1、新奧法隧道施工監(jiān)控量測技術應用 交流會,范明坤,高級工程師,交通部試驗檢測師,2016.1.12 昆明,云南航天工程物探檢測股份有限公司,1 監(jiān)控量測的定義 2 目的及意義 3 要求及流程 4 內(nèi)容及方法 5 數(shù)據(jù)管理措施 6成果分析及應用 7注意事項 8典型案例,目 錄,1、隧道監(jiān)控量測的定義,隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖和支護、襯砌受力狀態(tài)的量測?，F(xiàn)場監(jiān)控量測是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定，判斷支護、襯砌結構設計是否合理，施工方法是否正確的一種手段；也是保證新奧法安全施工、提高經(jīng)濟效益的重要條件；為施工中可能有的工程變更提供科學依據(jù)；它貫穿隧道施工的全過程。為此公路隧道施工技術規(guī)范（JTG

2、 F60-2009） 中規(guī)定：采用復合式襯砌的隧道，必須將現(xiàn)場監(jiān)控量測項目列入施工組織設計，制定監(jiān)控量測計劃，并在施工中認真實施。,2、監(jiān)控量測的目的及意義,監(jiān)控量測可以及時提供隧道洞內(nèi)拱頂下沉、周邊位移和地表下沉測量，及時判斷隧道圍巖及支護結構變形和隧道洞口淺埋段地表沉降和穩(wěn)定情況，通過上述監(jiān)控，可以判斷施工工藝的可行性，提出更加恰當?shù)氖┕し椒?。實現(xiàn)隧道信息化動態(tài)施工控制，達到既能安全快速施工，又能節(jié)省工程造價的目的。同時若進行選擇項目（支護結構應力狀態(tài)量測和圍巖體內(nèi)部位移等信息），可以對隧道支護參數(shù)的合理性進行分析判斷，為支護參數(shù)的調整提供科學的依據(jù)。,（1）確保安全：為此需要掌握圍巖和支

3、護狀態(tài)，進行動態(tài)管理，根據(jù)量測信息，預見事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然。 （2）指導施工：量測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處，總結隧道圍巖及支護變形規(guī)律，預測和確認圍巖最終穩(wěn)定時間，指導施工順序和施作二次襯砌時間，以安排合理的施工順序和二次襯砌施作時機。 （3）修正設計：根據(jù)隧道開挖后所獲得的量測信息，進行綜合分析，修正支護參數(shù)和檢驗施工預設計，確保設計與施工的合理性和經(jīng)濟性。 （4）積累資料：已有工程的量測結果可以直接應用到后續(xù)同類圍巖中或者間接地應用到其他類似的工程中，作為設計和施工的參考資料。,2、監(jiān)控量測的目的及意義,3、監(jiān)控量測的要求及流程,3.1量測的要求: 快速埋設測點(一般設置在距掌

4、子面、工作面2m范圍內(nèi)，開挖后24小時、下次爆破前測取第一次讀數(shù)。） 測量讀數(shù)在隧道內(nèi)盡量要快；保證測量點不被破壞；讀數(shù)準確可靠 3.2監(jiān)測斷面布置： 根據(jù)隧道圍巖的級別不同，監(jiān)控量測的周邊位移、拱頂下沉量測斷面布置如下：,現(xiàn) 場 工 作 程 序,準 備 工 作,確定埋設斷面,測點埋設,數(shù)據(jù)整理分析,資料歸檔,數(shù)據(jù)采集,4、監(jiān)控量測內(nèi)容及方法,4.1 地質、支護狀態(tài)觀察,該項目包括對掌子面觀察和支護結構的支護效果觀察。掌子面工程地質和水文地質情況觀察包括巖石的名稱、巖層產(chǎn)狀、斷層、層理、節(jié)理等結構面的分布、走向、產(chǎn)狀。每茬炮后需要觀測一次。支護狀態(tài)觀察包括初期支護狀態(tài)和已施工區(qū)域支護效果觀察。

