某隧道监控量测与超前地质预报方案.pdf
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1、XX隧道监控量测 与超前地质预报方案XX目录第一部分 XX隧道监控量测实施大纲.错误!未定义书签。11工程概况.22监测依据.33监测目的和意义.44监测内容.54.1 必测项目.54.2 选测项目.54.3 监测断面布置.54.4 工程量清单.55监测方法.65.1 地质及支护状态观察.65.2 地表沉降观测.75.3 周边位移及拱顶下沉量测.105.4 围岩内部位移.165.5 锚杆内力.175.6 二次衬砌应力.185.7 混凝土应力.195.8 控制测量项目及测试方法.206控制标准.227监测质量与安全保证措施.237.1 监测质量保证措施.237.2 监测安全保证措施.24第二部分
2、隧道超前地质预报实施大纲.271超前地质预报的目的.272超前地质预报的原则.273 XX隧道超前地质预报方案.283.1 TSP超前地质预报.283.2 地质雷达超前地质预报.324超前地质预报质量与安全保证措施.364.1 超前地质预报质量保证措施.364.2 超前地质预报安全保证措施.3711工程概况本隧道位于xx省xx市xx县境内,埋深极浅,1530m左右,全长1525m,设计为双线。xx隧道东线起讫里程为K75+6 20K76+370,东线全长750米,西线起讫 里程为K75+6 15K76+390,西线全长775米,为双线隧道,隧址位于构造剥 蚀低山地貌区,地表植被较发育,齐长城x
3、x遗址位于山坡上,隧道洞身地形中 部高,两出口地段地形低,地形起伏较大,起点高程约300m,跨关顶村约334 米,往南在齐长城遗址北侧达到340米,往南呈斜坡下降,相对高差约42米,坡脚3065,局部呈陡崖状,隧道最大埋深约33m。该隧道所处地层主要为元古界花岗岩(Y 0 1):强中风化花岗岩出露于隧 址区进口附近人工开挖处,东隧道南洞口见强风化花齿岩出露,洞身段局部见强 风化花岗岩出露。北进口段:强风化花岗岩,灰白色,成分主要为石英、长石,局部见少量角 闪石,粗粒结构,块状构造,岩芯呈粗砂粒状。中风化花岗岩:灰白色,成分主要为石英、长石,局部见少量角闪石,粗粒 结构,块状构造,节理裂隙发育,
4、岩芯呈块状,短柱状,偶见长柱状,节长4 17cm,取芯率62%,RQD=40%,锤击声脆。微风化花岗岩:灰白色,成分主要为长石、石英,少量角闪石,岩芯呈柱状,节长一般1540cm,锤击声脆,不易碎,取芯率80%,RQD=70%,夹微风化石英 脉。南出口段:全风化花岗岩:灰黄色,稍湿,中密,岩芯土状、粗砂状,触动 易碎,主要矿物成分为长石、石英和云母,风化呈砂土状。强风化花岗岩:黄灰色灰红色,岩芯粗砂状、砾砂状,易碎,主要矿物成 分为斜长石,石英。中风化花岗岩:浅红色,岩芯碎块状、短柱状,块直径36 cm,主要矿物 成分为长石,石英,风化裂隙较发育。微风化花岗岩:灰白色,粗粒结构,块状构造,成分
5、主要为长石、石英,少 量角闪石,岩芯呈柱桩,节长一般1540cm,锤击声脆,不易碎,取芯率70%,RQD=6 6%O2洞身段:全风化闪长岩:灰绿色,岩芯呈土状,碎块状,手捏易碎。全风化花岗岩:浅黄色夹浅白色,岩芯呈砂土状,主要成分为长石、石英。强风化闪长岩:灰绿色,岩芯成碎块状及碎片状,块径一般37cm,锤击 声较脆,锤击可碎,节理裂隙发育,采取率约45%。中风化闪长岩:灰绿色,中细粒结构,块状及片状构造,岩芯呈短柱状,块 状,锤击声脆,可碎,采取率约70%,RQD约40%。中风化角闪岩:灰绿色,青灰色,中细粒结构,块状构造,原岩结构少量破 坏,节理裂隙较发育,岩芯主呈长柱状,较多短柱状,节长
