监控量测设计

监控量测设计

1．采用喷锚构筑法修建隧道，应将现场监控量测项目列入设计文件。作为施工工序中不可缺少内容，它不仅监测各施工阶段围岩和支护动态，确保施工安全，而且可为调整初期支护设计参数，确定二次衬砌和仰拱的施做时间，了解施工对附近建筑物的影响，提供反馈信息，作为信息化设计的依据；同时，积累资料为以后的设计、施工提供参考。

2．监控量测计划与内容

2.1 监控量测计划应根据隧道的规模、地形地质条件、支护类型和参数、开挖方式等制定。监控量测作业应根据图1所示的监控量测流程进行。

图1 监控量测流程图

监控量测计划的内容包括：量测项目及方法、量测仪器的选择、测点布置、量测频率、数据处理及量测作业人员的组织等。

施工中，当地质条件发生显著变化时，应及时修改量测计划。

2.2 监控量测应符合下列要求：

（1）掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理；

（2）了解支护构件的作用及效果；

（3）确保隧道工程的安全性，经济性；

（4）将监控量测结果反馈设计及施工中；

（5）了解隧道施工对附近建筑物的影响；

（6）积累资料，作为以后设计，施工参考。

2.3 监控量测可分为必测项目和选测项目两类。必测项目是隧道工程必须进行的日常监控量测项目；选测项目是为满足隧道设计与施工的特殊要求，根据围岩性质、隧道埋置深度、开挖方式等条件确定进行的监控量测项目。

（1）必测项目应包括下表1所列项目：

表1 必测项目

（2）选测项目应包括下表2所列项目：

表2 选测项目

（3）隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像，必要时进行物理力学实验，

（4）初期支护完成后应进行喷层表面裂缝及其发展、渗水、变形观测和记录。

（5）为围岩为土砂质时可对围岩内部位移、锚杆轴力、初期支护内力、锚杆拉拔试验等进行量测。

（8）对一般硬岩质、软岩认为可以优化设计，减少支护结构数量时，可对锚杆轴力，围岩压力，初期支护与二次衬砌间接触压力等进行量测。

2.4 当浅埋隧道上方有地面建筑物、地下管线等，而且需要采用钻爆法开挖时，应进行爆破振动监测。

3. 监控量测作业

3.1 洞内观测可分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次。当地质情况基本无变化时，可每天进行一次。观察后应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级别判定卡。在观察中如发现条件恶化，应立即通知施工负责人采取应急措施。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、干钢架的状况。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、地表水渗透的观察。

3.2 净空变形量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程重要性等确定，宜为10～15m，在I、II级围岩的隧道中可根据需要酌情设置测点，在洞口段应适当减少。

3.3 净空变形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。必须完成初期变形值的读数。

3.4 测点应牢固可靠，易于识别并妥为保护。拱顶量测后视测量点必须埋设在稳定岩面上，并和洞内水准点建立联系。

3.5 量测应选择精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器。如拱顶下沉测量，每断面宜布置1～3点，应采用水准仪、水准尺和挂钩钢尺等，有条件时周边位移非接触监测仪进行量测。锚杆或围岩内部变形量测可采用单点或多点式锚头和传递杆，配以机械式或分表式点测位移计。变形量测可选用电阻或电感应器，仪器使用前必须经过严格标定。

3.6 水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、测量断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。在地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线。当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。

净空收敛量测测线数，参照表3和图2布置。

表3 净空收敛量测测线数

3.7 拱顶下沉量测应与水平相对净空量测的同一量测断面内进行，可采用水准仪等测定下沉量。当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。

拱顶下沉点和净空收敛点应布置在同一断面上。监控量测断面按表4要求布置。

拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近。当隧道跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点，参照图2布置。

表4 必测项目监控量测测断面间距

图2 断面测量测点，测线示意

3.8 必测项目的监控量测频率应根据点距开挖面的距离及位移

速度分别按表5和表-2确定。由位移速度决定的监控量测频率和有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。出现异常情况和不良地质时，应增大监控量测频率。表中B为隧道开挖宽度。

表5 按距开挖面距离确定的监控量测频率

表6 按位移速度确定的监控量测频率

3.9 地表下沉量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定。地表下沉量侧断面的间距可按表7采用。

