1、鐵路隧道監控量測施工作業指導書監控量測是信息化設計與施工的重要內容,應將監控量測納入工序管理,作為隧道施工的有機組成部分。由于地下工程的受力特點及其復雜性,通過施工現場的監控量測所得到的信息,為判斷圍巖穩定性,支護、襯砌可靠性,二次襯砌合理施作時間,以及調整施工方法、改變支護設計參數、調整預留變形量等修正設計提供原始依據,同時將量測等到的結果迅速反饋到設計施工中去,以提高隧道施工的安全性、經濟性。一、監測內容及監測方法1、監測內容根據隧道圍巖地質情況和設計文件及相關規范要求,北衙隧道確定的量測內容見下表。 監測內容匯總表序號監測項目監測儀器監測目的1地表下沉DS32型水準儀、塔尺掌握隧道施工時

2、地表沉降的規律2隧道拱頂下沉DS32型水準儀,鋼掛尺、塔尺了解隧道施工過程中隧道支護結構變位規律3隧道水平收斂數顯式收斂儀(SGS-1收斂儀)4支護狀態觀測每次開挖后對開挖面進行觀測,如發現異常應立即進行處理；對已施工的區段每天至少觀察一次,發現結構開裂、突出等異常應立即采取應急措施。了解隧道支護結構及圍巖地穩定情況2、測點布置凈空變化、拱頂下沉和地表下沉(淺埋地段)等必測項目應設置在同一斷面,其量測斷面間距及測點數量應根據圍巖級別、隧道埋深、開挖方法等,沿隧道縱向在拱頂及內軌頂布設測點,單線測點間距:V級圍巖510米,級圍巖1030米,級圍巖3050米；雙線或三線大跨測點間距:按單線圍巖級別

3、降一級處理。預埋環采用22鋼筋(或購買膨脹螺栓),長30cm,制環材料采用6鋼筋,將環焊接在22鋼筋尾端。按照圍巖級別以相應的間距埋設預埋環,打30cm深風鉆孔,用水泥將直桿部分埋入孔中,環外露即可。拱頂點應布置在隧道中線上。拱頂點、水平收斂點布設在同一里程斷面上。全斷面開挖水平收斂點高度布設在軌頂標高處。示意圖如下:圖1 測點布置示意圖臺階法開挖水平收斂點高度布設在上半斷面拱腳標高上1m處。示意圖如下:收斂量測拱頂下沉、級圍巖臺階法開挖測點布置圖測點圖2 測點布置示意圖3、量測頻率、變形管理等級、量測管理取值標準量測頻率與結束標準見下表: 量測頻率表位移速度(mm/d)量測斷面距開挖面距離量

4、測頻率5(01)B2次/d15(12)B1次/1d0.51(12)B1次/23d 0.20. 5(25)B1次/3d 0.25B1次/7d 注:B表示隧道開挖寬度變形管理等級標準表管理等級管理位移施工狀態U0Un/3可正常施工Un/3U02 Un/3加強支護、及時支護U02Un/3采取特殊措施注:U0為變形實測值,Un容許實測值,見“結構容許相對位移表”。Un的確定應考慮圍巖類別、隧道埋深等因素選擇。結構允許相對位移表()拱腳水平相對凈空收斂值圍巖類別50m50m300m0.10.50.40.70.20.70.52.60.31.00.83.5拱頂相對下沉值圍巖類別50m50m300m0.010

5、.040.030.110.030.070.060.150.060.120.10.6注:1、水平相對收斂值系指實測收斂與兩測點間距離之比； 2、硬質圍巖的隧道取表中較小值,軟質圍巖的隧道取表中較大值；3、本表所列數值可在施工過程中通過實測和資料積累作適當修正；當施工中出現下列情況之一時,應立即停止施工,采取措施處理。(1)支護結構及其背后土體坍塌、滑移及開裂。(2)監測數據有不斷增大的趨勢。(3)支護結構變形過大,超過控制基準或出現明顯的受力裂縫并不斷發展。(4)時態曲線長時間沒有變緩的趨勢等。各量測作業均應持續到變形基本穩定后23周結束,變形基本穩定應符合隧道周邊位移速度有明顯減緩趨勢。參照我