6、一般1540cm,最 长50cm,采取率约90%,RQD约85%,主要矿物成分为角闪石,长石,云母。隧道在K75+910K75+950穿过断层破碎带,区域稳定性较差。根据中国地震动参数区划图(GB 18306-2001),本路段范围内抗震设防 烈度为VID度,地震动峰值加速度为20g,地震动反映谱特征值为0.350.40s。按“早进洞,晚出洞”的原则,降低开挖边坡高度,减少对地表的破坏,该 隧道洞门设置形式为青州端采用端墙式洞门,临沐端采用削竹式洞门。由于该隧道的IV级和V级围岩,占整隧的76%,并且在K75+780K75+870 存在地表洼地排水不畅通现象,K75+76 0-K75+880段
7、因采矿影响导致埋深浅、覆盖层薄,设计采用浆砌片石回填和铺砌,K75+910K75+950段穿过断层破 碎带,K76+280K76+36 5段埋深浅,存在塌方、冒顶可能,施工进度将受到 一定的影响。为加快施工进度并满足工期的要求,解决施工通风、弃硝、穿越浅 埋段等问题,本隧道考虑在出口 K76+450右侧位置建设一小型拌和站和空压机 风站,在线路右侧K77+250处建设一混凝土拌和站,集中供应混凝土,确保施工 工期。本隧道W级围岩段长730m,占47.8%;V级围岩一般段长28.2m,占12%;IH级围岩36 5m,占24%。2监测依据XX隧道两阶段施工图设计、国家标准公路隧道施工技术规范、地下
8、 铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)、工程测量规范(GB 50026-93)和3公路隧道新奥法指南。3监测目的和意义(1)监控量测可在施工期了解施工情况,确保施工安全和质量,为工程施 工服务。认识各种因素对隧洞受力和变形等的影响,有针对性地改进施工工艺和 修改施工参数提供数据依据。主要体现在以下儿个方面:1)对开挖过程控制,调整开挖坡度、梯度、进尺、钻爆法施工参数等,为 安全施工提供可靠依据。经对监测资料分析和反馈后,再进一步修改设计和施工 方案,确保安全,加快施工进度。2)了解支护效果,并根据监测数据反馈分析预测下一步的支护结构的受力和 变形,根据受力和变形发展趋势和建筑物
9、情况,决定是否需要采取其他保护措施,为优化经济合理的支护参数提供依据;并为其他隧道的安全施工、运行提供依据 和参照。3)分析各种因素对地表和围岩变形的影响,以便有针对性地改进施工工艺 和施工参数,预测、预报施工安全和隧道结构稳定性,减小地表和围岩变形,保 证工程安全;4)预测施工引起的地表和土体变形,根据地表变形发展趋势和周围建筑物、地下管线沉降情况,决定是否需要采取保护措施,并为确定经济、合理的保护措 施提供依据;确保地表建筑物和底线管线安全;5)为研究地层、地下水、施工参数和地表沉降与土体变形的关系积累数据,为改进设计和调整施工参数提供依据;掌握和收集地下水位变化动态和超前注浆 对地表的影
10、响因素,防止地下水资源的流失和施工污染,保护生态环境;(2)安全运行的需要公路隧道开挖之前的地质条件、岩体形态等不易完全掌握,通过施工期的监 测,能够直接显示获取隧道性状变化,达到了解隧道围岩稳定性和支护结构的工 作状态的目的。当公路隧道支护后,隧道支护结构由于周边围岩应力卸荷将产生应力重新分 布,支护结构将产生较大的变形和应力,需通过监测设施来了解隧道支护结构的 应力、变形等监测物理量的变化规律,判断支护结构工作是否正常,以便采取措 4施。建立预警机制,保证工程安全,避免发生结构和环境安全事故。4监测内容依据施工图设计中监控量测方面的内容,结合现场实际情况,确定以下必测 项目和选测项目。4.
