1、隧道施工监控量测方案太原铁路枢纽新建西南环线工程XNHS-2标段隧道监控量测专项施工方案 编制： 审核： 批准： 中铁十五局集团太原铁路枢纽西南环线项目部第四架子队 二0一六年四月十五日隧道施工监控量测专项方案由我架子队承担的隧道工程分别为取消晋祠地下车站DK18+715-DK19+185段；东晋隧道DK9+700-DK10+190段；晋源车站DK10+190-DK10+590段；晋祠车站DK10+590-DK13+100段，全长3.85km，设计为双线隧道。其中DK12+550-DK13+100（长550m）段采用暗挖法施工，其他段采用明挖法施工。隧道经过地区地质情况复杂，围岩类别级。施工监
2、控量测包括深基坑段监控量测和浅埋暗挖隧道段监控量测。明挖深基坑段和浅埋暗挖隧道段地质条件复杂，基坑两侧和隧道穿越地表上方建筑物和管线众多，基坑跨度大、深度深，隧道开挖埋深浅、跨度大，采用的支护措施和结构形式复杂多样，施工中各种工法转换复杂，地表和周围建筑物对基坑开挖和隧道施工要求较高，因此为保证基坑和隧道工程施工安全、经济、顺利进行，在施工过程中应采取全过程监控量测措施，以根据监测信息反馈设计和指导施工，积极优化与调整施工方法、施工工艺和施工参数，控制支护结构变形，了解围岩动态变化，掌握最佳工序过程，从而确保工程安全与质量，并保护周围环境的安全。1 监测目的和意义监控量测是地下工程动态设计的重
3、要组成部分，是确保深基坑和隧道安全开挖的基础。在施工中，通过监控量测，掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用监控量测结果调整设计支护参数，指导施工，积累资料并为以后的类似工程提供类比依据；同时预测事故和险情，以便及时采取措施防止事故发生，确保基坑施工的安全，达到安全施工、节约工程投资的目的；同时根据监测情况实现周边建筑物保护方案，防止地表房屋过大沉降甚至破坏。(1)了解围护结构和周围地层的变形情况，为施工日常管理提供信息，保证施工安全。监测数据和成果是现场施工管理和技术人员判断工程是否安全的重要依据。因此，在施工过程中，通常依据监测结果验证施工方案的合理性，调整施工参数，必要时采取辅助工程措施
4、，以达到信息化施工之目的。(2)通过对基坑及隧道支护结构的变位、应力监测，及时修改支护系统设计。(3)保证施工影响范围内建筑物、地下管线的正常使用，为确定保护措施提供依据。(4)验证支护结构设计，为支护结构设计和施工方案的修订提供反馈信息。(5)积累资料，以提高地下工程的设计和施工水平。支护结构的围岩压力分布受支护方式、支护结构刚度、施工过程和被支护围岩种类的影响，通常很复杂，现行设计分析理论尚未达到成熟的阶段，积累完整准确的地下工程开挖与支护监测结果，对于总结工程经验，完善设计分析理论是很有价值的。2 监测的主要技术依据2.1 执行的技术标准地下铁道、轻轨交通工程测量规范GB50308-19
5、99;地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范GB50307-1999; 地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999;建筑变形测量规程JTJ/T8-97;工程测量规范GB50026-93;全球定位系统(GPS)测量规范GB/T18314-2001;中、短程光电测距规范GB/T16818-1997;国家一、二等水准测量规范GB12897-91;国家三、四等水准测量规范GB12898-91;铁路隧道监控量测技术规程TBJ10121-2007;其它相关规范、强制性标准规定及地方标准；铁路隧道施工规范TB10204-2002;铁路隧道设计规范TB10003-2005;2.2 作业依据铁道第三勘察设计
