隧道与桥梁监测方案

重庆市轨道交通六号线二期工程

长生桥站-刘家坪站后地下区间段暗挖、明挖隧道与桥梁

现场监控量测实施方案

重庆交通大学

二○一一年十月

目录

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1 编制的依据

（1）委托书；

（2）委托方提供的图纸资料及对监控量测工作的要求；

（3）长生桥站后地下区间段隧道与桥梁施工图纸；

（4）《工程测量规范》（GB 50026-2007）；

（5）《地铁设计规范》（GB 50157-2003）；

（6）《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》中国铁道出版社，2007

（7）《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）。

（8）《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）；

（9）《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）；

（10）《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108-2002）；

（11）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）；

（12）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）；

（13）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2008）；

（14）《城市轨道交通技术规范》（GB50490-2009）；

（15）《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009。

2 隧道工程监控量测实施方案

工程概况

重庆轨道交通项目六号线二期工程（茶园～上新街，礼嘉～五路口）长生桥站～刘家坪站长生桥站后地下区间段隧道起迄里程为：右线YDK3+～YDK3+720，长，左线ZDK3+～ZDK3+720,长，起点（Y（Z）

DK3+）顺接长生桥车站，终点（Y（Z）DK3+720）顺接路基段，线路走行于通江大道之下，埋深较浅。其中右线YDK3+～YDK3+610段采用钻爆法施工。YDK3+610为明暗分界里程，YDK3+610～YDK3+720采用明挖法施工，YDK3+720为隧路分界里程。左线ZDK3+～ZDK3+610段采用钻爆法施工。ZDK3+610为明暗分界里程，ZDK3+610～ZDK3+720采用明挖法施工，ZDK3+720为隧路分界里程。位于左线左侧ZDK3+700～ZDK3+707设置一雨水泵房，整个暗挖区间分暗挖断A型、暗挖人防2个断面。

监测目的

监控量测是地下工程施工的重要组成部分之一。开展重庆轨道交通项目六号线二期工程长生桥站后地下区间段隧道暗挖及明挖段施工监控量测，应达到如下目的：

（1）通过各种有效的技术手段，快速取得可靠的监测数据，快速评价隧道施工的安全状态，及时指导施工；

（2）通过监控量测，实现信息化施工，不仅能及时掌握隧道实际的地质情况，掌握隧道围岩、支护衬砌结构的受力特征和变形情况，据此可以尽早发现塌方、大变形等灾害征兆，及时采取措施，保障施工安全；

（3）通过对围岩及隧道结构的受力、变形状况的深入分析，准确评定隧道施工工艺、支护衬砌结构参数的合理性、安全性和经济性，为优化施工提供指导，最终达到安全、优质、经济的目的；

（4）监控量测还可以收集施工资料，为后期隧道运营维护和国内其它隧道建设提供参考依据。

（5）根据监测结果，发现安全隐患，防止工程和环境破坏事故的发

生；

（6）利用监测结果指导现场施工，进行信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理，施工简捷；

（7）将临测结果与理论预测值对比，用反分析法求得更准确的设计算参数，修正理论公式，以指导下阶段的施工或其他工程的设计和施工。暗挖段隧道监测实施方案

2.3.1监测项目

暗挖段隧道基本情况如表2.3.1所示。

表2.3.1区间段隧道暗挖段基本情况

监测项目如表2.3.2所示。

表2.3.2 监测项目表

监测断面平面布置如图2.3.1所示：

长生桥站后地下区间

右线设计起点里程明

暗分界里程Y

D K 3+610长生桥站后地下区间

左线设计起点里程明暗分界里程Z D K 3+610图

2.3.1 隧道监测断面平面布置图

（一）洞内围岩与支护结构观察

（1）了解在未支护时开挖面围岩的稳定性

每次爆破后进行掌子面地质情况观察。掌子面地质观察采用目测配合数码相机进行观测、记录，及时进行掌子面地质素描，通过掌子面地质观察，分析围岩稳定状态，区分围岩危险性不大的破坏、危险性较大的破坏、塌方征兆的破坏三种情况，评估出现局部掉块、塌方、涌水等灾害的可能性。

