隧道监控量测实施方案
第一章 工程概况
1、线路概况
**隧道位于**与**之间，隧道起讫里程为*** 2、地形地貌
隧道通过部位为低山丘陵区。地势为中部高，南、北低，地形起伏较大，山坡自然坡度多为 10-30° 。
3、地层岩性
沿隧道洞身出露地层主要为第四系全新统坡残积粉质粘土、厚1.0m~8.5m，沟谷地段厚达15.1m；下为中元古界龟山组石英绢云母片岩，强风化层厚大于7.95m，隧道进出口未见弱风化。
4、地质构造
（1）隧道位于桐柏~大别山造山带中段，区内主要构造有翟家沟韧性剪切带，其顺层流劈理化发育，倾向线路右侧，节理产状较杂乱。隧道左侧约500m处有一性质不明断层，走向北东向，对隧址区开挖有一定的影响，可能会有涌水现象。
5、不良地质及特殊岩土
隧址区未见特殊岩土，山体斜坡风化的岩碎石易松动形成落石。 6、岩爆
本隧道的最大埋深100多米，未超过发生岩爆的经验临界深度，预测岩爆的可能性较小。
7、地温
沿热附近无温泉出露和地温异常区，预测围岩原始温度不会超过19℃。 8、水文地质条件
地下水主要为基岩裂隙水，主要补给来源为大气降水及坳沟中季节性地表水。由于隧道岩性为石英绢云母片岩，富水性较弱。预测每延米涌水量为0.86(T/m.d)，应加强排水防渗及堵漏处理。
第二章 监控量测目的及依据
一、监控量测目的
1、确保施工安全及结构的长期稳定性;
2、验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据;
3、确认二次衬砌施做时间; 4、监控工程对周围环境影响；
5、积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。
二、监控量测依据
1、《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108-2002 J159-2002）； 2、《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007 J721-2007）; 3、《精密工程测量规范》（GB/T 15314-94） 4、《工程测量规范》（GB0026－93） 5、***隧道施工图及参考图;
6、既有铁路客运专线的监控量测实施经验。
第三章 监控量测工作思路
一、量测组织
成立由总工程师任组长，工程部、安质部、测量班及作业层共同组成的监控量测小组，全面负责隧道的监控量测工作。具体人员名单及分工见表3.1。
表3.1 隧道监控量测小组成员名单
二、成员职责
是施工安全和工程质量保障措施之一，量测小组成员的职责如下：
①负责量测计划安排； ②负责量测资料的整理；
③及时向施工技术负责人汇报隧道内围岩稳定状态，并定期提出围岩稳定性和支护可靠性的书面报告；
④当量测结果危险信号时，应及时向施工技术负责人报告，并积极协作施工技术负责人进行紧急处理。
三、工作流程
隧道监控量测工作流程见图3.1
四、主要工作
量测组负责制定监控量测实施方案。经监理工程师认可后，按照隧道监控量测工作流程进行量测段、量测断面的选择，仪器设备保养维修，布置测点埋设、日常量测，进行量测值的计算、数据处理和绘制图表，并及
时进行信息反馈，将量测资料及结论向监理工程师、设计代表报告，并实施施工管理。
第四章 监控量测总体方案
一、监控量测项目及仪器配置
监控量测一般分为必测项目和选测项目两类。
必测项目包括洞内外观察、拱顶下沉、净空变化和地表沉降共四项，必测项目在采用新奥法原理施工的隧道中必须进行。
选测项目包括各承载体压力、围岩位移等十二项内容，是否进行选测项目的监控量测，可根据围岩性质、隧道埋置深度、开挖方式等条件具体确定。
本隧道仅对必测项目进行监控量测。具体仪器配置见下表。
表4.1 隧道监控量测仪器配置表
二、监控量测断面布置 （一）纵向布置 1、拱顶下沉和净空收敛
拱顶下沉测点和净空收敛应布置在同一断面上，监控量测断面按下表要求布置：
表4.2 必测项目监控测量测断面间距
围岩级别 Ⅴ~Ⅵ Ⅳ Ⅲ Ⅱ
断面间距(m)
设计 5~10 10~30 30~50
视具体情况确定
方案 10 30 50 预测无Ⅱ级
2、洞顶地表沉降
当地面水平或接近水平，且隧道覆盖层厚度小于下表所列数值时，开挖的影响会传至地面并发生地表下沉等事故，因而有必要对隧道上方地表状况进行观察和调查。而为了正确判断隧道开挖对地表的影响及防止下沉对策的效果，推定作用在隧道上的荷载范围，施工前要在预计受影响的范围内进行充分的调查，并进行浅埋段地表下沉量测。如有不利于山体稳定的地质条件时，覆盖厚度值应适当加大。
表4.3 浅埋隧道覆盖厚度值
围岩级别
Ⅲ Ⅳ Ⅴ
覆盖厚度(m)
8~10 15~20 30~35