6、國現行錨噴支護規范:拱腳水平收斂變化速度小于0.2mm/d,拱頂相對下沉速度小于0.15mm/d時,作為圍巖穩定標志之一。對于洞口段軟弱圍巖,位移長期沒有減弱趨勢時,應適當延長量測時間。監測數據處理與信息反饋施工期間,監測人員在每次監測后,及時根據監測數據繪制拱頂下沉、水平收斂位移隨時間及工作面距離變化的時態曲線,了解其變化趨勢。在取得足夠的數據后,還應根據散點圖的數據分布狀況,選擇合適的函數,對監測結果進行回歸分析,以預測該測點可能出現的最大位移值和變化速率,綜合判斷圍巖和支護結構的穩定性,并根據變形的等級管理標準及時反饋施工,作出結構安全性、經濟性評價,提出合理化建議。1、可采用的回歸函數

7、有:U= A +Blnt或 (U= A + Blg(1+t)U=t/(A+ Bt) U=Ae-B/t U=A(e-Bt-e-Bt0) U=Alg(B+t)/(B+t0)式中: U 變形值 A、B 回歸系數 t、t0 測點的觀測時間(day)2、量測數據處理回歸分析在現場測試中,由于測試條件、人員等因素的影響,給測試數據造成偶然誤差,使散點圖上下波動,應用中必須進行數學處理,以某一函數式來表示,進而獲得能較準確反映實際情況的典型曲線,找出測試數據隨時間變化的規律,并推算測試數據的極值,為監控設計提供重要信息。21一元線性回歸一元線性回歸是研究被測物理量隨時間呈線性變化的規律,若被測物理量(位移)

8、為y,觀測時間為x,找出一直線函數式來表示兩個變量Y與X的關系,即:y=a+bx。實測數據散點一般都不在直線上,要使選擇的直線與實際散點相差最小,最有代表性,故采用最小二乘法原理來判別。即使平方和:達到最小的回歸線是最好的。使上述平方和達到最小的回歸線的A、B分別為:b=Lxy/Lxx其中:； 22 一元非線性回歸在現場測試中,兩變量之間多數不是線性關系,而是某種曲線關系,如何選擇適當類型的曲線,進行一元非線性回歸,可按下述步聚進行: 選擇能代表兩變量X與Y之間內在關系的函數類型。在選擇中,主要是從散點圖的分布特征,變化點是否具有收斂性等特點,進行選擇,具體工程應用中,選擇何種曲線函數,不能單

9、純依靠理論上的推導,還要借鑒以往的經驗,才能選出滿意的函數類型。求出兩不變量x與y相關函數中的未知參數。欲求非線性函數中的未知參數,首先是通過把非線性的函數轉化為線性函數關系(Y=A+BX),然后按線性函數求未知參數的方法求出未知參數,再由參數變換式求得選定的曲線函數的未知參數,而得到曲線函數的回歸方程。經過剩余標準離差分析,感到精度不夠理想時,則可另選擇一種曲線函數按上述步聚在進行重新分析。2.3算例(以北衙隧道某斷面處拱頂位移為例)1、用指數函數進行回歸():求未知參數a、b 將取自然對數:Lny=Lna-b/x,令y=Lny;x=1/x；a=Lna;b=-b則有:y=a+bLnx用一元線

10、性回歸列表計算方法,求出線性回歸系數a、 b。具體算法見表1、見表2、見表32、 用常對數函數進行回歸():求未知參數a、b,令y=y;x=Lnxa=a;b=b則有:y=a+bx用一元線性回歸列表計算方法,求出線性回歸系數a、 b。具體算法見表1、見表4、見表5注:因該函數無極限值,需根據經驗判別圍巖穩定時間。 沉 降 觀 測 記 錄 表1施工單位:中鐵隧道集團大麗鐵路項目部一工區 編號:DL7BY2DK75+350工 程 名 稱北衙隧道觀測點布置簡圖水 準 點 編 號BM75+350水準點所在位置DK75+350水準點高程(m)BM2149.494觀測日期:06-5-29自 05 年11 月

