隧道穿越轨道交通线施工监控量测方案
隧道穿越轨道交通线 施工 监控量测 方案
1.1 1 隧道施工常规监控量测
1.1 1.1 监控量测目的及流程
1、监控量测目的 (1)通过对量测数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，及时掌握既有轨道交通 1 号线、轨道交通环线叠加段隧道的力学性能，并对既有轨道交通 1 号线、轨道交通环线叠加段隧道的稳定、安全性作出评价，对既有轨道交通隧道的不稳定状态及及时预警，防止红岩村隧道施工过程中对既有轨道设施造成破坏。
(2)掌握红岩村隧道施工过程中既有轨道设施（结构）的工作动态，对红岩村隧道施工方法的安全性作出评价及建议，利用量测结果修改设计，以指导现场施工。
2、流程 根据施工需要，项目部委托有资质的重庆大学实施隧道施工常规监控量测工作，施工过程中项目部做好施工监控量测单位的管控工作，第一时间掌握现场第一手信息和资料，做好施工参数调整。
监控量测流程见图 1.1.1-1。
图 图 1. 1.1- - 1 监控量测流程图
1.2 1.2 监控量测项目设置
监控量测项目分为必测项目和选测项目。
（1)必测项目 必测项目是隧道采用喷锚构筑法施工时必须进行的，且在施工中作为一道工施工设计 监控量测 现场施工 监测设计 资料调研 量测结果的计算机信息分析处理 监测结果的综合评价 量测结果的形象化、具体化 报送设计和监理单位 支护结构安全性、经济性判断 经济类比 理论分析 设计、规范要求 选测项目的动态分析 量测结果的综合处理及反馈分析 “围岩—结构”体系动态及现状分析说明、提交修正设计意见、建议 反馈设计施工 是否改变设计、施工方法 新设计方案
序进行管理的监控量测项目，见表 1.1.2-1。必测项目在施工中必须严格按照监测要求认真施测。
表 表 1. 1.2- - 1 隧道现场监控量测必测项目
序号 项目名称 方法及工具 布置 测试精度 量测间隔时间 1～15 天 16 天～ 1 个月 1～3 个月 3 个月以后 1 洞内、外观察 现场观测、地质罗盘等 开挖后及初期支护后进行 ＿ ＿ 2 周边位移 各种类型收敛计 每 5～50m 一个断面，每断面 2～3 对测点 0.1mm 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月 3 拱顶下沉 水准测量的方法、水准仪、铟钢尺等 每 5～50m 一个断面 0.1mm 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月 4 地表下沉 水准测量的方法、水准仪、铟钢尺等 洞口段、浅埋段（h0≤2b）
0.5mm 开挖面距量测断面前后﹤2b 时，1～2 次/天；开挖面距量测断面前后﹤5b 时，1 次/2～3 天；面距量测断面前后＞5b 时，1 次/3～7 天； 2)选测项目 选测项目是根据工程规模、隧道地质条件、隧道埋置深度、开挖方式等条件选定的监控量测项目，作为必测项目的验证和补充，见表 1.1.2-2。选测项目则根据现场的实际情况，按需要进行。
表 表 7 7- - 2 隧道现场监控量测选测项目
序号 项目名称 方法及工具 布置 测试精度 量测间隔时间 1～15 天 16 天～ 1 个月 1～3 个月 3 个月以后 1 钢架内力及外力 支柱压力或其他测力计 每代表性地段 1～2个断面，每断面钢支撑内力 3～7 个测点，或外力 1 对测力计 0.1MPa 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月 2 位移体内位移（洞内设点）
洞内钻孔中安设单点、多点杆或钢丝式位移计 每代表性地段 1～2个断面，每断面 3～7 个钻孔 0.1mm 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月 3 围岩体内位移（地表设点）
地面钻孔中安设各类位移计 每代表性地段 1～2个断面，每断面 3～5 个钻孔 0.1mm 同地表下沉要求 4 围岩压力 各种类型岩土压力盒 每代表性地段 1～2个断面，每断面 3～7 个钻孔 0.01MPa 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月 5 两层支护间压力 压力盒 每代表性地段 1～2个断面，每断面 3～7 个钻孔 0.01MPa 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月