地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下地表沉降观测点纵向间距应按下表要求布置：
表4.4 地表沉降观测点纵向间距
隧道埋深与开挖纵向测点间距(m)
宽度 设计 方案 2B
注：H0-隧道埋深；B-隧道开挖宽度
（二）横向布置 1、拱顶下沉
拱顶下沉测点至少设置在拱轴线附近。由于铁路客运专线隧道跨度较大，当V级围岩采用双侧壁导坑法开挖时，应在两侧壁拱部增设拱顶下沉
测点。
2、净空收敛
采取全断面法开挖时，布置一条水平测线；采用台阶法开挖时，每个台阶布置一条水平测线；采用分部法开挖时，每个分部布置一条测线。如有临时支护，则在临时支护上增加测点。
双侧壁导坑法测点布置图
三台阶七步开挖法测点布置图
周边收敛测点
台阶法测点布置图
3、洞顶地表沉降
隧道中线两侧地表沉降量测范围应延伸布置至隧道开挖影响范围以外且不小于H0+B，测点横向间距为2~5m，在隧道中线附近测点应适当加
密。
***隧道洞顶地表沉降量测点横向布置见下图。
三、监控量测频率
1、沉降、位移量测频率
沉降、位移项目的量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表确定。由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。
表4.6 按距开挖面距离确定的监控量测频率
监控量测断面距开挖面的距离 监控量测频率
（0~1）B 2次/d （1~2）B 1次/d （2~5）B 1次/2~3d >5B 1次/7d 注： B-隧道开挖宽度，取14.86m（V级围岩）
表4.7 按位移速度确定的监控量测频率
位移速度（mm/d）
≥5 1~5 0.5~1
监控量测频率
2次/d 1次/d 1次/2~3d
位移速度（mm/d）
0.2~0.5
2、洞内、外观察
开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建（构）筑物的描述应每施工记录一次，必要时，影响范围内的建（构）筑物的描述频率应加大。
四、监控量测控制基准及位移管理等级
（一）控制基准
监控量测控制基准应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性以及周围建（构）筑物特点和重要性等因素制定，主要包括隧道内位移和地表沉降。根据控制基准，结合时态曲线形态判别围岩与支护结构稳定性。
1、地表沉降控制基准
地表沉降控制基准根据地层稳定性，周围建（构）筑物的安全要求具体确定。
2、位移控制基准
位移控制基准根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限位移按表4.8要求确定：
表4.8 位移控制基准
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-隧道开挖宽度，U0-极限相对位移值
对于跨度大于12m的隧道，由于目前还没有统一的位移判定基准，初期支护极限相对位移值暂参照表4.9计算确定。
表4.9 隧道周边允许位移值(UO)
开挖
围岩
宽度
级别
(m) Ⅲ Ⅳ Ⅴ
14.34 14.7 15.06
埋深h(m)
h
位移相对值 位移绝对值 （%） （mm） 0.2 29
0.33 0.50
49 74
50≤h≤300
位移相对值位移绝对值 （%） （cm） 0.35 50
0.8 1.1
118 163
注：周边位移相对值系指两测点间实测位移累计值与两测点距离之比，两测点之间的
位移值也称为变化值。
（二）位移管理等级
根据位移控制基准，位移管理按表4.10分为三个等级：
表4.10 位移管理等级
管理
距开挖面1B(U1B) 距开挖面2B(U2B) 距开挖面较远 等级 Ⅲ U0
(U1B/3)≤U0≤(U2B/3)≤U0≤综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要
Ⅱ
(2U1B/3) (2U2B/3) 时采取相应工程对策
Ⅰ U0>(2U1B/3) U0>(2U2B/3) 暂停施工，采取相应工程对策
注：U0-实测位移值；U0-极限相对位移值
第五章 监控量测具体方案
一、洞内、外观察
（一）洞外观察
洞外观察的重点部位为洞口段和洞身浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、岩溶漏斗区域。观察的主要内容包括：
1、地表开裂、下沉、滑移状况； 2、洞口边、仰坡的稳定状况； 3、地表建（构）筑物安全状况； 4、地表渗、流水水文地质监测
主要监测水的流量、水文、水质（主要是混浊度）；
5、气象观测
主要观测天气状况（晴、阴、雨、雪）、气温（C）、降雨量（mm）。
