长昆线培席隧道和林家湾一号隧道隧道变形监控量测

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除1.工程概况长昆线引入贵阳枢纽工程位于贵州省贵阳市境内，起于贵阳市乌当区奶牛场长昆与成昆、枢纽环城快铁及贵开线合建的贵阳东站长沙段进站(DK693+138）。经贵阳市白云区都拉营片区后至贵阳市金阳新区在建贵阳北站长昆车站，后线路向南，经贵阳市南明区三桥、马王庙片区，至既有贵黄公路金关收费站附近上跨，后沿该公路南侧经清镇市金华、嵩芝塘地区，至中八农场后（DK731+600）出贵阳枢纽范围向昆明方向延伸，正线全长36.389km。本段含贵阳东、清镇东二个车站（不包括贵阳北站），其中桥梁29座（含4座重点桥梁）、隧道13座；其余均为涵洞、路基部分。本分

2、部负责DK695+390DK697+242、DK698+575DK700+000段的培席隧道、林家湾一号隧道的施工，管段长3.277Km。两段设四个作业面进行平行施工。两隧道里程如下表1隧道设计范围如下表1所示：隧道名称设计范围进口里程出口里程隧道长（米）培席隧道DK695+400DK697+242DK695+400DK697+2421842林家湾一号隧道DK698+575DK699+950DK698+575DK699+9501375由现阶段林家湾一号隧道图纸设计岩层结构如下表示。林家湾一号隧道岩层结构里程范围岩层级别长度DK698+555-DK698+725170DK698+725-DK69

3、8+980255DK698+980-DK699+330350DK699+330-DK699+37545DK699+375-DK699+540165DK699+540-DK699+61070DK699+610-DK699+730120DK699+730-DK699+78050DK699+780-DK699+9501702.监测的目的意义 施工中的监控量测是施工安全的保障，在施工过程中必须按要求进行此项工作，并将结果做系统处理后及时反馈指导施工。根据新奥法的基本原理，在隧道工程施工中对围岩实时监控量测其目的在于掌握围岩的动态，对围岩稳定性作出评价；为确定支护结构形式、支护参数和支护时间提供依据；了

4、解支护结构的受力大小和应力分布；评价支护结构的合理性及安全性，为施工提供指导，以确保施工运营的安全并防止地表下沉。因此实施隧道信息化动态施工控制，既能达到安全快速施工，又能节省工程造价的目的，且具有如下重要的意义：（1）通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。（2）在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态进行目测，掌握围岩动态，以及围岩的施工力学性能，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，及时改进支护，对围岩稳定性、安全性作出评价来指导现场施工。（3）验证支护结构型式、支护参数的合

5、理性，对支护结构、施工方法的合理性及其安全性作出评价及建议，为确定二次支护时间提供依据。 （4）通过每次对爆破振动的监控，及时掌握隧道通过邻近构筑物地段时对邻近构筑物的影响，为施工爆破方案的选定，为判别构筑物是否安全提供科学依据。（5）为修改变更设计、调整施工方法提供科学依据。（6）有效地避免塌方等工程事故。（7）为本地区后续的类似工程积累宝贵经验和提供科学资料。3.监测主要内容为及时提供施工所需的围岩稳定程度和支护结构的状态，以保证施工安全，提高施工效率，拟将施工监测分为必测项目、选测项目。3.1 必测项目是施工中必须作为一道工序进行的监控量测项目。它包括：（1）洞内外观察（2）水平相对净空

6、变化值的量测（3）拱顶下沉的量测。（4）地表沉降3.2 选测项目是根据围岩性质、隧道埋置深度、开挖方式等条件自行确定的监控量测项目，作为必测项目的验证和补充。它包括：（1）围岩压力量测（2）钢架内力量测（3）喷混凝土内力量测（4）二次衬砌内力量测（5）初期支护与二次衬砌间接触压力量测，（6）锚杆轴力量侧（7）隧底隆起（8）围岩内部位移（9）爆破振动（10）孔隙水压力（11）水量（12）纵向位移这类量测是必测项目的拓展和补充，对特殊地段、危险地段或有代表性的地段进行量测，以便更深入地掌握围岩稳定状态与支护效果。对未开挖地段提供参考信息，指导未来设计和施工。选择项目安装埋设比较麻烦，量测项目较多、