6 锚杆轴力 钢筋计、锚杆测力计 每代表性地段 1～2个断面，每断面 3～7 锚杆（索），每根锚杆 2～4 测点 0.01MPa 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月 7 支护、衬砌内应力 各类混凝土内应变计及表面应力解除法 每代表性地段 1～2个断面，每断面 3～7 个钻孔 0.01MPa 1～2 次/天 1 次/2 天 1～2 次/周 1～3 次/月 8 围岩弹性波速度 各种声波仪及配套探头 在有代表性地段设置 - - 9 爆破震动 测振及配套传感器 临近建（构）筑物 - 随爆破进行 10 渗水压力、水流量 渗压计、流量计 - 0.01MPa - 11 地表下沉 水准测量的方法、水准仪、铟钢尺等 洞口段、浅埋段（h0＞2b) 0.5mm 开挖面距量测断面前后﹤2b 时，1～2 次/天；开挖面距量测断面前后﹤5b 时，1 次/2～3 天；开挖面距量测断面前后＞5b 时，1 次/3～7 天； 1.3 1.3 测点设置
1)拱顶下沉及净空变化测点设置 拱顶下沉和净空变化量测点应布置在同一断面内，净空变化测点应对称设置，不同断面的测点应布置在相同的部位。拱顶下沉量测断面的位置在每一断面宜布置 1～3 个点。若地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，应同时量测拱腰下沉及基底隆起量。
测点的设置应能保证在开挖后 12 小时 （最迟不超过 24 小时）内并在下一循环开挖前测到初始读数。
不同开挖工法测点布设见测点布设见示意图 1.1.3-1、1.1.3-2、1.1.3-3和 1.1.3-4。
图 图 1. 1.3- - 1 CD （ CRD ）法测点布置图
图 图 1. 1.3- - 2 双侧壁导坑法测点布置图
图 图 1. 1.3- - 3 台阶法、弧形导坑法测点布置图
图 图 1. 1.3- - 4 临时支护拆除后全断面量测测点布置图
图 图 1. 1.3- - 5 隧道地表下沉量测断面布置图
1.4 1.4 监控量测断面间距和频率
1、洞内外观察 隧道开挖掌子面围岩状况观察、初期支护喷射砼后支护状态观察，对判断围岩的稳定性、预测开挖前方地质条件等十分重要，所以隧道内地质观察和地质素描及支护状态观察在洞身施工的每一个循环都应进行。
洞外观察主要为观察隧道开挖线路上方的原地面有无开裂、沉陷、滑移等，洞外观察应安排专人每两天观察一次，在雨季施工时应加大观察频率。尤其是在隧道穿越浅埋段、富水段、围岩差且地质条件复杂及隧道穿过断层、冲沟段更应加大观察频率，并做好观察记录，确保隧道施工安全。
2、拱顶下沉及净空变化量测 拱顶下沉量测和净空变化量测的测点应设置在同一断面内，量测断面间距设置应根据围岩级别、隧道断面尺寸、隧道埋深等确定，其量测间距按表设置。
拱顶下沉量测与净空水平收敛量测在同一断面内进行用相同的量测频率，其量测频率根据围岩变形速度和距开挖工作面距离按表确定。
表 表 1. 1.4- - 1 拱顶下沉及周边收敛量测间距
围岩级别 量测断面间距（m）
本段隧道量测断面 间距设置（m）
Ⅴ 5～10 5 Ⅳ 10～30 10 Ⅲ 30～50 30 注：B 表示隧道开挖宽度
3)地表沉降量测 地表沉降量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等综合因素确定是其量测间距。地表下沉量测的测点应尽量与净空水平收敛及拱顶下沉量测的测点布置在同一断面内，沿隧道中线进行。地表下沉量测断面的间距可按表采用。
表 表 6 6- - 5 地表下沉量测断面间距 隧道深度 H 量测断面间距（m）
H＞2B 20～50 B＜H＜2B 10～20 H＜B 10 注：地表无建筑物时取表中上限值；B 为隧道开挖宽度。
横断面方向地表下沉量测时，其测点间距应采取 2～5 米，在同一量测横断面上应取 7～11 个测点。
地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。地表下沉量测应在开挖工作面前方 H+h（隧道埋置深度+隧道断面高度）处开始，直至地表沉降变化趋于稳定。
监控量测频率见表 1.1.4-2 和表 1.1.4-3。
表 表 1. 1.4- - 2 量测频率表