当出现异常情况，第一时间临时通报土建施工单位，及时指导施工，并将异常情况、相关建议及时正式报告给业主和监理等相关部门。

（2）了解岩层、断层、解理、褶皱、地下水、裂隙发育情况

每次爆破后进行掌子面记录围岩的岩性、产状、节理等详细特征，断层、破碎带等不良地质特征，同时记录地下水的水量、分布、压力、类型等简要特征，填写掌子面地质观察记录。及时与设计文件进行对比，如发现围岩实际情况与设计情况有所出入时，应加以重视，将异常情况、相关建议汇报业主和监理等相关部门。

如发现突水、涌水、突泥、围岩极端破碎等特殊情况，应及时向各方预警，上报业主、设计、监理等相关部门，并提出初步处理建议，以供各方参考，保证隧道的施工安全。

（3）了解支护结构变形、开裂情况

初期支护状态采用目测观察为主，对初期支护喷砼、钢支撑、锚杆出现的外鼓、裂缝、剥落、扭曲等异常现象，用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录。

对初期支护出现的异常情况，分析出现异常情况的原因，根据具体

原因、问题的严重性向业主、监理和承包商汇报，并提出处理建议。

针对初期支护异常情况，开展跟踪监测，绘制空间分布图和时间发展曲线，预测发展趋势，及时预警。

（4）核准围岩级别，评价和建议支护设计

根据所记录的围岩信息，参照《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）和《地铁设计规范》（GB 50157-2003）的规定，判断围岩等级，对各种信息进行综合分析，互相印证，对采集的信息进行综合分析，对施工前设计所确定的结构形式、支护参数、预留变形量、施工工艺、施工方法及各工序施做时间进行检验和修正。当出现异常情况时，应立即采取加强锚喷支护，改变施工对策（方法、顺序、工艺），采取增设仰拱及早封闭成环等措施，防患于未然，以保障隧道的稳定。

（5）了解洞口、洞内和浅埋段地表变形、建筑开裂，判断松动区范围

在监测过程中，应及时对洞口、洞内、浅埋段地表、建筑开裂情况地表水渗透等进行观察，判断围岩松动区范围，及时记录，发现松动或下沉趋势过大，及时做出预警，以便相关部门作出临时支护，保障施工安全。

（二）周边位移及拱顶下沉监测

（1）测点布设

Ⅳ级围岩监测断面应不大于20m。围岩变化处适当加密，在各级围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个，水平收敛1～2对。当发生较大涌水时，Ⅳ级围岩量测断面的间距应缩小至5～10m。断面测点布置如图2.3.2所示。

1

图2.3.2周边位移与拱顶下沉测点、测线布置

（2）监测频率及允许相对位移值

隧道周边位移及拱顶下沉监测频率、允许相对位移值分别见表2.3.3、表所示。

表2.3.3 监测频率的确定

注： B表示隧道开挖宽度。

表2.3.4 允许相对位移表（%）

注：①相对位移指实测位移值与两点间距离之比或拱顶下沉实测值与隧道宽度之比。

②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。

③Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ级围围岩可按工程类比初步选定允许值范围。

④本表所列数值可在施工过程中通过实测和资料累计作适当修正。

（3）监测结束后，提交如下成果

1）周边位移和拱顶下沉监测点布置图；

2）周边位移和拱顶下沉监测成果表；

3）周边位移和拱顶下沉监测分析图；

4）监测成果分析资料

（三）地表下沉

（1）监测方法

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，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。地表下沉采用水准仪和水准尺进行测量，测量精度为±1mm。

