隧道施工中監(jiān)控量測的應(yīng)用交流多圖

1、隧道施工中監(jiān)控量測應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)交流舟山太平崗隧道由中交第四公路工程局第四工程公司承建，原設(shè)計(jì)全長985米，進(jìn)口樁號(hào)為K0+050，出口樁號(hào)為K1+035，項(xiàng)目進(jìn)場后經(jīng)研究決定從出口端單端掘進(jìn)，隧道出口挖方量較大，對(duì)當(dāng)?shù)卦嫉孛病h(huán)境破壞嚴(yán)重，我部本著保護(hù)環(huán)境早日進(jìn)洞施工增創(chuàng)效益的理念，積極與監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主單位溝通，最終調(diào)整為進(jìn)口樁號(hào)為K0+050，出口樁號(hào)為K1+056，變更后隧道長1006米。此次調(diào)整后進(jìn)洞難度增大，洞口覆蓋層厚度最少處只有2米，穩(wěn)定性較差，給進(jìn)洞帶來一定困難，實(shí)際施工過程中部分地段地下水發(fā)育，穿越多個(gè)破碎帶，但我部科學(xué)管理，精心組織，狠抓圍巖量測工作，通過圍巖量測發(fā)現(xiàn)其先兆，

2、及時(shí)采取應(yīng)急措施，避免了事故的發(fā)生。太平崗隧道在公司及項(xiàng)目全體職工的努力下，于2011年5月進(jìn)洞施工，2012年5月完成隧道開挖及二襯施工。下面我將結(jié)合本項(xiàng)目隧道施工特點(diǎn)與大家交流下圍巖量測的作用與經(jīng)驗(yàn)。一、監(jiān)控量測工作的意義監(jiān)控量測是隧道新奧法設(shè)計(jì)、施工的重要組成部分，一般在設(shè)計(jì)文件中，對(duì)監(jiān)控量測的目的是如下解釋的：(1)掌握圍巖和支護(hù)動(dòng)態(tài)，進(jìn)行日常施工管理；(2)了解支護(hù)構(gòu)件的作用和效果；(3)確保隧道施工的安全性、經(jīng)濟(jì)性；(4)將監(jiān)控量測結(jié)果反饋于設(shè)計(jì)和施工，以便修改設(shè)計(jì)，安全施工和運(yùn)營。從施工角度來說，圍巖量測最大的作用就是能夠根據(jù)沉降量、沉降速率等數(shù)據(jù)的變化有效的對(duì)隧道的塌方、大變形

3、進(jìn)行預(yù)警，保證施工安全。隧道的塌方、大變形等不良災(zāi)害并不是突然產(chǎn)生的，在此之前是可以通過圍巖量測發(fā)現(xiàn)其先兆的，如果采取的應(yīng)急措施比較及時(shí)，事故是可以避免的?？梢哉f，圍巖量測是隧道塌方的最好的預(yù)警措施，隧道發(fā)生塌方、大變形等事故，與圍巖量測工作沒做到位有直接關(guān)系。其次是可以對(duì)施工方法及支護(hù)參數(shù)提供有效的指導(dǎo)，隧道施工方案一般都是根據(jù)圍巖狀況及施工經(jīng)驗(yàn)來確定的，但方案是否合理，還要通過圍巖量測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。 淺埋的隧道出口 地表下沉及周邊收斂明顯 洞內(nèi)塌方 冒頂 以上幾副圖是我部隧道施工中由于不良地質(zhì)引起的一些情況，從第一幅已經(jīng)施工完畢的洞口圖可以看出洞口埋深超淺，土體穩(wěn)定性極差，施工中極易失穩(wěn)；

4、第二幅圖是已經(jīng)完成初期支護(hù)的洞口通過對(duì)地表下沉、周邊收斂的觀測，發(fā)現(xiàn)變形速率過快，我部快速反應(yīng)，及時(shí)施做了臨時(shí)仰拱等措施，使得變形得到控制，未造成嚴(yán)重后果。第三四幅圖為塌方冒頂，在施工過程中我部通過監(jiān)控量測反應(yīng)出來的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)圍巖變形速率反常，在未出現(xiàn)明顯塌方前已經(jīng)積極與各部門溝通并采取了對(duì)已施工段增設(shè)復(fù)拱未施工段加大工字鋼尺寸等補(bǔ)強(qiáng)措施，雖然未控制住，但此次塌方得益于監(jiān)控量測預(yù)警，我部人員及時(shí)撤離并對(duì)洞外地表范圍做了封閉等措施，未造成人員傷亡，使經(jīng)濟(jì)損失降至最低。二、圍巖量測的具體實(shí)施方法以下從量測項(xiàng)目及儀器選擇、圍巖量測實(shí)施流程、必測項(xiàng)目的具體實(shí)施等方面進(jìn)行敘述。1、量測項(xiàng)目及儀器選擇序號(hào)項(xiàng)