6、院集团有限公司设计隧道施工图纸；本工程有关的工程设计图纸；本工程有关的地质勘探资料；3 监测内容及方案实施3.1 监测项目根据设计图纸文件精神，结合工程特点将监测分为明挖深基坑段和浅埋暗挖隧道段两部份，根据各部分施工特点确定本标段监测内容和项目如表1，表2。表1 明挖段监测项目汇总表 区段序号监测项目监测仪器监测目的明挖段1基坑内外情况观察肉眼、数码相机等观测和记录地质情况和对周围环境的影响情况，渗漏水和地表裂缝情况。2地表及地下管线沉降精密水准仪、铟钢尺掌握基坑开挖对周围土体、地下管线、人工挖孔桩和周围建筑物的影响程度及影响范围3周边建筑物沉降及倾斜精密水准仪、铟钢尺4桩体水平位移PVC测斜
7、管测斜仪掌握基坑开挖期间和结构施工过程中围护结构的水平位移状态5桩顶位移经纬仪掌握基坑开挖期间和结构施工过程中围护结构桩顶的位移状态6桩体内力监测钢筋计，频率接收仪掌握基坑围护桩的受力情况7地下水位观测电测水位计了解基坑内外水位情况和降水效果8锚索内力锚索轴力计检测锚索在不同时期的受力状况9支撑轴力轴力计监测钢支撑在开挖时期的受力状况10土体分层沉降分层沉降仪了解基坑开挖时外侧土体垂直移动情况表2 暗挖段监测项目汇总表 区段序号监测项目监测仪器监测目的暗挖段1地质及初期支护状态观察肉眼、数码相机等观察和记录地质状况和支护状态2地表及地下管线沉降精密水准仪、铟钢尺掌握隧道开挖对周围土体、地下管线
8、、周围建筑物的影响程度及影响范围3周边建筑物沉降及倾斜精密水准仪、铟钢尺4拱顶沉降水准仪、收敛计了解隧道施工过程中隧道支护结构变位规律5暗挖隧道水平收敛6初支结构内力钢筋计了解隧道初支结构内力情况7围岩压力压力盒了解隧道初支承受围岩压力情况3.2 测点布设测点布设包括监测控制点（水准基点、工作基点）及监测点（地表点、建（构）筑物测点、管线测点等）的布设方法。3.2.1 控制点的布设(1)水准基点的埋设沉降监测控制网采用太原高程系统或相对高程系统，本工程监测拟建设23座水准基点。确定水准基点点位时，必须保证点位所在地地基坚实稳定、安全可靠，并利于标石长期保存与观测。水准基点应尽可能远离工程施工影
9、响范围。如现场附近有市政高程控制基准点，则优先采用现有的控制基准点做为现场监测控制网的水准基点。(2)工作基点的埋设工作基点应根据地层土质状况决定，一般采用混凝土普通水准标石，标石埋设在地表以下1.52.0米左右的深度。本工程拟布设68座工作基点，分别位于靠近观测目标且便于联测观测点的稳定或相对稳定位置。也可直接埋设在基坑影响范围之外的高大桩基建筑物上。工作基点标石的顶面的中央为圆球状不锈钢的金属水准标志。标志须安放正直，镶接牢固，其顶部应高出标石12cm。详见图1。 图1 沉降监测工作基点结构大样图(3)监测控制点的保护标石埋设后，在点位四周砌筑规格不应小于1.5m1.5m1.0m的砖石护墙
10、，并围绕标志砌筑内径为0.5m0.5m0.5m的砖石方井或园井，上加盖板，并设置醒目的保护指示牌，做好标记，以便于长期观测。3.2.2 主要监测点的埋设(1)建（构）筑物测点在工程施工影响范围内的建(构)筑物及重要地下管线等结构上布设位移监测点，测点的布设必须根据观测目的、建筑物的大小、结构特点、荷载分布等因素综合确定。在建筑物的四角、大转角处、每1020米处或每隔23根承重柱上视实际情况布设沉降监测点。在满足监测建筑物整体和局部变形的前提下，尽量少布点，以提高工作效率，降低生产成本。建筑物测点埋设时先在建筑物的基础或墙上钻孔，然后将预埋件放入，孔与测点四周空隙用水泥砂浆填实。测点基本布设在被
