【高速铁路】高速铁路隧道监控量测技术详细讲解(原版)

隧道施工监控量测技术2014年08月20日汇报内容◆监控量测的必要性◆监控量测的目的◆监控量测的要求◆监控量测项目与必测项目方法◆量测数据处理及应用◆中铁一局一工区监控量测实施情况概述隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护、衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，统称为监控量测。

它是保证工程质量的重要措施，也是判断围岩和衬砌是否稳定，保证施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提供设计信息的主要手段。

一、隧道监控量测的必要性1.隧道工程作为工程建筑物，受力特点与地面工程有很大的差别。

由于隧道处于千变万化的岩体之中，其所受外力是不明确的。

2.隧道在开挖、支护、成形、运营的过程中，自始自终都存在受力状态变化这一特性。

可见，隧道监控量测是从个体到群体解决隧道力学、设计、施工问题的一种重要手段和主要途径。

二、监控量测的目的1、确保安全；根据量测信息，预见事故和险情，防患于未然。

2、指导施工；分析处理量测数据，预测和确认隧道围岩最终稳定时间，指导施工顺序和施作二次衬砌时间。

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与设计。

4、积累资料；应用到后续同类围岩中。

三、监控量测的要求1、能快速埋设测点；测点应紧靠工作面快速埋设，尽早测量。

一般设置在距开挖工作面2m范围内，开挖后24h内、下次爆破前测取初读数。

2、每一次量测数据所需时间应尽可能短。

3、测试数据应准确可靠。

4、测试数据直观，不必复杂计算即可直接应用。

5、测试元件应有足够的精度。

四、量测项目与必测项目方法（一）、隧道施工监控量测的项目施工监控量测的项目包括必测项目和选测项目，应根据隧道工程地质条件、围岩类别、围岩应力分布情况、隧道跨度、埋深、工程性质、支护类型等因素确定。

监控量测必测项目序号项目常用测量仪器备注1洞内、外观察现场观测、数码相机、罗盘仪2拱顶下沉水准仪、钢挂尺或全站仪3净空变化收敛计、全站仪4地表沉降水准仪、铟钢尺或全站仪隧道浅埋段监控量测选测项目序号量测项目仪器设备1围岩压力压力盒2钢架内力钢筋计、应变计3喷混凝土内力混凝土应变计4二次衬砌内力混凝土应变计、钢筋计5初期支护与二次衬砌间接触压力压力盒6锚杆轴力钢筋计7围岩内部位移多点位移计8隧底隆起水准仪、铟钢尺或全站仪9爆破振动振动传感器、记录仪10孔隙水压力水压计11水量三角堰、流量计12纵向位移多点位移计、全站仪（二）、必测项目的观测方法1、隧道内、外目测观察方法细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事又作用大，它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视。

（1）、隧道目测观察的目的A、预测开挖面前方的地质条件。

B、为判断围岩的稳定性提供地质依据。

C、根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠性。

（2）、观察内容：A、开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比。

已施工地段观察，应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。

B、洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建(构)筑物进行观察。

2、周边位移量测周边收敛量测主要是隧道内壁两点连线方向的距离的变形量的量测。

收敛值为两次量测的距离之差。

周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映。

（1）、收敛量测的间距与测点数量必测项目量测断面间距和每断面测点数量断面间距（m）围岩类别V～VI5～10IV10～30III30～50注:Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。

地段开挖方法一般地段特殊地段全断面法一条水平测线—台阶法每台阶一条水平测线每台阶一条水平测线，两条斜测线分部开挖法每分部一条水平测线CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部，每分部一条水平测线，两条斜测线、其余分部一条水平测线净空变化量测测线数各工法断面净空量测测线布置图（2）、量测频率：量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面距离按位移速度位移速度（mm/d）量测频率≥52次/d 1～51次/d 0.5～11次/2～3d 0.2～0.51次/3d ＜0.21次/7d 按距开挖面距离(注：b为隧道开挖宽度)量测断面距开挖面距离（m）量测频率(0～1)b2次/d(1～2)b1次/d(2～5)b1次/2～3d＞5b1次/7d由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离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。

（3）、位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移确定。

类别距开挖面1B( U1B )距开挖面2B( U2B)距开挖面较远允许值65% Uo 90% Uo 100% Uo 注:B为隧道开挖宽度，U。

为极限相对位移值。

（4）、量测仪器目前隧道施工中常用为全站仪和数显式收敛计。

（3）拱顶下沉量测对于埋深较浅、固结程度低的地层（如黄土隧道）以及水平地层，这项量测比收敛量测更为重要。

通过下沉量测数据判定围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序，预防拱顶崩塌，保证施工质量和施工安全。

通常采用精密水准仪或全站仪无尺量测。

（4）地表下沉量测A、浅埋段预测地表坡面的稳定。

B、根据地表建筑物，控制最大下沉量。

地表沉降测点横向间距为2~5m。

在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于Ho + B，地表有控制性建(构)筑物时，量测范围应活当加宽。

其测点布置如下图所示。

五、量测数据处理及应用1、量测数据处理的目的⑴将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确认量测结果的可靠性；⑵探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律，判定围岩和支护系统稳定状态。