（2）测点布设

测点布置如图2.3.3、图所示：以隧道开挖轮廓的两拱角为基点，以45度角向地表延伸，该区域内为隧道施工影响区域，也是地表下沉观测的范围。在每个横断面上，布置7个或9个测点，测点中间密，两侧稀。但隧道围岩条件特别差或者隧道上部有重要建筑物时，可根据情况进行适当加密。在监测范围以外3～4倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量。

测桩(2-5m )

图2.3.3 地表下沉测点横断面布置示意图（布设10个断面）

图2.3.4 地表下沉量测范围示意图

（3）监测频率及报警值

隧道地表下沉监测频率、报警值分别见表2.3.5所示。

表2.3.5 地表下沉监测频率及报警值

变形速度（mm/d ）

量测断面距开挖工作面的距离 量测频率 报警值

>10

（0～1）B 1～2次/d 20mm 10-5

（1～2）B 1次/d 5-1

（2～5）B 1次/2d <1

>5B 1次/周 注： B 表示隧道开挖宽度。 （4）监测结束后，提交如下成果

1）地表下沉监测点布置图；

2）地表下沉沉监测成果表；

3）地表下沉监测分析图；

4）监测成果分析资料

2.3.2仪器设备

暗挖隧道监测所用仪器设备见表2.3.6所示。

明挖段隧道监测实施方案

2.4.1监测项目

明挖段隧道基本情况如表2.4.1所示。

表2.4.1区间段隧道明挖挖段基本情况

监测项目如表2.4.2所示。

表2.4.2 监测项目表

监测断面平面布置如图2.4.1所示：

图2.4.1明挖断隧道监测断面示意图

断面1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7、8-8、9-9的里程桩号分别为：YDK3+610、YDK3+625、YDK3+640、YDK3+655、YDK3+670、YDK3+685、YDK3+700、YDK3+710、YDK3+720。

（一）地下水位变化监测

（1）监测内容

测出地下水位，并且必须保证地下水位是稳定在隧道基坑基底0.5m 下，否则需要进行降水。

（2）测点布设

①基坑内地下水位监测点的布置

Ⅰ、当采用深井降水时，水位监测点宜布置在基坑中央和两相邻降水井的中间部位；当采用轻型井点、喷射井点降水时，水位监测点宜布置在基坑中央和周边拐角处，监测点数量视具体情况确定；

Ⅱ、水位监测管的埋置深度（管底标高）应在最低设计水位之下3～5m。对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋置深度应满足

降水设计要求。

②基坑外地下水位监测点的布置

Ⅰ、水位监测点应沿基坑周边、被保护对象（如建筑物、地下管线等）周边或在两者之间布置，监测点间距宜为20～50m。相邻建（构）筑物、重要的地下管线或管线密集处应布置水位监测点；如有止水帷幕，宜布置在止水帷幕的外侧约2m处。

Ⅱ、水位监测管的埋置深度（管底标高）应在控制地下水位之下3～5m。对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋置深度应满足设计要求；

（3）监测的仪器、方法及频率

地下水位监测是通过水位孔内设置水位管，采用水位计等方法进行测量。其原理是：现在水位孔里放入水位管，再将水位仪探头自上而下慢慢往下放，探头接触水面，仪表上的蜂鸣器就会鸣叫，此时的深度即为水位值。而在埋设水位管时，底部2m长范围内的测管每隔20cm打一小孔，共三排，便于地下水进入管中；同时用沙布包裹该段管子以免管外土粒进入管中。管子下入孔底后以中粗砂封孔，地表下2m长范围内管外孔隙用粘性土封堵，以免地表水流入管中。

地下水位量测宜与沉降观测同步，但不得少于沉降观测的次数。（二）典型断面的顶板变形位移监测

（1）内容

由于回填后的土体对拱顶产生压力，所以通过测量观测点与基准点的相对高差变化量得出拱顶下沉量和下沉速度，其量测数据是保证施工质量和安全的最基本资料；拱顶下沉值主要用于确认隧道衬砌的稳定性，