5、如噴射砼開裂部位、寬度長度及深度。二次襯砌的整體性、防水效果等，每天觀察一次。洞內(nèi)狀態(tài)觀察是可靠性很高且最直接的判斷資料。對洞外邊仰坡穩(wěn)定和地表滲透觀察按要求進行描述；做好相關的觀察記錄。觀察使用地質羅盤、地質錘、鋼卷尺、放大鏡、秒表、手電、照相機或攝像機等。,周邊位移量測是最基本的主要量測項目之一，布置在主測斷面。先在測點處用鑿巖機（或電鉆）在待測部位成孔，然后將藕合劑（錨固劑）置入孔中，最后將收斂預埋件敲入，旋正收斂鉤，盡量使兩預埋件軸線在基線方向上，以利收斂計懸掛和觀測。待凝固后，周邊收斂量測采用收斂計進行數(shù)據(jù)采集。,測頭,4.2 周邊位移量測,斷面布置圖,臺階法測點布置示意圖 CRD法

6、測點布置示意圖,不同施工方法斷面布置圖,不要焊接在鋼拱架上,我們用測線布置圖中的BC和DE邊的值變化來實現(xiàn)對凈空水平收斂的量測。周邊收斂數(shù)據(jù)處理：回歸分析時，一般同時采用下面的三種函數(shù)，通過對比，推算最終位移時采用三個函數(shù)中回歸精度（擬合程度）較高的一個函數(shù)，不同測點的回歸函數(shù)可能不同。,數(shù)據(jù)分析,4.3 拱頂下沉量測,拱頂下沉量測數(shù)據(jù)，主要用于確認圍巖的穩(wěn)定性。測點布設方法是在拱頂中心位置，常與周邊量測點布設在一起，即布在主量測斷面。用鑿巖機鉆孔，然后將藕合劑（錨固劑）置入孔中，最后將收斂預埋件敲入，旋正收斂鉤，以利收斂計懸掛和觀測。待凝固后，拱頂下沉量測采用收斂計進行數(shù)據(jù)采集。 拱頂下沉量

7、測的方法常有三種： （1）用收斂計量測 該方法投入較少，用收斂計量測來獲取數(shù)據(jù)，操作簡單，且儀器設備投入少；但后期的數(shù)據(jù)處理較多，可用計算機編程來實現(xiàn)計算，提高工作效率。在實際隧道中主要是掛勾子太困難。（首推全站儀貼反光片來完成）,（2）用水準儀量測(差值法計算) 該方法用一測量鋼尺和高精度的水準儀配合測量來實現(xiàn)對拱頂下沉的量測。測量時把鋼尺掛在預埋的測點上，下掛一1Kg的垂球保持鋼尺牽直，有水準儀讀取鋼尺上的讀數(shù)，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。最后采用差值法來計算，如果隧道較長，里面的BM點不好控制，視線不是很明顯。,（3）用全站儀量測 該方法用全站儀來實現(xiàn)對拱頂下沉的量測。測量時在拱頂測點位置貼一個反

8、光膜，用全站儀測量測點處的標高，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。,斷面布置圖,不要焊接在鋼拱架上,根據(jù)測線布置圖 ，由于ABC在同 一垂直面內(nèi)，其計算方法如下： 令BC=L、AB=m、AC=n、BH=Xb、CH=Xc、AH=h。 由勾股定理：Xa2+h2=m2、Xb2+h2=n2、Xc+Xb=L 解方程得：Xb=（L2+m2-n2）/2L、 Xc =（L2+n2-m2）/2L、 h2 = m2-Xb2 = n2-Xc2 我們用h值的變化來實現(xiàn)對拱頂下沉的量測。拱頂下沉數(shù)據(jù)處理：回歸分析時，與周邊收斂的數(shù)據(jù)方法相同。（如果隧道存在整體沉降數(shù)據(jù)分析不準確）,4.4 地表下沉量測,監(jiān)測斷面布設原則 地表下沉量測，

9、在淺埋隧道和隧道的洞口段通常位于軟弱、破碎、自然時間較短的圍巖中；每個隧道至少2個斷面，若出現(xiàn)不良地質情況時，加設監(jiān)測斷面； 當現(xiàn)場地形陡峭及有樹木遮擋時，作適當?shù)恼{整； 每個斷面上測線與隧道中心線垂直，埋設測點時中心監(jiān)測點設在隧道軸線的地表位置，其它監(jiān)測點沿中心線對稱布置，測點間距由中心監(jiān)測點開始至距離地表隧道軸線最遠一點由密至疏布置，具體距離按25m布置，寬度范圍為：W = B（開挖寬度）+ H/2（兩側埋深的一半）； 參照標準水準點埋設方法，埋設2個臨時水準基點臨時水準基點應埋設在通視條件良好的隧道兩側稍遠區(qū)域、不受隧道開挖下沉的影響穩(wěn)固地點，所有測點應和基點聯(lián)測以取得原始高程。,測點埋

