白城隧道监控量测实施方案.docx
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白城隧道监控量测实施方案
新建蒙西至华中铁路工程MHTJ-3标
白城隧道监控量测实施方案
1.监控量测编制依据
1)新建蒙西至华中铁路煤运通道工程项目管理规定;
2)铁路隧道工程施工技术指南(TZ204-2008);
3)铁路隧道工程施工质量验收标准(TB10417-2003);
4)铁路隧道监控量测技术规程(TB10121-2007);
5)蒙西华中工技〔2015〕55号文;
6)蒙西华中铁路隧道施工监控量测实施方案(试行)。
2.工程概况
工程简介
蒙西至华中地域铁路运煤通道MHTJ-3标白城隧道位于靖边县内,西起海则滩,东至石干沟,其北侧为萝莉窑子,南侧为东敖包疙瘩。
2.1.2施工范围及内容
白城隧道入口里程为DK206+365,出口里程为DK209+710,隧道全长3345m,隧道最大埋深为81.05m。
白城隧道设置1座斜井,斜井与正洞相交于里程DK208+000,长465m,交角于54°。
2.1.3设计概况
白城隧道起讫里程DK206+365~DK209+710,全长3345m,为单洞双线隧道,最大埋深81.05米。
隧道全段位于直线上。
隧道纵坡为人字坡,坡度及坡长依次为‰/193五、-3‰/900、-11‰/510。
隧道洞顶DK206+线路左侧8m及DK206+996线路右边28m有高压线塔、DK207+下穿包茂高速,埋深37.29m;DK208+363下穿海机线,埋深76.42m;DK208+370下穿长庆北干线,埋深75.67m。
DK206+下穿天然气管道,埋深约17.01m、DK206+693下穿白城子供水管线,埋深19.79m。
隧道全长3345m,其中Ⅵ级围岩305米,V级围岩2730米,洞口明挖段310米。
2.1.4监控量测计划及预留变形量
监控量测是新奥法原理核心,通过施工现场量测,及时掌握围岩和支护结构在施工进程中应力、应变的动态转变,判断支护的稳固程度,确保施工安全,为评价和修订初期支护参数、肯定二次衬砌施作时刻提供信息依据。
白城隧道为黄土隧道,施工进程中监控量测当做一件工序进行工程中增强施工监测工作,并贯穿于工程的始终。
监控量测工作时刻:
拟定为2015年10月15日至2018年3月31日。
按照黄土隧道的经验数据和实际情形,初步定于洞口段50m范围内开挖预留20cm~30cm沉降量,进洞后按照现场实际观测情形调整为15cm~20cm,直至隧道埋深达到50m以上时,预留沉降量采取10cm~15cm。
隧道围岩情形一览表
表隧道正洞各围岩散布及施工方式
序号
起点里程
终点里程
围岩级别
延米数
施工方法
1
DK206+365
DK206+575
明洞
210
明挖法
2
DK206+575
DK206+600
Ⅵ
25
CD法
3
DK206+600
DK206+775
Vb土
175
CD法
4
DK206+775
DK207+095
Vb土
320
三台阶大拱脚临时仰拱法
5
DK207+095
DK207+195
Vc土
100
双侧壁导坑法
6
DK207+195
DK208+845
Vb土
1650
三台阶大拱脚临时仰拱法
7
DK208+845
DK209+330
Vb土
485
三台阶大拱脚临时仰拱法
8
DK209+330
DK209+570
Ⅵ
240
三台阶大拱脚临时仰拱法
9
DK209+570
DK209+610
Ⅵ
40
三台阶大拱脚临时仰拱法
10
DK209+610
DK209+710
明洞
100
明挖法
3.监控量测目的
1)确保施工安全及结构的长期稳固;
2)验证支护结构效果,确认支护参数和施工方式的准确性或为支护参数和施工方式提供依据;
3)肯定二次衬砌施做时刻;
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;
4.人员、设备配置
人员配置
按照我项目特点成立专职监控量测小组,成员及职责如下表;
序号
人员名称
职务
职责
备注
1
毕清泉
项目经理
负责监控量的全部工作
2
王江红
项目总工
负责监控量测的工作安排、监督落实
3
宋盛林
测量主管
负责监控量测的现场实现
4
尚志刚
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
5
李奔腾
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
6
申飞
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
