1、2011届工程测量技术专业目 录第一章 引言11.1 监测的必要性11.2监测的目的11.3监测的任务1第二章工程概况22.1 工程概况22.2 技术标准22.3 工程地质22.4隧道施工方法3第三章 矿山法隧道施工监测的意义3第四章 监控量测内容44.1 地表下沉及底部隆起74.2 拱顶下沉及净空变化量测9第五章 监控量测流程145.1 量测控制基准145.2 监控量测流程155.3 警戒值的设置及超限预警措施15第六章 隧道监控数据采集、分析及信息反馈186.1 数据采集186.2 量测数据的处理分析与预测预报196.3 信息反馈与监控20第七章 监测点的保护措施22第八章 监控量测信息反
2、馈后的安全性评价23第九章 安全文明施工措施249.1 监测安全管理措施249.2 文明监测措施26第十章 总结27参考文献28致 谢39摘 要城市浅埋隧道施工引起的地表沉陷对地表的影响程度及控制方法，是轻轨建设者十分关注的问题。文章具体介绍了在城市轻轨工程施工中监控量测目的、内容及方法，为今后地铁工程施工中监控量测提供了参考。 监控量测地表沉降基点拱顶变形地下工程施工是在地层内部进行，施工不可避免扰动地层，引起的地层变形会导致地表建筑和既有的管线设施破坏。因此，浅埋隧道施工要考虑对城市环境的影响。隧道施工引起的地层变形，非凡是在地面建筑设施密集、交通繁忙地下水丰富的城市中进行隧道施工，对于隧
3、道开挖过程引起地层的力学响应在时间和空间上的规律，不同施工方法的不同力学响应可以通过施工监测实现，并及时猜测地层变形的发展，反馈施工，控制地下工程施工对环境的影响程度。 由于城市隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及其支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量安全必不可少的手段。通过量测及时对隧道个别围岩失稳趋势的区段提供预报，为施工单位及时调整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。通过大量量测发现，隧道开挖及初期支护大约30天围岩基本稳定，于是建议施工单位几时做二次衬砌。同时由于监控措施得当，及时的指导施工和修改设计，从而保证了隧道的施工安全，经济收到了良好的
4、效果。但由于监控量测工作是一项具体而又负责的工作，在实际过程中尚需不断积累经验和完善相关理论。 此论文生于2011年6月至2012年1月于兰州铁成监测股份有限公司，莞惠城际轻轨七标段，从事监控量测工作时所写。关键词：监控量测;地表沉降;拱顶下沉;隧道收敛;数据处理II第一章 引言在城市隧道施工过程中，使用各种仪器和量测元件，对地表沉降、围岩和支护结构的变形、应力、应变经行量测，根据来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性和支护的工作状态，这种工作称为新奥法的现场监控量测。采用新奥法设计和施工的隧道，应将监控量测项目列入文件，并在施工中实施。为了使监控量测能充分发挥技术经济效益，要
5、求隧道设计、施工单位编制切实可行的监控量测计划，并在施工中认真组织实施。量测计划应根据隧道的围岩条件、支护类型和参数、施工方法以及所确定的量测项目进行编制。同时应考虑量测费用的经济性，并注意与施工进度相适应。莞惠城际轻轨七标段包括暗挖隧道（GDK38+952GDK40+917）暗挖隧道（1#竖井2#竖井区间，2#竖井3#竖井区间，3#竖井4#竖井区间一部分）。隧道位于常平镇常朗路及常平大道，莞惠城际大朗常平区间内，小里程与大朗站大里程明挖段隧道相接，大里程与常平站相接，沿着朗常路及常平大道地下穿越。1.1 监测的必要性由该段隧道全部通过城市地面建筑多、地下管网稠密地段,隧道施工引起的隧道周边土
6、力平衡的破坏,必然对隧道沿线的地表、道路、管网及建构筑物等周边的环境产生影响,导致部分建(构)筑物及地表等出现裂缝、错位、沉降、倾斜等变形。隧道施工单位在施工时为了掌握工程施工引起的沉降变形及场地稳定情况,对地铁车站、隧道等进行了定期的监控测量,但是这种监测只是局部的和小范围的,不能全面反应隧道沿线周边整体环境的变形和稳定情况。因此对隧道施工实施第三方监测是十分重要和必要的。1.2监测的目的全和隧道稳定1.3监测的任务为了保证隧道施工的安全和顺利进行，掌握围岩和支护的动态信息；使隧道结构既安全，满足其使用要求，又经济合理；在不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理
