隧道施工监测监控措施方案

隧道施工监测监控措施方案

1.1.1组织机构

（1）成立以总工程师为组长的隧道监控量测小组，成员如下：

组长对监控量测工作全面负责。小组成员按各个隧道分为四个小分组，分别负责各个工区隧道的监控量测工作，江畅负责数据整理、处理、上报，蔡学浦负责对监控量测工作的开展情况进行检查和指导，并根据观测数据及时对施工方案进行修订。

（2）人员职责 项目部总工程师职责：

①负责贯彻建设单位、设计单位、施工指南、标准等要求和指示，负责内外协调； ②负责审定、批准监控量测方案；

③审核上报资料，随时掌握量测情况，重大异常情况向指挥部主要领导汇报，负责技术方面的分析鉴定工作。

工程部长职责：

①组织编制、优化量测实施方案，审查通过后组织实施；

②解决量测中的人员、资源配臵以满足量测工作需要，保证现场人员协调配合； ③对上报资料、分析报告复核把关，对现场量测中出现的异常问题及时处理，重大异常情况向项目部总工程师汇报；

④督促、检查量测工作，负责组织每月一次（或紧急）的量测专题会议，研究、解决量测中存在的问题。

监控量测负责人职责：

①督促落实工区技术室按已批复的专项方案实施； ②负责对测量资料进行收集、归纳和统计分析； ③定期对围岩稳定性和支护可靠性提出书面报告。 工区技术室职责

①负责现场按批准的量测方案进行断面的设臵、埋点布设，按规定的量测方法定位、定岗实施量测，并按规定的量测频率进行量测，做好原始量测数据。量测原始记录不得涂改，并将资料保持完好；

②负责对量测原始数据做初步计算，对数据真实性和完整性负责； ③及时向监控量测负责人汇报洞内围岩稳定情况；

④积极做好监控量测的各项工作。 1.1.2监控量测目的

（1）保证隧道暗挖和明挖结构的稳定和施工安全。

（2）确保邻近建筑物、道路及地下管线等周边环境的正常使用。

（3）根据量测结果，分析可能发生危险的征兆，判断工程的安全状况，采取措施，遏止危险的趋势，确保施工及周边环境的安全。

（4）以施工量测的结果指导现场施工，进行信息化反馈优化设计，使设计更切合实际，安全合理，有利施工。

（5）将现场量测的结果与理论预测值相比较，修正设计参数，为优化设计提供依据。 1.1.3监控量测项目和内容

具体量测项目的选择应该遵循“满足安全、经济适用、方便操作”的原则进行。根据隧道围岩条件、工程规模、支护类型和施工方法等我们选择了测试项目。现场监控量测项目分为必测项目和选测项目两大类。必测项目在隧道施工时必须进行。其项目方法和仪器如下表：

表5-2 项目方法和仪器表

序号 1 2 3 4 5 6 7 监测项目 洞内、外观察 衬砌前净空变化 拱顶下沉 地表下沉 二次衬砌后净空变化 沉降缝两侧底板不均匀沉降 洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测 测试方法和仪表 现场观察、地质罗盘 隧道净空变化测定仪（收敛计、隧道激光断面仪、全站仪） 全站仪法，全站仪、反射片 水准测量的方法，水准仪、塔尺 隧道净空变化测定仪（收敛计） 三等水准测量 三等水准测量 测试 精度 0.1mm 1mm 1mm 0.01mm 1mm 1mm 备注 全站仪采用非接触观测法 一般进行水平收敛量测 浅埋隧道必测（H0≤2b） 沉降缝两侧底板（或仰拱填充层面）沉降 洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降 1.1.4监控测点布设、量测频率及位移控制基准 （1）测点布设

拱顶沉降与周边位移观测布点如图。拱顶沉降每个断面根据开挖跨度布设1～3个测点，周边位移观测每个断面根据其开挖方法布设了2条水平测线。台阶法开挖时上下台阶各设1条水平测线。拱顶沉降及周边位移观测点布于同一断面上，为保证初次读数的及时性，测点