5、目儀器選擇備注1地質(zhì)素描現(xiàn)場查看、數(shù)碼相機(jī)、羅盤儀2拱頂下沉水準(zhǔn)儀、鋼掛尺或全站儀3凈空變化收斂儀或全站儀4地表沉降水準(zhǔn)尺、銦瓦尺或全站儀2、圍巖量測實(shí)施流程施工準(zhǔn)備確定埋設(shè)斷面測點(diǎn)埋設(shè)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)整理分析及反饋資料歸檔3、量測具體實(shí)施（1）地表沉降隧道洞口及淺埋地段需進(jìn)行地表沉降觀測，在選定的量測斷面區(qū)域，首先應(yīng)設(shè)一個(gè)通視條件較好、測量方便、牢固的基準(zhǔn)點(diǎn)。地面測點(diǎn)布置在隧道軸線及其兩側(cè),每個(gè)斷面共711個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)間距2-5m，隧道中間附近應(yīng)適當(dāng)加密，隧道中線兩側(cè)量測范圍不應(yīng)小于H0+B（見圖1）。測點(diǎn)用全站儀定位到隧道中心位置，應(yīng)埋設(shè)水泥樁，用精密水準(zhǔn)儀配銦瓦水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測（見圖2、3）。

6、隧道開挖距測點(diǎn)前30m處開始測量，隧道開挖超過測點(diǎn)50m、并待沉降穩(wěn)定以后停止測量。作為必測項(xiàng)目，施工單位應(yīng)視施工需要加密沉降觀測點(diǎn)。地表沉降觀測應(yīng)該注意以下事項(xiàng)：(1) 基準(zhǔn)點(diǎn)不要選擇隧道經(jīng)過的山體上，要保證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)固。(2) 基準(zhǔn)的高度要選擇好，可以使用水準(zhǔn)儀一鏡可以測量全部的沉降觀測點(diǎn)，不要頻繁的轉(zhuǎn)站。(3) 測量順序應(yīng)先讀后視讀數(shù)，然后依次觀測各沉降點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)讀一次數(shù)，再讀后視讀數(shù)（必要時(shí)應(yīng)動(dòng)一下水平儀的位置），如此往復(fù)3次，成果取平均值。應(yīng)該將高程數(shù)據(jù)引測到基準(zhǔn)點(diǎn)上，可以對(duì)隧道埋深情況進(jìn)行了解。圖二：測量人員進(jìn)行地表沉降觀測圖三：地表沉降點(diǎn)的埋設(shè) （2）拱頂下沉拱頂下沉點(diǎn)與凈空變化

7、點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上，原則上設(shè)置在拱頂軸線附近，當(dāng)隧道跨度較大時(shí)，應(yīng)結(jié)合施工方法在拱部增設(shè)測點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集使用水準(zhǔn)儀與鋼掛尺或全站儀來完成。使用水準(zhǔn)儀與鋼掛尺來進(jìn)行測量時(shí)，點(diǎn)應(yīng)布設(shè)成掛鉤形式，以方便懸掛鋼尺（見圖4、圖5）。圖六：使用水平儀進(jìn)行拱頂下沉觀測當(dāng)隧道斷面大，拱頂?shù)母叨容^高，如果使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，懸掛鋼尺時(shí)非常不方便，實(shí)測中使用全站儀免棱鏡方式測量，拱頂沉降點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)預(yù)埋22鋼筋外露支護(hù)面2cm，外露的鋼筋頭應(yīng)打磨平整并貼上反光貼片。圖七：使用全站儀進(jìn)行拱頂下沉觀測圖八：拱頂下沉測點(diǎn)（反光貼片） （3）周邊收斂 在預(yù)埋設(shè)點(diǎn)的斷面位置，隧道開挖爆破以后,沿隧道周邊的拱頂、拱腰和邊墻部位

