1、新奧法隧道施工監控量測新奧法隧道施工監控量測技術技術應用應用交流會交流會范明坤 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 監控量測的定義監控量測的定義2 目的及意義目的及意義3 要求及流程要求及流程4 內容及方法內容及方法5 數據管理措施數據管理措施6成果分析及應用成果分析及應用7注意事項注意事項8典型案例典型案例目 錄1、隧道監控量測的定義、隧道監控量測的定義 隧道現場監控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖和支護、襯砌受力狀態的量測。現場監控量測是監視圍巖穩定，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、

2、提高經濟效益的重要條件；為施工中可能有的工程變更提供科學依據；它貫穿隧道施工的全過程。為此公路隧道施工技術規范（JTG F60-2009） 中規定：采用復合式襯砌的隧道，必須將現場監控量測項目列入施工組織設計，制定監控量測計劃，并在施工中認真實施。2、監控量測的目的及意義、監控量測的目的及意義 監控量測可以及時提供隧道洞內拱頂下沉、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定情況，通過上述監控，可以判斷施工工藝的可行性，提出更加恰當的施工方法。實現隧道信息化動態施工控制，達到既能安全快速施工，又能節省工程造價的目的。同時若進行選擇項目（支護結構應力狀態量

3、測和圍巖體內部位移等信息），可以對隧道支護參數的合理性進行分析判斷，為支護參數的調整提供科學的依據。（1）確保安全：為此需要掌握圍巖和支護狀態，進行動態管理，根據量測信息，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：量測數據經過分析處，總結隧道圍巖及支護變形規律，預測和確認圍巖最終穩定時間，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，修正支護參數和檢驗施工預設計，確保設計與施工的合理性和經濟性。（4）積累資料：已有工程的量測結果可以直接應用到后續同類圍巖中或者間接地應用到其他類似的工程中

4、，作為設計和施工的參考資料。2、監控量測的目的及意義、監控量測的目的及意義3 3、監控量測的要求及流程監控量測的要求及流程3.1量測的要求: 快速埋設測點(一般設置在距掌子面、工作面2m范圍內，開挖后24小時、下次爆破前測取第一次讀數。） 測量讀數在隧道內盡量要快；保證測量點不被破壞；讀數準確可靠3.2監測斷面布置： 根據隧道圍巖的級別不同，監控量測的周邊位移、拱頂下沉量測斷面布置如下：圍巖級別圍巖級別斷面間距（斷面間距（m）51010303050 現現 場場 工工 作作 程程 序序準準 備備 工工 作作確定埋設斷面確定埋設斷面測點埋設測點埋設數據整理分析數據整理分析資料歸檔資料歸檔數據采集數

5、據采集4 4、監控量測內容及方法、監控量測內容及方法 序號項目名稱方法及工具布置測試精度量測間隔時間量測間隔時間115d16d1個月13個月大于3個月1洞內、外觀察地質素描；地質羅盤、地質錘；相機開挖后及初期支護后進行2周邊位移各種類型位移計每1050m一個斷面，每斷面23對測點。0.1mm1 2次/d1 次/2d12次/周13次/月3拱頂下沉水準測量的方法，水準儀、鋼尺等（全站儀器）每1050m一個斷面0.1mm4地表下沉水準測量的方法，水準儀、銦鋼尺等幅口段、淺埋段h.02b)0.5mm開挖面距量測斷面前后2b時，12次/d；開挖面距量測斷面前后5b時，1次/23d；開挖面距量測斷面前后5

6、b時，1次/37d.。4.1 地質、支護狀態觀察地質、支護狀態觀察 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、巖層產狀、斷層、層理、節理等結構面的分布、走向、產狀。每茬炮后需要觀測一次。支護狀態觀察包括初期支護狀態和已施工區域支護效果觀察。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。洞內狀態觀察是可靠性很高且最直接的判斷資料。對洞外邊仰坡穩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

7、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據采集。BCa)測線布置圖DE b)B、C、D、E測點示意圖 c)A測點(拱頂）示意圖圍巖圍巖測頭測頭 拱頂下沉和周邊收斂測線布置圖測頭 4.2 4.2 周邊位移量測周邊位移量測斷面布置圖斷面布置圖臺階法測點布置示意圖 CRD法測點布置示意圖不同施工方法斷面布置圖不同施工方法斷面布置圖不要焊接在鋼拱架上不要焊接在鋼拱架上 我們用測線布置圖中的BC和DE邊的值變化來實現對凈空水平收斂的

8、量測。周邊收斂數據處理：回歸分析時，一般同時采用下面的三種函數，通過對比，推算最終位移時采用三個函數中回歸精度（擬合程度）較高的一個函數，不同測點的回歸函數可能不同。 數據分析數據分析4.3 拱頂拱頂下沉量測下沉量測 拱頂下沉量測數據，主要用于確認圍巖的穩定性。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據采集。 拱頂下沉量測的方法常有三種： （1）用收斂計量測 該方法投入較少，用收斂計量測來獲取數據，操作簡單，且儀器設備投入

9、少；但后期的數據處理較多，可用計算機編程來實現計算，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，來實現數據的采集。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對拱頂下沉的量測。測量時在拱頂測點位置貼一個反光膜，用全站儀測量測點處的標高，來實現數據的采集。 斷面布置圖不要焊接在鋼拱架上不要焊接在鋼拱架上 根據測線