表7 地表下沉量测测点纵向间距

注：（1）无地表建筑物时取表中上限值；

（2）B表示开挖宽度。

横断面方向地表下沉量测的测点间隔应取2～5m，在一个量测断面内应设7～11个测点。地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧

道埋置深度+隧道高度）处开始，知道衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及水平相对净空变化的量测频率相同。

3.10 各项量测作业均应持续到变形基本稳定后1～3周。

3.11 锚杆轴力、围岩压力、衬砌应力等的量测，开始时应和同一断面的变形量测频率相同，当量测值变化不大时，可降低量测频率，从每周一次到每月一次，直到无变化为止。

4．监控量测控制基准及位移管理等级

监控量测控制基准应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性以及周围建筑物特点和重要性等因素制定，包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等。

位移控制基准根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按下表8要求确定：

表8 位移控制基准

注：B——隧道开挖宽度；

U0——极限相对位移值，在缺乏实测资料时，可先按本

图预留变形量作为U0控制，在施工中加以调整。

根据位移控制基准，位移管理按下表9分为三个等级：

表9 位移管理等级及应对措施

注：U——实测位移值。

地表沉降控制基准根据地层稳定性、周围建筑物的安全要求分别确定，取最小值。钢架内力、喷混凝土内力、二次衬砌内力、围岩压力（换算成内力），初期支护与二次衬砌间接触压力（换算成内力），锚杆轴力等控制基准应满足《铁路隧道设计规范》相关规定：

4.1 根据控制基准及时态曲线形态综合判别围岩与支护结构稳定性。

4.2 一般情况下，二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行：

（1）隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；

（2）隧道位移相对值已达到总想对位移量的90%以上。

对浅埋、软弱围岩等特殊地质，应视现场具体情况确定二次衬砌施做时间。

5．控制测量资料的整理与反馈

5.1 掌子面地质状况表、周边收敛、拱顶下沉测试数据按《铁路隧道监控量测设计规程》附表A、B、C格式记录。

5.2 应及时根据量测数据绘制水平相对净空变化、拱顶下沉时态曲线及水平相对净空变化、拱顶下沉、拱顶下沉与距开挖工作面的关系图等。根据现场量测数据绘制位移—时间曲线或散点图，在位移—时间曲线趋平缓时应进行回归分析，选择与实测数据拟合好的函数进行回归，预测可能出现的最大拱顶下沉及水平相对净空变化值，并推

算最终位移和掌握位移变化规律。当位移—时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急剧增加现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应及时加强支护必要时停止掘进，采用取必要的安全措施。

5.3 根据位移变化速率判断围岩稳定状况，变形基本稳定应符合下列条件：隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。

5.4 围岩支护的稳定性应根据开挖工作面的状态、净空水平收敛值及拱顶下沉量的大小和速率综合判断，并及时反馈与设计和施工中，根据水平相对净空变化值进行判断时，应符合现行《铁路隧道监控量测设计规程》的有关规定，并结合隧道跨度修正考虑。

5.5 设计单位可根据施工单位所提供的监控量测数据反分析求算初始应力、岩体似弹模、塑性区范围，作用在二次衬砌上的荷载及岩体流变参数等，为动态设计提供信息和资料。

5.6 测量过称如发现异常现象或与设计不符时，应及时提出，以便修改支护参数。

5.7 根据两侧结果及《铁路隧道监控量测设计规程》的有关规定，可按表9“位移管理等级”指导施工。

6．工程安全性评价及应对措施

根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策建议，以此作为设计施工变更最重要的依据，做到信息化设计与施工。根据位移管理等级，将工程安全性评价相应分为三级进行，并采取相应的应对措施，具体位移管理等级及应对措施见上表9。

工程安全性评价可按图3进行：

图3 工程安全性评价流程

根据监控量测结果所反映的不同情况及其对应的工程管理等级，可采取加强超前预支护、喷混凝土稳定开挖面、调整施工方法、调整初期支护强度和钢度并及时支护、降低爆破振动影响、围岩与支护结构间回填注浆等应对措施，确保施工的顺利进行。

7．测点埋设情况和量测资料应纳入竣工文件，以备运营中查考或继续观察。

8．本设计未详事项，请参照《铁路隧道监控量测设计规程》中规定办理。