11、 29 日起至 05 年 12 月 18 日止觀 測 點觀測時間實測標高(m)本期沉降量(mm)總沉降量(mm)說 明月日時拱頂11292156.038600初始讀數11302156.03810.50.511312156.03780.30.81212156.03700.81.61222156.03680.21.81232156.03650.32.11242156.03610.42.51252156.03600.12.612112156.03570.32.912182156.03560.13.0監理: 復核: 計算: 測量: 收斂位移回歸(Y=ae(-b/x)計算表 表2編號及算式XYXi=1/

12、XiYi=LnYiXi2XiYiYi2110.51.0000 -0.6931 1.0000 -0.6931 0.4805 220.80.5000 -0.2231 0.2500 -0.1116 0.0498 331.60.3333 0.4700 0.1111 0.1567 0.22021441.80.2500 0.5878 0.0625 0.1469 0.3455 552.10.2021 0.7419 0.0400 0.1484 0.5505 662.50.1667 0.9163 0.0278 0.1527 0.8396 772.60.1429 0.9555 0.020210.1365 0.91

13、30 8132.90.0769 1.0647 0.0059 0.0819 1.1336 9203.0 0.0500 1.0986 0.0025 0.0549 1.2021 61.00 17.80 2.72 4.92 1.52 0.07 5.74 N=9LXX=Xi21/N(Xi)20.70 LXY=XiYi1/N(Xi)(Yi)-1.41 LYY=Yi21/N(Yi)23.05 b=LXY/LXX-2.02 a=1/NYi-b/NXi1.16 b=-b2.02 a=ea3.18 Y=ae(-b/x)Y=3.18e(-2.02/x)-0.97 計算:復核:監理:日期: 監控量測數據處理分析表 表

14、3施工單位:中鐵隧道集團大麗鐵路項目部一工區 編號:DL7BY2- DK75+350工 程 名 稱北衙隧道測點布置簡圖測 點 編 號BY2-350測點所在位置拱頂水準點高程(m)BM2149.494觀測日期: 05-11-29 數據處理日期:05-12-18 水平、沉降位移隨時間或工作面距離變化的時態曲線圖:時態曲線回歸分析處理(判斷位移量大小和變化速率,綜合判斷圍巖和支護結構的穩定性):對以上數據處理采用指數函數曲線擬合時間位移曲線,運用最小二乘法原理,采用EXCEL表進行計算,得到指數回歸方程:Y=3.18e(-2.02/x) ,相關系數r= 0.97 ,預測總沉降量(極限位移)為y=3.

15、18 mm。變形基本穩定,拱頂下沉變化速率小于0.15mm/d。圍巖趨于穩定,且收斂較快。 級圍巖最大允許沉降位移值U0= 108500.010.1=10.85mm, V V0/3。 數據處理結論: 管理等級 級,可以按原施工方案進行施工,同時將設計預留變形量由7cm調整為2cm。監理: 復核: 計算: 分項技術負責人: 收斂位移回歸(Y=a+bLnX)計算表 表3編號及算式XiYiXi=LnXiYi=YiXi2XiYiYi2110.50 0.00 0.50 0.00 0.00 0.25 220.80 0.69 0.80 0.48 0.55 0.64 331.60 1.10 1.60 1.21

16、 1.76 2.56 441.80 1.39 1.80 1.92 2.50 3.24 552.10 1.61 2.10 2.59 3.38 4.41 662.50 1.79 2.50 3.21 4.48 6.25 772.60 1.95 2.60 3.79 5.06 6.76 8132.90 2.56 2.90 6.58 7.44 8.41 9203.00 3.00 3.00 8.97 8.99 9.00 61.00 17.80 14.09 17.80 28.75 34.15 41.52 N=9LXX=Xi21/N(Xi)26.70 LXY=XiYi1/N(Xi)(Yi)6.29 LYY=Yi

17、21/N(Yi)26.32 b=LXY/LXX0.94 a=1/NYi-b/NXi0.51 b=b0.94 a=a0.51 Y=a+bLnXY=0.51+0.94LnX0.97 預測第30天總沉降位移3.71 計算:復核:監理:日期: 監控量測數據處理分析表 表5施工單位:中鐵隧道集團大麗鐵路項目部二工區 編號:DL7BY2- DK75+350工 程 名 稱北衙隧道測點布置簡圖測 點 編 號BY2-350測點所在位置拱頂水準點高程(m)BM2149.494觀測日期: 05-11-29 數據處理日期:05-12-18 水平、沉降位移隨時間或工作面距離變化的時態曲線圖:時態曲線回歸分析處理(判斷位

