隧洞安全监测方案

湖北省鄂北地区水资源配置工程2016年第13标段余家沟渡槽～霞家河暗涵施工

（桩号：258+490～264+230）

合同编号：EBSZY/JZAZ 2016-13

隧洞安全监测方案

批准：

审核：

编制：

黄河建工集团有限公司

鄂北工程2016年第13标段项目部

二○一八年八月

目录

1、工程概况 (1)

2、监控量测的目的 (1)

3、编制依据及执行技术规范 (1)

4、隧洞变形监测技术要求 (2)

5、隧洞变形监测方案 (2)

5.1 监测方案设计原则 (2)

5.2 洞内施工期变形监测 (2)

5.3 变形监测频率 (3)

5.4 变形监测方法及数据处理 (4)

6、隧洞沉降观测 (5)

6.1 沉降变形测量点的布设 (5)

6.2 沉降观测方法及频次 (6)

6.3 沉降观测要求 (6)

7、监测控制标准及警戒值 (7)

8、监测资料的分析、预测及信息反馈 (7)

8.1监测资料的反馈程序 (8)

8.2监测信息的反馈程序 (8)

9、监控量测体系 (9)

10、质量保证措施 (10)

11、安全环保、文明施工保证措施 (11)

隧洞安全监测方案

1、工程概况

湖北省鄂北地区水资源配置工程2016年第13标段，鄂北干渠桩号258+490～264+230，总长5.743km，其中隧洞4段，共计2.8815km，分别是长0.2615km的余家沟隧洞（桩号258+668.5～258+930）、长0.13km的武胜关隧洞（桩号260+570～260+700）、长1.49km的汉东寨隧洞（桩号260+940～262+430）、长1km的霞家河隧洞（桩号262+520～263+520）。

隧洞设计断面均为城门洞形，城门洞形断面净尺寸为2.8×3.08 m（b×h），直墙高2.27m，顶拱为半径1.62m、角度120°的圆弧。

本标段四条隧洞均处于低山丘陵地形，隧洞沿线未见大的断层和破碎带。隧洞围岩类别均为均为Ⅲ～Ⅳ类，隧洞均处于地下水位之下，隧洞岩石渗透性较小，不存在大的涌水问题。

2、监控量测的目的

为了掌握围岩在开挖过程中的动态信息和支护结构的稳定状态，提供有关隧洞施工全面、系统的信息资料，为评价和修改支护参数，力学分析及二次衬砌施作时提供信息依据，确保施工安全和支护结构的稳定。在施工中，监控量测是施工过程中必须的施工程序。对围岩支护系统的稳定状态进行监测，是确保施工安全、指导施工程序、便利施工管理的重要手段。

3、编制依据及执行技术规范

1、招标文件

2、投标文件

3、批准的施工组织设计

4、《工程测量规范》 GB50026-2007

5、《水利水电工程施工测量规范》 DL/T5173-2012

6、《建筑变形测量规范》 JGJ8-2007

7、《铁路隧道监控量测技术规程》 Q/CR9218-2015

8、《水利水电工程施工安全防护设施技术规范》 SL714-2015

9、《水工建筑物地下开挖工程施工规范》 SL714-2015

4、隧洞变形监测技术要求

在施工期的安全监测中，根据围岩类别隧洞开挖跨度及洞体埋深情况，按下表估算围岩的允许变形值作为围岩稳定状态的标准值。当实测围岩变形值出现下列情况之一时(见表1)，应立即修正支护参数，进行二次支护或采取新的加固措施。

5、隧洞变形监测方案

5.1 监测方案设计原则

岩体表面变形是隧洞开挖后其应力形态变化的直观反映，对于地下工程的稳定能提供较可靠的信息，也比较容易施测，故此进行隧洞施工期现场变形监测时量测相对位移值，即量测内空收敛变形。施工期现场监测实施的主要目的，在于掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈、指导施工作业；了解支护结构的作用和效果；确保工程施工安全和经济性；将监测的成果反馈于设计与施工过程中。