7、认为有必要监控的地段设置监控量测断面，进行全面、系统的监控量测，以：1）掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工；2）预见事故和险情，以便及时采取措施，防范于未然；3）积累资料，为以后的工程设计、施工提供经验；4）为确定隧道安全提供可靠的信息；5）量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安第二章工程概况2.1 工程概况本方案主要包括本标段暗挖隧道（GDK38+952GDK40+917）暗挖隧道（1#竖井2#竖井区间，2#竖井3#竖井区间，3#竖井4#竖井区间一部分）。GDK38+952GDK40+917段区间隧道位于常平镇常朗路及常平大道，莞惠
8、城际大朗常平区间内，全段为矿山法区间隧道，小里程与大朗站大里程明挖段隧道相接，大里程与常平站相接，沿着朗常路及常平大道地下穿越。2.2 技术标准铁路等级：城际铁路；轨距：1435mm；正线数目：双线；速度目标值：200km/h；正线线间距：4.4m；平面最小曲线半径：一般2200m，困难地段2000m，个别地段限速；最大坡度：30；站台长度：210m；轨道：正线60kg/m，跨区间无缝线路，无砟轨道；牵引种类：电力；车辆选型：CRH6城际动车组；车辆编组：8辆编组；行车指挥系统：调度集中；列车运行控制方式：采用CTCS-2+ATO自动控制系统。2.3 工程地质GDK38+952GDK40+91
9、7段区间隧道拟建场地地貌有寒溪河冲积平原及丘间谷地；地形起伏较大，地面高程在3.0123.28m。拟建暗挖区间范围内上覆第四系全新统人工堆积层、第四系全新统冲积层、第四系残积层，下伏基岩为混合片麻岩。2.4隧道施工方法矿山法暗挖隧道按喷锚构筑法和浅埋暗挖法原理进行施工，以合理利用围岩的自承能力，尽量减少开挖隧道对围岩的扰动为原则，采用人工或机械开挖技术，以锚管、钢筋网、喷射砼及钢架作为主要施工支护手段，模筑钢筋砼为二次初衬，并通过现场监控量测指导设计和施工。单线隧道在级围岩段采用CD法施工；在级围岩深、浅埋段及级围岩浅埋段采用台阶法加临时仰拱施工；在级围岩浅埋段及级围岩段采用台阶法施工。根据地
10、质超前预报及施工监测情况，开挖方法可作适当调整。第三章 矿山法隧道施工监测的意义自 20 世纪 80 年代后期以来，我国的隧道工程大都以新奥法(New Austrian Tunneling Method，缩写为NATM)理论为基本指导原则来进行其结构设计和施工。莞惠城际轨道交通项目上的各隧道亦是按该理论和方法进行设计的。新奥法的含义可理解为：隧道形状应使受力有利，采用柔性与围岩密贴的锚杆和喷射混凝土支护结构，在充分发挥围岩自身承载能力的同时，尽量抑制围岩强度的恶化，依靠现场监控量测来指导隧道设计和施工。对此，我国的相关隧道设计与施工规范均要求：采用新奥法施工的隧道，施工时应视其规模、地质条件以
11、及安全合理施工的要求，充分利用现场量测信息指导施工，即通过对施工中量测的数据和对开挖面的地质观察等进行预测和反馈，根据已建立的量测管理基准，对隧道的施工方法（包括特殊的辅助施工措施）、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整，以保证施工安全、坑道稳定和支护结构的经济性。施工监控量测被视为是新奥法的三大要素之一，其目的可归纳为下述三点：（1）为设计和修正支护结构形式和参数提供依据进行隧道工程设计时必须依靠工程地质调查和试验来提供必要的依据和信息，但由于岩体地质情况千差万别，使得工程地质调查和试验取得的数据很难正确反映岩体的真实性。所以在施工过程中必须通过围岩与支护的变形和应力的监测结果，
12、对原设计予以修正，或者为重新计算和设计提供依据。（2）为正确选择开挖方法和支护施作时间提供依据通过分析量测数据，可以确定符合具体工程要求和地质条件的施工方法和支护结构的施作措施，以充分利用围岩自承能力，然后通过量测分析，再确定适宜的二次支护时间；在侧压力较大的地层中，利用量测数据，以确定最佳的仰拱施作时间。（3）为隧道施工和长期使用提供安全信息通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测监控和分析评定，可以发现隧道施工中隐藏的不安全因素以及隧道有可能失稳的区段或局部薄弱的部位，从而及时采取相应的加固或其它措施。隧道监控量测是为了完善隧道设，正确地指导施工，以保证隧道工程的安全性和经济性。为确保工程安全、