变形速度(mm/d) 量测断面距开挖工作面距离 量测频率 ≥5 <1B 2 次/d 1～5 (1～2)B 1 次/d 0.5～1 (2～5)B 1 次/2～3d 0.2～0.5 (2～5)B 1 次/3d <0.2 >5B 1 次/周 注：B 为隧道开挖宽度 表 表 1. 1.4- - 3 量测频率表
量测频率 量测项目 1-15 天 16 天-1 月 1-3 月 3 月以后 周边收敛位移量测 2 次/天 1 次/天 1-2 次/周 1-3 次/月 拱顶下沉量测 2 次/天 1 次/天 1-2 次/周 1-3 次/月 地表下沉量测 开挖面距离量测断面：L<2B 时，1～2 次/天；L<5B 时，1 次/2 天；L>5B 时，1 次/周（含地表建筑物沉降监测）。
为确保施工安全，监测信息更加准确，根据以上 2 表中频率要求取较高频率作为施工监测频率。
1.5 1.5 量测数据分析处与反馈
取得监测数据后，及时进行整理，绘制位移—时间变化曲线图。在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最终位移值，预测结构和建筑物的安全性，据此确定施工方法。数据异常时，及时反馈设计单位，根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施；为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理。
表 表 6 6- - 5 位移管理等级
管理等级 管理位移 施工状态 Ⅲ U﹤U 0 /3 可正常施工 Ⅱ （U 0 /3）≤U≤（2U 0 /3）
应加强支护 Ⅰ U＞（2U 0 /3）
应考虑采取特殊措施 注：U-实测位移值； U 0 -最大允许位移值。
1.6 1.6 警戒值
警戒值是确定施工状态安全与否的重要标志，也是指导监控量测工作的重要指标。对于本工程，警戒值主要根据相关规范和类似的工程经验确定以及结构数值模拟结果确定，监测过程中可根据实际的监测成果与结构的损坏情况进行适当的调整，主要监测项目警戒值指标见表 1.1.6-1 所示。
表 表 1. 1.6- - 1 隧道衬砌结构允许相对位移表 (%)
埋深 围岩类别 ＜50m 50～300m ＞300m Ⅱ、Ⅲ 0.1～0.30 0.20～0.50 0.40～1.20 Ⅳ 0.15～0.50 0.40～1.20 0.80～2.0 Ⅴ 0.20～0.80 0.60～1.60 1.0～3.0 注：相对位移指实测位移值与两点间距离之比或拱顶下沉实测值与隧道宽度之比。
1.7 1.7 监控量测技术要求
1、将监控量测作为施工工序进行管理，并贯穿隧道施工的全过程。施工现场成立监控量测小组，责任落实到人，确保监控量测工作能有效、快速地展开，并保证监控量测数据资料的真实、完整、有可追溯性。
2、监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。
3、隧道施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分 。
4、开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后应及时绘制开挖工作面的地质描述图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。
5、对已施工地段的观察每天应至少观察一次，主要观察喷射混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。
6、洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。
7、净空变化、拱顶下沉量测宜在 3～6h 内完成，其它量测应在每次开挖后
12h 内取得起始读数，最迟不大于 24h，且在下一循环开挖前必须完成。
8、测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护、严防爆破损坏。
9、拱顶下沉和地表下沉量测基点应建立联系。
10、净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等按规定进行。
11、数据分析中，需采用数据数学分析结合现场初期支护变形情况等进行相互验证、综合判定，从而提高分析的准确、可靠性。
12、当量测数据显示单日围岩变形较大或变形情况异常时，应及时通知各有关部门，并做好安全防护措施。
