深圳地铁监控量测方案

深圳市地铁2201标段监控量测计划书按照《深圳市地铁2201标段监控量测项目服务合同》，中南大学深圳地铁监控量测项目组于2007年12月入场，为科学、合理、有序地开展监控工作，项目组特拟定本指导方案，以确保施工安全和合理。

一、监测依据（1）JTJ042-94 公路隧道施工技术规范（2）JTG D70-2004 公路隧道设计规范（3）GB50026-93 工程测量规范（4）吕康成，隧道工程试验检测技术，人民交通出版社，2000（5）李晓红著，隧道新奥法及其量测技术，2002，科学出版社（6）深圳市地铁二号线施工图设计文件二、隧道监控与超前地质预报的目的与意义自20世纪80年代后期以来，我国的隧道工程大都以新奥法(New Austrian Tunneling Method，缩写为NATM)理论为基本指导原则来进行其结构设计和施工。

新奥法的含义可理解为：隧道形状应受力有利，采用与围岩密贴的锚杆和喷射混凝土柔性支护结构，在充分发挥围岩自身承载能力的同时，尽量抑制围岩强度的恶化，依靠现场量测来指导隧道设计和施工。

对此，我国的相关隧道设计与施工规范均要求：采用新奥法施工的隧道，施工时应视其规模、地质条件以及安全合理施工的要求，充分利用现场量测信息指导施工，即通过对施工中量测的数据和对开挖面的地质观察等进行预测和反馈。

根据已建立的量测管理基准，对隧道的施工方法(包括特殊的辅助施工措施)、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整，以保证施工安全、坑道稳定和支护结构的经济性。

其主要施工程序下图1-1所示。

在隧道的施工过程中，使用各种仪器设备和量测元件，对地表沉降、围岩与支护结构的变形、应力、应变进行量测，据此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性和支护的工作状态，这种工作称为新奥法的现场监控量测。

施工监控量测被视为是新奥法的三大关键环节之一。

其目的可归纳为下述三点：1、为设计和修正支护结构形式和参数提供依据进行隧道工程设计时必须依靠工程地质调查和试验来提供必要的依据和信息，但由于岩土体地质情况千差万别，使得工程地质调查和试验取得的数据很难正确反映岩体的真实性。

所以在施工过程中必须通过围岩与支护支护的变形和应力的监测结果，对原设计予以修正，或者为重新计算和设计提供依据。

2、正确选择开挖方法和支护施作时间通过分析量测数据，可以确定符合具体工程要求和地质条件的施工方法和支护结构的施作措施，以充分利用围岩自承能力，然后通过量测分析，再确定适宜的二次支护时间；在侧压力较大的地层中，利用量测数据，以确定最佳的仰拱施作时间。

3、为隧道施工和长期使用提供安全信息通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测监控和分析评定，可以发现施工中隐藏的不安全因素和隧道有可能失稳的区段或局部薄弱的部位，从而及时采取相应 是否符合管理基准是（改变开挖步骤、顺序）初期支护（修改施工方案）开 挖确定施工方法施工准备（修正支护参数）二次衬砌防水隔离层结 束稳定性判据图 1 新奥法施工监控程序施工地质调查现场监控量测否图1-1 新奥法施工监测流程的加固或其它措施。

总之，隧道监控量测是为了完善隧道设计，正确地指导施工，以保证隧道工程的安全性和经济性。

深圳市地铁二号线设计和施工的标准均很高，隧道埋深浅，地质条件差，为确保工程安全、顺利的实施，将施工时对周边环境的影响降低到最小程度，并使建成的隧道结构经济、安全可靠，因此，在施工过程中进行监控量测是十分重要和完全必要的。

