1.4 大干溪隧道 (2)
2 编制依据 (2)
3 监控量测项目 (2)
3.1 地质观察和支护描述 (3)
3.2 隧道收敛位移量测 (3)
3.3 锚杆轴力量测 (4)
3.4 地表下沉量测 (5)
3.5 围岩内部位移量测 (5)
3.6 围岩压力量测 (6)
3.7 钢支撑内力量测 (6)
3.8 衬砌内力量测 (7)
3.9 围岩弹性波测试 (7)
3.10 爆破震动测试 (7)
3.11 地质超前预报 (8)
4 量测监测频率 (8)
5 量测断面数量及经费预算 (9)
6 监控量测保障工作 (11)
6.1 组织管理与质量保证体系 (11)
6.2 拟投入的主要设备 (11)
6.3 进度安排 (12)
6.4 提交成果 (12)
6.5 质量管理 (13)
湖南省湘西自治州龙山茨岩塘至永顺公路改建工程隧道施工监控量测技术实施方案
1 项目概况
受龙山茨岩塘至永顺公路建设有限公司委托，长沙理工大学对石家垭隧道、铁路坡隧道、凉亭坳隧道、大干溪隧道进行施工监控量测技术研究。

隧道设计技术标准为：
（1）设计行车速度：40km/h
（2）隧道主洞建筑限界净宽：0.75+0.25+2×3.5+0.25+0.75=9.0m
（3）隧道主洞建筑限界净高：5.0m
（4）路基宽：8.5m
1.1 石家垭隧道
石家垭隧道位于龙山县茨岩塘镇附近，进口桩号为K3+210，出口桩号为
K3+670，长为460m，隧道位于R=600m的圆曲线上，纵坡为人字坡（+3%，-2.9%）的竖曲线上，进出口均设置了明洞，隧道茨岩端采用端墙式洞门，永顺端采用削竹式洞门。

1.2 铁路坡隧道
铁路坡隧道位于龙山县红岩镇的铁路坡山田家沟至姚山村段，进口桩号为
K23+515，出口桩号为K24+630，长为1115m，隧道位于R=600m的圆曲线+直线+R=400m的圆曲线上，纵坡为+1.9%的上坡，横向最大超高为2%，进出口均设置了明洞，隧道茨岩端采用削竹式洞门，永顺端采用台阶式洞门。

1.3 凉亭坳隧道
凉亭坳隧道位于龙山县与永顺县分界地段段，进口桩号为K40+955，出口桩号为K41+660，长为665m，隧道位于直线段上，纵坡为-2.97%的下坡，进出口均设置了明洞，隧道茨岩端采用削竹式洞门，永顺端采用削竹式洞门。

1.4 大干溪隧道
大干溪隧道位于永顺县大干溪村的张古老山，进口桩号为K55+119，出口桩号为K55+767，长为648m，隧道位于直线段+R=600m的圆曲线+直线上，纵坡为
-2.927%的下坡，进出口均设置了明洞，隧道茨岩端采用削竹式洞门，永顺端采用端墙式洞门。

2 编制依据
编制的隧道施工监控量测方案按照中华人民共和国国家标准和交通部颁布的有关现行标准、规范、规程、定额，办法，示例等文件和规定进行编制。

在项目实施过程中使用（但不限于）下述标准或规范及资料：
（1）《公路工程技术标准》JTG B01－2003
（2）《公路勘测规范》JTJ 061－99
（3）《公路隧道设计规范》JTG D70－2004
（4）《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1－1999
（5）《公路隧道施工技术规范》JTJ042－94
（6）《公路工程抗震设计规范》JTJ004－89
（7）《公路工程地质勘查规范》JTJ064－98
（8）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086－2001
（9）《地下工程防水技术规范》GB50108－2001
（10）《混凝土结构设计规范》GB50010－2002
（11）龙山茨岩塘至永顺公路石家垭隧道、铁路坡隧道、凉亭坳隧道、大干溪隧道设计技术文件和图纸
（12）施工单位的施工方案、进度计划及有关技术图纸
3 监控量测项目
根据前述编制依据，结合隧道工程地质条件的具体情况，监测项目见表1。