事先预报拱顶崩塌。

（2）测点布设

单线单洞的区间隧道中线拱顶布置一个拱顶下沉观测点，单洞双线区间隧道中线拱顶及其两侧2～4m处的拱顶各布置一个拱顶下沉观测点。如图2.4.2所示。

图中：1、2为拱顶沉降观测点

图2.4.2 明洞顶板变形监测布置示意图

（3）量测方法及量测频率

拱顶下沉观测采用DSZ-2自动安平精密水准仪、SFR型测微器、钢挂尺及铟钢变形观测尺，测量观测点与基准点间的相对高差，从而计算出拱顶下沉量，观测精度可达0.1mm。

2.4.2监测控制标注值

监测控制标准值以监测项目的累计变化量和变化速率值两个值控制。如表2.4.3所示。

表2.4.3 监测控制标注值

②累计值取绝对值和相对基坑深度(h)控制值两者的小值。

③当监测项目的变化速率连续 3 天超过报警值的50%，应报警。

2.4.3仪器设备

明挖隧道监测所用仪器设备见表2.4.4所示。

3 桥梁工程监控实施方案

工程概况

二期工程长生桥站~刘家坪站区间高架段(YDK3+~ YDK5+设有两联32+56+32m连续梁，其余部分为25m、30m简支梁，连续梁桥采用悬臂浇筑法施工。悬臂浇筑施工工序复杂，施工过程中存在体系转换，为确保桥梁顺利合拢，应对其进行施工监控。

预应力混凝土连续梁梁体采用单箱双室变高度直腹板箱形截面，中

支点梁高3.5m，跨中梁高1.8m，箱梁顶宽10.2m，底宽7.3m，悬臂端厚15cm，悬臂根部厚35cm，箱梁中腹板厚35-55cm，边腹板厚35-55cm，底板厚30-60cm；顶板厚30cm，顶板设60×20cm的梗肋，底板设20×20cm 的梗肋，箱梁中支点设置厚200cm横隔墙，横隔墙设置150cm×100cm的过人洞；梁端设厚100cm横隔墙，横隔墙设置70cm×100cm过人洞。

监控目的、目标

桥梁施工监控的目的，就是应用由现代控制理论建立起来的控制体系对大桥主梁各节段施工的预拱度、立模标高及结构内力实施有效控制，分析所发现的影响因素，并在施工过程中减少甚至消除其影响，确保施工过程安全，保证大桥顺利合龙及运营后桥的内力和线形符合设计要求。

桥梁施工监控的目标，就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证施工沿着预定轨道（能达到建设目标的施工路径）进行，从而保证主梁合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及合拢后桥面线形和结构内力符合设计要求，保证施工过程中结构的安全性、桥梁顺利合拢、桥梁成桥受力状态及合拢后桥面线形良好。然而，由于实际施工过程中各种条件的变化，结构在成桥时桥梁的内力和线形和设计总存在一定的误差。根据我们以往的该类桥型施工监控经验，本桥保证结构施工和营运内力安全的前提下，边跨合龙误差≤1cm；中跨合龙误差≤1cm；结构在成桥状态的线形与设计相比，高程线型最大偏差≤2cm。桥轴线偏差<1cm；横向扭转<1cm；左右两幅桥相对标高差≤2cm。

总之，桥梁施工控制的目的、目标就是保证施工过程中结构的安全

性、桥梁顺利合拢、桥梁成桥受力状态及合拢后桥面线形良好。

监控实施内容

桥梁的施工监控与设计和施工有密切的关系，为了安全优质符合设计要求地建成桥梁，需要从监控、监测方面建立控制体系，总体内容包括以下三个方面：

（1）现场的实时测量体系

测量的内容包括物理测量（温度﹑时间）﹑线形测量（轴线、标高等）﹑力学测量（应力﹑应变等）。测量的周期（或时间）需根据施工现场的状况确定。

（2）现场测试体系

大跨度连续梁桥，悬臂施工中每个节段的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中计算参数的取值问题，主要包括混凝土弹性模量、材料的容重、徐变系数和预应力张拉力与施工中实际情况有一定的差距以及环境温度、临时荷载的影响。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，以使计算结果与实际情况一致。