8、分別埋設(shè)測樁。測樁埋設(shè)深度30cm，鉆孔直徑42，用快凝水泥或錨固劑固定，如果采用螺絲狀測樁頭則需設(shè)保護(hù)罩，采用掛鉤式測樁則需避免隧道施工人員懸掛風(fēng)管、電線或雜物等造成破壞或移動(dòng)。采用收斂儀量測周邊收斂，初始讀數(shù)應(yīng)在開挖后12 h內(nèi)讀取，最遲不得超過24 h，而且在下一循環(huán)開挖前，必須完成初期變形值的讀取。（見圖9圖11）圖九：收斂埋設(shè)示意圖圖十：量測人員使用收斂儀進(jìn)行周邊收斂量測圖十一：量測人員使用收斂儀進(jìn)行周邊收斂量測使用收斂儀應(yīng)注意如下事項(xiàng)：1.儀器螺旋旋到最緊處為歸零位置，由于測量人員的手勁不同，每個(gè)人使用時(shí)歸零的位置都是不同的，所以經(jīng)過初次歸零后，不要頻繁的歸零，如果產(chǎn)生偏差后需要?dú)w

9、零，則需要同一人來進(jìn)行。2.儀器在測量時(shí)，鋼尺是處于懸空的狀態(tài)，為了降低鋼尺自重產(chǎn)生的誤差，要給予鋼尺足夠的拉力，要特別注意的是，每次測量時(shí)鋼尺使用的拉力必須是固定值，千萬不可變換鋼尺的拉力。3.讀數(shù)時(shí)，不要用手扶著鋼尺，要使尺處于自然懸空的狀態(tài)。4.如果收斂儀在使用過程中損壞，換了新的收斂儀，不能用兩臺(tái)收斂儀的讀數(shù)相減求收斂值，但是收斂值可以疊加。（4）測點(diǎn)布設(shè)與數(shù)據(jù)采集要點(diǎn) 點(diǎn)位布設(shè)與數(shù)據(jù)采集的方案，要綜合考慮實(shí)施難度、測量的精度、費(fèi)用等方面，做出最優(yōu)的選擇。如果實(shí)施的難度大，量測人員的作業(yè)量過大，可能會(huì)造成量測過程中敷衍了事、資料造假現(xiàn)象。例如使用收斂儀來測量時(shí)，臺(tái)階法開挖中上臺(tái)階可以很

10、方便的量測，待下臺(tái)階開挖后量測難度就加大，使用梯子已經(jīng)無法接觸到收斂點(diǎn)了，需要使用裝載機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)具將測量人員送到較高的位置，方可測量。而且兩端都要掛尺，操作起來難度很大。量測的精度要根據(jù)實(shí)際情況來選擇，不要一味的追求高精度而給量測工作增加難度。一般隧道變形量大，精度要求稍低，變形量小，精度要求稍高。收斂儀的精度稍高，但施測較為繁瑣，全站儀的精度稍低，但操作簡便，應(yīng)酌情選擇?？傮w來說，隧道圍巖量測數(shù)據(jù)采集量非常大，需要長期的堅(jiān)持才能見成效。三、圍巖量測數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)處理根據(jù)量測數(shù)據(jù)繪制位移與時(shí)間的關(guān)系曲線，可以較直觀的看出圍巖位移變化的情況，并初步判定圍巖是否趨于穩(wěn)定或出現(xiàn)異常情況。建議在

11、Excel表格中及時(shí)輸入量測結(jié)果，并利用其圖表功能自動(dòng)生成曲線圖，能保證量測數(shù)據(jù)與曲線圖同步，更能及時(shí)直觀的得到圍巖變化情況。圖十二：拱頂下沉觀測記錄表圖十三：周邊收斂觀測記錄表圖十四：回歸分析表（收斂值與時(shí)間、收斂值與進(jìn)尺） 2.圍巖量測數(shù)據(jù)常規(guī)結(jié)論 隧道開挖后洞內(nèi)的變形一般分為三個(gè)階段，初期急劇變形階段、中期緩慢變形階段、末期趨于穩(wěn)定階段。這是圍巖調(diào)整自穩(wěn)的一個(gè)正常的過程。、級(jí)圍巖初期急劇變形階段變形量、變形速率較大，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間很長；、級(jí)圍巖初期迅速變形完成，最終達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間很短。在分析量測數(shù)據(jù)時(shí)，首先關(guān)注變形量、變形速率是否過大，可以參照設(shè)計(jì)及規(guī)范的位移管理等級(jí)來進(jìn)行判斷。其次要重