表1隧道监控量测项目表
编号项目名称仪器设备断面布置
1 地表下沉水准仪、塔尺每断面2~5米一个点
2 拱顶下沉水准仪、钢卷尺每断面3个测点
3 周边位移收敛计每断面3对测点
4 围岩内部位移多点位移计每断面3个测点
5 锚杆轴力钢筋计每断面5个测孔
6 围岩压力压力盒每断面5个测点
7 钢支撑内力钢筋计每断面5~7个传感器
8 支护衬砌内力钢筋计、混凝土应变计每断面5~7个传感器
9 围岩弹性波测试超声波仪、数据处理软件每断面3~5对测孔。

10 爆破震动测试测震仪、数据处理软件每次4个测点
11 地质观察和支护描述地质罗盘、相机等每进尺后进行
12 地质超前预报地质雷达、数据处理软件每10米1次
3.1 地质观察和支护描述
在开挖后及初期支护后进行观察并描述隧道围岩地质、地下水情况、初期支护情况。

它与隧道施工进展同步进行的，是隧道设计和施工过程中不可缺少的一项重要地质详勘工作，是围岩工程地质特性和支护措施的合理性的最直观、最简单、最经济的描述和评价，按每3m布设一个断面。

主要仪器：地质罗盘、照相机等。

3.2 隧道收敛位移量测
各测点在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为
0.5~2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。

初读数应在开挖后12h内读取，最
迟不超过24h ，而且在下一循环开挖前，完成初期变形值的读数。

在开挖后的洞壁上及时安设测点，用收敛计（如图1）量测两测点间的距离，按每30m布设一个断面，每断面3个测点，相应量测的基线就有3 条，如图2。

通过已知的高程水准点，用悬吊钢尺和水准仪测出测点高程，如图3。

拱顶下沉每断面3个测点，与周边位移布设在同一断面上，以便使两项测试结果能够相互验证，协同分析与应用。

图1 收敛计
测点
悬挂钢卷尺
图2 周边位移测线布置图3 拱顶下沉量测
3.3 锚杆轴力量测
按Ⅳ、Ⅴ围岩每级围岩每10m布设一个断面，在每一监测断面一般布置3~5根锚杆，每一量测锚杆的钻孔内设测点3个。

具体的布置形式为在拱顶中央1个，在拱基线上（或拱基线上1.5m处）左右各设一个，在两侧墙施工底线板上1.5m处各设一个，如图4。

主要仪器为钢筋应力计，如图5。

号
号
号
号
号
图4 量测锚杆的布置形式
围岩钢筋计对焊焊接
钻孔（填充锚固剂）
钢筋
图5 锚杆内力量测及钢筋应力计
3.4 地表下沉量测
一般采用水平仪进行量测，其量测精度为±1mm ，根据图纸要求进行地表沉降
量测，在施工过程中可能产生地表塌陷之处设置观测点，地表下沉观测点按普通水准基点埋设，并在预计破裂面以外 3~4倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准。

按每洞口处布设1~2个观测断面，如图6所示。

2～5m间隔
不动点
不动点地表测点
图6 地表下沉量测测点布置示意图
3.5 围岩内部位移量测
围岩内变形量测的设备，主要使用位移计（如图7），它可量测隧道不同深度处围岩位移量。

图7 机械式位移计
量测断面应设在有代表性的地质地段，按Ⅳ、Ⅴ围岩每级围岩布设一个断面。

每一量测断面应布设3或5个测点，如图8。

测点三
测点二测点一测点一测点二测点三
测点一测点二测点三测点一测点二测点三
测点一测点二测点三
图8 位移计布置示意图
3.6 围岩压力量测
监控量测断面在较差围岩或代表性地段选择断面，按Ⅳ、Ⅴ围岩每级围岩布设一个断面，每断面选择有代表性的位置进行测点布置（如图9）， 均要在安装钢拱架时将土压力盒按设计位置安设于岩壁与钢拱架之间（如图10）。

压力盒
围岩引出导线
围岩压力盒喷射混凝土
图9 围岩压力测点布置示意图 图10 围岩压力量测
3.7 钢支撑内力量测
量测断面应设在有代表性的地质地段，按Ⅳ、Ⅴ围岩每级围岩布设一个断面，每个断面一般设置5个测点位置。