因此在施工监控分析时，需要采集大量与实际情况一致的数据，包括主梁混凝土弹模、容重、挂篮刚度及重量、其他施工荷载及偶然荷载、预应力张拉及损失等资料。这些数据需要施工单位及时采集提供。

（3）分析判断系统

根据现场测量与测试资料，对结构的状态进行分析，与设计资料对比，给出结构当前阶段应力﹑应变﹑强度稳定状态及结构线形分析报告，对后续施工状态进行预测，提出施工控制建议。

当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，通过将误差输入到辨识算法中调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致，得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。这样，经过几个节段的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可对施工状态进行更好的控制。这也是我们目前常用的控制方法。

桥梁的施工控制是一个预告——量测——识别——修正——预告的循环过程。在闭环反馈控制基础上，再加上一个系统辨识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。切实有效的施工控制方案必须建立一套科学、合理、系统的控制流程，需根据连续梁桥梁的特点，确定施工控制流程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全，其次是保证结构的内力合理和线形平顺。为了达到上述目的，施工过程中必须对桥梁结构内力（如箱梁应力）和主梁标高进行双控。

由于连续梁桥在施工过程中，已成结构（悬臂梁段）的几何状态（平面、立面）是无法事后调整的；所以，施工控制主要采用事前预测和事中控制法，主要体现在施工控制结构仿真分析、施工监测（包括结构变形与应力监测）、施工误差分析与后续施工状态预测、梁段施工立模标高提供等几个方面。

结构计算分析

结构分析是结构施工控制的主要工作内容之一，该项工作采用桥梁计算软件与控制分析软件相结合来复核设计计算所确定的理想成桥状态和理想施工状态，按照施工工序，以及设计提供的基本参数，对施工过程进行正装计算，得到各施工状态下的结构受力和变形等控制数据。与

设计文件相互校对确认无误后，再作为施工控制的理论轨迹。

监控计算可考虑施工的进程、时间、相应状态临时荷载、环境温度、截面的变化、结构变化、混凝土的收缩与徐变、预加应力等因素。可确定出桥梁的预拱度，预测下一施工状态及施工成桥状态的内力与位移。该项分析包括如下几项内容：

（1）复核结构初始状态的预拱度；

（2）确定各施工理想状态的内力与位移；

（3）通过比较确定出结构最大内力与位移的相应状态；

（4）施工过程中的稳定性计算：为确保墩、梁在施工过程中的安全，特别是在合拢前最大悬臂状态时墩、梁的稳定性控制，进行施工过程中的墩、梁稳定性计算，确定最不利状态，提出相应的抗失稳措施；

本连续梁桥整个施工过程划分为主墩浇筑施工、主梁悬臂浇筑施工、主梁合龙段施工、二期恒载施工四个主要的阶段，其中主梁各节段悬臂施工阶段又细分为挂篮移动前、后，混凝土浇筑前、后，预应力张拉前、后6个工况，施工控制应在施工前依据设计图纸和初步施工方案对结构进行初步的结构整体应力验算和理想状态分析。

在实际的悬臂施工过程中，则按照具体的施工方案，考虑挂篮等施工机具荷载变化、临时材料堆放荷载、结构温度变化、节段施工尺寸偏差等影响，根据实测材料、荷载参数以及结构实测几何变位资料，对计算模型进行修正，逐工况进行前进分析计算，验算结构在各个施工工况下的整体应力。

监控计算工作由监控单位负责完成。

结构尺寸检查