18、移量大小和變化速率,綜合判斷圍巖和支護結構的穩定性):對以上數據處理采用常對數函數曲線擬合時間位移曲線,運用最小二乘法原理,采用EXCEL表進行計算,得到指數回歸方程:y=0.51+0.94Lnx ,相關系數r= 0.97 ,預測第30天總沉降量為y=3.71 mm。變形基本穩定,拱頂下沉變化速率小于0.15mm/d。圍巖趨于穩定,且收斂較快。 級圍巖最大允許沉降位移值U0= 108500.010.1=10.85mm, V= V0/3。 數據處理結論: 管理等級 級,可以按原施工方案進行施工,同時將設計預留變形量由7cm調整為2cm。監理: 復核: 計算: 分項技術負責人:3、用卡西歐4800

19、(或4850)計算器對量測數據按常對數函數()進行回歸分析:隨著電子技術的廣泛應用工程單位,工程單位大多數擁有卡西歐4800(或4850)計算器,現將采用4850計算器的計算過程敘述如下:開機按“FUNCTION”鍵“6(DSP/CLR)”-“6(SCL) ”-“EXE”；按“MODE”鍵“4(LR)”；按下列句法輸入數據:“Ln”數據x值“,”數據y值“M+”,結合本算列具體如下:Ln1,0.5;Ln2,0.8;Ln3,1.6;Ln4,1.8;Ln5,2.1;Ln6,2.5;Ln7,2.6; Ln13,2.9; Ln2021.0;輸入結束后,按“FUNCTION”-“8(RESULTS)”后

20、屏幕顯示:RegressionA=0.50865351B=0.938681370.967131326預測第30天的總沉降量:按“EXIT”鍵“ln”-輸入數值“30” “FUNCTION”“7(STAT)”-“倒三角”鍵“倒三角”鍵“5()”“EXE”后屏幕顯示:Ln30 3.7013屏幕顯示的數值“3.7013”即為第30天的預測總沉降量。具體計算過程可參考CASIO計算器fx-4850用戶說明書。監控量測數據處理分析表(略)。總結:從以上采用的三種算法來看,無論采用何種算法,其結果都非常接近,但在具體應用過程中又各有其特點, 采用第一種方法(指數函數回歸)可以直接求出極限位移值,較明確；采

21、用第二種方法(常對數函數回歸)處理起來簡單明了,但極限位移值不能直接求出,往往使得到的結果偏大；采用第三種方法(采用計算器)進行回歸分析,不需要了解計算過程就能直接得到結果,不要用到高等數學知識,一般人都能用,所以實用性更強；監測管理體系針對本工程監測項目的特點擬由23人組成監控量測及信息反饋小組,負責北衙隧道2號橫洞監控量測日常工作。為確保監測結果的質量,加快信息反饋速度,全部監測數據均由計算機管理,每次監測必須有監測結果,及時上報監測日報表,并按期向施工監理、局項目部提交監測月報或周報,并附上相對應的測點位移或應力時態曲線圖,對當月的施工情況進行評價并提出施工建議。并根據當前的施工方法修改

22、監測方案,提高監測數據的可靠性和及時性。監測反饋程序見圖4。質量保證措施為保證量測數據的真實可靠及連續性,特制定以下各項質量保證措施:1)、監測組與監理工程師、技術負責人密切配合工作,及時向監理工程師、技術負責人報告情況和問題,并提供有關切實可靠的數據記錄。2)、制定切實可行的監測實施方案和相應的測點埋設保護措施,并將其納入工程的施工進度控制計劃中。3)、量測項目人員要相對固定,保證數據資料的連續性。4)、量測儀器采用專人使用、專人保養、專人檢校的管理。5)、量測設備、元器件等在使用前均應經過檢校,合格后方可使用。6)、各監測項目在監測過程中必須嚴格遵守相應的實施細則。7)、量測數據均要經現場