测点位置与前几项同。

钢架受力的量测工作，应与围岩内空变形的量测工作同步进行，量测频率可参照围岩内空变形的量测时间间隔进行。

3.8 衬砌内力量测
二次衬砌内部应力量测通常包含应力量测和应变量测，按Ⅳ、Ⅴ围岩每级围岩布设一个断面。

通常采用钢筋计、混凝土应变计和压力盒等测试仪器进行量测，如图11。

防水层
喷射混凝土
二次衬砌
围岩
引出导线
围岩
应变计
喷射混凝土
应变计
引出导线
图11 二次衬砌内部应力量测
3.9 围岩弹性波测试
围岩松弛范围量测采用弹性波法，确定岩土介质和结构的力学特征，了解其内部缺陷。

按Ⅳ、Ⅴ围岩每级围岩布设一个断面，每一个断面布设3个测孔，如图12所示，钻孔深度大于锚杆长度，钻孔内每隔0.2~0.5米测试一个点。

常用超声波仪进行测试。

发射接收1接收2水电缆
超声波仪
围 岩
塞子
图12 围岩声波测试
3.10 爆破震动测试
根据测到的震动波形，确定当次爆破震动峰值速度及其对应的主频率，结合地质和支护状况的观测，定出围岩质点震动速度的安全控制值，控制爆破的最大一段药量。

隧道开挖遇到不同围岩时，需作2~5次试验爆破，每炮必测，密切监测爆破震动的同时，当隧道向前掘进一段距离，测出震动随距离的衰减趋势时，利用回归分析方法及时寻求震动峰值速度随比例药量的衰减规律，绘制震动峰值速度随比例药量的衰减曲线，结合地质和支护状况的观察，以及围岩声波测试结果，定出质点震动速度的安全控制值，优化爆破参数。

爆破震动测试传感器布置，如图13。

传感器
爆破传感器
图13 爆破震动测试
3.11 地质超前预报
地质雷达是利用电磁波在不同介质中传播速度不同，传播时间也不同。

按每10m测一次，全长范围内进行测试。

当开挖面前方有断层或破碎带等时，将产生相应的信号异常，如图14两线间信号。

图14 地质雷达检测信号
4 量测监测频率
量测监测频率如表2。

表2 监控量测项目及频率表
序号项目名称
量测间隔时间
1~15日16日~1月1~3月3个月以后
1 地质观察与支护描述每次爆破后进行
2 周边位移1~2次/日1次/2日1~2次/周1~3次/月
3 拱顶下沉1~2次/日1次/2日1~2次/周1~3次/月
4 锚杆内力1次/日1次/2日1~2次/周1~3次/月
5 地表下沉开挖面距量测断面的距离D
D＜1B时，1~2次/日1B＜D＜2B时，1次/日2B＜D＜5B，1次/2日D＞5B时，1次/周
6 围岩体内位移1~2次/日1次/2日1~2次/周1~3次/月
7 围岩压力1~2次/日1次/2日1~2次/周1~3次/月
8 钢支撑内力1~2次/日1次/2日1~2次/周1~3次/月
9 支护衬砌内力1~2次/日1次/2日1~2次/周1~3次/月
10 围岩弹性波测试根据围岩条件进行
11 爆破震动测试根据围岩条件进行
12 锚杆拉拔力根据锚杆批次等进行
B 表示隧道开挖宽度
5 量测断面数量及经费预算
隧道量测断面数量及经费预算如表3、表4。