三、项目监测内容及其技术要求1、项目监测内容根据我国地铁施工技术规范、相关行业标准以及地铁施工图设计文件，本项目监测内容分为必测项目和选测项目两种。

（1）必测项目1）隧道通过地段及周边地表下沉量测其目的是及时跟踪隧道通过地段对地铁顶部土体的扰动影响。

监测量：地表下沉量。

2）隧道周边建筑物下沉量测其目的是掌握隧道的施工对周边岩土体的影响程度，将施工对周边环境的影响控制到最小。

监测量：建筑物下沉量。

3）隧道周边建筑物裂缝观测其目的是通过了解隧道周边建筑物的裂缝分布及发展情况，将施工对周边环境的影响控制到最小。

监测量：建筑物表面的裂缝分布；裂缝的发展情况。

4）隧道周边收敛位移量测其目的是为判断隧道空间稳定提供可靠信息；根据变形速度判断岩土体稳定程度，为二次衬砌提供合理支护时机；指导现场设计与施工。

监测量：隧道周边收敛量；收敛稳定时间。

5）隧道拱顶下沉位移量测其目的是根据拱顶下沉速度判断岩土体稳定程度，为二次衬砌提供合理支护时机；指导现场设计与施工。

监测量：隧道拱顶累计下沉量及下沉稳定时间。

（2）选测项目1）锚杆内力量测其目的是了解现场围岩条件下，锚杆的受力状态和变化规律，隧道周边围岩松动区的大致范围，为优化锚杆设置的类型、数量、间距、长度等参数提供依据。

监测量：锚杆内力。

2）喷射混凝土的接触压力量测其目的是了解喷射混凝土的受力状态和变化规律，为优化喷射混凝土的厚度参数提供依据；监测量: 应力。

3）钢支撑内力量测其目的主要是了解现场围岩条件下，钢支撑所承受垂直与水平荷载的大小，以及随施工过程的变化规律，为调整初期支护的类型与优化设计提供依据。

监测量：应力。

4）隧道施工爆破振动影响测试其目的是了解隧道施工过程中爆破掘进对已建隧道支护结构及周边岩土体稳定性的影响程度，为优化爆破参数，降低爆破对隧道结构及围岩的破坏性影响提供依据。

监测量：质点峰值振动速度。

2、项目的技术要求（1）量测数据必须准确可靠。

隧道开挖后其变形和应力变化较快，必须根据施工情况快速准确的进行量测，才能掌握围岩变化的第一手资料，从而为进一步的判断和监控提供准确的资料，高精度的仪器设备和高素质的专业技术人员是必要的保证。

（2）数据处理和预测预报要快速准确。

隧道监测的目的是为了保证隧道施工的安全，在隧道施工中根据已有量测信息，采用回归分析、灰色预测等方法，对围岩的进一步变形和应力发展情况做出预测预报，可以及时发现隧道施工中隐藏的不安全因素，从而能在有效的时间内采取加固措施以避免安全事故的发生。

（3）监控必须及时有效、落到实处。

隧道施工量测的目的是为了监控，在整个隧道施工监控量测中，监控最为关键，而且监控的难度也远远大于量测。

目前国内对量测方面的研究较多，然而，真正根据量测信息对隧道施工安全进行监控，并进行有效反馈和动态设计、施工的很少。

花费大量人力物力获得的监测数据和信息仅仅限于低水平的应用，起不到优化设计参数和施工方法的目的。

究其原因，在于现场监测人员理论水平低，无法对大量的数据进行全面综合分析和应用，因此，要达到隧道监控量测的真正目的，必须有高素质的专业技术人员。

四、监测方案与测点埋设1、必测项目（1）隧道通过地段及周边地表下沉量测在隧道通过地段及周边地表测试范围内埋设沉降观测点，用精密水准仪监测观测点的相对下沉量，并计算出当天的沉降量。

该项量测的测点布置如图1-2所示，该项量测计划每隔20m布置1个断面，每个断面7个测点，间距按照从中图1-2 地表沉降测点布置心点往两边分别为3m、5m设置，具体量测时将根据现场实际地质地形情况以及施工情况进行调整。