13、顺利的实施，将施工时对周边环境的影响降低到最小程度，并使建成的隧道结构经济、安全可靠，因此，在施工过程中进行监控量测是十分重要和完全必要的。第四章 监控量测内容隧道监控量测的项目根据本工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目一般分为A类必测项目和B类选测项目两大类。见表4.1.表4.1 检测项目一览表类别序号观测名称图例方法及工具断面距离量测频率测点数量监测报警值监测控制值A类量测1地层支护情况观察现场观察及地质描述每次开挖后立即进行1-7天7-15天15天-1个月1-3个月3个月以后2地表沉降精密水准仪每20-3-m一个断面，每个断面9-11个测点2次/天1次/天1次/3天1-2次/周
14、1-3次每月25mm30mm3拱顶下沉精密水准仪级围岩每5m一个断面级围岩每10m一个断面其余围岩每20m一个断面每个断面2个测点2次/天1次/天1次/3天1-2次/周1-3次每月级围岩20mm级围岩64mm级围岩48mm级围岩32mm级围岩100mm级围岩80mm级围岩60mm级围岩40mm续表类别序号观测名称图例方法及工具断面距离量测频率测点数量监测报警值监测控制值A类量测4洞内收敛收敛计级围岩每5m一个断面级围岩每10m一个断面其余围岩每20m一个断面每个断面2个测点2次/天1次/天1次/3天1-2次/周1-3次每月25mm30mm5底部隆起精密水准仪每50m一个断面每个断面2个测点2次
15、/天1次/天1次/3天1-2次/周1-3次每月8mm10mm6邻近构筑物及地下管线位移精密水准仪根据现场情况测定2次/天1次/天1次/3天1-2次/周1-3次每月B类量测1围岩与喷层间接触压力压力盒每50m一个断面2初期支护模筑混凝土钢筋应力测力计每50m一个断面钢筋强度值的60%钢筋强度值的70%64.1 地表下沉及底部隆起（1）测点布置地表沉降量测在隧道浅埋（H02B）地段为必测项目，其他地段根据设计要求进行。其测点的横向布置范围在隧道中线两侧不小于H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，应适当加宽；布置间距25m，当地表有控制性建（构）筑物时，应适当加密。布置应与拱顶下沉及周边收敛测量的测
16、点在同一断面内，见图4.2。图例：A2为地表沉降测点，A3为拱顶沉降测点，A4为洞内收敛测点，A5为底部隆起测点。B1为压力盒，测围岩与喷层间的接触压力B2为测力计，测混凝土钢筋应力图4.2 地表沉降横向观测范围示意图注：图中H0-隧道埋深，B-隧道最大开挖宽度。测点埋设必须设置到原状土中，一般在地表钻（或挖）80cm深的孔（特殊地段适当加深），竖直放入22mm左右的钢筋，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头打磨圆滑，露出地面1cm左右，并用红油漆标记，作为测点。特殊地段（如底部隆起）可采取如图4.3的保护措施。地表沉降点应在开挖前布设在与洞内量测点相同的里程断面上，纵向距离按表4.1要求控制
17、。按每点/30米设置，全线共有98个量测断面，每断面测点9个，共计测点882处。图 4.3底部隆起测点布置每50m一个断面，每个断面2个测点，见图4.4。纵向间距按表4.1要求控制。（2）测频率按表4.1要求控制。（3）量测仪器的选用地表沉降通常采用精密水准仪和配套的精密水准尺进行量测。（4）监控量测的方法和实施首先沿隧道轴线方向每隔100150m埋设一个水准工作基点构成水准网，工作基点埋设在稳定的基岩面上并与隧道开挖线保持一定距离，以免受隧道施工影响工作基点的稳定，采用现浇混凝土方式埋设，工作基点按照二等水准测量规范联测,每3个月复测一次，监测出现异常时必须先复查工作基点，特殊情况加密复测频
18、率。对每个断面上的监测点也按照二等水准测量规范进行观测，依次对每条断面上的监测点进行闭合或符合水准路线测量。地表下沉量测应在开挖工作面前方H0+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。量测频率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同,初始读数应在开挖后12小时内完成。图4.4 底部隆起量测布置图4.2 拱顶下沉及净空变化量测拱顶下沉的量测目的是：监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变形动态，判断支护结构的稳定性。净空变化量测的目的是：根据收敛位移量、收敛速度、断面的变形形态，判断围岩的稳定性、支护的设计（施工）是否妥当，确定衬砌的浇注时间。（1）测点布置拱顶下沉测