5.2 洞内施工期变形监测

按照上述设计原则及对施工监测条件的分析，本工程施工监测方案按照隧洞前期地质勘探结果，在隧洞相应位置埋设预埋件，预埋件的长度根据需要加工，连接件与预埋件进行焊接，并使销钉孔方向垂直于洞壁，布置示意图如图5.2-1：

图5.2-1 变形监测点布置示意图

本工程隧洞均为Ⅲ、Ⅳ类围岩，围岩完整性总体一般，局部裂隙发育。变形监测断面按照分段控制的原则，Ⅲ类围岩洞段每隔30～50m设置一个变形监测断面，Ⅳ类围岩洞段每隔10～30m设置一个变形监测断面，在开挖近掌子面的设计断面上埋设测点，测点按照下图进行布置（见图5.2.1），量测采用数显收敛仪。并在Ⅲ、Ⅳ类围岩的不良地质洞段紧跟掌子面布置若干个变形监测断面，以掌握围岩和支护的变形动态信息。

图5.2.1 Ⅲ、Ⅳ类围岩监测点布置图

5.3 变形监测频率

变形监测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表5.3.1和表5.3.2确定。由测点距开挖面的距离决定的监控量测频率和又位移速度决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。

表5.3.1 按距开挖面距离确定的变形监测频率

注：B表示隧洞开挖宽度

5.4 变形监测方法及数据处理

1 首先在测点处牢固的埋设预埋件;预埋件长度根据需要加工，连接件与预埋件的连接，应使销钉孔方向铅直。

2 检查予埋测点有无损坏、松动并将测点灰尘擦净。

3 打开收敛计钢尺摇把，拉出尺头挂钩放入测点孔内，将收敛计拉至另一测点，并将尺架挂钩挂入测点孔内，选择合适的尺孔，将尺孔销插入与联尺架固定。

4 调整调节螺母，仔细观察，使塑料窗口上的刻线对在张力窗口内标尺上的两条白线之间（每次应一致）。

5 记下钢尺在联尺架端时的基线长度与数显读数。为提高量测精度，每次基线应重复测三次取平均值。当三次读数极差大于 0.05mm 时，应重新测试。

6 测试过程中，若数显读数已超过 25mm ，则应将钢尺收拢（换尺孔） 25mm 重新测试，两组平均值相减，即为两尺孔的实际间距，以消除钢尺冲孔距离不精确造成的测量误差。

7 记录数据、时间、温度、尺孔位置和测点编号。

8 一条基线测完后，应及时逆时针转动调节螺母，摘下收敛计，打开尺卡收拢钢带尺，为下一次使用作好准备。

9 记录数据有三项内容，包括数显读数；钢卷尺使用长度及测点附近气温。一般情况下读数取三次平均值，三次读数的偏差应小于 0.05mm 。

10 收敛变形观测的记录数据有三项内容，包括数显读数；钢卷尺使用长度及测点附近气温。一般情况下读数取三次平均值，三次读数的偏差应小于 0.05mm 。

11基线两点间收敛值S 按下式计算：

)()(00n n L D L D S +-+=

式中：0D －首次数显读数，（mm ）；

－首次钢尺长度，（mm ）；

n D 0L －第n 次数显读数，（mm ）；

n L －第n 次钢尺长度，（mm ）。

如第n 次测量与首次测量的环境温度相差较大时，要进行温度修正。公式如下： n n n n L T T L L )('0--=α

式中：'n L －温度修正后钢尺长度，（mm ）；

α—钢尺材料的线膨胀系数，取 1.17 × 610-℃；

n T —第n 次量测环境温度， (℃)；

o T —首次测量环境温度，(℃)；

钢尺温度修正后收敛值()'S 按下式计算：

()()''Ln Dn Lo Do S +-+=

基线缩短，S 或'S 为正值，反之为负。

6、隧洞沉降观测

6.1 沉降变形测量点的布设

沉降变形测量点分为基准点、工作点和观测点三类，其布设按下列要求：

1 基准点，要求建立在沉降变形区以外的稳定地区，基准点使用设计院移交的高程基准点。

2 工作基点，要求埋设在稳定区域，在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程的传递点。

3 沉降观测点，直接埋设在要测定的沉降变形体上。点位应设立在能反映沉降变形体的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。