7
张磊
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
8
彭飞
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
9
张翰林
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
10
陈大伟
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
11
王宁博
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
12
崇传来
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
13
倪初繁
监测员
负责数据读取、数据分析,评估
监控量测设备
监控量测为采用无尺量测法进行观测,主要采用尼康NIVO全站仪进行现场量测。
洞内观察分开挖工作面观察、已施工区段观察和地表观察,开挖工作面观察在每次开挖后进行一次,内容包括节理裂隙发育情形、工作面稳固状态、围岩变形等,观察后绘制开挖工作面略图并作好地质素描,填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡,主要量测设备见表。
表监控量测设备配置表
编号
名称
测试精度
数量
主要特点
1
尼康NIVO
2秒
3台
可靠、方便、稳定
2
膜片式回复反射片
若干
3
数码相机
3个
4
手机
1部
5
APP监控量测软硬件系统
1套
6
台式电脑
1台
7
水准仪
~1mm
3套
8
监控量测标识牌
若干
监控量测流程
(1)在PC机客户端,设置监测断面和测定布置图、预警基准值。
(2)将测点信息上传至公司服务器。
(3)电话端从电脑端下载测点信息后,利用电话控制全站仪三维变形非接触式量测的方式(固定一个能反光的且能知足精度要求的靶心)进行收集及存储。
(4)数据上传至服务器进行数据处置及分析、预警推送。
(5)PC机客户端和移动智能设备客户端数据利用,预警处置。
监控量测信息化管理流程图
5.监控量测项目及日常管理
监控量测项目
按照施工图纸及业主要求,我项目肯定以下项目作为本项目隧道监控量测重点项目进行日常管理,详见下表;
蒙华铁路隧道施工监测必测项目表
序号
监测项目
监测范围
常用仪器
1
洞内、外观察
全线隧道
(正洞和辅助导坑)
现场观察、罗盘仪等
2
拱顶下沉
全站仪
3
水平收敛
全站仪
4
地表沉降
隧道浅埋段
全站仪或电子水准仪
6.断面布设原则
拱顶下沉和水平收敛断面
本项目隧道均为Ⅴ级、VI级围岩,检测断面间距为5m。
各断面布设间距误差控制在“断面间距的10%”之内。
地表沉降断面
地表沉降监测断面间距表
隧道埋深与开挖宽度
断面间距(m)
2B<H0≤2(H+B)
20
B<H0≤2B
10
H0≤B
5
备注:
1)H0为隧道埋深,H为隧道开挖高度,B为隧道开挖宽度;
2)地表沉降测点在隧道开挖前布设;
3)地表沉降断面与洞内监测断面尽可能布置在同一断面。
7.测点布设原则
拱顶下沉和水平收敛测点
1)测点布设按施工方式区分,CD法、三台阶、双侧壁导坑按图所示进行布置,其他特殊地段施工方式的测点布设按照现场实际情形进行布置。
图拱顶下沉和水平收敛测点布置示用意
洞内测点用3cm×3cm正方形反光贴,贴在5cm×5cm钢板上,钢板与钢筋焊接,预埋在喷射混凝土内,确保稳固,并设置测点标示牌,详见附图监控量测点位及标示牌示用意。
图监控量测点位及标示牌示用意
2)拱顶下沉和水平收敛测点布置在同一断面上。
3)初支与围岩密贴,测点埋设在钢架、格栅等初期支护上。
4)测点在初支支护后当即埋设。
5)初始读数在测点埋设12h内读取。
6)拱顶下沉测点埋设在拱顶轴线周围,数值采用绝对高程,周期性复核后视点,保证其数据靠得住性。
地表沉降测点
1)测点在隧道开挖前布设,横向间距为2~5m,按图所示进行布置,在隧道中线周围测点适当加密。
图地表沉降横向测点布置示用意
2)隧道中线双侧监测范围不小于
。
当对地表沉降有特殊要求时,监测间距适当加密,范围适当加宽。
3)基准点设置在隧道施工影响范围之外稳固处,并设置复核性测点,保证其数据靠得住性。
8.监测频率
洞内、外观察
每施工循环记录一次,必要时加大观察频率。
拱顶下沉和水平收敛监测
1)一般为1次/天。
2)台阶法施工,下部开挖进程中,频率为2次/天。
3)出现异样情形时,按照现场管理要求,加大监测频率。
4)当变形趋于稳固时,监测频率按表进行。
表变形趋于稳固时的监测频率