19、点和净空变化测点应布置在同一里程断面上，见图4.5。纵向间距按表4.1要求控制。图4.5 拱顶下沉量测及净空变化量测测线布置示意图121234CJCJCJ11CJ2CJ11CJ2CJ3123456781234测点应根据施工情况进行合理布置，并能反映围岩、支护稳定状态，以指导施工。水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。拱顶下沉测点原则上布置在拱顶轴线附近，当跨度较大或拱部采用采用分部开挖时，应在拱部增设测点。采用全断面开挖方式时：净空变化量测可设一条水平测线，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近。当采用台阶开挖方式时: 净空变化量测在拱腰和边墙部
20、位各设一条水平测线，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近。当采用CD法或CRD施工时，净空变化量测每分部设一条水平测线，拱项轴线左右两侧各设一拱顶下沉测点。当采用侧壁导坑法施工时，净空变化量测在左右侧壁导坑各设一条水平测线，在左右侧壁导坑拱顶各设一拱顶下沉测点；在开挖中部核土部分时，在隧道两侧边墙设一水平测线，在拱项设一拱顶下沉测点。拱顶下沉及净空变化量测点可购买专用的埋设元件；也可自制：采用22钢筋，长30cm，端部用8钢筋焊接一个大小约为边长5cm的等边三角形，用于挂尺。隧道开挖后按要求布点，用电锺或风钻钻眼，深约40cm，然后将22钢筋插入孔内，并用砂浆填充。布点时拱顶钢筋应垂直于水平面，三角形
21、面与隧道走向一致，侧壁钢筋应垂直于隧道中线，三角形面与水平面平行，钢筋头外露2cm左右。埋设后应采取保护措施（如用塑料袋包裹，以防喷浆时沾上水泥浆而引起量测误差）并做上醒目标识。（2）监测频率按表4.1要求控制。（3）仪器配备拱项下沉采用莱卡TS02全转仪全转仪的产品有许多，目前，本标段采用的是莱卡TS02，如图4.6、4.7, 测量精度可达（标准偏差ISO-17123-3）2 5。测量方法 绝对编码，连续，对径测量最小读数 0.1/ 0.1mgon / 0.01mil 补偿方式 电子双轴补偿（设置开，关） 设置精度 0.5，1.5 距离测量 圆棱镜测程（GPR1） 3500m 反射片（60m
22、m60mm） 250m 精度/测量时间（标准偏差ISO-17123-4） 标准：1.5mm + 210-6D / 2.4s ，快速：3mm + 210-6D / 0.8s，跟踪：3mm + 210-6D / 0.15s 图4.6 莱卡TS02图4.7 莱卡TS02工作原理：先输入已知点的坐标，然后仪器摆在未知测站点，对中整平，设置作业（已知点所在的作业），然后设置XYH限差和角度限差，然后按开始，瞄准一个已知点测存，再瞄准另一个已知点按测存，测完已知点后按计算，（如果显示误差超限，你就需要重新检查所测的已知点，如果正确就点设置）这个测站点坐标就出来了。 莱卡TS02使用注意事项：使用前必须仔细
23、阅读说明书，温度改正等有关参数，使用时按说明书进行操作。要经常对仪器进行保养，任何时候都应避免碰撞。每年应将全转仪送回厂家或专门的机构进行维修或检定一次。第五章 监控量测流程5.1 量测控制基准1）隧道初期支护极限位移见表5.1。表5.1 隧道初期支护极限相对位移围岩级别拱脚水平相对净空变化（%）拱顶相对下沉（%）0.030.100.030.060.100.300.060.100.200.500.080.16注：（a）“拱脚水平相对净空变化”是指两拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比；“拱顶相对下沉”指拱顶下沉值减去隧道整体下沉值后与拱顶至隧底高度之比。（b）墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚
24、水平相对净空变化极限值乘以1.21.3后采用。（c）位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移要求确定，见表5.2。表5.2 位移控制基准类别距开挖面1B（U1B）距开挖面2B（U2B）距开挖面较远允许值65%U 090%U 0100%U 0注：B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值。2）根据位移变化速度，当拱顶下沉、净空收敛速率达5.0mm/d或位移累计达100mm时，表明围岩处于急剧变化状态，应暂停掘进，并及时分析原因，采取处理措施；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。3）根据围岩回归位移时态曲线的形态来判别，当
25、围岩位移速率不断下降(0) 时围岩趋于稳定状态；当位移速率保持不变(0) 时围岩不稳定，应加强支护；当位移速率不断上升(0) 时围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。根据量测结果可按变形管理等级指导施工。5.2 监控量测流程根据本标段隧道的规模、地形地质条件、支护类型和参数、开挖方式等特点，监测作业根据图5.1所示流程进行。图5.1 监控量测流程示意图5.3 警戒值的设置及超限预警措施1）警戒值的设置监测报警指标一般以总变化量、变化速率两个量控制，累计变化量的报警指标一般不宜超过设计限值，见表4.1。2）暗挖隧道报警值见表5.3表5.3 暗挖隧道报警值设定项目报警指标应对措施备注地表沉
26、降监测累计25mm调整初期支护强度及刚度加强监测，综合评价施工措施续表项目报警指标应对措施备注拱顶沉降监测累计25 mm用锚具来稳定开挖工作面加强监测，综合评价施工措施速率2mm/d在围岩与支护结构之间注浆位移收敛监测累计25mm调整初期支护强度及刚度降，低爆破振动影响加强监测，综合评价施工措施速率2mm/d调整开挖方法，在围岩与支护结构之间注浆3）建筑物沉降报警值见表5.4。表5.4 建筑物报警值设定变形特征地基土类别中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.003工业和民用建筑相邻柱基的沉降差框架结构砖石墙填充的边排柱当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构0.002
27、L0.0007 L0.005 L0.003 L0.001L0.005 L单层排架(柱架6m)柱基沉降量(mm)中压缩性土 120200桥式吊车轨面的倾斜纵向横向0.0040.003多层和高层建筑基础的倾斜H2424H6060H100H1000.0040.0030.0020.0015高耸结构基础的倾斜H2020H5050H100100H150150H200200H2500.0080.0060.0050.0040.0030.002高耸结构基础的沉降量(mm)H100100H200200H250200400300200注:（a）H为自室外地面起算的建筑高度（m）；（b）局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6
28、-10m内基础两点的沉降差和其距离之比。4）地下管线的预警值城市中地下管线网是城市生活的命脉，与人民生活和社会经济紧密相关，所以对地下管线的监测责任重大。煤气管道的变形、沉降或水平位移不能超过10mm，位移速率不超过2mm/d；自来水管道的变形、沉降或水平位移不能超过30mm，位移速率不超过5mm/d。采用承插式接头的铸铁水管、钢筋混凝土水管两个接头之间的局部倾斜值应不大于0.008；采用焊接接头的水管两个接头之间的局部倾斜值应不大于0.010；采用焊接接头的煤气管两个接头之间的局部倾斜值应不大于0.004。5）超限预警措施当监测指标超过预警值时，立及启动超限预警措施，停止掌子面掘进，把现场情况上报监理单位、设计单位，根据实际情况和设计部门的要求，采取加强临时支护、增加监控量测的频率、二次衬砌紧跟、变更设计等措施，进行补偿处理，使观测值达到合理状态后，再进行正常的施工。第六章 隧道监控数据采集、分析及信息反馈6.1 数据采集任何现场量测都不可避免地存在误差。为得到更为真实、可靠的量测数据，在监控量测、采集数据时，应尽量减少各种误差。1）在隧道开挖后，尽可能早的埋设测点，并及时进行初次量测，以尽量测得变形与应力的初始数据。2）做到量测、采集数据专人专项负责，以减少随机误差。3）在使用精密水准仪进行洞内周边收敛位移量测时，
