隧道監(jiān)控測量方案一、總則1.1編制目的雁門關隧道地質條件復雜，斷層分布密集，為保障隧道施工安全、優(yōu)化支護設計、掌握圍巖及支護結構受力變形規(guī)律，特制定本監(jiān)控測量方案。本方案通過地質超前預報預判前方不良地質，結合洞內施工監(jiān)控量測實時捕捉圍巖及支護結構變形數據，為信息化施工提供科學依據，有效規(guī)避坍塌、失穩(wěn)等安全風險，確保工程質量與施工進度協調推進。1.2編制依據《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTG/T3660-2020）《公路隧道施工安全技術規(guī)范》（JTGF60-2009）《工程測量標準》（GB50026-2020）雁門關隧道工程地質勘察報告、施工圖紙及施工組織設計TSP202隧道地震波超前地質預報系統操作手冊1.3適用范圍本方案適用于雁門關隧道出口段施工全過程的地質超前預報與洞內施工監(jiān)控量測工作，涵蓋硬巖（III～IV類圍巖）、軟巖（I～II類圍巖）及土砂圍巖等不同地質條件下的測量作業(yè)。二、地質超前預報2.1預報系統選擇采用TSP202隧道地震波超前地質預報系統，該系統通過分析地震波在不同地質體中的反射特性，精準預報隧道掘進面前方及周邊區(qū)域的地質狀況，為不良地質（斷層、巖層變化、節(jié)理密集帶等）預警提供可靠數據支持。2.2預報原理TSP202系統利用微弱爆破產生的地震波在巖體內傳播，當地震波遇到巖體強度變化界面（如斷層、巖性分界面）時，部分信號會反射返回。通過專用接收器捕捉反射信號并轉化為電信號，結合信號返回時間與方向，經數據處理軟件分析，確定地質界面的方位、距離及性質，界面兩側巖體強度差異越大，反射信號越強，預報精度越高。2.3數據采集2.3.1鉆孔布置鉆孔位置：接收器孔與爆破孔均布置在掌子面附近邊墻，而非掌子面本身，避免掌子面施工干擾；鉆孔參數：爆破孔：共24個，間距1.5m，孔深1.5m，孔徑19～45mm，孔口距隧底約1.0m，向掌子面方向傾斜10°，向下傾斜10～20°；最后一個爆破孔距掌子面約0.5m；接收器孔：1個，孔深2.4m，孔徑32～45mm，孔口距隧底1.0m，向洞口方向傾斜10°，向下傾斜10～20°；接收器與第一個爆破孔間距20m，距掌子面約55m；特殊情況：地質條件極其復雜時，在隧道另一側邊墻增設1個接收器孔及24個爆破孔，通過雙向數據對比提升預報準確性。2.3.2孔內處理與爆破作業(yè)接收器安裝：采集信號前12h，將保護接收器的套管插入接收器孔，采用含特殊成分的不收縮水泥砂漿填充，確保接收器與圍巖緊密耦合，保障信號采集質量；爆破參數：每個爆破孔裝藥量10～40g，根據圍巖軟硬程度、完整破碎情況及與接收器的距離動態(tài)調整；環(huán)境控制：爆破接收信號時，隧道內停止一切施工作業(yè)，減少環(huán)境噪聲干擾，確保信號純凈度。2.4數據處理2.4.1數據傳輸將洞內采集的地震波原始數據通過專用設備傳輸至室內計算機，確保數據無丟失、無失真。2.4.2數據分析流程波形處理：對原始信號進行濾波、去噪、放大等處理，剔除干擾信號，提取有效反射波；預報計算：通過軟件分析反射波的傳播時間、幅值、頻率等參數，計算地質界面與掌子面的距離、走向及傾角；結果輸出：結合已掌握的地質資料，判斷地質界面類型（節(jié)理密集帶、斷層或巖性分界面），生成地質超前預報報告，明確前方不良地質的位置、規(guī)模及風險等級。2.5預報工藝流程地質資料收集→鉆孔布置→鉆孔施工→接收器與套管安裝→爆破孔裝藥→爆破信號采集→數據傳輸→室內數據處理→地質界面判斷→預報報告編制→施工建議提出2.6注意事項優(yōu)化采樣參數：根據地質條件合理確定采樣間隔與采樣數目，確保信號采集全面；強化耦合效果：采用早強膨脹水泥砂漿固定接收器套管，提升接收器與圍巖的耦合質量，避免信號衰減；科學組織施工：優(yōu)化作業(yè)程序，盡量實現不停工采集數據，減少對隧道掘進的影響；重視震源影響：合理控制爆破炸藥量與爆破方式，降低震源對預報結果的干擾。