11、测建筑物的角点上，测点的埋设高度应方便观测，同时测点应采取保护措施，作好明显标志，并进行编号，避免在施工和使用期间受到破坏。每幢建筑物上一般至少在四个角部布置4个观测点，特别重要的建筑物布置6个或更多测点。测点的埋设见图2。 图2 建筑物沉降测点示意图建筑物倾斜测点通过在其外表面上粘贴刻有十字刻度的贴片进行布设。地下管线的测点重点布设在煤气管线、给水管线、污水管线、大型雨水管线及电力方沟上，测点布设在管线的接头处，或者对位移变化敏感的部位，沿管线延伸方向每1015m布设一测点。有条件布设时可将测点直接埋设在管线上并引出地面，也可在管线上方设地面桩，进行间接量测。地下管线测点布设一般采用地层模拟
12、法和抱箍法，即在管线位置上方钻5080cm深的孔，然后将预埋件放入并用水泥砂浆固定，或结合管线的改移，用抱箍将测杆与管路紧密连接，伸至地面，地面处布置相应的窨井，保证道路交通和人员正常通行。测点应采取保护措施，避免在施工和使用期间受到破坏。 (2)地表测点地面监测点的埋设，应首先在地面开100mm的孔，打入顶部磨成椭圆形的22mm螺纹钢筋（如果是混凝土路面，钢筋底部至少应进入到路面下的路床上20cm，并与路面分离），然后在标志钢筋周围填入细砂夯实，为了防止由于路面沉降带到测点沉降影响监测成果数据，不可用混凝土或水泥固牢，最后还应在监测点上部做上铁盖加以保护。具体方法见地表点布设示意图3。盖挖顶
13、板沉降测点应使地表测点与顶板通过水泥砂浆同顶板结构联结起来。图3 地表点布设示意图(3)水位观测孔水位孔测点埋设采用地质钻钻孔，孔深根据要求而定（确保能测出施工期产生的水位变化）。用地质钻机钻直径89mm孔，水位孔的深度在最低设计水位之下，成孔完成后，放入裹有滤网的水位管，管壁与孔壁之间用净砂回填至离地表0.5m处，再用粘土进行封填，以防地表水流入。水位管用55mm的PVC塑料管作滤管，管底加盖密封，防止泥砂进入管中。下部留出0.51.0m深的沉淀管（不打孔），用来沉积滤水段带入的少量泥砂，中部管壁周围钻68列6mm左右的孔，纵向间距510cm，相邻两列的孔交错排列，呈梅花形布置。管壁外包扎上
14、滤网或土工布作为过滤层，上部再留出1.52.0m作为管口段（不打孔），以保证封口质量见图4。图4 水位孔布设示意图(4)桩体水平位移测点将PVC测斜管逐节绑扎在桩体钢筋笼上，管间用套管连接，接头用自攻螺丝拧紧，并用防水胶带密封。管壁内有二组互为90度的导向槽，固定时使其中一组导槽与围护结构体水平延伸方向基本垂直，并在管内注满清水，防止其上浮，测斜管管底及管顶用布料堵塞，盖好管盖。下钢筋笼和浇砼时应注意对测斜管的保护，并保证测斜管位于钢筋笼内远离基坑一侧。(5)桩体内力监测桩体内力监测采用钢弦式钢筋计测试。钢筋计布置于桩体钢筋笼内外侧主筋上，在设计监测位置处截断主筋，焊接钢筋计拉杆，连接钢筋计，
15、固定好仪器及导线后随钢筋笼下入桩中。桩体内力测点布设见图5。图5 桩体内力测点布设示意图 (6)锚索轴力监测锚索轴力监测采用锚索轴力计进行测试，安装前先记录每个轴力计的编号；锚索安装后，先将轴力计套在锚索上；然后安装锚索垫板，上紧螺帽；最后将轴力计缆线引致安全地方；用频率接收仪量测初读数。见图6。(7)拱顶和收敛测点本工程暗挖隧道拱顶沉降采取水准仪、钢挂尺实施，隧道结构收敛采用专用坑道收敛计实施，施工中加强对测点的保护工作。拱顶和收敛一般埋设在同一断面，最好与上方地表测点相对应，以利于各项测试结果的相互对应和综合分析。（8）暗挖隧道初支内力及围岩压力暗挖隧道初支内力采用钢筋计进行测试，围岩压力
16、采用压力盒进行测试。通过本项目的测试，可了解初支在施工过程中所受应力状态，并对比初支的极限承载，评估初支的安全性及稳定性，以便修改施工参数、完善施工措施。钢筋计布置于初支钢格栅内外侧主筋上，在设计监测位置处截断主筋，焊接钢筋计拉杆，连接钢筋计，焊接时做好钢筋计的降温工作，以免烧坏。围岩压力在初支钢格栅安装完成后，在设计位置埋设，埋设时要做到和围岩的密贴固定。喷混凝土时注意对测点的保护。3.2.3 布设原则和保护(1)测点位置和数量应结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等综合考虑。(2)为验证设计数据而设的测点应布置在设计中的最不利位置和断面，如预测最大变形、最大内力处，为指导施工而设的测