支护状态
平均变形速率
持续时间
监控频率
初支全环封闭
<2mm/d
>3天
1次/3天
初支全环封闭
<1mm/d
>7天
1次/7天
初支全环封闭
<1mm/d
>15天
1次/15天
5)在初期支护稳固后,可停止该断面的监测。
初期支护稳固须同时知足以下条件:
①初期支护表观现象正常;
②拱顶下沉和水平收敛平均变形速率小于1mm/d,且持续1个
月以上;
③变形时态曲线已经收敛。
地表沉降监测
1)一般为1次/天。
2)出现异样情形时,加大监测频率。
3)在二次衬砌施工通过监测断面
距离后(H0为该断面隧道埋深,B为该断面隧道开挖宽度),且地表沉降变形时态曲线已经收敛,可停止该断面监测。
监控量测技术要求
(1)量测数据必需准确靠得住。
隧道开挖后其变形和应力转变较快,必需按照施工情形快速准确的进行量测,才能掌握围岩转变的第一手资料,从而为进一步的判断和监控提供准确的资料,高精度的仪器设备和高素质的专业技术人员是必要的保证。
(2)数据处置和预测预报要快速准确。
隧道监测的目的是为了保证隧道施工的安全,在隧道施工中按照量测信息化数据,对围岩的进一步变形和应力进展情形做出预测预报,能够及时发觉隧道施工中隐藏的不安全因素,从而能在有效的时刻内采取加固办法以避免安全事故的发生。
(3)由于白城隧道的特殊地质岩性,预留变形量设置为20cm。
后期按照观察结果,在进行调整。
(6)现场监测的测点埋设、数据收集采用专门表格记录
9.监测管理值
采用变形总量、变形速度、初期支护表观现象和变形时态曲线等4项对隧道施工安全进行综合品级管理。
变形总量与变形速度控制在管理品级范围内,及时巡视观察初支表观有无异样,同时结合变形时态曲线形态进行综合分析处置。
管理品级及对办法
表管理品级及对办法
管理等级
对措施
正常(绿色)
正常施工
预警二级(黄色)
加强监测,密切关注发展情况,分析原因,调整施工,使隧道变形趋稳,并制定急方案和对策
预警一级(红色)
暂停施工,加强监测,启动急预案,采取相工程措施
变形总量管理值
表黄土地段变形总量管理品级
变形总量/(mm)
管理等级
正常
(绿色)
预警二级
(黄色)
预警一级
(红色)
拱顶下沉
Ⅴ
<110
110~150
≥150
水平收敛
Ⅴ
<45
45~60
≥60
备注:
本表所建议变形总量管理品级不包括特殊施工工法(如预切槽法等),并结合现场施工情形进行动态调整。
变形速度管理值
表黄土地段变形速度管理品级
变形速率/(mm/d)
管理等级
正常
(绿色)
预警二级
(黄色)
预警一级
(红色)
开挖过程中
拱顶下沉
Ⅴ
<
~
≥
水平收敛
Ⅳ、Ⅴ
<
~
≥
仰拱封闭后
拱顶下沉
水平收敛
Ⅳ、Ⅴ
<
~
≥
备注:
本表所建议变形总量管理品级不包括特殊施工工法(如预切槽法等),并结合现场施工情形进行动态调整。
初期支护表观现象
隧道施工进程中对隧道初期支护表观进行观察,当初期支护出现表所述现象时,及时进行信息反馈,并采取相工程办法。
表需要采取工程办法的初期支护表观现象
序号
初期支护
表观现象
1
喷混凝土
初期支护混凝土出现开裂、剥落、掉块等现象
①纵向开裂超过3榀钢支撑间距;
②环向开裂超过已施工支护周长的1/3;
③裂缝宽度超过1mm。
2
钢拱架等
扭曲、异响、拱脚下沉等。
变形时态曲线特征
(a)正常(b)预警二级(c)预警一级
图变形时态曲线特征图
当变形处于初期匀速变形阶段和平稳进展阶段时,隧道处于相对安全的状态;围岩变形进程中,在围岩不失稳的正常情形下,在量测断面周围进行开挖施工时,受施工扰动,存在必然的变形加速现象,属于正常加速,其余变形加速属于异样加速。
异样加速是围岩失稳的征兆,隧道施工安全存在要挟,要进行预警。
对位移监控量测结果进行回归分析,预测该测点可能出现的最终值及影响范围,以评估结构或建筑物的安全状况,必要时据此优化施工方式,
按照围岩收敛—时刻曲线和拱顶下沉—时刻曲线走向选用指数函数作为回归函数,由于指数函数作为非线性函数,但可将其线性化,方式如下:
…………….式
(1)
对其两边取自然对数,得:
令
则
……………式
(2)
式中:
a、b——回归常数;
t——初读数后的时刻(d);
u——位移值(㎜)。
把围岩收敛、拱顶下沉的数据列表,按照上面的公式
(1)和公式
(2)别离求出t’和u’在表中列出,然后进行回归分析。
从回归分析结果可取得回归常数a、b,代入式
(1)则别离取得水平收敛、拱顶下沉观测数据的回归方程、判定系数:
取t=∞时,可取得水平收敛、和拱顶下沉的终值(极限值)u0。
对比水平收敛速度是不是小于d,拱顶下沉速度是不是小于d,将终值(极限值)与控制基准进行比较,肯定变形管理品级,判定围岩是不是稳固。