表3 隧道量测断面数量及经费预算表
编号项目名称单位
数量单价
（元）
总价
（元）
石家垭铁路坡凉亭坳大干溪
一现场测试费用
1 地表下沉断面
2 2 2 2 220017600
2 拱顶下沉断面16 37 22 21 1350129600
3 周边位移断面16 37 22 21 45043200
4 围岩内部位移断面 2 2 2 2 220017600
5 围岩压力断面 2 2 2 2 220017600
6 钢支撑内力断面 2 2 2 2 220017600
7 支护衬砌内力断面 2 2 2 2 220017600
8 围岩弹性波测试断面 2 2 2 2 320025600
9 爆破震动测试次9 9 9 9 3200115200
编号项目名称单位
数量单价
（元）
总价
（元）
石家垭铁路坡凉亭坳大干溪
10 地质观察和支护描述断面160 370 220 210 8076800
11 地质超前预报次23 56 33 32 5200748800二其他费用184000
1 司机工资1人×18月2000 36000
2 保险费5人×2年800 8000
3 通讯费5人×18月200 18000
4 差旅费50000
5 工地食宿5人×18月800 72000 三办公费用45000
1 电脑台 3 5000 15000
2 打印机台 1 2000 2000
3 资料出版费8000
4 其他20000
四现场交通费用219000
1 工作车辆折旧费108000
2 燃油及维修费100000
3 车辆保险费11000
一至四项合计1675200
五税金 5.6% 93811 总计1769011
表4 现场测试费用单价分析详表（含管理费、人工费）
编号项目名称单位
费用组成（元）
单价总计
（元）
仪器购置
或使用
仪器安装数据采集数据分析
1 地表下沉断面400 200 500 1100 2200
2 拱顶下沉断面350 200 200 600 1350
3 周边位移断面100 50 100 200 450
4 围岩内部位移断面1400 200 200 400 2200
5 锚杆轴力根2000 200 200 800 3200
编号项目名称单位
费用组成（元）
单价总计
（元）
仪器购置
或使用
仪器安装数据采集数据分析
6 围岩压力断面1300 200 100 600 2200
7 钢支撑内力断面1300 200 100 600 2200
8 支护衬砌内力断面1300 200 100 600 2200
9 围岩弹性波测试断面600 600 1000 1000 3200
10 爆破震动测试次1200 500 500 1000 3200
11 地质观察和支护描述断面0 0 30 50 80
12 地质超前预报次2200 0 1000 2000 5200
6 监控量测保障工作
6.1 组织管理与质量保证体系
监测人员4人，司机1人。

（1）量测人员相对固定；
（2）仪器的管理采取专人保管，专人负责；
（3）量测设备，传感器等各种器件在使用前均经检查校准合格后方可投入使用；
（4）各量测项目在监测过程中必须严格遵守相应的监测项目实施细则；
（5）量测数据均经现场检查、室内复核后方可上报；
（6）量测数据的存储计算管理均采用计算机系统进行；
（7）现场量测的测点埋设、数据采集。

围岩及相关信息、采用专门表格记录，全部实行表格化管理，表格签署齐备，责任落实到每一个人。

6.2 拟投入的主要设备
拟投入的主要设备如表4。

表4 主要设备
序号设备数量备注
1 精密水准仪1台
2 周边收敛仪2台
3 频率计2台
4 压力盒多台
5 钢筋计多台
6 应变计多台
7 多点位移计多台
8 超声波仪1台
9 爆破震动测试仪4台
10 地质雷达1台
11 照相机1台
12 地质罗盘4台
13 电脑3台
14 打印机1台
15 汽车1辆工地交通
6.3 进度安排
根据项目段隧道的实际施工情况，满足量测技术的规范要求，并结合业主的需要，制定隧道监控量测工作进度计划，工作总体安排按以下三个阶段进行：（1）合同签订一周以内，组织人员，量测仪器、设备、加工元件进场；
（2）根据工程进度进行现场测点布设、埋设传感器、数据采集，根据要求认真编写监控量测中间报告。

按月提交监控量测阶段报告成果，根据工程需要提交异常报告或预警报告；
（3）进行工作总结并提交监控量测总报告。

6.4 提交成果
提交成果的形式和内容：
（1）监测单位认真、及时整理监控量测中间成果报告并提交监控量测阶段报告；如发现监测数据异常及险情，以异常报告或预警报告的形式向业主汇报，同时对该信息进行分析和评价，给出工程措施建议；
（2）进行工作总结并交监控量测总报告。

湖南省湘西自治州龙山茨岩塘至永顺公路改建工程 隧道施工监控量测技术实施方案
6.5 质量管理
（1） 加强现场技术干部和工人质量管理意识，树立质量第一的观念。

（2） 坚持全过程实行全面质量管理制度，先指导→中间检查→纠正→质量验收，发现问题，立即解决。

（3） 野外工作足够技术人员进行现场管理，为确保质量，在监控量测过程中应随时进行检查，发现问题，及时反馈解决。

长沙理工大学土木与建筑学院 二〇〇九年三月
确定理论控制数据。