监控量测及测量
作业指导书
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二ＯＯ五年九月十八日
监控量测是信息化设计与施工的重要内容。通过施工现场的监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。大瑶山一号、二号隧道监控量测主要包括围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边位移及收敛、锚杆抗拔力、针对Ⅳ、Ⅴ级围岩段观测锚杆轴力、围岩与支护结构的接触应力、支护结构的应力状态量测、隧道内分段涌水量和水压、涌水含砂量与含泥量观察、地表水水位观察等监测项目。
一、隧道监控量测
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。
1、监测量测内容、方法和仪器
⑴、地质和支护状况信息的观察
观察记录工作面的工程地质与水文地质情况，作地质素描。观察开挖面附近初期支护状况，判断围岩、隧道的稳定性和初期支护的可靠性。由工区地质组进行，其他技术人员协助。
范围：工作面及初期支护后的地段进行观察。
监测仪器：地质罗盘仪等。
⑵、隧道洞口段、浅埋和偏压段地表沉降监测
进口段覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保洞口浅埋段的施工安全，进行地表沉降监测。布点原则为：在Ⅴ级围岩且埋深小于40m的地段沿隧道轴向每隔5～10m布设。同时在横向依据实际情况，选定主断面，沿主断面布设测点，以了解地表沉降的横向影响范围。
监测仪器为：NA2002全自动电子水准仪，铟钢尺等。
⑶、拱顶下沉及收敛量测
拱顶下沉及净空变位收敛量测, 根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点，测点间距一般Ⅴ级围岩为10m，Ⅳ级围岩为20～30m，Ⅲ级围岩为50m，Ⅱ级围岩为80～100m。净空变位量测在开挖后尽早进行，初读数在开挖12小时内且在下一循环开挖前读取，采用无尺量测法。浅埋地段洞内外量测点布设在同一横断面内。拱顶下沉及收敛量测测点布置见下图1。
监测仪器：莱卡系列全站仪等。
⑷、位移与支护状况状态的观察
开挖工作面地质描述，含围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等；初期支护状态包括喷层是否有裂缝、剥离和剪切破坏、钢支撑是否压屈，进行观察分析。
方法：观察记录工作面的工程地质与水文地质情况，作地质素描，结合探孔情况对地质进行预测。观察开挖面附近初期支护状况和喷混凝土表面裂纹状况，结合变形监测判断围岩、隧道的稳定性和初期支护的可靠性。
监测仪器：地质罗盘仪等。
⑸、锚杆抗拔力量测
锚杆拉拔是锚杆施工过程控制中质量检验的常规项目，可检验锚杆锚固效果和锚杆强度，每300根检查一组,每组做3根锚杆拉拔力检验；或根据实际情况及监理指令加设检验项目。
监测仪器：电测锚杆、锚杆抗拔器等。
⑹、锚杆轴力量测
锚杆轴力主要是量测锚杆的在不同时期的受力状况。
方法：在岩爆和软岩变形段及断层破碎带变形段各设置1～2组进行测试,每组设5根锚杆进行轴力测试。
监测仪器：电测锚杆、锚杆轴力计等。
图1 拱顶下沉及收敛量测测点布置图
⑺、围岩压力及支护拱架应力量测
主要量测围岩与初期支护结构之间的相互作用力及初支结构拱架主力筋受力情况，以此评价支护结构的受力状况及合理性，为今后同类设计提供依据。
方法：在断层破碎带及其影响带（Ⅴ级围岩中进行）5～10m各设置断面，每断面上测点对称布置24个。同时初期支护的格栅主筋应力量测点与围岩与初期支护的接触应力点设置在同一断面上，对称布置，每断面布设15～20测点。
监测仪器：采用土压力盒、钢筋应力计及频率接收仪量测。
⑻、隧道涌水量及涌水含泥量与含砂量观察内容：在隧道排水沟内每50～200米设置一个涌水量监测点，对隧道涌水量进行测试和评估，以此指导隧道结构防水堵排对策，从而达到隧道结构防水的“限量排放”的目的。同时为了保证隧道排水系统的畅通，不定期的对隧道初期支护段涌水进行取样分析测试其含泥量和含砂量，根据其水质状况采取必要的堵排措施，防止排水导致隧道排水系统的堵塞和淤积现象发生。