10、設與監(jiān)測 基點埋設在隧道開挖縱、橫向（35）倍洞徑外的區(qū)域，參照標準水準點埋設方法，埋設2個基點，以便互相校核，每個斷面711個測點。所有基點應和附近水準點聯(lián)測取得原始高程。 在測點位置，開挖成長、寬、深均為200mm的坑，然后，放入地表測點預埋件（自制），測點四周用混凝土填實，待混凝土固結后即可量測。 地表下沉用高精度水準儀進行觀測。觀測時堅持四固定原則，即施測人員固定，測站位置固定，測量延續(xù)時間固定，施測順序固定。從地表設點觀測，根據(jù)下沉位移量判定開挖對地表下沉的影響，以確定隧道支護結構。,地表下沉量測數(shù)據(jù)計算,地表下沉采用閉合測量法，這樣有利益我們檢查是否有誤，當閉合差超過3mm時，我們

11、必須重新測。 在地形較陡、視線不通時我們有時候一站不能測完，此時我們可以設置轉點。 當?shù)乇硐鲁晾塾嬃康?6cm時我們要加強觀測，必要調整施工工藝或提交量測預警報告。 數(shù)據(jù)處理（儀高法計算）見下表。,水準測量記錄表及計算應用,5、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理措施,5.1變形監(jiān)測項目管理基準 針對隧道監(jiān)控量測，建立監(jiān)測變形管理等級標準，管理等級分三等，其等級劃分及相應基準值見下表。通過對監(jiān)測結果的比較和分析來判定支護結構的穩(wěn)定性和安全性，并指導施工。 表變形管理等級標準表,注：U0 為實測變形值，Un允許變形值，Un的確定：Un的確定應考慮圍巖級別、隧道埋置深度等因素并結合現(xiàn)場條件選擇。,依據(jù)鐵路隧道施工規(guī)范（T

12、B10204-2002）規(guī)定，進行圍巖穩(wěn)定判別，其判據(jù)如下所示： 根據(jù)位移速度變化判別：周邊位移變化速度持續(xù)大于1.0mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應加強初期支護系統(tǒng)；周邊位移變化速度小于0.2mm/d時，圍巖達到基本穩(wěn)定。,5.2 變形監(jiān)測速度管理基準,二階導數(shù)（加速度）,隧道位移監(jiān)控量測結果必須同時達到下列三項標準時，才可以進行二次襯砌施作： 隧道周邊位移水平位移速度小于0.2mm/d；拱頂或底板垂直位移速度小于0.1mm/d。（回歸曲線后得到的速度） 隧道周邊水平位移速度，以及拱頂或底板垂直位移速度明顯下降； 隧道位移相對值已達到總相對位移量的90%以上。,5.3 二次襯砌施工條件,

13、6、隧道監(jiān)控量測成果分析,6.1舉例：某某隧道K133+180斷面周邊位移(對數(shù)函數(shù)) 1). 回歸曲線:,圖1-周邊位移-時間曲線,回歸函數(shù)： AB： y = -6.578+3.018Ln(x)； Xmax4 55, Ymax = 11.895 AC： y = -6.421+2.933Ln(x)； Xmax =4 55, Ymax = 11.530,圖2、周邊位移速度-時間曲線,回歸函數(shù)： AB： y = 3.018/x； Xmax = 455, Ymax = 0.007 AC： y = 2.933/x； Xmax = 455, Ymax = 0.006,圖3、周邊位移加速度-時間曲線,2)