11、1 必测项目地质与支护状态观察地表沉降观测洞内收敛量测拱顶下沉量测4.2 选测项目围岩内部位移量测锚杆内力量测钢支撑内力量测喷混凝土应力量测二次衬砌压应力量测4.3 监测断面布置两条隧道HI级围岩约36 5m,共布设18个断面,IV级围岩约730m,共布设 48个断面,V级围岩共430m,共布设43个断面,共计110个断面。4.4 工程量清单表1工程量清单量测项目单位数量(个)5、必测项目地质及支护状态观测-浅埋地段地表沉降地表沉降观测断面8周边位移水平收敛及周边位移断面110拱顶下沉量测拱顶下沉量测断面110二、选测项目围岩内部位移断面6二衬压力量测断面18混凝土应力量测断面30钢支撑内力量
12、测断面20锚杆内力量测断面305监测方法5.1地质及支护状态观察,,细致的目测观察,对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法,它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息,应当予以足够的重视,所以目测观 察是新奥法量测中的必测项目。(1)观察目的1)预测开挖面前方的地质条件。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)观察内容1)掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层,是否偏压、围岩类别,6掌子面自稳情况,地下水的影响情况等,并做好记录。2)对初期支护效果观察包括:锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无裂缝,裂缝的部位
13、、长度、宽度、深度,喷层是否把钢支撑全部覆盖。5.2地表沉降观测(1)监测目的了解隧道开挖过程中隧道顶部地表的最大沉降值,为调整隧道开挖速度和支 护强度参数提供依据,以确保隧道支护结构和周边环境的安全。(2)监测仪器设备使用精密水准仪、锢钢尺进行监测。用精密水准仪以二级沉降监测的精度(观测点测站高差中误差WO.5mm)来施测,组成变形监测的高程监测控制网。仪器在开始使用前均需检定,作业过程中严格遵守规范。每次观测都采用相同的 观测仪器,相同的观测人员按相同的观测线路进行。监测精度Ah=O.1mm。(3)测点布置1)监测基准点的设置沉降监测是根据监测基准点高程进行的,基准点的形式和埋设可参考三等
14、水 准点的要求进行,其数目不少于3个,以便组成水准控制网。对基准点定期进行 校核,防止其本身发生变化,以保证沉降监测结果的准确性。基准点应在沉降监 测的初次观测之前1个月埋设好。图1基准点埋设方法示意图(单位:mm)7埋设基准点应考虑如下因素,见图1:a.基准点应布设在监测对象的沉降影响范围以外,保证其坚固稳定。b.尽量远离道路和空压机房等,以防受到碾压和震动的影响。c.力求通视良好,与观测点接近,其距离不宜超过100m,以保证监测量精 度。d.避免将基准点埋设在低洼容易积水处。2)监测点的设置测点布置在洞口浅埋地段,共设置12个观测横断面,每23m一个测点。图2地表沉降观测布置图(4)监测频
15、率开挖面前后V30m,2次/I天开挖面后3080m,1次/2天开挖面后80m,1次/7天(5)注意事项1)施工前应作好监测准备工作:如设置测点,引入高程控制点,配置水平 高的监测人员及水平仪等仪器。2)在布置测点时应注意在位移量较大的地段将测点布置密一点。3)地表量测与地下洞室各项监测应同步进行,以利于资料的相关分析。4)量测数据及分析结果全部纳入竣工资料,备查。(6)量测数据的整理1)绘制每一横断面沉降槽随时间的变化关系图;82)绘制每一横断面最大沉降量随时间的变化关系图;3)绘制每一横断面最大沉降量与开挖面距离关系图;4)对横断面沉降槽垂直位移进行回归分析;5)对纵断面沉降槽垂直位移进行回