7、时间长、费用较大，但工程竣工后还可以进行长期观测。4.测点布置及量测方法4.1地质及支护基本状况观察（目测）对于所需检测断面隧道掌子面爆破后和初喷后通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查，描述和记录围岩地质基本情况：岩性、岩层产状、裂隙、溶洞、地下水基本情况，判断围岩类别是否与设计相符，必要时应拍照，测量地下水流量；观察支护效果，每一检测断面应填写记录卡。4.2隧道围岩周边位移量测周边位移量测以水平相对净空变化值的量测为主，水平净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。拱顶下沉量测断面的位置在每一断面宜布置13个点。若地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，

8、应同时量测拱腰下沉及基底隆起量。测点的安装应能保证在开挖后12小时 (最迟不超过24小时)内和在下一循环开挖前测到初次读数。坑道周边收敛计可选铰弹簧式或重锤式，拱顶下沉量测采用水平仪、水准仪和挂钩钢尺等，有条件时可采用激光隧道断面监测仪进行量测。变形量测可采用单点或多点式锚头和传力杆，配以机械式百分表或点测位移计。4.3水平收敛量测4.3.1 量测方法水平相对净空变化的量测首先要求将预埋件按要求的时间及方法埋设，然后进行仪器的安装(如下图所示)。当仪器安装完成后，利用弹簧秤、钢丝绳、滑管给钢尺施加固定的水平张力(弹簧秤拉力90N)，并在百分表读得初始数值X0；因第一次量测的初始读数是关键性读数

9、，应反复测读；当连续量测3次的误差R0.18mm(R值根据收敛计不同而异)时才能继续爆破掘进作业。用同样方法可读得间隔时间t后的t时刻的Xi值，则t时刻的周边收敛值Ut即为百分表两次读数差：Ut=L0-Lt+Xtl-Xto 式中：L0初读数时所用尺孔刻度值； Ltt时刻时所用尺孔刻度值；Xtlt时刻时经温度修正后的百分表读数值， Xtl= Xt+tXto初读数时经温度修正后的百分表读数值， Xt0= X0+t0Xtt时刻量测时百分表读数值；X0初始时刻百分表读数值；温度修正值，t=(T0-T)L钢尺线膨胀系数；T0鉴定钢尺的标准温度，T0=20；L钢尺长度。4.3.2 数据处理每次测量时要做好

10、详细的量测记录，记录内容包括日期、时间、里程编号、环境温度、量测数据等，并及时根据现场测量数据绘制时态曲线和空间关系曲线。当位移时间曲线趋于平缓时，及时进行量测数据的回归分析，以推求最终位移和掌握位移变化的规律。目前，常采用的回归函数有：对数函数 U=A+Bln(t+1) U=Aln()指数函数 U=Ae-B/t U=A(e-Bt0-e-BT)双曲函数 U=A 式中：U变形值(mm)； A、B回归系数； t量测时间(d)； t0测点初读数时距开挖时的时间(d)； T量测时距开挖时的时间(d)。在预设点的断面,隧道开挖爆破以后,沿隧道周边的拱顶、拱腰（或导洞拱腰）和边墙部位分别埋设测桩。尽可能把

11、测点布置在选测项目量测断面位置。量测断面的测点布置见图2。4.4 拱顶下沉量测4.4.1 拱顶下沉量测方法拱顶下沉量测采用水准测量法进行，后视点可设在稳定衬砌上，用水平仪进行观测(如下图所示)。将拱顶初始相对高差与t时刻相对高差相减变得拱顶下沉量，即：Ut=(Q0+P0)-(Q+P)=(Q0-Q)+(P0-P)。若Ut为正值，则表示拱顶下沉；若Ut为负值，则表示拱顶向上位移。4.4.2 拱顶下沉量测数据的处理拱顶下沉量测数据的处理方法同水平相对净空变化量测。4.5量测断面的测间距及频率净空变形断面间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度等确定，其间距按表3采用。拱顶下沉量测与净空水平收敛量测