（二）洞内观察
洞内观察分为开挖工作面观察和已施工地段观察。
1、隧道开挖工作面的观测
（1）对开挖后没有支护的围岩进行观察，主要是了解开挖工作面下列的工程地质和水文地质条件：
①岩石种类和分布状态，结构面位置的状态；
②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，结构面状态特征，充填物的类型和产状等；
⑤断层的性质、产状、破碎带宽度、特征等；
⑥地下水类型、涌水量大小、涌水位置、涌水压力、湿度等； ⑦开挖工作面的稳定状态、有无剥落现象。
2、对已施工地段的观察每天至少应进行一次，其目测内容如下： ①初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷砼是否发生剪切破坏；
②有无锚杆脱落或垫板陷入围岩内部的现象；
③钢拱架有无被压屈、压弯现象；
④是否有底鼓现象；
若遇特殊不稳定情况时，派专人进行不间断观察。 o
观察到的有关情况和现象，应详细记录，并绘制隧道开挖工作面及两侧素描图，要求每个断面至少绘制1张，同时进行数码成像。
观察中如果发现异常现象，要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离等。
二、洞顶地表下沉量测
1、测点埋设
隧道浅埋段地表沉降观测点应在隧道开挖前埋设。
在埋设点挖长、宽、高均为200mm的坑，然后放入沉陷测点，测点一般采用φ20～30mm，长200～300mm半圆头钢筋制成。测点四周用混凝土填实。在开挖影响范围以外设置水平基点2～3个。水平基点埋设方法同上。
2、沉陷量量测
地表下沉量测采用精密水准仪和铟钢尺进行测量，量测精度为±1mm。一般在距离开挖面前方H+h处（H为隧道埋深，h为隧道开挖高度）就应对相应测点进行超前监控量测，然后随着工程的进展按规定的频率进行监控量测，然后按下式计算沉陷量：
un=Ao-( A基＋R后-R前)（mm）
式中，un——第n次量测累计下沉量（mm）;
Ao——测点初始标高（mm）；
A基——测点初始标高（mm）；
R后——第n次量测后视读数（mm）；
R前——第n次量测前视读数（mm）。
在读数时各项限差严格控制，每个测点读数误差不得超过0.3mm，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测时，对测点进行连续三次观测，三次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。
三、洞内位移量测
（一）测点埋设
洞内测点应在距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。
在观测点将长度为20～30cm的盘条钢筋弯成三角形钩，锚固于岩壁或喷射砼内，并用早强水泥砂浆将其固定，测头的位移即可代表岩壁表面该点的位移。
（二）位移量测
1、拱顶下沉
使用水准仪和钢挂尺，测出各拱顶测点的标高，然后按下式计算下沉量：
un=Ao-( A基+R后+R前)（mm）
式中，un——第n次量测累计下沉量（mm）;
Ao——测点初始标高（mm）；
A基——测点初始标高（mm）；
R后——第n次量测后视读数（mm）；
R前——第n次量测前视倒尺读数（mm）。
拱顶下沉量测示意图如下：
2、净空收敛
采用收敛仪量测时先将收敛仪的挂钩挂到量测点的预埋挂钩上，调节收敛仪上的拉力调整螺旋，待仪表上的两刻画线重合后方可读数。每条测线应重复读数三次，取平均值作为初始观测值。
由于钢尺受温度变化的影响会产生热胀冷缩，故需要将温度变化对测微读数的影响加以修正。按下式计算修正值。
RtLi(20ti)
式中：Rt——因温度变化引起的读数的变化值（mm）
Li——第i次量测时的钢尺挂孔长度
——钢尺线膨胀系数，取值0.000012
四、量测间隔时间的计算
为了使收敛量测值与相应的量测时刻准确对应，以适应现场条件及量
测具体情况的变化，也便于准确计算收敛速率，故将量测间隔时间按量测时读取的准确时刻用下式计算：
Ti(hihi1)60(MiMi1)D1440
n
TnTi
i1
式中：Ti——第i次量测与第i1次量测的间隔时间（天）
hi——第i次量测时的小时数（小时）
hi1——第i1次量测时的小时数（小时）
Mi——第i次量测时的分钟数（分）
Mi1——第i1次量测时的分钟数（分）
D——第i次量测与第i1次量测的间隔天数（天）
Tn——第1次量测到第n次量测的总累计间隔时间（天）
1440——每天折算出的分钟数（分/天）
第六章 监控量测数据处理与回归分析
一、数据收录
1、对每个观察量测项目都要按规定的频率进行量测，并由两个人复式记录，对每次记录数据在现场进行简单分析，对可疑数据要进行核查。