16、归分析;6)根据隧道顶部地表沉降及拱顶沉降值对土体内部垂直位移进行回归分析;7)根据回归分析数据求出每一断面沉降稳定值;主要成果曲线如图35所示。衬砌中线图3横断面沉降随时间变化图S m ax(m m)图4横断面最大沉降量随时间变化关系图9S(m)o图5横断面最大沉降量随开挖面距离关系图(7)处理措施1)在整理资料时,若发现地表位移量过大或下沉速度无稳定趋势时,对下 部结构应采取补强措施。增加 喷混凝土厚度,或加长加密锚杆,或加挂更凑密更粗的钢筋网;提前 施作二次衬砌,要求通过反分析较核二次衬砌强度;提前 施作仰拱。2)在整理资料时,若发现地表下沉速度具有稳定趋势时,应据此求出隧道 结构初期支
17、护及二次衬砌上的最终荷载,以便对结构的安全度作出正:确的判断3)若经过对各种量测数据联合反分析后,发现初期支护或二次衬砌结构安 全系数较大,在经过设计人员同意后,可对下一段与此地质类型相近的支护参数 作适当调整。5.3 周边位移及拱顶下沉量测(1)周边位移监测1)监测目的地下工程开挖后,净空收敛也是反映围岩与支护结构力学形态变化的最直 接、最明显的参数,通过监测可了解围岩和支护结构的稳定状态。2)监测仪器使用收敛计进行监测。103)测点布设原则周边位移监测最重要的是合理确定监测断面的数量,而断面数量的确定应从 国家隧道施工技术规范相关内容和设计图纸要求这两方面充分考虑。并应遵守如 下原则:a.
18、设计单位有指导意见的,按设计单位的指导意见考虑布置;b.若设计单位没有指导意见的,按规范规定选择具有代表性地段进行布置。当然,在施工过程中可根据实际情况做适当调整。每个断面上周边位移的测 线数量,根据隧道地质条件和施工方法的不同而不同,测线数量布置一般如表2 所示。表2周边位移量测断面的测线数段开挖方一般地段特殊地段洞口附近埋深小于2B有膨胀压力或偏压地段全断面开挖一条水平线三条或六条短台阶法二条水平线四条或六条四条或六条四条或六条多台阶法每一台阶一条水平测线每一台阶三条水平测线每一台阶三条水平测线每一台阶三条水平测线周边位移测点与拱顶下沉测点布置在同一个断面上。在同一断面内,收敛基 线的布设
19、,应根据断面大小、开挖方法选择不同的布置形式。结合本项目隧道开 挖方法,周边收敛位移量测断面测点布置图如下图6、图7。安装测点时,在被 测断面上用风钻机或冲击钻成孔,孔径为40-80mm深度20cm,在孔中填塞水泥 砂浆后插入收敛预埋件,尽量使两预埋件轴线在基线方向上并使销与孔轴线处于 垂直位置,上好保护帽,待砂浆凝固后即可进行监测。11A图6上下台阶法开挖周边收敛位移量测断面测点布置示意图图7全断面法开挖周边收敛位移量测断面测点布置示意图4)收敛观测方法a.将百分表读数调至2.5 3.0cm;b.将收敛计钢尺挂钩分别挂在两个测点上,收紧钢尺,将销钉插入钢尺上 适当的小孔内,用卡钩将其固定;c
20、.转动调节螺母使钢尺收紧到观测窗中的线条与面板成一直线为止;d.读取钢尺百分表中的数值,两者相加即为测点间距离;e.每次测量完毕后,先松开调节螺母,然后退出卡钩,将钢尺取下,擦净 收好,并定期涂上防锈油脂;f.将每条测线前后两次测线距离相减即可算出各测点间相对位移(即隧洞 位移收敛值)。5)周边位移监测提交成果12a.绘制位移量随时间变化的曲线;b.绘制位移速度随时间变化的曲线;c.绘制位移量与开挖面距离关系曲线;d.找出位移一时间回归曲线,求出最终净空位移量;(2)拱顶下沉监测1)监测目的了解断面变化情况,判断拱顶的稳定性,防止塌方。2)监测仪器使用水准仪和锢钢尺进行监测。3)测点布置与周边