12、应在同一断面内进行，并用相同的量测频率，应从表4根据变形速度和距开挖工作面距离较高的一个量测频率4.6锚杆轴力量测沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙打5个测孔，孔深3.7 m5m ，孔径50mm。测孔内设4个测点，每个断面20个测点。采用锚杆测力计及拉拔计量测。量测断面的测点布置见图2。图2. 周边收敛与拱顶沉降测点布置图拱顶下沉及周边收敛量测间距表 拱顶下沉及周边收敛量测频率表 表3 表4围岩级别量测断面间距(m)51010303050位移速度(mm/d)量测断面间距开挖面距离(m)量测频率5(01)B2次/d15(12)B1次/d0.51(25)B1次/23d0.55B1次/7d 注注：-隧道最

13、大开挖宽度4.7复合式衬砌围岩压力及接触压力量测复合式衬砌围岩压力及接触压力量测布置在周边位移量测的同一断面上，沿隧道周边拱顶，拱腰和边墙埋设压力传感器，将双膜钢弦式压力盒分别埋设在围岩与喷射混凝土与之间；喷射混凝土与二次衬砌之间。围岩与喷混凝土之间的压力盒是在喷混凝土施工以前埋设，喷射混凝土与二次衬砌之间的压力盒是在挂防水板之前进行安装，测取围岩对喷射混凝土压力；围岩对二次模注混凝土衬砌的压力。混凝土达到初凝强度以后开始测取读数。每个断面设5个测点。隧道内断面位置的设置与周边位移量测相同。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点市置位置相同。量测断面的测点布置见图5。4.8喷射混凝土轴

14、向应力量测喷射混凝土轴向应力测点布置在周边位移量测的同一断面上，沿隧道的拱顶、拱腰和边墙在喷射混凝土内埋设5个混凝土应变计。围岩初喷以后，在初喷面上固定应变计，然后再复喷，将传感器全部覆盖并使传感器居中。喷射混凝土达到初凝时开始测取读数。量测断面的测点布置位置如图5。4.9二次衬砌应力量测二次衬砌应力量测与喷射混凝土轴向应力量测基本相同，设在同一断面上。传感器埋设在二次衬砌混凝土内，一个断面5个测点。断面布置与周边位移量测相同。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点布置位置相同。量测断面的测点布置位置如图5。6.9型钢支撑应力量测型钢支撑应力量测设在周边位移量测断面位置。采用钢筋应力计

15、焊接在型钢上，量测型钢应力。型钢支撑安装完以后即可测取读数。量测断面的测点布置位置与喷射混凝上径向应力测点布置位置相同。量测断面的测点布置位置如图3。图5 选测项目测点布置图图54.10地表沉降观测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是否进行。地表下沉测量点应与净空水平收敛及拱顶下沉量测的测点布置在同一断面内，沿隧道中线，地表下沉量测断面间距可按表6采用。需要进行横断面方向地表下沉量测时，其测点间距应采用25米，在同一量测断面内应取711个测点。地表下沉量频率应和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。地表下沉量测应在开挖工作面前方H+B（隧道埋置深

16、度+隧道最大开挖宽度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止为止。地表下沉量测断面间距表 表6 隧道深度H量测断面间距(m)2BH02.5B2050BH02B1020H0B10注：H0隧道埋深；B隧道最大开挖宽度在隧洞开挖影响范围以外稳固、不易受到破坏且通视条件良好的地方相应埋设510个基准点。测点应埋水泥桩，测量放线定位，用水准仪量测。隧道开挖距测点前30m处开始量测，隧道开挖超过测点30m、并待沉降稳定以后停止量测。4.11爆破振动速度量测隧洞开挖爆破时，在其上方建（构）筑物或两侧距爆破点较近的建（构）筑物地面布点，进行振动速度测试，主要监测路线左、右30米范围内构筑物力学行为的变化，爆破

17、振动影响。构筑物地震波测点，布置于每栋层高超过2层的房屋靠隧道侧的底、顶层墙柱上，每栋布置2个测点。左线隧道靠新建隧道侧边墙上，每10米布置1个测点，共52个测点。构筑物质点位移的测点布置与地震波测点布置相同。拾振器4拾振器1拾振器2拾振器3DSVM-4C型振动测试仪计算机打印机爆破振动速度监测采用DSVM-4C型振动测试仪、891-型拾振器、计算机、打印机等组成的测试系统进行监测。爆破振动速度监测系统见图7。每次测量结束后，及时对结果进行分析，指导下次爆破方案设计。图7爆破振动测试系统示意图412.量测频率每个测点测取读数的频率不少于规范要求，同时要满足工程需要(见表8)。对于采用分部开挖的