距开挖面都保证在5m范围内，在初期支护完3h内完成初始读数，根据围岩情况设臵量测断面，V级围岩每5m设置一断面，IV级围岩每10m设置一断面。

图5-9 隧道周边位移量测测线布置示意图 表5-3 周边位移量测断面间距和每量测断面测线数表

地段 断面间距 洞身一般段 围岩级别 Ⅴ Ⅳ Ⅲ （m） 5-10 10-30 30-50 1条水平测线加2条斜测线 2条水平测线 1条水平测线 主洞特殊段落 洞口段 6条测线 埋深小于2B 6条测线 4条-6条测线 4条-6条测线 -- 6条测线 注：B为隧道开挖宽度

表5-4 隧道周边允许相对收敛值

埋深（m） 围岩级别 允许相对收敛（%） Ⅴ Ⅳ Ⅲ 0.2-0.8 0.15-0.5 0.1-0.3 0.6-1.6 0.4-1.2 0.2-0.5 1.0-3.0 0.8-2.0 0.4-1.2 ＜50 50-300 ＞300 地表下沉断面与洞内收敛、拱顶下沉量测断面里程对应，地表下沉量测点集中设在隧道中线附近,其埋测范围横向为H+B(H为隧道埋深，B为隧道开挖宽度)，纵向为隧道浅埋段，并在地基稳定处设测点。

根据现场隧道埋深情况，对隧道浅埋地段进行地表沉降观测，观测点在隧道开挖前面设，并与洞内观测点在同一个断面里程上。每个断面布设9个点，中心线上1个点，每侧各4

个。

图5-10 隧道地表下沉量测测点布置示意图

测点的制作

地表沉降测点预埋件采用C25mm的平圆头钢筋制成，长25cm。测点埋设：在测点布设的位置挖长、宽、深均为200mm的基坑，然后放入地表沉降测点预埋件，测点四周用砼填实，砼固结后即可。

图5-11 地表下沉测点构造示意图

净空变化量测点预埋件采用φ8mm的光圆钢筋加工成三角形焊于C25mm螺纹钢筋端头，三角形为4cm的等边三角形C25mm螺纹钢筋长度≥38cm。测点埋设：开挖后采用手电钻，钻孔10cm，然后将制作好的量测点预埋件插入并用混凝土填塞，再施做初期支护28cm，将测点预埋件包裹牢固。

（2）监控量测频率

监控量测频率由二个方面决定，分别为位移速度和距开挖面的距离。原则上我们采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，增大监控量测频率。

表5-5 隧道现场监控量测频率表

变形速度（mm/d） ≥5 1～5 0.5～1

量测频率 2次/天 1次/天 1次/2～3天

0.2～0.5 ＜0.2 1次/3天 1次/7天 注：B为隧道开挖宽度 表5-6 隧道现场监控量测频率表 量测断面距开挖面距离（m） （0～1）B （1～2）B （2～5）B ＞5B （3）监控量测控制基准

量测频率 2次/天 1次/天 1次/2～3天 1次/7天 注：B为隧道开挖宽度 ①根据位移变化速度，净空变化速度持续大于5.0mm/d时,表明围岩处于急剧变化状态,应加强初期支护系统，水平收敛(拱脚附近)速度小于0.2mm/d，拱部下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达到稳定，对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。

②根据围岩回归位移时态曲线的形态，当围岩位移速度不断下降时表示围岩趋于稳定状态，当位移速度保持不变时表示围岩不稳定，当位移速度不断上升时，围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

③位移控制基准

表5-7 位移控制基准表

类别 允许值 距开挖面1B（U1B） 65%U0 距开挖面2B（U2B） 90%U0 距开挖面较远 100%U0 注：B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值。

④严格根据监控量测结果按变形管理等级指导施工。其管理等级以及应对措施如下表：

表5-8 位移控制管理措施表

管理等级 Ⅲ 管理位移 应对措施 可正常施工 Ⅱ Ⅰ 注：

——实测位移值；

——设计极限位移值。

综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要时采取相应工程对 策 暂停施工，采取相应工程对策 的取值，一般情况下，宜将隧道设计的预留变形量作为极限位移。