21、位移设在同一个断面,测点布置示意图如下图8所示。图8拱顶下沉断面测点布置示意图4)监测方法在拱顶固定一带倒三角环的测桩,测试时将水准仪安放在标准高程点和拱顶 测点之间,锢钢尺底端抵在标准高程点上,并将锢钢尺调整到水平位置,然后通过水准仪后视锢钢尺记下读数为“I,再前视普通钢卷尺(注意钢卷尺在每次测试时均要保持相同的张紧力)记下读数位“2,若标准高程点的高程为“。,则本 次测试拱顶测点的高程为出+。,两次不同测试的拱顶高程差即为两次间 隔时间内的拱顶下沉。测试方法示意图如图9所示。测桩长度要考虑喷射混凝土 的厚度,不能将测桩埋入喷射混凝土的厚度内。13图9拱顶下沉测试方法示意图5)注意事项a.在
22、施工初期阶段,或地质较差时,或位移下沉量及速度较大时,应适 当增加量测断面及量测频率。b.测点设置应可靠,并应妥善保护,测量仪器使用前应严格标定。c.各测量项目应尽可能布置在同一断面,测量点应尽可能选择具有代表 性的地方,以便对测量数据的分析及为以后的工作提供经验。6)数据处理分析a.当隧道水平位移收敛速度为0.10.2mm/天,拱顶下沉位移速度为 0.1mm/天时可以认为围岩已基本稳定。对IV、V级围岩,应根据量测结果确 定二次衬砌施作的适当时间,施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载。b.在监测过程中,若发现净空位移过大或收敛速度无稳定趋势时,对结 构应采取补强措施。c.若发现净空位移收敛速
23、度具有稳定趋势时,应据此求出隧道结构初期 支护及二次衬砌上的最终荷载,以便对结构的安全度做出正确的判断。d.若经过对各种量测数据联合反分析后,发现初期支护或二次衬砌结构 安全系数较大,在经过设计人员同意后,可对下一段与此地质类型相近的支 护参数作适当调整。e.对围岩级别的变更及对支护参数的调整均必需有相应的量测数据并 得到设计方认可。(3)注意事项及监测数据处理1)在施工初期阶段,或地质较差时,或位移下沉量及速度较大时,应适当14增加量测断面及量测频率。2)测点设置应可靠,并应妥善保护,测量仪器使用前应严格标定。3)各测量项目应尽可能布置在同一断面,测量点应尽可能选择具有代表性 的地方,以便对
24、测量数据的分析及为以后的工作提供经验。(4)对测量资料的整理1)绘制位移量随时间变化的曲线;2)绘制位移速度随时间变化的曲线;3)绘制位移量与开挖面距离关系曲线;4)找出位移 时间回归曲线,求出最终净空位移量;(5)围岩稳定标准当隧道水平位移收敛速度为0.10.2mm/天,拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时可以认为围岩已基本稳定。对IV、V级围岩,应根据量测结果确定二次衬砌 施作的适当时间,施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载。(6)特殊情况处理在监测过程中,若发现净空位移过大或收敛速度无稳定趋势时,对结构应采 取补强措施。根据我国现行公路隧道施工技术规范的规定,隧道周边允许相对位 移值见表3
25、。结构补强的主要措施如下:1)增加喷混凝土厚度,或加密锚杆,或加挂钢筋网;2)提前施作二次衬砌,要求通过反分析较核二次衬砌强度;3)提前视作仰拱。表3隧道周边允许相对位移值闾盖层厚度 围岩赢300mIII0.1-0.30.2 0.50.4-1.2IV0.15 0.50.4-1.20.8 2.0V0.2 0.80.61.61.0 3.015注:相对位移值是指实测位移值与两侧点距离之比,或拱顶下沉与隧道宽度 比;脆性围岩取表中较小值,塑性围岩取表中较大值;I、II、VI级围岩可按工程类比初步选定允许值范围;本表所列数值可在施工过程中通过实测和资料积累作适当修正。5.4 围岩内部位移(1)目的为了探
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