18、地段，如正台阶开挖，上半断面开挖和下半断面开挖不在同一时间，当量测断面工作状态发生改变时的前后一个星期之内或距离测点一倍洞跨以内是按 1次/天的频率采集数据，这样比规范要求的次数几乎多了一倍。如埋设的测点量测期间遭到破坏，恢复以后按新埋测点要求采集读数，这样增加了采集数据的次数和数据采集量。量测过程中若遇围岩变形速率较快时，量测频率应在规范规定的基础上加密。表8 量测频率表序号项目名称量测间隔时间115天16天1月13月3个月以后1地质及支护状况观察每次爆破后进行2周边位移、拱顶下沉12次/天1次/2天12次/周13次/月3喷射混凝土应力、二次衬砌应力、围岩压力及接触压力、围 岩内部位移、锚杆

19、轴力、型钢 支撑或格柵钢支撑应力12次/天4爆破振动速度量测当爆破断面与监 测断面在30米和超过30米范围内，每次爆破后 均需监测1次/2天12次/周13次/月5构筑物的表面应变监测当爆破断面与监测断面在30米和超过30米范围内， 每天一次5. 量测数据的处理与应用5. 1 根据现场量测数据绘制水平相对净空变化、拱顶下沉时态曲线，净空水平收敛、拱顶下沉与距开挖工作面的关系图等。5. 2 根据量测结果及铁路隧道施工技术指南的规定可根据下表中变形管理等级指导施工。管理等级管理位移施工状态UU1B/2B/3正常施工U1B/2B/3U2U1B/2B/3加强监测U2U1B/2B/3采取相应工程措施并加强

20、监测 位移控制基准(U1B/U2B取值) 类别距开挖面1B(U1B)距开挖面2B(U2B)距开挖面较 远允许值65%U090%U0100%U0注：U0极限相对位移值(结构允许相对位移，见下表)，U实测位移值 B隧道最大开挖宽度 结构允许相对位移表(%)埋深围岩级别50m50300m300m500m拱脚水平相对静空变化值0.290.720.582.882.594.320.140.430.291.151.001.73拱脚水平相对静空变化值0.120.230.201.581.152.020.090.140.060.120.431.15注：硬岩取下限，软岩取上限。拱脚水平相对净空变化指两侧点间净空水平

21、变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.21.3后采用。5.3 根据位移变化速度判别：（1）净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急刷变形状态，应加强初期支护系统。（2）净空变化速度小于0.2mm/d，围岩达到基本稳定。（3）在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其它指标判别。5 .4 根据位移时态曲线的形态来判别：（1）当围岩位移速率不断下降时(du2/d2t0)，围岩趋于稳定状态；（2）当围岩位移速率保持不变时(du2/d2t=0)，围岩不稳定，应加强支护；（3）当围岩

22、位移速率不断上升时(du2/d2t0)，围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。6.量测数据整理、分析与反馈的要求6.1 每次量测后应及时对原始数据进行整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图，以寻求数据之间的规律，通过数据反馈信息了解隧道变形规律；6.2 对初期的时态曲线进行回归分析，对数据最终位移、变形速率的变化、时空变化等进行预测预报；6.3 数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。7. 监控量测规范要求7.1监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析

23、处理，并将结果反馈到施工过程中。7.2 隧道施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分 。7.3 开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后应及时绘制开挖工作面的地质描述图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。 测点布设示意图7.4 对已施工地段的观察每天应至少观察一次，主要观察喷射混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。7.5 洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。7.6 净空变化、拱顶下沉量测宜在36h内完成，其它