23、檢查,室內兩級復核后方可上報。8)、量測數據的存儲、計算、管理均采用計算機系統進行。9)、各量測項目從設備的管理、使用及資料的整理均設專人負責。強化量測數據在隧道施工中的作用1、評價圍巖穩定性,確保施工安全評價圍巖穩定性主要是應用圍巖位移、位移速率及圍巖位移加速度(有變位時間曲線看出)等數據。我國錨噴支護規范規定,當隧洞支護上任何部位的實測收斂相對值達到上述結構允許相對位移表中所列數值的70或用回歸分析進行預報的總收斂值接近上述結構允許相對位移表中數值時,必須立即采取補強措施,并改變原支護參數,同時分析原因看是否由施工方法不當造成的,如由施工不當引起的,應立即改變施工方法。從監視施工中位移穩定

24、的角度看,尤其注意圍巖位移加速度的出現,在時態位移曲線上出現明顯的反彎點(及拐點)時應采取緊急加固措施。對于淺埋隧道則應根據地表下沉量來判斷位移穩定性。2、評價圍巖達到穩定的標準,確定仰拱澆注時間及二襯施作時間。我國噴錨構筑法規范規定,確定二襯(隧道最終支護)施作時間應在圍巖達到穩定以后,即應滿足下述要求:(1)周邊收斂速度明顯下降；(2)收斂量已達到總收斂量的8090；(3)收斂速率小于0.2mm/d,或拱頂位移速率小于0.15mm/d。一般軟弱圍巖仰拱灌注時間可在圍巖穩定以后進行；對于極差的圍巖,當位移量和位移速度很大時,為維持圍巖穩定,仰拱灌注應盡早施作。3、調整施工方法 當測得的位移速

25、率或位移量超過容許值時,除加強支護外還應調整施工方法,如采用臺階法開挖,縮短臺階長度和增加臺階層數,縮短進尺節約循環時間以提前錨噴支護的時間,提前施作仰拱等。4、調整錨桿支護參數及噴砼厚度 當測得的位移速率或位移量超過容許值時一般應增加錨桿數量和長度、錨桿類型或加大錨桿直徑等。當噴砼出現明顯裂紋時,應適當加厚噴砼厚度。5、及時調整預留變形量適當考慮工程的經濟性 當測得的位移速率或位移量較小時,可減少預留變形量,節約混凝土量,以節約工程成本；當測得的位移量或預測的位移量超過設計預留變形量時,除加強支護措施外,還應加大預留變形量以免初支侵入二襯,給工程帶來質量問題。6、如何設定量測管理標準值,量測

26、管理標準值應該根據隧道施工實踐加以修正。在量測中最重要的是要有一個標準,以便評價設計、施工是否妥當,并根據標準進行管理。管理標準值中有根據構件強度測定錨桿軸力的,也有評價隧道周邊圍巖穩定性,基于解析、經驗,并在施工中不斷修正。但在不連續性的圍巖中,量測結果不一定能夠完全反映圍巖動態,應結合洞內觀測的結果設定管理標準。設計階段設定的標準值,可作為施工初期的管理標準,隨著施工的進展,應適當修正管理標準值。凈空位移和拱頂下沉值是隧道開挖時圍巖動態、圍巖條件、支護效果的綜合體現,量測結果可以用來判斷周邊圍巖的穩定性、初支是否妥當及襯砌、仰拱的灌注時間,但在良好的圍巖條件下,只用位移值時很難判斷的,需根

27、據掌子面觀測來判斷。最大位移速度和最大凈空位移值與圍巖條件、施工方法是很離散的,但也有一定的相關關系,在施工的初期階段預測最終位移值是能做到的。根據初期位移值預測最終位移值或變更支護模式或修正設計的判斷標準時,可將已施工正常段同類型圍巖、同等施工方法的凈空位移量的2倍作為變形管理級標準或以同類圍巖出現明顯的受力裂縫時的凈空位移量作為該類圍巖的收斂極限值,并在隧道施工實踐中不斷加以修正。圖4 監控量測與信息反饋流程圖監控量測量測數據回歸分析量測結果的綜合評價結構安全性、經濟性判斷“圍巖結構”體系動態及現狀分析說明、提交修正設計意見、建議反饋設計施工參考文獻1 關寶樹,隧道工程施工要點集,人民交通