17、点应布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息，以便修改设计和指导施工。(3)表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于采用仪器进行观测及有利于测点的保护。(4)结构内测点（如钢筋计、轴力计、测斜管等）不能影响和妨碍结构的正常受力，不能影响结构的变形刚度和强度。(5)在实施多项测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使同一位置能同时反映不同的物理变化量，以便找出其内在联系和变化规律。(6)深层测点的应提前埋设，一般不少于30天，以便监测工作开始时，测点处于稳定的工作状态。(7)测点在施工过程中若遭到破坏，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，以保证该
18、点观测数据的连续性。(8)各预埋测点牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏，并应建立量测点埋设的记录资料。3.3 监测项目的具体实施3.3.1 建筑物监测范围结合本工程的特点，本着安全、可靠、简便的原则，拟将基坑开挖深度12倍范围内的房屋测点做为正常测点，将基坑开挖深度12倍范围以外的房屋测点作为补充测点，补充测点根据正常测点的监测结果来判别是否需要进行进一步扩大监测。地下管线的监测根据探明的地下管线的埋深位置作相应的布置和测设。如果地表测点与建筑物测点相重合或接近是以地表建筑物测点为主，代替地表测点。本工程沿线地表建筑物较多，多为厂区库房及车间房屋，基础多为扩大条型基础或独立基础，
19、砖混结构。施工开工前配合施工方对工程可能影响到的建筑物进行详细调查，并结合调查结果，确定施工中应监测的周边建筑物。3.3.2 建筑物沉降监测 (1)测点布设原则：在基坑两侧以及紧邻线路的建筑物应根据建筑物的体形特征、基础形式、结构种类和地质条件等，在建筑物的转角、高低悬殊或新旧建筑物连接处、伸缩缝、沉降缝两侧等部位设置基础沉降监测点，对于烟囱、水塔、油罐等高耸建筑物，应沿周边在其基础轴线上的对称位置布点，但同一楼座相邻两测点间的间距不得大于10m，每一栋建筑物的布点不少于4个；距离隧道线路较远的建筑物根据邻近建筑物的监测结果，判断是否需要监测补充测点。(2)测点布设方法：房屋监测点用射钉枪、冲
20、击钻将8cm射钉或膨胀螺丝固定在墙壁表面，并涂漆作为观测标志。(3)监测仪器及精度控制：建筑物的隆沉采用精密水准仪和铟钢尺测量，精度为0.1mm。3.3.3 建筑物倾斜监测建筑物倾斜是指建筑物顶部相对底部、或某一段高度范围内上下两点的相对水平位移的投影与高度之比，倾斜监测就是对建筑物的倾斜度、倾斜方向和倾斜速率进行监测。(1)测点布设原则：每栋建筑物上至少布设两组倾斜测点（每组两个），具体数目根据现场情况确定。(2)监测方法：可采用倾斜位移测量法和倾斜电测法或差异沉降法，倾斜位移测量法是采用经纬仪对高耸建筑物上端进行倾斜测量；电测法是在建筑物上设置倾角计进行量测；差异沉降法是测出位于同一水平测
21、线上的建筑物两点的下沉值，根据两点的差异来判断建筑物的倾斜。建筑物倾斜监测在条件许可的情况下，尽可能布设导线网，以便进行平差处理，减小误差，提高监测精度。(3)监测仪器：精密水准仪、经纬仪、铟钢尺、倾角仪等。(4)监测频率：建筑物沉降、位移和倾斜进行观测的频率是距开挖面2B时每天12次，距开挖面5B时每周一次。3.3.4 基坑内外情况观察(1)观察范围：基坑施工全过程。(2)观察内容和方法：采用肉眼或数码相机等手段对基坑开挖、围岩情况、支护状况、基坑渗水及周围建筑物等进行观测和记录。3.3.5 地质及初支状态观察(1)观察范围：隧道施工全过程。(2)观察内容和方法：观察工作面状态，围岩变形，围