三、洞內施工監(jiān)控量測3.1監(jiān)控量測目的通過對圍巖變化及支護結構工作狀態(tài)的持續(xù)量測，實現以下目標：實時掌握圍巖穩(wěn)定程度與支護結構受力變形規(guī)律；預見施工安全風險，及時預警坍塌、失穩(wěn)等險情；為調整和優(yōu)化支護設計提供數據支撐；確定二次襯砌的最佳施做時間，保障復合式襯砌結構安全。3.2量測項目分類根據量測目的與優(yōu)先級，將量測項目分為必測項目（A類）和選測項目（B類），各類圍巖對應的量測項目見表3-1。表3-1圍巖量測項目表圍巖條件洞內觀察（A）凈空變位（A）拱頂下沉（A）地表下沉（B）圍巖位移（B）錨桿軸力（B）襯砌應力（B）錨桿拉拔試驗（B）圍巖條件（B）洞內收斂性（B）硬巖（III～IV類）××××××××××××××××軟巖（I～II類）××××××××××××××××××××××土砂×××××××××××××××××××××注：×××——必測項目；××——應測項目；×——必要時測項目。3.3三維非接觸量測技術針對傳統接觸式量測（鋼尺式收斂計）對施工干擾大、精度受人為因素影響、大跨度隧道量測困難等問題，采用全站儀自由設站三維非接觸量測技術，實現高精度、快速、低干擾的變形觀測。3.3.1量測原理非接觸觀測通過光學/電磁方式遠距離測定結構點位的三維坐標，無需接觸測點。全站儀自由設站法通過在未知點設站，觀測若干已知點的方向和距離，經坐標變換求得測站坐標，進而測量變形點三維坐標，適用于隧道狹窄空間內的實時變形觀測。3.3.2觀測系統組成由觀測主機（全站儀）、反射靶標、現場計算機及數據處理軟件組成，實現數據采集、傳輸、處理一體化。3.3.3觀測要點[3.3.3.1](3.3.3.1)測點與測站設置基準點：洞外：設置4個地面基準點（含2個校核點），采用混凝土澆鑄，埋深1m，通過對中桿及圓棱鏡觀測，確保穩(wěn)固不動；洞內：在襯砌上設置后視點，采用變形點反面粘貼反射膜片制成，用于坐標傳遞；變形點：布置數量：洞內襯砌共設置180個變形測點，每斷面3個；布置位置：分別位于墻腳（路面以上1m）、起拱線以上0.5m及拱頂處；構造形式：由2.5mm厚薄鋼板彎成直角形，通過膨脹螺栓錨固在襯砌表面，反射膜片裁成70mm方片粘貼于鋼板上；觀測要求：變形點觀測距離29-85m，反射膜片與儀器光軸傾斜角度≤30°；測站：布置數量：洞內4個，洞外2個；洞內測站位置：設于邊墻電纜槽上，設置防護區(qū)避免車輛振動干擾，測站大致固定（做標記），無需嚴格對中。[3.3.3.2](3.3.3.2)觀測操作儀器調校：觀測前精準調校全站儀軸系誤差及指標差，打開角度改正及補償器功能，進行氣壓和溫度氣象改正；觀測模式：采用記錄測量模式，數據存儲于GRM10模塊；觀測方法：三次重復設站，每次設站采用雙盤測回結合三次重復照準的冗余觀測方法，即每一測站用兩個盤位連續(xù)重復照準三次目標點，獲取23個觀測值，取平均值作為一次設站觀測結果。3.3.4觀測精度與結果評定[3.3.4.1](3.3.4.1)觀測量誤差評定觀測量包括水平方向（H）、豎直角（V）和斜距（D），其觀測誤差用標準差（S）評定，雙盤位連續(xù)照準三次的觀測量平均值（X）的標準差計算公式為：S式中，X1、X[3.3.4.2](3.3.4.2)三維坐標/收斂基線精度評定一次設站精度：目標量（三維坐標/收斂基線長）F={H，V，D}的一次觀測精度SF由誤差傳播率計算，三次重復設站的平均值精度為S實測精度驗證：根據三次設站實測結果，按貝塞爾公式計算平均值精度：S[3.3.4.3](3.3.4.3)變形觀測精度評定變形量計算：凈空變形觀測結果ui=F0?