监控量测工作计划

贵州省道真至新寨高速公路福寿场至和溪段

TJ02标隧道监控量测

工作计划

中交第二公路勘察设计研究院有限公司

2014年12月

目录

第一章工作概述 (3)

监控量测的实施 (3)

洞内外观察 (3)

周边位移 (5)

拱顶下沉 (9)

浅地表下沉 (11)

第二章隧道监测成果反馈 (15)

第三章项目实施过程中的主要问题及对策 (23)

3.1隧道超前地质预报关键问题 (23)

（一）隧道施工塌方预报 (23)

（二）隧道施工突水预报 (23)

（三）隧道施工突泥预报 (24)

3.2基于本项目重点、难点的地质超前预报及监控量测的对策及措施 (24)

3.2.1 针对隧道可能出现的塌方事故的安全控制对策及措施 (24)

第一章工作概述

监控量测的实施

1.1监控量测方法和手段、测点及监测频率

洞内外观察

1）量测目的

（a）预测开挖面前方的地质条件及围岩级别；

（b）为判断围岩、隧道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程度。

2）观测内容

（a）对开挖工作面观察：

①岩质种类和分布状态，近界面位置的状态；

②岩性特征：岩石的颜色、结构、构造；

③地层时代归属及产状；

④节理性质、组数、间距、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；

⑤断层的性质、产状、破碎带宽度、特征；

⑥溶洞的情况；

⑦石煤层情况；

⑧地下水类型、涌水量大小等；

⑨开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。

（b）开挖后已支护段：

①初期支护完成后对喷混凝土层表面的观测及裂缝状况的描述与记录；

②有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；

③喷混凝土是否产生裂缝或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏；

④钢支撑有无被压曲现象；

⑤是否有底鼓现象。

（c）洞外观察

包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。

3）量测方法

利用地质素描、照相或摄像技术将观测到的有关情况和现象进行详细记录，观测中，如发现异常现象，要详细记录发现的时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。

4）测试仪器

DQY-1地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、手电、照相机等。

5）观测频率及断面

目测应在隧道开挖工作面爆破后及初期支护后进行，观察后应绘制开挖面略图，填写工作面状态记录集围岩级别判定卡。

初期支护完成区段观察：每天至少进行一次。

周边位移

1）量测内容

量测隧道内壁两点连线方向的相对位移，监测围岩的稳定性。

2）量测目的

（a）隧道周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直接反映，量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息；

（b）根据变形速率判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；

（c）判断初期支护设计与施工：方法选取的合理性，用以指导设计与施工。

3）量测方法及测点布设

根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或发包人及监理、设计认为有必要监控的地段，设置监控量测断面，在确定监测的隧道断面开挖后尽早进行，或初喷24小时内，在下一循环开挖前完成初读。在隧道左边墙和右边墙部位分别埋设测桩（测桩埋深约15cm，钻孔直径约20cm，用早强锚固剂锚固，测桩位置设置保护罩），并进行初始读数。采用精度较高的水平基线监测方法。

对于全断面法、台阶法、CD（CRD）法施工的测线布置如下图。

a c

b e f

d

b

a c

a c

e

f

b

d

h

g i

j k

l

a

c

b

g

h

（a）全断面法（b）台阶法（c）CRD或CD）法

周边位移测点及测线布置图

在隧道周边位移量测中采用传统量测（收敛计）或无尺量测技术（高精度全站仪）。

隧道围岩段若采用台阶法、CD法隧道开挖时如留核心土，受核心土阻挡，或现场临时支护等使传统量测（收敛计）无法贴近掌子面埋设。这时将采用非接触三维位移观测方法即无尺量测技术（高精度全站仪）。

传统的量测方法采用收敛计量测围岩的水平变形，将收敛计钢尺挂钩分别挂在已经安装的测点膨胀挂钩上，然后收紧钢尺，将卡针插入钢尺上适当的孔位内，并用保护卡钩将钢尺固定；转动调节螺母，使钢尺收紧到观测窗中的刻画线与读数指示窗刻度线完全重合，使收敛计停止摆动且迅速使其静止，读取钢卷尺量程取至厘米，然后在读取百分表中读数取至0.01mm，两者相加即得到本次测量的完整数值。