方法：涌水量采用三角形围堰法或浮标进行测试，而含泥量与含砂量则采用烘干后秤取重量法进行测试。
⑼、地表水力联系观察项目：为确切了解隧道涌水排水对地表水系的影响，进一步弄清隧道排水与地表水的水力联系，为制定隧道堵排水方案提供依据，在隧道内发生大的涌水和突水时，则有必要对地表水系进行观察。主要设置的项目有相关区域内的井泉水位状况的观察。
2、量测频率与结束标准
⑴、量测频率
量测频率根据监测数据的变化情况而定，一般按下表1量测频率表进行。
表1 量测频率表
项目
量测仪器设备
量测时间间隔
1～15天
16～30天
1～3月
3月以上
围岩及支护状态观察
目测、数码相机、地质罗盘等
开挖面每次开挖后进行
已施工地段喷混凝土、锚杆、钢架1次/天
地表沉降
精密水准仪，铟钢尺
开挖面离量测面<2B时，2次/天
开挖面离量测面<5B，1次/2天
开挖面离量测面＞5B时，1次/周
拱顶下沉
水准仪，挂尺
2次/天
1次/2天
1～2次/周
2次/月
周边收敛
坑道收敛计
同上
围岩与支护间压力
压力盒，频率接收仪
1次/天
1次/2天
1～2次/周
2次/月
格栅主筋内力
钢筋应力计，频率接收仪
1次/天
1次/2天
1～2次/周
2次/月
结构混凝土裂缝观察
读数显微镜，钢尺
根据需要进行
锚杆轴力
锚杆轴力计
根据需要进行
其它
根据实际情况和要求进行
⑵、监测结束标准
根据收敛速度判别：
一般地段：收敛速度＞5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统；收敛速度＜0.2mm/d时，围岩基本达到稳定。
特殊地质地段：加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。
各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束，断层破碎带地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间并采取加强措施。
3、监测数据的统计分析与信息反馈
工程监控量测作为施工组织的核心内容之一，置于动态管理体系之中，具体包括监测、数据的整理分析和信息反馈等几个主要方面。
⑴、量测数据的整理、分析
数据整理：把原始数据通过一定的方法，如大小顺序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算以及离群数据的取舍。
回归分析和曲线拟合：
绘制量测数据的时态变化曲线图（即时态散点图，如图2所示）和距开挖面关系图。
图2 时态散点示意图
时间（t）
0
在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。还可通过插值法，在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。
常用的回归函数有：
对数函数 U=Alg（1+t）+B
指数函数 U=Ae-B/t U=A（e-Bt-e-Bt0）
双曲函数
式中：U—变形值（或应力值）；A、B—回归系数；
t、t0—测点的观测时间（day）；
T—量测时距开挖时的时间（day）。
b.建立监测管理等级基准
建立监测变形管理等级标准，管理等级分三等，其等级划分及相应基准值见表2和表3。通过对监测结果的比较和分析来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。
表2 变形管理等级标准表
管理等级
管 理 位 移
施工状态
Ⅰ
U0＜Un／3
正常施工
Ⅱ
Un／3≤U0≤2Un／3
加强支护
Ⅲ
U0＞Un／3
采取特殊措施
注：U0 为实测变形值，Un允许变形值，见表3“结构允许相对位移表”。Un的确定：Un的确定应考虑围岩类别、隧道埋置深度等因素并结合现场条件选择。
表3 结构允许相对位移表（%）
围岩类别 埋深
<50m
50～300m
>300m
Ⅱ、Ⅲ
0.1～0.30
0.20～0.50