精度計算：等精度條件下，變形觀測精度Su結果表達：按A類不確定度方法給出最終結果：Ui=u[3.3.4.4](3.3.4.4)變形預測模型采用非線性回歸和灰色理論建立三種預測模型綜合分析：模型I（非線性回歸模型）：u模型II（非線性回歸模型）：u模型III（GM（1，1）灰色模型）：x式中，A、B、r、a、b為模型參數，采用時間t加權最小二乘法計算，權函數為Wt3.3.5量測成果輸出基礎成果：凈空收斂變形值、凈空周邊點位移值；分析成果：隧道凈空變形形態(tài)評估報告、變形趨勢預測報告。3.4傳統監(jiān)控量測方法3.4.1核心量測項目操作要點[3.4.1.1](3.4.1.1)洞內觀察觀測頻率：每個開挖面開挖后立即進行，軟弱圍巖地段派專人不間斷觀察；觀測內容：地質素描（巖性、節(jié)理、斷層、地下水等）、支護結構狀態(tài)（噴層開裂、錨桿變形、鋼架扭曲等），繪制地質素描圖并記錄。[3.4.1.2](3.4.1.2)圍巖位移量測量測儀器：單點或多點位移計；量測目的：測試巖體內部各點相對位移；斷面間距：為凈空變化量測斷面間距的3～5倍；測點布置：每斷面2～5個測點，結合地質條件與工程重要程度調整。[3.4.1.3](3.4.1.3)凈空變化量測量測儀器：凈空變位儀；測點布置：橫斷面上以水平基線為主，必要時設斜基線，具體布置見表3-2；量測操作：將凈空變位儀短桿固定在兩測點巖體內，量測精度：小變位0.1mm，大變位1mm；斷面間距：與圍巖類別、隧道長度、開挖方法相關，見表3-3。表3-2凈空變化量測基線布置表開挖方法一般地段特殊地段（洞口）特殊地段（埋深＜2D）特殊地段（膨脹/偏壓）特殊地段（B類量測）全斷面1～2條水平基線1～2條水平基線1～2條水平基線三條三角形基線三條基線短臺階2條水平基線2條水平基線2條水平基線四條基線四條基線注：D為隧道開挖寬度。表3-3凈空變化量測和拱頂下沉量測斷面間距表（m）圍巖類別洞口附近淺埋地段施工初期階段取得效果后Ⅴ、Ⅳ類10～1510～152050Ⅲ類10101520Ⅱ類551010～20Ⅰ類551010～20[3.4.1.4](3.4.1.4)拱頂下沉量測測點布置：每斷面3個測點，分別位于拱中及兩側拱腰，受障礙物影響可適當調整；量測儀器：水準儀、鋼尺等；量測同步性：與凈空變化量測在同一斷面同步進行。[3.4.1.5](3.4.1.5)選測項目（B類）量測目的：驗證設計合理性、探討支護襯砌受力機理，補充A類量測數據；量測時機：宜在施工初期階段進行；斷面布置：設在有代表性的地質地段，包括地表下沉、錨桿軸力、襯砌應力、錨桿拉拔試驗等項目。3.4.2量測頻率與結束條件[3.4.2.1](3.4.2.1)量測頻率根據位移速率和測點距開挖面距離確定，見表3-4，出現不穩(wěn)定征兆時增加量測頻率。表3-4位移量測頻率表位移速率（mm/d）距開挖工作面距離（B為洞室寬）量測頻率＞5（0～1）B1～3次/d1～5（0～2）B1次/d0.5～1（2～4）B1次/d0.2～0.5（2～5）B1次/1～3d＜0.2（2～5）B1次/1～15d[3.4.2.2](3.4.2.2)結束量測條件當圍巖達到基本穩(wěn)定后，以1次/3日的頻率連續(xù)量測2周，若無明顯變形（日位移速率＜0.1mm/d），可結束量測。3.5數據處理與反饋3.5.1數據整理實時整理量測數據，繪制位移-時間曲線、位移-距離曲線；對異常數據進行分析，排查儀器故障、測點破壞等干擾因素，確保數據可靠性。3.5.2數據反饋與應用及時將量測結果反饋至施工、技術及監(jiān)理單位，當位移速率超過預警值或出現異常變形時，立即啟動預警機制；結合地質超前預報結果，優(yōu)化支護參數（如調整錨桿長度、間距、噴層厚度等）；根據變形趨勢預測，確定二次襯砌施做時間，確保襯砌結構安全。四、質量與安全保障措施4.1質量保障措施儀器管理：所有測量儀器定期送專業(yè)機構校驗，校驗合格后方可使用，使用前進行常規(guī)檢查；人員資質：測量人員持證上崗，熟悉儀器操作及方案要求，進行崗前培訓；測點保護：設置明顯的測點保護標識，避免施工機械碰撞、損壞測點；數據審核：建立數據三級審核制度（觀測員自檢、技術人員復核、項目技術負責人審核），確保數據準確；資料歸檔：及時整理測量資料，包括觀測記錄、數據處理報告、預報報告