测点安装结束后应在下一次爆破循环前获得初始读数。根据地质条件情况布设量测断面，在量测断面测点埋设时，测点距开挖面应小于2米，第1次量测应

在上次爆破后后12h内读取，最迟不超过24h，且在下一循环开挖前，完成初次变形值读数。

每次读数时读3次读数，并测量出隧道内量测断面处的环境气温，填好量测记录。

无尺量测技术是利用高精度全站仪自由设站、对边测量、免棱镜测距应用功能，在隧道中可以灵活有效地进行隧道的变形量测。该方法设站灵活、抗施工干扰的能力强，测量速度快，效率高，可将仪器架设在安全区进行量测，量测人员无须到达危险区，操作安全。同时对于隧道有核心土弧形导坑台阶法开挖或其他障碍物影响收敛计量测的测点均可采用全站仪测量。

4）仪器设备

使用JTM-J7100型收敛计（精度0.01mm）、高精度LEICA TCA2003全站仪进行量测（角度精度指标0.5″、分辨率0.1″，1mm + 1ppm的测距精度，分辨率0.1 mm）。

5）断面布设原则

Ⅴ级围岩浅埋、破碎带段等不良地质段及加宽带段按5~10m布置一个量测断面，Ⅴ级深埋段按照10~20m布置一个量测断面，Ⅳ级围岩按20~30m布置一个量测断面，III级围岩按30~50m布置一个量测断面。

断面布设的间距具体参照设计文件关于监控量测项目布置断面里程和相关规范执行。当设计文件和规范不一致时，结合实际围岩状况，以对隧道变形有效控制为原则，采用“从严控制”的标准布设断面。

6）监测频率

隧道周边位移和拱顶下沉的量测频率表一

周边位移和拱顶下沉量测频率表二

注：1、净空收敛和拱顶下沉量测频率应根据表一、二取其中的最大值。

2、施工的初期阶段位移及下沉量大、地质变化显著时或施工状态（开挖下台阶、仰拱或拆临时支护等）发生改变时，量测断面间距可取较小值，应适当增加量测频率。

3、当施工进展到一定程度时，地质良好，且位移下沉量较小时，量测间距可取表中较大值，根据情况也可适当加大，但在围岩突变或软弱结构面处应增设量测断面和测点。

4、如果围岩变形量较大时，出现位移速度加速等情况时，量测频率应适当

加大，另外，进行洞内状态观测时应对每个开挖面都进行观察，一般应1次/天，对于选测项目量测断面布置及项目选择应根据地质条件及设备情况确定。

5、若根据位移速度和离工作面距离两项指标分别选取的频率不同，则从中取高值。

6、后期量测时，时间间隔可加大到几个月或半年量测一次。

拱顶下沉

1）量测内容

拱顶下沉量测，是指对隧道拱顶的实际位移值进行量测，是相对于不动点的绝对位移，其必须与设计拱顶标高进行比较。

2）量测目的

通过拱顶沉降位移量测，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性；

根据变形速率判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；

指导现场设计与施工；

防止沉降侵入二衬空间。

3）量测方法及测点布设

根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段，设置监控量测断面，在确定监测的断面隧道开挖或初喷后24小时内，在隧道拱顶部位埋设3个测点并进行初始读数。埋设测点时，先在测点处用小型钻机在待测部位成孔，然后将带膨胀螺丝塞入孔中，然后用扳手拧紧即可量测。