2、每次量测要记录量测的里程、测点编号、测点的环境温度等相关数据。
二、量测数据整理
（一）资料整理内容
首先对现场量测数据资料进行认真检查和计算，每次量测后，在2小
时内进行资料整理工作；每次量测后，对每一个量测断面内每一种量测项目，均应进行以下资料整理
1、原始记录表及实际测点布置图。
2、位移值随时间及随开挖面距离的变化图。
3、位移速度、位移加速度随时间以及随开挖面变化图。
（二）图表填制
及时将量测资料填入有关图表，以便了解量测数据的变化规律，便于各量测断面和相同与不相同测量手段之间的对比、验证。
三、量测数据回归分析
将原始观测记录进行整理，计算出某一测点在不同时间距掌子面不同距离时的位移值，并绘制出位移-时间散点图。由于量测的偶然误差所造成的离散性，绘制的散点图总是上下波动和不规则的，难以进行分析。因此有必要应用数学方法对净空收敛数据进行处理，找出被测物理量随时间变化的规律。
回归分析是对一系列具有内在规律的测试数据通过处理和计算，得到两个变量之间的函数关系，用这个函数式绘出的曲线代表测试数据的散点分布，并能推算出因变量的极限值。 t根据量测处理数据，选用双曲线函数uABt、指数函数uAe 及B
t
对数函数uAB 对其净空收敛值进行回归，选择精度最高的作为log(1t)
预测最终位移量的回归方程。式中：A、B——回归常数；t ——初读数后的时间（d）；u ——位移值（㎜）。
（一）非线性方程的线性化
1、双曲线函数ut
ABt……………………………式（1）
对其两边取倒数，得：
11BA ut
11令u，t ut
则uBAt……………………………………式（2）
2、指数函数uAe…………………………………式（1）
对其两边取自然对数，得：
1lnulnAB() t
1令ulnu，t tBt
则ulnABt………………………………………式（2）
3、对数函数uA
令tB………………………式（1） log(1t)1，uu log(1t)
则uABt…………………………………………式（2）
（二）回归常数的确定
式（2）则是式（1）线性化的直线方程，其参数的确定可利用Excel对观测数据进行回归分析的方法确定。
1、要使用Excel的数据分析工具，首先要确认“分析工具库”处于加载状态；
2、依据量测数据计算出u、t；
3、点击Excel菜单中的“工具”→“数据分析”，出现数据分析窗口
后，选择“回归”，选择计算区域后，得到回归分析结果；
4、反推计算出回归常数A、B。
（三）最终位移值的确定
依据回归分析结果，若
1、双曲线函数u
值为；
2、指数函数uAe或对数函数uA
则当t时，最终位移值为A。 BttABt相关系数r最接近1，则当t时，最终位移1BB相关系数log(1t)r最接近1，
第七章 监控量测数据运用
一、信息反馈
围岩及支护的稳定性应根据开挖工作面的状态、净空水平收敛值及拱顶下沉量的大小和速率综合判断，并及时反馈于设计和施工中。根据水平相对净空变化值进行判断时，应符合《铁路隧道监控量测技术规程》的有关规定。
1、根据现场量测数据绘制位移-时间曲线或散点图，在位移-时间曲线趋平缓时应进行回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律，当位移-时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急骤增加现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应及时加强支护必要时应停止掘进，采取必要的措施。
2、根据位移变化速率判断围岩稳定状况，变形基本稳定应符合下列条件：隧道周边变形速率有明显减缓趋势；拱脚水平相对净空变化速度小于0.2mm/d，拱顶相对下沉速度小于0.15mm/d。
3、一般情况下，二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行：
（1）隧道周边水平收敛速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；
（2）隧道位移相对值已达到相对位移量的90%以上。
对浅埋、软弱围岩等特殊地段，应视现场具体情况确定二次衬砌施做时间。
二、安全评价
根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策建议，以此作为设计施工变更最重要的依据，做到信息化设计与施工。根据位移管理等级，将工程安全性评价分为三级进行。
根据监控量测结果反应的不同情况及其对应的工程管理等级，可采取
加强超前预支护，喷砼稳定开挖工作面、调整施工方法、调整初期支护强度和刚度并及时支护，降低爆破振动影响、围岩与支护结构间回填注浆等应对措施，确保施工的顺利进行。