0.40～1.20
Ⅳ
0.15～0.50
0.40～1.20
0.80～2.00
Ⅴ
0.20～0.80
0.60～1.60
1.00～3.00
注：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。
⑶、建立快速信息反馈渠道
为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，建立快速信息反馈平台。监控量测设置洞内和地表两个监测小组，每个小组的监测数据均由计算机管理，并与项目总工计算机通过局域网进行内部快速传递，从而作到每日监测结果的及时上报。如有变形超过管理标准，则由总工根据相关要求制定对策，通过调度命令直接传达到工区执行，并同时通过电话及其它方式通知监理及设计单位。周报、月报则通过书面形式上报项目总工，由项目部按期向施工监理、设计单位和业主单位提交监测报告，并附上相对应的测点位移或应力时态曲线图，和对施工情况进行评价并提出施工建议。
⑷、监测信息反馈程序
监控量测与信息反馈程序见图3“监控量测与信息反馈程序图”。
⑸、信息反馈设计的主要内容
施工方法变更的建议；施工工序的更改；预留变形量的修改或确认；设计参数的修改或确认；辅助施工措施的选择与变更；周边环境的影响评估及辅助施工措施建议。
图3 监控量测与信息反馈程序图
施工设计
监控量测
现场施工
监测设计
资料调研
量测结果的计算机信息分析处理
必测项目的回归分析
监测结果的综合评价
量测结果的形象化、具体化
报送设计和监理单位
结构安全性、经济性判断
经济类比
理论分析
甲方、规范要求
选测项目的
动态分析
量测结果的综合处理及反馈分析
“围岩—结构”体系动态及现状分析说明、提交修正设计意见、建议
反馈设计施工
是否改变设计、施工方法
新设计方案
调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施
4、初期支护监测结果异常的处理
隧道监控量测结果出现异常时，按以下方法处理：
⑴、如果是由于基底下沉引起的，尽快将仰拱封闭，如仍然下沉，在墙角处加设锚杆，复喷混凝土并在基底钻孔注浆加固、换填或桩基。
⑵、如果是由于围岩压力引起的，可多次复喷并用锚杆加固围岩，补强初期支护。在下一循环施工时，修改支护参数，增强初期支护，同时增大观测频率；必要时通过监理同意施作二次衬砌，如果需加强衬砌则由设计单位同意。
⑶、如出现变形速率突然增大出现不稳定征兆时，应进行适时监测观察，委派专职观察员对初支进行监视；如伴有响声及新生裂缝，应立即暂停正常施工，加强支护和采取可能的抢救性措施。
⑷、遇下列情况之一，应立即采取补强措施，改变施工方法或设计参数，增强初期支护：隧道开挖后，工程地质和水文地质、围岩类别比预计的要差；喷射混凝土层裂缝多、裂缝大或不断发展；位移速率长期无明显下降，实测位移值已接近规定的允许值，位移量可能超过预留变形量。
⑸、遇到下列情况之一，应改变设计参数，适当降低初期支护：确认围岩类别、工程地质及水文地质条件比预计有明显好转或有具体工程类比；初期支护未全部完成，位移已收敛，达到施作二次衬砌的指标。
二、隧道测量
施工测量是开挖成形、路面平顺和隧道净空控制至关重要的环节，施工中必须设专职的测量组，有经验的测量工程师任组长。
1、控制测量
结合本隧道长度、地理环境、地貌状况和本工程测量精度的要求，洞外平面控制采用GPS控制网形式复测原设计院提交的洞口导线点；洞口插网采用三角形或多边形闭合环形式，以GPS控制网复测成果作为起算数据，平差并精确计算出各插点的坐标。
高程控制采用洞外GPS控制网内的三等水准点作为基点，用精密水准仪向洞内导入水准点，精度达到三等。
2、施工测量
洞内平面采用导线闭合环形式布置。导线设计边长为250米左右。
洞内高程测量使用水准仪实测，精度达到三等水准要求。洞内水准线路应由洞口高程控制点向洞内引设，正洞每100米左右设一个水准点，平导和横洞每50米左右设一个水准点，引测水准点采用往返观测，并且定期复核，测设精度满足测规要求。
3、竣工测量
施工成形地段进行水平、标高和净空进行检查测量，及时形成记录和正式资料，为竣工验收提交满足要求的合格工程。