6.1.1 洞外沉降观测点的布设

本标段隧洞洞外沉降监测主要对象为洞口高边坡，洞口仰坡及侧坡处因地下水含量变化及气温变化的影响，边坡稳定性较差，需对其定期监测，实时掌控其沉降情况，必

要时采取加强支护以保证边坡稳定。每隔2～5m布设一个监测点，在地面以下挖0.3×0.3×0.3m的坑，用混凝土灌填并埋设钢筋（Φ22），钢筋头露出混凝土面10mm（如图6.1.1）。监控量测使用水准仪测定其高程，数据采集完成后进行沉降分析。

图6.1.1 洞外沉降观测点布设示意图

6.1.2 洞内沉降观测点的布设

本标段隧洞为圆洞，结合隧洞内施工期开挖情况，洞内沉降观测主要对象为拱顶，测点同变形观测拱顶点，根据需要制作预埋件，预埋件为销钉，连接件焊接至预埋件，并使销钉孔方向垂直于洞壁，并将反光片贴在连接件上。

6.2 沉降观测方法及频次

1 洞外沉降观测采用四等水准单线路往返测，同一区段的往返测使用同一型号仪器及同一个标尺，观测时应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行，气温突变时不得进行观测。

2 洞内沉降观测采用四等水准单线路往返测，使用全站仪进行观测，每个断面应在开挖后立即进行，至隧洞沉降稳定后进行定期观测并详细记录资料、绘制沉降时程曲线。

3 洞内沉降观测一般不少于3个月，当观测数据不足或沉降评估不能满足设计要求时，适当延长观测期。沉降观测时间分为两个阶段：

1)第一阶段是锚喷支护完成至沉降观测稳定。

2)第二阶段为二衬后的3个月。

4 为方便观测，沉降观测与隧洞收敛观测同时进行。

6.3 沉降观测要求

隧洞水准路线观测按国家四等精密水准测量要求形成附合水准路线，沉降观测点位布设于观测断面隧道内壁两侧，水准路线观测示意图如图6.3所示：

图6.3 隧洞沉降观测水准路线示意图

7、监测控制标准及警戒值

在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断监测对象的稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。

在施工中，以表7的三级管理制度作为监测管理方式进行动态管理。取监测控制标准的2/3作为警戒值，将允许位移值和警戒值之间称为警戒范围，实测值如在此范围，则需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限；警戒值和基准值之间成为注意范围，当实测值在基准值以下时，说明围岩是稳定和安全的。

当位移～时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。

表7 变形管理表

注：U0—实测位移值；U n—允许位移值；U n的取值，即监测控制标准。

根据上述监测管理基准，可选择监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率可适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；在Ⅰ级管理阶则应密切关注，加强监测，监测频率可达到1～2次/天或更多。

监测控制标准应由设计、监理、施工单位及业主根据工程情况共同确定。

8、监测资料的分析、预测及信息反馈

本标段监控量测资料均用计算机配专业技术软件进行自动化初步分析、处理。根据

实测数据分析、绘制各种表格及曲线图，当曲线趋于平衡时推算出最终值，并提示结构物的安全性。

监测人员及时将监测情况汇报项目总工及项目经理，并按施工监理和设计单位要求提交监控量测报告，同时对当月的施工情况进行评价并提出施工建议，及时反馈指导信息，调整施工参数，保证安全施工。

8.1监测资料的反馈程序

为确保监测结果的质量，加快资料反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，监测结果及时上报，并定期向有关单位提交监测报表，同时附相应的测点位移时态曲线图，对当月的施工情况进行评价并提出施工建议。监测资料反馈程序见下图8.1。

图8.1 监测资料反馈管理程序图

(1)通过测点位移－时间曲线的回归分析，推算最终位移、掌握结构及围岩位移变化规律。

(2)当位移－时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急剧增长现象，表明支护体系已呈不稳定状态，应加密监视，并适当加强支护，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。