22、岩风化变质情况，节理裂隙，断层分布和形态，地下水情况以及喷射混凝土的效果。同时对已经施工的初支每天也要观察，包括喷射混凝土，锚杆，钢架等的状况。发现异常情况应及时通知相关管理人员。3.3.6 地面沉降监测(1)监测范围：对于基坑，其监测范围是12倍基坑开挖深度影响范围内。根据明挖段开挖方式和周围环境的不同，可沿基坑纵向每10米布置一个地面沉降测点，每100米在基坑两侧布置观测断面，从里到外，按由密到疏的原则布置测点，每个断面35个测点。 通过断面的沉降测试，掌握基坑开挖期间对周边环境的影响范围。对于隧道，应进行地表沉降监测，地表沉降观测点要求在轴线上每10米布设沉降点，每100米布设一沉降监测
23、断面，断面上有15个测点组成。 (2)监测方法：采用精密水准仪进行测量。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。地表监测基点为标准水准点（高程已知），监测时通过测得各测点与水准点（基点）的高程差H，可得到各监测点的标准高程ht，然后与上次测得高程进行比较，差值h即为该测点的沉降值。即：Ht(1,2)=ht(2)-ht(1)在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。(3)监测仪器：高精度水准仪
24、，铟钢尺等。(4)监测频率：基坑开挖期间，基坑外10m以内每天12次，1020m以内每两天一次，2030m以内每3天一次，如出现位移明显增大时，加密监测次数。3.3.7 桩体内力监测(1)监测范围：在下穿环城高速以及周边有近距建筑物处埋设。(2)监测方法：桩体的内力包括弯矩和轴力，桩体的弯矩监测通过钢筋计的应力计算来监测弯矩变化，测量断面一般选择在桩体出现弯矩极值的部位。施工过程中，根据仪器内置钢弦的频率变化计算相应受力。(3)测量和计算：利用频率接收仪测量各传感器的的频率，然后利用各传感器的率定曲线计算其受力。钢筋计在计算出内力后近似计算出弯矩值。(4)监测仪器：钢筋计及频率接收仪。(5)监
25、测频率：施工期间，每天1次。3.3.8 桩体水平位移监测(1)监测范围：在明挖基坑有钻孔围护桩地段。(2)监测方法：采用孔底为假设不动点，以孔顶平面位移值作为测斜修正值的测斜方法。测试时采用带导轮的测斜探头按0.5m点距由下往上逐点进行读数，采取0、180双向读数。在基坑开挖前，完成测斜数据初始值测定工作，并确定初始值。原理如下：测斜仪按0.5m点距由下往上逐点进行读数，即将测斜管分成了n个测段（见下图7），每个测段的长度li =500mm，在某一深度位置上所测得的两对导轮（500mm）之间的倾角i，通过计算可得到这一区段的变位i。计算公式为： 某一深度的水平变位值i可通过区段变位i的累计得出
26、，即：设初次测量的变位结果为 ,则在进行第j次测量时，所得的某一深度上相对前一次测量时的位移值xi即为：相对初次测量时总的位移值为： 图7 测斜原理图计算时假定管底作为基准点，由下而上累计计算某一深度的变位值i，直至管顶，然后再根据测得的该点桩顶位移对水平变位值进行修正。但是不论基准点设在管顶或管底，计算变位值i总以向基坑侧变位为正，反之为负。将在围护结构中同一测斜管的不同深度处所测得的变位值i，点在坐标纸上连接起来，便可绘制出桩体的水平变位（Hi）曲线。(3)监测仪器：测斜仪，PVC测斜管。(4)监测频率：基坑开挖时，每天1次；若有异常情况，增加到每天34次；基本稳定后，每两天1次。3.3.