1.1.5监控量测方法 1.1.5.1 隧道现场调查 （1）现场调查目的

应用超前地质预报的地质理论分析并判定隧道存在的主要不良地质的性质、类型、成因特征、大约位置、大约规模、可能引发的地质灾害及其对隧道施工的影响程度。

（2）调查方法

主要采用以下分析方法和步骤：

①熟悉勘察设计文件、资料和图纸。其目的是对整个隧道所处地质环境有一个基本了解和宏观把握。

②地面地质补充调查。其目的是核实隧道地质条件，确定隧道超前地质预报重点区段和重点问题。

对隧道的地质情况进行深入调查，在地形图上圈定地层出露位置、量测岩性产状、判定断层性质产状、统计节理裂隙发育状况、确定不良地质作用、了解特殊性岩土分布性状等，从而了解设计文件中对地质条件的认识是否正确，围岩级别判定是否适宜，并编制出长期地质预报报告，指导中短期地质预报更具针对性地实施。

③洞内地质调查和掌子面地质素描。其目的是核实隧道围岩级别，建议隧道支护参数。掌子面地质素描的主要目的是判定隧道围岩级别，应采用与现行隧道规范中围岩分级的规则相一致的“地质与支护状况观察记录表”所列各项内容应，素描图主要是对结构面的展布情况和隧道轮廓、掌子面是否有台阶进行描绘，对结构面产状要标明。

（3）信息反馈

①通过现场地质调查，全面掌握隧道沿线的地质情况，分析隧道经过不良地质体的可能性；

②统计节理裂隙发育状况、确定不良地质作用、了解特殊性岩土分布性状等； ③复核设计文件中对地质条件的认识是否正确，围岩级别判定是否适宜； ④编制出长期地质预报报告，指导中短期地质预报更具针对性地实施。 1.1.5.2 洞内围岩观察 （1）观察目的

通过观察实际揭露的隧道掌子面地质情况，掌握隧道实际围岩状态，分析隧道掌子面的稳定状态，预测前方隧道围岩情况，并提出必要的预警；通过观察隧道洞内初期支护的状态，及时发现各种异常现象并进行跟踪观察，评价初期支护的稳定性。其目的包括：

①预测开挖面前方的地质条件及围岩级别； ②为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据；

③根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。 （2）观察方法

掌子面地质观察采用目测配合数码相机进行观测，及时绘制掌子面地质素描，记录围岩的岩性、产状、节理等详细特征，断层、破碎带等不良地质特征，地下水的水量、分布、压力、类型等特征，填写掌子面地质观察记录；初期支护状态采用目测观察为主，对初期支护喷砼、钢支撑、锚杆出现的外鼓、裂缝、剥落、扭曲等异常现象，用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录。观测中，如发现异常现象，要详细记录发现的时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。

（3）测试仪器

地质罗盘、地质锤、放大镜、数码相机。 （4）观察内容

A对开挖后没有支护的围岩：

①岩质种类分布状态，近界面位臵的状态； ②岩性特征（岩石的颜色、成分、结构、构造）； ③地层时代归属及产状；

④节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；

⑤断层的性质，产状，破碎带宽度、特征； ⑥石煤层情况； ⑦溶洞的情况；

⑧地下水类型，涌水量大小，涌水压力、水的化学成分，湿度等； ⑨开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。 B开挖后已支护段：

①初期支护完成后对喷层表面的观测及裂缝状况的描述和记录； ②有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；

③喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏； ④钢拱架有无被压曲现象； ⑤是否有底鼓现象。

（5）观察频率

目测应在隧道开挖工作面爆破后及初期支护后进行，每次爆破后须进行掌子面地质情况观察，每个监测断面我们都绘制了隧道开挖工作面及两帮素描剖面图。

（6）成果分析与信息反馈

通过掌子面地质观察，分析围岩稳定状态，评估出现局部掉块、塌方、涌水等灾害出现的可能性，出现异常情况，第一时间通报承包商，及时指导施工，并将异常情况、相关建议汇报业主和监理；