2、量测数据处理的内容（可用Excel软件）⑴绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线－时态曲线；⑵绘制位移速率、应力速率、应变速率随时间变化的曲线；⑶绘制位移、应力、应变随开挖面推进变化的曲线－空间曲线；⑷绘制位移、应力、应变随围岩深度变化的曲线；⑸绘制接触压力、支护结构应力在隧道横断面上分布图。

由于量测误差所造成的离散性，按实测数据所绘制的位移等物理量随时间或空间变化的散点图上下波动，很不规则，难以用来分析。

因此，需要采用数学处理的方法，将实测数据整理成试验曲线或经验公式。

回归分析是目前量测数据处理的主要方法，通过对量测数据回归分析可以预测最终值和各阶段的变化速率。

对数函数)1ln(t B A u ++=指数函数双曲函数t B Ae u /-=)/(Bt A t u +=3、量测数据的应用从维护围岩稳定性和支护系统的可靠性出发，通过围岩变形量的大小，可以判定是否侵入隧道设计断面的限界，是否对施工人员的安全构成威胁，预留变形量是否合适，以便及时调整设计参数和进行施工决策。

⑴根据最大位移值进行施工管理a.当量测位移U小于Un/3，表明围岩稳定，可以正常施工。

b.当量测位移U大于Un/3并小于2Un/3时，表明围岩变形偏大，应密切注意围岩动向，可采取一定的加强措施，如加密、加长锚杆等措施。

c.当量测位移U大于2Un/3时，表明围岩变形很大，应先停止掘进，并采取特殊的加固措施，如超前支护、注浆加固等。

d.实测最大位移值或预测最大位移值不大于2Un/3时，可认为初期支护达到基本稳定。

⑵根据位移速率进行施工管理a.当位移速率大于1mm/d时，表明围岩处于急剧变形阶段，应密切关注围岩动态。

b.当位移速率在1～0.2mm/d之间时，表明围岩处于缓慢变形阶段。

c.当位移速率小于0.2mm/d时，表明围岩已达到基本稳定，可以进行二次衬砌作业。

(3)根据位移时态曲线进行施工管理a.当位移速率很快变小，时态曲线很快平缓，表明围岩稳定性好，可适当减弱支护。

b.当位移速率逐渐变小，即d2u/dt2＜0，时态曲线趋于平缓，表明围岩变形趋于稳定，可正常施工。

c.当位移速率不变，即d2u/dt2=0，时态曲线直线上升，表明围岩变形急剧增长，无稳定趋势，应及时加强支护，必要时暂停掘进。

d.当位移速率逐步增大，即d2u/dt2＞0，时态曲线出现反弯点，表明围岩已处于不稳定状态，应停止掘进，及时采取加固措施。

（4）根据位移速率及位移量确定二次衬砌的施作条件a.各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；b.已产生的各项位移已达预计总位移量的80%~90%；c.周边位移收敛速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。

d.浅埋及地质条件较差地段，仰拱与拱墙及早封闭成环，二衬也必须按照步长控制要求及时施作。

六、中铁一局一工区斜井监控量测实施情况1、一工区情况简介由中铁一局五公司承建的LXS-4标段一工区，管段全长9.995公里，隧道工程主要包括上旧庄隧道（4040m），陈家山隧道进口段（5790m），陈家山隧道下沟斜井（714m）。

其中上旧庄隧道和陈家山隧道进口进口段主要为Ⅳ、Ⅴ级围岩，岩性以砾岩、砂岩、泥岩为主，洞口段主要为浅埋风积砂质黄土；斜井主要为角闪岩夹千枚岩，因此隧道监控量测工作是本工区施工的一项关键工序。

上旧庄隧道陈家山隧道进口六、中铁一局一工区斜井监控量测实施情况及体会1、一工区情况简介由中铁一局五公司承建的LXS-4标段一工区，管段全长9.995公里，隧道工程主要包括上旧庄隧道（4040m），陈家山隧道进口段（5790m），陈家山隧道下沟斜井（714m）。

其中上旧庄隧道和陈家山隧道进口进口段主要为Ⅳ 、Ⅴ级围岩，岩性以砾岩、砂岩、泥岩为主，洞口段主要为浅埋风积砂质黄土；斜井主要为角闪岩夹千枚岩，洞口34米Ⅴ级围岩，因此隧道监控量测工作是本工区施工的一项关键工序。

2、成立监控量测组织机构工区成立隧道监控量测组，组长由工区项目总工担任，专业测量工程师担任副组长，每个隧道口成立三人监控量测小组并配备相应的量测设备，责任落实到人，制定奖罚措施；进洞前聘请设计院对量测人员进行培训。

量测小组负责测点埋设、日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，并及时将量测信息反馈于设计与施工。

副组长：门欢组长：唐和青上旧庄隧道：魏斌黄定忠朱军陈家山隧道：师帅张时辉陈金霞下沟斜井：郭伟峰李泽军向志量测机构组织框架图量测小组岗前培训3、制定隧道监控量测实施细则根据铁道部《铁路隧道监控量测技术规程》的规定，参照《铁路隧道工程施工技术指南》以及《兰新铁路甘青有限公司隧道监控量测管理实施细则》，结合一工区管段内隧道工程的地质特点，工程部制定监控量测实施细则。

4、陈家山隧道下沟斜井概况陈家山隧道斜井长714 m，坡度6%，采用无轨运输。

斜井位于线路左侧，与主洞成78°交角，设计为双车道永久性工程则。