对于采用上下台阶或全断面法开挖，拱顶下沉点一个断面布设三个测点，其

中拱顶一个，左右相距2m各一个。对于三台阶法、DCD法、DCD法施工，下台阶

开挖及仰拱开挖后根据变形发展情况及相关需要及时增设拱脚下沉测点，加密监

测频率。

2m

（a）全断面法（b）台阶法（c）CRD或CD）

法

拱顶下沉测点布置图

一般情况下，采用水准抄平法进行量测，基准点分别设置在洞内和洞外（用

于校核），视线长度一般不大于30米，监测误差控制在1.0mm以内（高程误差

0.7mm），必要时采用冗余观测方法来提高监测精度。

对于台阶法开挖中，水准抄平量测拱顶下沉，上台阶常无法设置测站，尤其

受空间控制拱脚下沉量测很难用挂尺抄平方法进行。这时将采用非接触三维位移

观测方法即无尺量测技术（高精度全站仪）。

水准仪测量时把钢尺挂在预埋的测点上，下挂1kg的锤球保持钢尺垂直，用

水准仪来读取钢尺上的读数，实现数据的采集。

对于人不宜到达地方或不适合用水准仪测量的地方，采用高精度全站仪和反

观片远距离量测采集数据。

4）仪器设备

拱顶下沉采用DSZ2水准仪（带测微器，精度0.1mm）、铟钢尺、钢尺。

5）断面布设原则

周边位移、拱顶下沉断面，原则上两者布置在同一个断面里程上。

Ⅴ级围岩浅埋、破碎带段等不良地质段及加宽带段按5~10m布置一个量测断面，Ⅴ级深埋段按照10~20m布置一个量测断面，Ⅳ级围岩按20~30m布置一个量测断面，III级围岩按30~50m布置一个量测断面。

断面布设的间距具体参照设计文件关于监控量测项目布置断面里程和相关规范执行。当设计文件和规范不一致时，结合实际围岩状况，以对隧道变形有效控制为原则，采用“从严控制”的标准布设断面。

6）量测频率

拱顶下沉和周边位移采用相同的量测频率。

浅地表下沉

1）监测的内容

量测隧道洞口开挖成形后，地表岩土体下沉量。

2）监测的目的

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；通过地表下沉量的多少和下沉的快慢，判断分析隧道洞口围岩是否稳定，为设计优化支护参数提供可靠的数据，保证施工安全。

3）量测方法及测点埋设

地表下沉观察断面设置为：每个单洞口浅埋段各设置1个断面。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）。

在隧道开挖纵横向各4倍洞径外的区域，参照标准水准点埋设方法，埋设2个临时水准基点。基准点要求通视良好，测量方便，基础牢固，易保护。一个基准点作为测站点，另外一个作为后视检核点，以便互相校核。参照标准导线点埋设，所有基点应埋设在基岩或原状土层中，测站的基点应进行深埋。监测网点观测标志采用钢筋混凝土观测标墩，或选择其它的标准观测墩。标墩基础力求稳固，或除去表面风化层使标墩浇筑在新鲜基岩上；或当地表覆盖层较厚时，应开挖出一基坑，深度不少于1m，标墩应现场浇筑。

地表下沉测点应布置在隧道轴线上方和两侧拱腰上方以及隧道隧道开挖界限上方，测点一般以，5个点。边坡测点应尽量考虑坡形坡度变化的地方，埋深相差悬殊处、刷坡面与天然围岩接壤处、不同围岩分界处等，测点应能控制整个边坡的变形。

地表下沉横断面测点布置图

在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑，然后放入地表测点预埋件（自制），测点一般采用φ20~30mm、@200~300mm长1m的平圆头钢筋，在钢筋的一端焊接一块边长约为5cm见方的钢板，钢筋的另一端放入坑中，用锤敲至贴片距地表30cm左右为宜，并调整测点方向，测点四周用砼填实，待砼固结后即可量测。

4）监测仪器

地表下沉采用高精度DSZ2（带测微器）水准仪（精度0.1mm）或用徕卡TCA2003全站仪（角度精度指标0.5″、分辨率0.1″，1mm + 1ppm的测距精度，分辨率0.1 mm）。