28、出版社,2021.12 鐵路工程施工技術手冊-隧道(上下冊),中國鐵道出版社,19993 鐵路隧道錨噴構筑法技術規范,中國鐵道出版社,2021附件：工程施工現場應急預案及安全保證措施一、編制原則1、以人為本,安全第一原則。把保障人民群眾生命財產安全,最大限度地預防和減少突發事件所造成的損失作為首要任務。 2、統一領導,分級負責原則。在本項目部領導統一組織下,發揮各職能部門作用,逐級落實安全生產責任,建立完善的突發事件應急管理機制。 3、依靠科學,依法規范原則。科學技術是第一生產力,利用現代科學技術,發揮專業技術人員作用,依照行業安全生產法規,規范應急救援工作。 4、預防為主,防止結合原則。認真

29、貫徹安全第一,預防為主,綜合治理的基本方針,堅持突發事件應急與預防工作相結合,重點做好預防、預測、預警、預報和常態下風險評估、應急準備、應急隊伍建設、應急演練等項工作。確保應急預案的科學性、權威性、規范性和可操作性。二、編制目的1、應急預案應針對那些可能造成企業、系統人員死亡或嚴重傷害、設備和環境受到嚴重破壞的突發性災害,如觸電事故、泥石流災害、火災、環境破壞等。2、應急預案是對日常安全管理工作的必要補充,應急預案應以完善的預防措施為基礎,體現“安全第一、預防為主”的方針。3、應急預案應以努力保護人身安全、防止人員傷害為第一目的,同時兼顧設備和環境的防護,盡量減少災害的損失程度。4、應急預案應

30、結合實際,措施明確具體,具有很強的可操作性。5、應急預案應經常檢查修訂,以保證先進科學的防災、減災設備和措施被采用。三、應急組織機構及職責1、應急組織機構為加強安全領導,進行系統化、網絡化管理,項目部成立應急預案管理領導小組,項目經理任組長,項目總工程師、常務副經理、安全總監、項目副經理為副組長,各職能部門負責人、安全環保部安全員、各施工隊專職安全員、施工隊隊長為組員,負責日常的安全管理工作。2、應急領導小組職責負責重、特大事故的現場應急搶險救援指揮,對施工現場突發性情況進行技術、資金和設備支持,在施工現場發生重特大事故時以最快的時間達到現場,分析緊急狀態和確定風險事故級別,負責分部和有關地方

31、管理部門、組織、機構聯絡和報告事故情況,制定搶險救援的方案措施,領導現場應急搶險救援工作,確定緊急狀態的解除,協助事故原因的調查和處理工作。在上級和有關地方部門進入的情況下,參與制定搶險救援方案措施,做好應急搶險救援配合工作。四、應急預案的基本要求1、發生人員傷亡事故后,施工現場應急處理措施一般規定 當發生事故時,負傷人員或者最先發現事故的人,應立即報告項目經理或專項安全負責人,并應馬上組織人力現場搶救傷害者,根據傷情需要,協助醫務人員運送傷者到醫院或撥打“120”,請求協助搶救。 1.1事故發生后,各級人員應保鎮靜及冷靜,切實負起本身責任,主動控制局面。要有組織、有指揮和結合實際進行妥善處理。 1.2 第一時間進行“救死扶傷”,采取措施救護受傷(害)人員,對必須在現場進行緊急搶救的,應采取應急方法如止血、人工呼吸等進行施救。否則必須立即用工地的交通工具或截出租車將傷者送到就近醫院進行搶救。同時應采取有效措防止事故蔓延擴大。 1.3 認真保護事故現場及善后工作。凡與事故有關的物體、痕跡、狀態不得破壞,并劃出保護區禁止閑人進入。 1.4 因搶救受傷(害)人員,以及疏導交通等原因,需要移動現場某些物體時,必須做好現場標記、拍照、錄像或繪制現場簡圖,并寫出書面記錄,妥善保存現場重要痕跡、物證等。 2、 發生火警、火災事故時,施工現場應急處理措施一般規定。 2.1 應立即了解起火