若是上述条件均知足要求,则能够判定围岩是稳固的,已趋于缓和,能够施做二次衬砌,若是不知足要求及时将信息上报,肯定支护参数。
举例说明:
后附草木沟隧道DK026+028断面详细数据分析
表变形时态曲线在管理品级中的表现
序号
管理等级
体现
1
正常(绿色)
无变形异常加速,变形特征曲线趋于收敛
2
预警二级(黄色)
变形异常加速,变形特征曲线无收敛迹象,日均变形速率差值连续2天增大,且均大于2mm/d时。
3
预警一级(红色)
变形异常加速,变形特征曲线无收敛迹象,日均变形速率差值连续3天增大,且均大于2mm/d时。
10.监测方式
1)洞内、外观察
洞内开挖面观察:
开挖工作面观察在每次开挖后进行,及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状况记录表,并与勘查资料进行对比,此项工作由地质预报单位或专业地质工程师进行整理。
洞内已施工地段观察:
喷射混凝土、钢拱架或格栅钢架变形等工作状态。
主要观察内容如下:
①初期支护完成后对喷层表面的观察和裂痕状况的描述和记录,要特别注意喷混凝土是不是开裂和剥落。
②钢拱架或格栅钢架有无扭曲变形、整体下沉等现象;
③拱架或围岩有无异响。
洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段,记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳固状态、地表水渗漏情形等,同时还对地面建(构)筑物进行观察。
2)拱顶下沉和水平收敛监测
拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行。
测点埋设:
采用直径不小于20mm的螺纹钢,尾端(隧道洞内方向)进行45°斜切形成斜切面或端部焊接钢板,斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片(不小于1cm×1cm)。
标识要求:
测点布设以后,在测点位置用红色油漆做夺目标识,每一个断面左右边各布设1个标示牌,及时记录展示相关信息,监测点上严禁悬挂物品。
保护要求:
测点及时进行布设,并做好保护,避免破坏。
现场监测与施工必需紧密配合,施工现场提供监测工作时刻,保证监测工作的正常进行,监测测点的埋设计划列入工程施工进度控制计划中。
破坏与松动处置要求:
若是测点被破坏,在被破坏测点周围补埋,从头进行数据收集;若是测点出现松动,则及时加固,从头读取初读数。
3)地表沉降监测
地表沉降监测可采用全站仪或精密水准仪进行,沉降测点埋设时先在地表钻孔,然后埋入沉降测点,外露1~2cm,周围用混凝土填实。
测点一般采用直径20~30mm,长50~100cm半圆头钢筋制成。
11.测试精度要求
拱顶下沉、水平收敛、地表沉降测试精度为±。
采用测距精度不小于2±2ppm的全站仪,自由设站非接触进行监测能知足测试精度要求,但当设站点与监测点距离增大时,测量中误差会慢慢增大。
因此,施测时设站点与监测点距离不宜过大,控制在100米范围之内,同时保障测试环境的其他要求。
12.监测信息反馈
1)用隧道施工监测信息化平台系统,及时反馈监测信息。
2)按照反馈信息,分析监测数据,核查现场情形,提出相的工程对策与建议。
3)按周、月或季进行阶段分析,分析总结监测数据,了解和掌握支护结构变形规律,对施工情形进行评价,形成阶段分析报告,指导后继施工。
图监测信息反馈程序框图
13.监测工作管理
1)监测工作按照合同文件和经审查批准的实施方案严格进行。
2)监测工作以项目实际情形为起点,监测程序、报告和方式等规范。
3)监测数据真实、有效,工作保质保量。
4)监测各类报告按合同要求及时提交。
5)针对工程重难点,不按期开展监测技术专题会,结合现场实际情形,优化完善监测工作。
6)按期对监测单位进行考核。
表13-1工程安全性评价分级及相对办法
管理等级
对措施
Ⅲ
正常施工
Ⅱ
综合评价设计施工措施,加强监控量测,必要时采取相工程对策
I
暂停施工,采取相工程对策
4)按照工程安全性评价结果,需要变更设计时,按照吉图珲客专工程变更管理办法及时进行设计变更;
5)工程对策可分为一般办法和辅助施工办法两种;一般办法包括:
稳固开挖工作面办法;调整开挖方式;调整初期支护强度和刚度并及时支护;围岩与支护结构间回填注浆;
辅助施工办法:
底层预处置包括注浆加固、降水、冰结等方式;超前支护包括超前小导管、超前大管棚等方式。
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