（2）隧道周边建筑物下沉量测在隧道施工可能影响到的建筑物上选择代表性的点作为沉降观测点，用精密水准仪监测观测点的相对下沉量，并计算当天的沉降量。

（3）隧道周边建筑物裂缝观测由于地铁一般埋深较浅，施工过程中将对周边的地层产生扰动，同时爆破振动也会对周边的建筑物产生不利影响，观察相关建筑物的裂缝分布情况，并用测缝仪对裂缝发展情况进行观测。

（4）隧道拱顶下沉及周边收敛位移量测隧道周边收敛是指隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值,它是隧道开挖所引起围岩变形值最直观的表现,对其量测采用隧道净空变化测定计(简称收敛计)进行。

隧道周边收敛量测的测点和量测基线如图1-3所示。

每种围岩类别各选择若干个比较有代表性的断面布置量测标志，Ⅱ类围岩洞口段按10m 间距布点，其余地段按15m 间距布点，Ⅲ类围岩按30m 间距布点， (注：测点与基线的布置将视具体施工方案的变化进行修改和调整)。

收敛量测测点与拱顶下沉测点布置在同一断面。

埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为40~80mm ，深为25mm 的孔。

在孔中填满水泥沙浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待沙浆凝固后即可量测。

2、选测项目（1）钢支撑内力量测隧道型钢支撑内力量测采用表面应变计进行量测。

根据隧道实际情况，每个断面布4个测点如图1-8所示。

图1-3 隧道洞内收敛基线布置图具体方法：把表面应变计粘接在钢支撑上，用检测仪测得各点的应变，然后根据虎克定律转化为钢支撑的内力。

此种方法操作简单、安全稳定、使用方便、图1-8 双洞连拱隧道钢支撑内力量测测点布置图并能多点测量和远距离量测，能长期观测。

（2）喷层应力量测喷层应力量测采用喷层应力计进行量测，根据隧道实际情况，每个断面布图1-6 双洞连拱隧道喷层应力量测布置图10个测点如图1-6所示。

（3）锚杆内力量测支护锚杆在隧道支护系统中占有重要地位，为了解施工锚杆的受力状态及大小，需对锚杆采用锚杆应力（应变）计进行监测。

根据工程实际情况，选择三个有代表性的结构断面进行监测，每组监测锚杆数量为5根。

隧道测点布置分别如图1-10所示。

（4）爆破振动测试因地铁一般均埋深较浅，隧道左右洞施工过程中爆破对支护结构的影响比较大，爆破振动测试同时采用两台三通道IDTS3850爆破振动仪对衬砌结构进行测试，根据实测振动波速及安全规程要求，确定最大装药量，确保隧道结构安全。

3、量测流程图1-11所示为本次监控量测操作程序。

五、数据采集、分析及信息反馈1、数据采集任何现场量测都不可避免地存在误差。

为得到更为真实、可靠的量测数据，在监控量测、采集数据时，应尽量减少各种误差,各量测项目数据采集及量测频率见表1-1。

（1）首先做到量测、采集数据专人专项负责，以减少随机误差。

（2）在使用精密水准仪进行洞内周边收敛位移量测时，通过左右尺读数控制系统误差。

（3）专项量测需制定专项记录表。

对于手工记录资料要保存好原始记录表，对于智能式记录器要及时将量测数据导入电脑，以防丢失。

（4）各项数据采集频度与相应量测频度(表1-1所列)同步。

2、量测数据的处理与数据分析现场量测数据应及时绘制位移一时间曲线。

曲线的时间横座标下应注明施工工序和开挖工作面距量测断面的距离。

在量测数据整理中，选用位移—时间曲线,当位移—时间曲线趋于平缓时(如图1-13)，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移值和掌握位移变化规律。

采用回归分析时可在下列函数中选用：（1）．对数函数，例如：u+a=（1－1）)1lg(t表1-1 各必测、选测项目的量测频度（2）．指数函数，例如：ht=（1－2）u/-ac（3）．双曲函数，例如：bt a tu += （1－3）式中 a 、b ——回归常数；t ——初读数后的时间(d)；u ——位移值(mm)。