14、. 穩(wěn)定性判別表: 變形等級管理(根據(jù)累計位移計算) AB線：管理等級：III，施工狀態(tài)：可正常施工 AC線：管理等級：III，施工狀態(tài)：可正常施工 分析結果(根據(jù)位移變化速度計算) AB線：圍巖基本達到穩(wěn)定。 AC線：圍巖基本達到穩(wěn)定。 分析結果(根據(jù)位移變化加速度計算) AB線：速率不斷下降，圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)。 AC線：速率不斷下降，圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)。 3). 綜合分析 綜上所述： K133+180監(jiān)測斷面AB線累計位移、位移速度均較小、圍巖趨于穩(wěn)定，可正常施工。AC線累計位移、位移速度均較小、圍巖趨于穩(wěn)定，可正常施工。,6.2舉例：某某隧道k133+180拱頂下沉(對數(shù)函數(shù)) 1). 回

15、歸曲線:,圖4、拱頂下沉位移-時間曲線,圖5、拱頂下沉速度-時間曲線,圖6、拱頂下沉加速度曲線-時間曲線,2). 穩(wěn)定性判別表: 變形等級管理(根據(jù)累計位移計算) A點：管理等級：I，施工狀態(tài)：應采取特殊措施 分析結果(根據(jù)位移變化速度計算) A點：圍巖基本達到穩(wěn)定。 分析結果(根據(jù)位移變化加速度計算) A點：速率不斷下降，圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)。 3). 綜合分析 K133+180監(jiān)測斷面拱頂A測點累計位移較大、但位移速度逐漸減小，表明圍巖變形偏大，應密切注意圍巖動向，有待觀測。,6.3 大風丫口隧道地表下沉數(shù)據(jù)分析,6.4 地質支護狀態(tài)觀察,7、量測數(shù)據(jù)應用注意事項,測點埋設應準確 量測數(shù)據(jù)應真

16、實性 量測數(shù)據(jù)量測和反饋信息應及時性 量測數(shù)據(jù)的突變與位移 量測數(shù)據(jù)與施工狀態(tài) 量測數(shù)據(jù)與修改設計,8、 隧道監(jiān)控量測典型案例,2009年6月廈蓉高速公路(貴州境)AT17合同段托苗坳隧道屬地質條件差的連拱隧道，我公司監(jiān)測人員在現(xiàn)場監(jiān)測，地表下沉值在洞口段掘進時明顯變化，且洞內(nèi)量測斷面的周邊收斂、拱頂下沉值變化較大，表明圍巖松弛在發(fā)展，支護的強度不夠。初期支護多處出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，量測數(shù)據(jù)已經(jīng)超出規(guī)范規(guī)定值我方及時提交預警報告（分別以電話、短信等方式）給業(yè)主、監(jiān)理、施工單位要求撤離人員，停止施工，最終凌晨3點鐘隧道垮塌，無人員傷亡事故，見照片7.,8.1 隧道監(jiān)控量測工程應用實例一,2012年11

17、月在麗攀高速公路華坪隧道進口端左幅ZK182+815ZK182+821段，設計為V級圍巖；巖土體主要為褐色、淺灰色、黃色粉質粘土及粉土，潮濕或較潮濕，呈疏松狀、可塑狀；巖土體穩(wěn)定性較差，易發(fā)生小坍塌及大塌方。我公司監(jiān)測組發(fā)現(xiàn)在地表ZK182+800ZK182+831區(qū)域段，地表下沉各觀測點沉降位移速度發(fā)生急劇變化，地表多條裂縫有增大趨勢；隧道里程ZK182+810ZK182+821里程段觀測斷面位移速度急劇變化，初期支護出現(xiàn)環(huán)向裂縫。由于地表有多條裂縫在增長，導致圍巖和初期支護呈不穩(wěn)定狀態(tài)。我方提交監(jiān)控量測預警報告，預警里程: 地表ZK182+800ZK182+831 洞內(nèi)ZK182+810ZK182+821，后業(yè)主最終通知施工單位立即撤離人員，避免了人員安全事故發(fā)生，18分鐘后隧道發(fā)生塌方。見下照片8。,8.2 隧道監(jiān)控量測工程-應用實二,2015年4月我公司在昆明繞城高速公路東南段的澄江隧道左幅出口端監(jiān)控量測工作以來，我方及時提交監(jiān)控量測預警報告共5期，每一期預警報告業(yè)主都非常認可，同時派專家都到現(xiàn)場勘查，并要求施工單位停工處理或采取加固臨時措施避免了隧