24、量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。7.7 测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护、严防爆破损坏。7.8 拱顶下沉和地表下沉量测基点应在洞内、外水准基点建立联系。7.9 净空变化、拱顶下沉和地表下沉(浅埋地段)等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等按规定进行。8. 监控量测仪器及量测作业要求8.1 量测仪器隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目可分为必测项目和选测项目两大类，量测项目、方法及精度要求如下表：监控量测必测项目序号监测项目测试方法和仪表测试精度备注1洞内

25、、外观察现场观察、地质罗盘、数码 相机2衬砌前净空变化隧道净空变化测定仪(收敛计、隧道激光断面仪、全站仪)0.1mm全站仪采用非接触观测法一般进行水平收敛量测3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺0.51mm4地表下沉水准测量的方法，水准仪、塔尺0.51mm浅埋隧道必测(H02b)5二次衬砌后净空变化隧道净空变化测定仪 (收敛计)0.01mm6沉降缝两侧底 板不均匀沉降三等水准测量1mm沉降缝两侧底板(或仰拱填充层面)沉降7洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测三等水准测量1mm洞口底板(或仰拱填 充层面)与洞口过渡 段的沉降注：1、H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。 2、必测项目在采用喷锚构筑法施

26、工时必须进行监控量测选测项目序号监测项目测试方法和仪表测试精度1围岩与初期支护接触压力压力盒0.5%F.S.2喷混凝土应变混凝土应变计0.1%F.S3钢架应力钢筋计、应变计拉伸0.5%F.S.压缩1.0%F.S.4初期支护与二次衬砌接触压力压力盒0.5%F.S.5二次衬砌内应力混凝土应变计、钢筋计0.1%F.S6围岩内部位移多点位移计0.1mm7隧底隆起水准仪、铟钢尺或全站仪0.51mm8爆破振动速度振动传感器、记录仪1mm/s注：1、H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。 2、选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其它特殊要求，有选择地进行3、F.S仪器满量程8.2量测作业要点8

27、.2.1 高效的组织是完成量测作业的前提条件，必须在组织建设上、组织人员搭配上根据工作目标建设好作业团队。8.2.2 本标段隧道由于开挖跨度、开挖断面加大后，相应的变形规律、变形特点可以借鉴的经验不多，因此必须认真进行量测，并通过综合分析掌握大跨度隧道的变形规律。8.2.3 软岩中由于隧道断面加大后开挖跨度较大，因此围岩变形规律、特点、变形管理等级等必须通过具体量测数据分析并结合有关设计、规范及以往施工经验来总结、提炼出适用于指导该隧道施工的有关控制参数，才能保证量测有效指导施工生产。8.2.4 由于大断面软岩隧道必然采用分部开挖，因此量测的布点、数据分析等都应根据开挖方法来综合处理。8.2.

28、5 数据分析中，需采用数据数学分析结合现场初期支护变形情况等进行相互验证、综合判定，从而提高分析的准确、可靠性。9. 量测的管理及人员配备9.1 量测的管理本标段各项目部成立监控量测小组负责管段内隧道的监控量测工作。现场测点的埋设和保护工作由各隧道所属的施工队负责。量测工作由监控量测组长负责，各隧道技术人员配合。每次量测结果要记录详细，并及时将量测数据进行处理、分析，以及时指导施工生产。9.2 量测人员配备监控量测所需人员配置如下：工作人员人 数工作职责测量3量测数据的现场采集数据1量测数据的处理、分析10. 监控量测与信息反馈程序图量测的目的是为了指导施工，为调整支护参数和二衬施工时间提供依

29、据，因此在做好数据收集和分析的基础上必须及时反馈信息，以保证量测作业的及时、有效性。在日常作业中按如下程序进行：开始施工设计施工方案相关参数支护形式相关参数衬砌类型相关参数隧道施工监控量测量测数据分析处理回归分析动态分析综合分析结构安全和经济性判断经济类比理论分析标准评判结构是否安全结构是否经济结束反馈结构修正意见正常施工循环否否是修改施工方法是11.编辑依据： 铁路隧道钻爆法施工技术要点手册 新建长沙至昆明铁路客运专线引入贵阳枢纽工程站前工程施工作业指导书 高速铁路工程测量规范 TB 10601-2009 铁路隧道监控量测技术规程 TB 10121-2007 铁路隧道工程施工技术指南 TB 204-2008 【精品文档】第 22 页