(3)测点实测变形量或用回归分析推算的最终变形量均应小于允许变形量。当位移变形速率无明显下降，而此时实测变形量已接近允许变形量，或支护混凝土表面已出现明显裂缝时，必须立即采取补强措施，并改变施工方法或施工参数。

8.2监测信息的反馈程序

监测信息反馈流程见下图8.2。

图8.2 监测信息管理流程图

9、监控量测体系

（1）监控量测小组

为了真实反映监测结果，本标段施工监测由工程技术部测量队组成专门监测小组，具体负责各项监测工作。

图7 施工监测管理流程图

（2）监测管理

积极配合监理工程师做好对监测工作的检查、监督和指导，工程完成后，根据监测资料整理出本标的监测分析报告纳入竣工资料中。

（3）现场量测要求

测试前检查仪表设备是否完好，发现故障及时修理或更换；确认测点是否松动或人为损坏，当测点状态良好时方可进行测试工作。

净空变化、拱顶下沉量测应在每次开挖后尽早进行，初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前必须完成读数。

测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。

测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作。及时进行资料整理及信息反馈。

（4）保证措施

1）将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中，作为一个重要的施工工序来抓，并保证监测有确定的时间和空间。

2）制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划。

3）施工监测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。

4）监测组与项目部安全监察部密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。

5）量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。量测仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。量测设备、元器件等在使用前均经过检校，合格后方可使用。 6）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则，量测数据均要经现场检查、室内两级复核后方可上报。量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。 7）针对施工各关键问题开展相应的质量安全小组活动，及时分析、反馈信息，指导施工。

10、质量保证措施

（1）坚持质量标准，进行质量策划

坚持各项质量标准，严格执行施工规范和验收规范，制定合理的施工生产计划，确保施工处于受控状态。

（2）建立内部质量“三检”制度

设立专职质检人员，持证上岗，对施工过程的质量实施检查控制，做好隐蔽工程的

自检工作。采取定期检查与自检、互检、交接检相结合的“三检”制度。

（3）技术交底制度

组织全体人员认真学习施工方案，并进行工程技术、质量、安全的书面交底，做到质量重点人人心中有数，全员参与质量管理。

（4）建立测量复核制度

加强施工技术管理，坚持技术和测量复核制。作业工区设现场测量组，配备专职测量工程师和测量工，用精密导线网控制，确保建筑物定位准确无误。

（5）加强施工过程工序验收的规范管理，保证过程施工质量合格。

（6）测点的埋设符合质量要求。

11、安全环保、文明施工保证措施

（1）进入施工现场人员，必须按规定戴好安全帽及其它防护用品和必要的安全防护用具，佩带上岗证，严禁穿拖鞋、高跟鞋或赤脚工作。

（2）确保施工作业区、施工道路、临时设施、办公区和生活区设置足够的照明。

（3）施工区内设置一切必须的信号装置，包括:标准道路信号,危险信号,控制信号,安全信号,指示信号;并负责维修和保护施工区内所有信号装置并按监理工程师的指示,经常补充或更换失效的信号装置。

（4）做好消防和洪水、气象灾害的预防和预报，做好各种灾害的防护工作。一旦发现有可能危及工程和人身财产安全的灾害预兆时，应立即采取有效的防洪和防灾措施，以确保工程和人员、财产的安全。

（5）编制和发放安全防护手册，并提交监理工程师审批。手册内容应包括安全机构的设置、专兼职人员的配备及防火、防毒、防噪声、救护、治安、爆破和炸药的安全措施等。

（6）搞好防尘、噪音、有毒物的治理工作，保证职工身体健康，切实执行有关国家劳动保护法，保护职工相应的劳保用品和劳动津贴。

（7）监测人员进洞量测必须佩戴安全帽，穿塑胶底鞋，禁止穿凉鞋、拖鞋等，须遵守施工现场的安全管理制度；进入隧洞行走时要注意脚下，避免被磕绊、跌伤、扎伤。

（8）监测人员在洞内发现不良地质要随时向项目总工，项目经理汇报。肉眼可见掌子面附近变形时严禁靠近。