10、布置圖 ，由于ABC在同一垂直面內，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值的變化來實現對拱頂下沉的量測。拱頂下沉數據處理：回歸分析時，與周邊收斂的數據方法相同。（如果隧道存在整體沉降數據分析不準確）BC4.4 地表下沉量測地表下沉量測 監測斷面布設原則監測斷面布設原則地表下沉量測，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

11、道至少2個斷面，若出現不良地質情況時，加設監測斷面； 當現場地形陡峭及有樹木遮擋時，作適當的調整；每個斷面上測線與隧道中心線垂直，埋設測點時中心監測點設在隧道軸線的地表位置，其它監測點沿中心線對稱布置，測點間距由中心監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域、不受隧道開挖下沉的影響穩固地點，所有測點應和基點聯測以取得原始高程。測點埋設與監測測點埋設與監測基點埋設在隧道開挖縱、橫向（35）倍洞徑外的區域，參照標

12、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，測量延續時間固定，施測順序固定。從地表設點觀測，根據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。地表下沉量測數據計算地表下沉量測數據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

13、完，此時我們可以設置轉點。當地表下沉累計量到46cm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。數據處理（儀高法計算）見下表。水準測量記錄表及計算應用5 5、監測數據管理措施監測數據管理措施管理等級管理位移施工狀態U0Un3正常施工Un3U02Un3加強支護U02Un3采取特殊措施5.15.1變形監測項目管理基準變形監測項目管理基準針對隧道監控量測，建立監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。通過對監測結果的比較和分析來判定支護結構的穩定性和安全性，并指導施工。表變形管理等級標準表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

14、的確定應考慮圍巖級別、隧道埋置深度等因素并結合現場條件選擇。依據鐵路隧道施工規范（TB10204-2002）規定，進行圍巖穩定判別，其判據如下所示：根據位移速度變化判別：周邊位移變化速度持續大于1.0mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護系統；周邊位移變化速度小于0.2mm/d時，圍巖達到基本穩定。5.2 5.2 變形監測速度管理基準變形監測速度管理基準二階導數（加速度）二階導數（加速度）隧道位移監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

15、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 5.3 .3 二次襯砌施工條件二次襯砌施工條件6 6、隧道監控量測成果分析隧道監控量測成果分析6.1舉例：某某隧道K133+180斷面周邊位移(對數函數) 1). 回歸曲線:圖1-周邊位移-時間曲線回歸函數：回歸函數：AB： y = -6.578+3.018Ln(x)； Xmax4 55, Ymax = 11.895AC： 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：回歸函數：AB： y = 3.018/x；

16、 Xmax = 455, Ymax = 0.007AC： y = 2.933/x； Xmax = 455, Ymax = 0.006圖3、周邊位移加速度-時間曲線2). 2). 穩定性判別表穩定性判別表: :變形等級管理變形等級管理( (根據累計位移計算根據累計位移計算) ) AB線：管理等級：III，施工狀態：可正常施工 AC線：管理等級：III，施工狀態：可正常施工分析結果分析結果( (根據位移變化速度計算根據位移變化速度計算) ) AB線：圍巖基本達到穩定。 AC線：圍巖基本達到穩定。分析結果分析結果( (根據位移變化加速度計算根據位移變化加速度計算) ) AB線：速率不斷下降，圍巖趨于

17、穩定狀態。 AC線：速率不斷下降，圍巖趨于穩定狀態。3). 3). 綜合分析綜合分析 綜上所述： K133+180監測斷面AB線累計位移、位移速度均較小、圍巖趨于穩定，可正常施工。AC線累計位移、位移速度均較小、圍巖趨于穩定，可正常施工。6.2舉例：某某隧道k133+180拱頂下沉(對數函數)1). 回歸曲線: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). 穩定性判別表:變形等級管理(根據累計位移計算) A點：管理等級：I，施工狀態：應采取特殊措施分析結果(根據位移變化速度計算) A點：圍巖基本達到穩定。分析結果(根據位移變化加速度計算) A點

18、：速率不斷下降，圍巖趨于穩定狀態。3). 綜合分析K133+180監測斷面拱頂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。樁號樁號測點測點監測天數監測天數累計值累計值（mm）平均速平均速度度(mm/d)數據分析數據分析K101+447 測點14558.61.30累計沉降值較大，曲線呈緩慢上升趨勢，下斷面尚未開挖。測點24581.51.81測點34582.61.84測點44588.91.98測點54597.52.17測點64591.02.02測點74574.11.65測點84556.01.246.3 大風丫口隧道地表下沉數據分析6.4 地質支護狀態觀察

19、7 7、量測數據應用注意事項、量測數據應用注意事項測點埋設應測點埋設應準確準確量測數據應量測數據應真實性真實性量測數據量測和反饋信息應量測數據量測和反饋信息應及時性及時性量測數據的突變與位移量測數據的突變與位移量測數據與施工狀態量測數據與施工狀態量測數據與修改設計量測數據與修改設計8 8、 隧道監控量測典型案例隧道監控量測典型案例 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，我公司監測人員在現場監測，地表下沉值在洞口段掘進時明顯變化，且洞內量測斷面的周邊收斂、拱頂下沉值變化較大，表明圍巖松弛在發展，支護的強度不夠。初期支護多處出現開裂現象，量測數據已經超出規范規定值我方及時提交預警報告（分別以電話、短信等方式）給業主、監理、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 8.1 隧道監控量測工程應用實例一隧道監控量測工程應用實例一 2012年11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；巖土體穩定性較差，易發生小坍塌及大塌方。我公司監測組發現在地表ZK182+800ZK182+831區域段，地表下沉各觀測點沉降位移速度發生急劇變化，地