1.2 2 穿越既有结构物自动化监控量测
根据施工需要，项目部拟委托重庆大学实施红岩村隧道穿越轨道交通线自动化监测工作，同时接受业主委托第三方监测单位的监督和监测，施工过程中项目部做好施工监测单位的管控工作，第一时间掌握现场第一手信息和资料，及时反馈指导施工。监测方案简述如下，具体详见施工监测单位报批的《重庆红岩村桥隧 PPP 项目监控量测专项方案》。
（1）监测范围、监测项目、方法及测点埋设 1）监测范围 根据设计要求，对穿越段中心点两侧各 60 米范围内进行监测。
2）监测项目及方法、精度 ①监测项目 红岩村隧道穿越既有轨道交通线时，监测项目为：既有隧道、轨道结构裂缝监测；轨道静态几何形位（轨距、轨向、高低、水平）；既有隧道、轨道结构竖向位移；既有隧道水平位移；既有隧道结构水平收敛（选测）。本次监测采用自动化监测系统。
②精度要求 水平位移监测控制网测量采用边角网形式。观测仪器采用徕卡 TM50 全站仪（如下图 1.2-1 所示），其标称精度为：测角±0.5˝，测距 1mm±1.5ppm。
图 图 1.2-1 徕卡 TM50 全站仪 照片 平面控制测量技术要求按《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008Ⅱ级水平位移监测控制网的技术要求进行，详见表 1.2-1。
表 表 1.2-1 平面控制网主要技术要求 级别 相邻基准点的点位中误差（m）
平均边长（m）
测角中误差（˝）
最弱边相对中误差 水平角观测测回数 距离观测测回数 往测 返测 Ⅱ ±3.0 ±150 ±1.8 1/70000 9 3 3 水平角观测的技术要求按《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008 技术要求进行，详见下表 1.2-2。
表 表 1.2-2 水平角观测主要技术要求 仪器类型 两次照准目标读数差 半测回归零差 一测回内 2C 较差 同一方向值各测回较差 DJ1 4 5 9˝ 5 数据记录应清晰、准确，不得随意涂改数据。各项检查符合限差要求后，使用平差易平差软件进行平差，得出各基准点的坐标。
高程监测控制网以 4 点闭合网形式，测量采用电磁波测距三角高程测量。观测仪器采用徕卡 TM50 全站仪。
水准观测按《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008 技术要求观测，详见下表：
表 表 1.2-3 垂直沉降监测控制网的主要技术要求 等级 相邻基准点高差中误差（mm）
测站高差中误差（mm）
往返较差，附合或环线闭合差（mm）
检测已测高差之较差（mm）
Ⅱ ±0.5 ±0.15 ±0.3n
±0.4n
注：n 为测站数。
③水平位移、沉降位移监测方法 水平位移点采用徕卡 TM50 测量机器人观测，在基准点上设站，按《城市轨道交通工程测量规范》中二等变形监测的要求对平面位移点采用极坐标法进行观测。采用徕卡 TM50 测量机器人配套的数据分析软件进行测量数据处理分析。沉降点采用徕卡 TM50 测量机器人观测，在基准点上设站，按《城市轨道交通工程测量规范》电磁波测距三角高程测量的要求进行观测。采用徕卡 TM50 测量机器人配套的数据分析软件计算各测点高程值。
④轨道静态几何尺寸监测方法 轨矩测量：采用道尺测量。检测部位是：钢轨头部内侧轨顶面下 16mm 处。
水平检测：用道尺进行测量，通常每 6.25m 检查一处，与轨距的检查位置相同，并与轨距同时进行检查。在日常管理上采用的标志符号为：直线部分以左股钢轨为基准股，右股钢轨顶面高时的误差用“+”低时的误差用“-”；曲线部分以里股钢轨为基准，外股钢轨顶面高度比超高大时的误差用“+”号，比超高小时的误差用“-”号。
高低检查：检查时先俯身目视不少于 20m 处钢轨下鄂线的高低平顺情况，后对误差量较大处用 10m 弦检测测量，在钢轨顶面中间检测测量。最大失度是弦线与钢轨顶面之间的距离最大者。前后高低用 10m 弦量不超过 4mm。
轨向检查：用十米弦测量失度，允许误差正线及到法线不得大于 6mm。测量直线方向时，测试者首先跨站一股钢轨或站在一股钢轨的里侧，目视前方找出方向不良的位置，在该处的前后轨内侧拉 10m 长的弦线，测量轨头侧面与弦线间的水平距离，以左股为基准，在轨头内侧轨顶面下 16mm 处测量。偏向轨道外侧时用“+”号，偏向道心时用“-”号。
3）监测点布设