12、點(diǎn)關(guān)注曲線的異常變化，出現(xiàn)反拐點(diǎn)，無論是變形速率突然增大，還是突然不收斂，都屬于反常情況，一定要查明原因，看是否在可控范圍內(nèi)（如圖十五）圖十五：規(guī)范中示意的正常曲線與反常曲線不同的施工方法可能造成圍巖變形中位移與時(shí)間變化并非一條單一的曲線，根據(jù)實(shí)際量測結(jié)果總結(jié)得到，臺(tái)階法開挖時(shí)，下斷面開挖可能會(huì)使已穩(wěn)定圍巖再次出現(xiàn)變形，已趨于穩(wěn)定的圍巖再次出現(xiàn)變形速度增大，然后逐漸穩(wěn)定。仰拱開挖時(shí)也可能造成圍巖位移發(fā)生突變，但如及時(shí)澆筑仰拱砼和填充可有效控制圍巖變形，砼澆筑達(dá)到一定強(qiáng)度后（一般2至3天），圍巖變形便會(huì)迅速穩(wěn)定，因此位移-時(shí)間曲線中間突變部分會(huì)接近直線變化。因此僅靠單一的曲線方程對(duì)圍巖位移的描述

13、是不能準(zhǔn)確反映圍巖的動(dòng)態(tài)變化的，因此需要以回歸分析方法為基礎(chǔ)，加強(qiáng)目測圍巖及初支的穩(wěn)定情況，對(duì)圍巖變形進(jìn)行更全面的分析。分析出現(xiàn)每個(gè)區(qū)間變化的影響因素，將影響因素分為可控因素和不可控因素，以用于指導(dǎo)施工，消除可控因素影響，減小不可控因素的影響。如調(diào)整施工方法，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，或加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，保證施工安全。如下臺(tái)階開挖屬不可控因素，但可根據(jù)控制邊墻一次開挖的長度減少圍巖的變形，使圍巖變形在可控范圍內(nèi)。仰拱開挖對(duì)圍巖的影響也可通過施工質(zhì)量及工序的控制改善，根據(jù)實(shí)踐證明，初期支護(hù)拱架的鎖腳錨桿可有效減小開挖對(duì)圍巖變形的影響，因此在拱架施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制鎖腳錨桿的施工質(zhì)量，此外，如初期支護(hù)不及時(shí)，一

14、次開挖進(jìn)尺過長，施工方案不合理等對(duì)圍巖的影響都屬于可控因素，可通過調(diào)整、改進(jìn)消除其影響。4、 圍巖變形的規(guī)律總結(jié) 我標(biāo)段隧道圍巖主要為土質(zhì)、軟石，變形一般規(guī)律為：開挖后隧道變形主要是拱頂沉降、淺埋段的地表沉降，而洞內(nèi)的水平收斂卻沒有明顯的趨勢(shì)；洞內(nèi)沉降速率快，沉降量大，持續(xù)的時(shí)間長，成直線性的下降，而且并沒有回歸的趨勢(shì)，相對(duì)比較上臺(tái)階開挖時(shí)一定時(shí)間內(nèi)沉降速率并不是很快，在下臺(tái)階開挖后，沉降速率急速加大，在仰拱封閉成環(huán)后，又迅速穩(wěn)定，沉降速率急速變小，當(dāng)仰拱填充混凝土的強(qiáng)度上來后，就完全穩(wěn)定。在地表淺埋段，沉降量與沉降速率基本與洞內(nèi)相同，伴隨地表的環(huán)向開裂。土質(zhì)、軟巖隧道的主要危害為隧道的大變形，預(yù)防措施如下：制訂科學(xué)合理的施工方案；根據(jù)圍巖量測的結(jié)果確定適當(dāng)?shù)念A(yù)留變形量；加強(qiáng)各施工工序的銜接及施工質(zhì)量；適當(dāng)縮短仰拱、二襯距掌子面距離。為保持隧道的穩(wěn)定，一旦發(fā)現(xiàn)沉降量過大、速度過快，有侵入二襯凈空的可能，應(yīng)立即停止掌子面施工，加快掌子面后方仰拱與二襯的施工。必要時(shí)在掌子面施作臨時(shí)仰拱。5、 對(duì)監(jiān)控量測工作的一些看法及問題 按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，圍巖量測工作應(yīng)作為一道工序納入施工管理，但是大部分隧道施工中的圍巖量測工作留于形式，未按規(guī)范要求布設(shè)測點(diǎn)、測點(diǎn)埋設(shè)不及時(shí)、數(shù)據(jù)采集頻率不足、未進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、