5）断面布设

地表下沉测点断面布设在洞口段、在施工中可能产生塌陷之处（尤其是进出洞的浅埋地段），对隧道施工有影响的偏压段或洞身浅埋段。洞口和浅埋段每个断面至少5~7个测点，断面间距5~10米。

断面布设的间距具体参照设计文件关于监控量测项目布置断面里程和相关

规范执行。当设计文件和规范不一致时，结合实际地表监测环境状况，以对隧道地表下沉有效监测为原则，采用“从严控制”的标准布设断面。

6）量测频率

地表下沉量测频率和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同，宜根据沉降位移速度和距工作面距离选取，一般情况下可参考下表。

地表下沉量测断面间距及频率表

注：1）B—隧道开挖宽度

2）若根据位移速度和据工作面距离两项指标分别选取的频率不同，则从中取高值；

3）地表下沉监测应在隧道开挖前开始，到二次衬砌全部施工完毕，且下沉基本停止时为止。

对于隧道洞口段，围岩自稳能力差，易出现大变形侵限、边仰坡失稳、甚至塌方事故。因此应加强对洞口段的地表下沉监控量测工作，监测频率与监测断面应根据变形情况适当加密。

第二章隧道监测成果反馈

1）数据的采集

断面测点布置好后即可通过各种量测仪表进行数据的采集工作。现场数据采集工作应有2名专职人员负责，测取的读数记录在预先设计好的原始记录表中，同时记录下当时的施工情况，还要量测断面距掌子面的距离，及本次量测的具体日期和时间，最后原始记录表中要有2名测试人员的签名。每次采集回的数据，测试人员要立即提交数据处理管理员输入计算机进行初步分析处理，为了满足分析数据的需要，参考规范中的要求，采集数据频率如监控量测项目表中所列。

2）实测资料的整理

（a）详细的观测记录、观测时的环境、开挖情况是资料整理的基础，应与成果报告同时提供。

（b）每次观测后及时整理观测成果，地质超前预报结果和异常的观测数据24内提供给业主。

（c）对各物理量值按各类仪器的工作特征，埋设情况进行修正。

（d）绘制各量值与时间、空间的关系曲线。

①设计专用的表格记录现场围岩的产状，画专业的地质素描图，通过资料积累，最终做出隧道开挖施工后的隧道轴线及典型横断面地质剖面图。工作过程中同时要收集相关的照片及岩样标本。

②净空位移（拱顶下沉和周边位移）量测：

拱顶下沉和周边位移数据处理：回归分析时，一般同时采用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精度（拟合程度）较高的一个

函数，不同函数的回归函数可能不同。最好再做拱顶下沉和周边位移以下关系曲线。

a、绘制位移（u）和时间（t）的关系曲线。

b、绘制位移速度（v）和时间（t）的关系曲线。

c、绘制位移（u）和距离开挖面距离（l）的关系曲线。

对数函数：u=a lg(1+t)；u=a+b/ lg(1+t)

指数函数：u=a e-b/t；u= a(1- e-b/t)

双曲函数：u=t/a+bt；u=a[1-(1/ (1+bt) 2]

注意：在数据处理前要做温度改正，温度改正的方法可以是之后每天测的值都改在第一天测时的温度时的代表值或是把所有的测量值都改到标准温度20℃时的代表值，以保证测量数据相减时基准相同，有可比性。

另外，拱顶下沉可以采用水准法进行测量，但该方法要注意定期对洞内所埋设的水准点与洞外基准点进行联测，防止由于隧道开挖引起的洞内水准点位移所带来的测量的影响。现场考虑操作方便及减少测量误差，一般采用收敛计法，后采用高斯定理进行相关计算后，可间接实现拱顶下沉量测。

③地表下沉量测：

要画现场测点布设示意图，用水准测量的处理方法，处理测量数据；同时做出监测点的累计位移表，并绘制地表下沉位移（u）和时间（t）的关系曲线和绘制地表下沉位移（u）和距离开挖面距离（l）的关系曲线。