27、9 桩顶水平位移和垂直位移监测(1)监测范围：在明挖基坑有钻孔围护桩地段。(2)监测仪器和方法：桩顶垂直位移采用水准仪测量，精度控制在1.0mm；桩顶水平位移采用经纬仪测量，精度控制在1.0mm。(3)监测频率：基坑开挖时，每天12次；若有异常情况，增加到每天34次；基本稳定后，每两天1次。3.3.10 地下水位监测(1)监测范围：保护周围环境的水位孔应围绕围护结构和被保护对象（如建筑物、地下管线等）或在两者之间进行布置，其深度应在允许最低地下水位之下或根据不透水层的位置而定，沿基坑开挖方向两侧建筑物附近布设。(2)监测方法：水位孔一般用小型钻机成孔，孔径应略大于水位管的直径，孔径过小会导致下
28、管困难，孔径过大会使观测产生一定的滞后效应。成孔至设计标高后，放入裹有滤网的水位管，管壁与孔壁之间用净砂回填至离地表0.5m处，再用粘土进行封填，以防地表水流入。(3)监测仪器：电测水位计和水位管。(4)监测频率：基坑开挖时，每天1次； 3.3.11 拱顶和收敛监测(1)监测范围：暗挖隧道施工地段。(2)监测仪器及方法：拱顶沉降采用水准仪进行，结构收敛采用收敛计来进行。(3)监测频率：开挖阶段每天1次。3.3.12 支撑轴力监测 (1)监测范围：在明挖基坑有钢支撑地段。(2)监测仪器：轴力计、频率接收仪。(3)监测方法：在钢支撑架设时，轴力计安设在钢支撑的非加力端。测试时利用频率接收仪测试仪器
29、的频率，然后利用率定曲线计算其受力。(4)监测频率：开挖阶段每天1次。3.3.13 深层土体位移监测 (1)监测范围：在明挖基坑围护结构外侧。(2)监测仪器：分层沉降管、磁环、分层沉降仪。(3)监测方法：在基坑开挖前围护结构完成后，在需要测试深层土体位移的地段钻孔，成孔后完成洗孔工作，然后埋设分层沉降管，在埋设过程中，在需要测试的不同深度，安装磁环。完成沉降管的埋设后，用细沙回填孔壁与管壁之间的空隙。放置一段时间后，即可进行测试。测试时用分层沉降仪的探头顺管而下，遇到磁环时，会发出鸣叫，记录下本磁环的深度，两个深度之差即为地中土体的垂直位移。(4)监测频率：开挖阶段1次/2天。3.3.14 锚
30、索轴力监测(1)监测范围：在明挖基坑有锚索地段。(2)监测仪器：锚力计、频率接收仪。(3)监测方法：在锚索安装时，将锚力计安设在锚索的端头，然后再进行锚索的张拉工作。测试时利用频率接收仪测试仪器的频率，然后利用率定曲线计算其受力。(4)监测频率：开挖阶段每天1次。3.3.15 暗挖隧道初支内力及围岩压力监测(1)监测范围：在暗挖隧道埋设2个初支内力及围岩压力测试断面。(2)监测仪器：钢筋计、压力盒、频率接收仪。(3)监测方法：测试时利用频率接收仪测试仪器的频率，然后利用率定曲线计算其受力。(4)监测频率：开挖阶段每天1次。4 拟实施监测工程量汇总结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素考虑，本着更好更有利为工程服务，能够及时有效取得监测数据，真实反映施工状况的原则，并适当考虑节省工程投资，本工程拟实施的监测工程量汇总如下：暗挖监测项目表（550m）序号测试内容测试方法及精度检测数量监测频率1地质及支护观察观察、记录1项12次/天2洞周收敛（净空变形）收敛计2043拱顶下沉精密水准仪、钢尺1mm1534地表下沉精密水准仪、水准尺1mm7655地层位移（地表设点）地面钻孔安设多点位移计1306邻近既有线