编制隧道实际地质状况系列图册，参考前期勘察资料，预测前方围岩状态，每周向承包商预报前方围岩状况；

对初期支护出现的异常情况，分析出现异常情况的原因，根据具体原因、问题的严重性向承包商、监理和业主汇报，并提出处理建议；

针对初期支护异常情况，开展跟踪监测，绘制空间分布图和时间发展曲线，预测发展趋势，及时预警。

编制地质与支护状况现场观察记录表。 （7）洞口地表沉降观测

地表下沉量测在隧道尚未开挖前就开始进行，借以获得开挖过程中全位移曲线，地表下沉观测的主要工具我们主要是是水准仪配水准尺进行观测。

（8）洞内拱顶下沉观测

拱顶下沉量测点应与地表沉降量测及洞内净空水平收敛量测点布置在同一横断面内。洞内拱顶下沉的观测主要工具是全站仪配反射片进行观测。这种方法时间快，效率高更大的降低了施工和监测的相互影响。

1.1.5.3 净空变化测量

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、开挖方法等按下表规定进行。

表5-9 必测项目量测断面间距和每断面测点数量

围岩级别 断面间距（m） Ⅴ～Ⅳ Ⅳ Ⅲ 5～10 10～30 30～50 每断面测点数量 净空变化 1条基线 1条基线 拱顶下沉 1点 1点 1～2条基线 1～3点 注：①洞口及浅埋地段断面间距取小值。

②各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的1～2 个。 ③软岩隧道的观测断面适当加密。

表5-10 净空变化量测测线数

开挖方法 全断面法 台阶法 地段 一般地段 一条水平测线 特殊地段 CD或CRD法上部，每分部一条水平 测线、其余分部一条水平测线 每台阶一条水平测线 每台阶一条水平测线，两条斜测线 分部开挖法 每分部一条水平测线 1.1.5.4 监控量测数据分析及处理

（1）根据量测数据绘制位移与时间的关系曲线，可以较直观的看出围岩位移变化的情况，并初步判定围岩是否趋于稳定或出现异常情况。采用在Excel表格中及时输入量测结果，并利用其图表功能自动生成曲线图，能保证量测数据与曲线图同步，更能及时、直观的得到围岩变化情况。

（2）由于量测的偶然误差所造成的离散性，因此对量测数据采用统计学原理进行分析，并以相应的数学公式进行描述，采用回归分析对量测数据进行处理和计算，得到两个变量之间的函数关系，用这个函数曲线能代表测试点数据的散点分布，并能推算出因变量的变化速率和极限值，主要采用以下指数、对数和双曲三种曲线函数进行线性回归计算，三种曲线函数的原形公式与换算公式如下。

指数函数：求导：

------式（1） ------式（2）

两边同时取对数：

另，，将其转化为直线函数： ------式（3）

其中：A、B为回归常数，u为位移值（mm）；t为初读数后的时间。 对数、双曲线函数分别可转化为如下形式的直线方程：

------式（4）

------式（5）

直线方程的线性回归分析可采用Excel的数据分析工具进行，以指数函数为例，首先在Excel工作表中计算出线性化方程式3中的y和x，点击Excel菜单中的“工具”—“数据分析”，选择“回归”，输入数据后即可得到回归分析结果。

对三种曲线函数进行回归分析后，根据三种曲线方程的相关系数r，取r最趋近于1的曲线方程代表所分析测点数据的变化情况，一般情况下所选择曲线函数的相关系数r的绝对值应大于0.9。

（3）根据回归分析结果选定代表测点的曲线方程,并可根据求导公式计算某一天的位移速率,也可根据极限公式计算其总位移量,通过代表测点的曲线函数方程可消除偶然误差并推断出围岩的稳定情况，或估计二次衬砌施作的时机。