注意，现场监测及数据处理时可采用相当坐标体系，不一定用大地坐标系中的国家标准高程。为叙述方便，作统一的规定：“+”表示地表向下沉降，即测点高程逐渐减小；“-”表示地表向上位移，即测点高程逐渐增大。

3）监控量测数据处理与分析

如何进行实测资料的分析与处理是监控量测的主要内容之一。

（1）所绘各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，为修改设计提供参考依据。

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

根据位移-时间曲线来判断围岩稳定性，应注意区分由于分步开挖时围岩随开挖进度而导致的位移随时间释放的弹塑性位移的突然增加，使位移速率增加，这部分位移量是由于隧道洞身开挖引起的。

在隧道监测险情预报中，应同时考虑净空收敛量和收敛变形速率，并且结合

①当量测位移U小于 U0/3，表明围岩稳定，可以正常施工；

②当量测位移U大于 U0/3并小于2U0/3时，表明围岩变形较大，应密切围岩动向，可采取一定的加强措施，如加密、加长锚杆等；

③当量测位移U大于 2U0/3时，表明围岩变形很大，应立即停止掘进，并采取特殊的加固措施，如超前支护、注浆加固等。

④当实测最大位移值或预测最大位移值不大于 2U0/3时，可以认为初期支护达到基本稳定。

（4）根据内空变位速率预报险情，修改设计和确定二次衬砌时机，根据最终变位量修改开挖断面尺寸。

①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；

②当位移速率在1~0.2mm/d时，表明围岩处于缓慢变形阶段；

③当位移速率小于0.2mm/d时，表明围岩已达到基本稳定，可进行二次衬砌作业。

从安全考虑，周边位移速率与拱顶下沉速率应指不少于7天的平均值。

（5）二次衬砌施作条件

①各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定。

②已产生的各项位移已达到预计总位移的80%~90%。

③周边位移速率小于0.1~0.2mm/d或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。

（6）隧道稳定的判断依据是后期支护施作后位移速率趋近于零，支护结构的外力和内力的变化速率也应趋近于零。

4）监测报警指标

根据中华人民共和国行业标准：《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）规定，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶

位移实测值与隧道宽度之比）为0.20%~0.80%（具体数值会同业主、设计、监理、项目部确定）。

监控量测预警或报警应从累计位移、增量位移及位移发展趋势等三个方面进行分析，并结合现场实际情况综合确定，具体如下：

（1）累计位移控制指标

《公路隧道设计细则》（JTG /T D70－2010）中，复合式衬砌初期支护的允许洞周相对收敛值应根据围岩地质条件分析确定，缺乏资料时可按下表选用。

允许洞周水平相对收敛值（％）

注：①水平相对收敛值系指收敛位移累计值与两测点间距离之比；

②硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值；

③拱顶下沉允许值一般可按本表数值的0.5~1.0倍采用；

④本表所列数值在施工过程中可通过实测和资料积累作适当修正。

监测控制标准和预警标准

（2）增量位移控制指标

除了围岩位移量之外，围岩的位移变化速率也可以作为隧道围岩稳定性的判断标准。围岩容许位移变化速率目前还没有明确的统一规定，一般以现场的具体情况，根据经验选定。

隧道位移变化速率标准为：当位移变化速率大于1mm/d 时，认为围岩处于急剧变化阶段，需加强观测，若位移变化速率长期不下降则需加强支护；净空变化速率在0.2~1.0mm/d 时，认为围岩处于缓慢变形阶段；当净空变化速率小于0.2mm/d 时，认为围岩基本稳定。

（3）位移趋势控制指标

隧道变形从开始发生到破坏一般经历五个阶段：初期沉降阶段（0-1段）、平稳发展阶段（1-2段）、过渡阶段（2-3段）、加速沉降阶段（3-4段）和破坏阶段（4以后）。 在过渡阶段开始时（点2）应进行预警。

隧道位移变化五阶段

4

32

1

（mm）隧

道

位

移

量

时间

报警点