对于既有轨道交通线路，为安全运营考虑，在布设监测点时必须按照满足轨道公司方要求进行，在红岩村隧道既有穿越轨道交通线段中心左、右线各 30 米范围内每 5 米布设一组监测断面，在新建隧道穿越轨道交通线段中心左、右线各30～60 米范围内每 10 米布设一组监测断面，每组断面上布设 4～6 个断面点。监测点布设必须满足以下基本要求：
1）监测点位必须牢固可靠，不能出现脱落，并做好保护，必要时需加设保护盖； 2）对超出站内地面高度的监测点不能超过限高要求，且具有易折性。
（2）监测周期、频率及警戒值 1）监测周期 本工程监测周期暂定为自暗挖穿越既有轨道交通线施工前 1 周测定初始值开始，至暗挖经过此区段后变形稳定止，如遇特殊情况，及时与设计及运营部门沟通，共同确定监测周期。
2）监测频率 隧道结构及道床水平位移与竖向位移监测频率为 1～2 次/1 天，监测时间为凌晨列车停运后，特殊情况下 2 h/次。轨道静态几何尺寸检查频率为 1～2 次/周，监测时间为凌晨列车停运后。每期监测结束后，及时处理监测数据，及时提交当期监测日报、周报、月报。
3）监测控制值 既有隧道、轨道结构竖向位移：不应大于 8mm，警戒值为 5mm。
既有隧道水平位移：不应大于 5mm，警戒值为 3mm。
线路轨道静态几何形位容许值见表 6.2-3。
表 表 1.2-4 线路轨道静态几何形位容许值 项目 既有轨道结构 作业验收 经营保养 临时修补 轨距（mm）
+6
-2 +7
-4 +9
-4 水平（mm）
4 6 10 高低（mm）
4 6 10 轨向（直线）（mm）
4 6 10
为确保不对既有线路运营造成影响，采用作业验收容许值进行控制。
（3）监测成果报告及信息反馈 1）监测技术成果 对于现场采集到的各项监测数据，首先需利用统计模型进行粗差探测检验，确认不含粗差后再进行整体平差计算及测量精度统计，采用科学、合理的数据处理方法对监测成果进行整理分析，最终形成监测成果报告。
监测成果报告中应包含技术说明、监测时间、使用仪器、依据规范、监测所达到精度，列出监测值、累计值、变形率、变形差值、变形曲线，并根据规范及监测情况提出结论性意见。当监测结果达到警戒值时，必须立即向业主及有关单位进行报告。
2）信息反馈方式 监控量测资料均由计算机进行处理与管理，当取得各种监测资料后，及时进行处理，排除仪器、读数等操作过程中的失误，剔除和识别各种粗大、偶然和系统误差，避免漏测和错测，保证监测数据的可靠性和完整性，绘制各种类型的表格及曲线图，对监测结果进行回归分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，确定工程技术措施。
本专项监测项目按黄色、橙色、红色三级预警进行反馈和控制，详见表 1.2-5。
表 表 1.2-5 监测预警分级及预警响应表 预警状态 预警条件 预警响应 黄色预警 实测累计值达到累计量控制值的 70%且未达到 85%时；或日变化率达到变化速率控制值的 70%且未达到 85%时。
发送预警快报，加密监测并协助分析原因。
橙色预警 实测累计值达到累计量控制值的 85%且未达到 100%时；或日变化率达到变化速率控制值的 85%且未达到 100%时。
发送预警快报，加密监测，启动会商机制，并采取调整施工进度、优化支护参数、完善工艺方法等措施。
红色预警 实测累计值达到累计量控制值；或日变化率达到变化速率控制值；或日变化速率出现急剧增长时。
发送预警快报，加密监测，启动会商机制和应急预案，并立即采取必要的补强或停止施工等措施。
3）监测险情报告 ①处理方式
当各监测项目监测数值超过设计文件、规范、规程所定控制标准值的 70%时，监测单位向有关单位和部门发出险情报告。并加强监测，随时掌握变形情况，直到变形趋于稳定。有关单位在收到监测单位报送的险情报告后，应积极采取相应技术措施，控制变形趋势的发展。
当监测数值达到控制标准值时，监测单位向有关单位和部门发出报警报告，在收到监测单位报送的报警报告后，施工单位暂停施工，积极主动的与设计人员和驻地监理、运营部门进行沟通，组织相关部门人员讨论、分析原因，制定处理方案及相应措施，并在最短时间内予以实施，确保工程安全。同时，及时将所定方案、采取的措施以及处理效果等向上级单位报告。
②报告内容 a 现场施工概况； b 异常监测值：监测变量的变化速率、累计值、变化趋势等，按照监测管理等级指标进行工程险情预警； c 出现异常的监测值的原因分析； d 主要结论和施工建议等。