1、大麗北衙隧道監控量測作業指導書大麗鐵路N7標(北衙隧道)監控量測作業指導書擬制： 復核： 大麗鐵路N7標項目經理部二工區北衙隧道監控量測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

2、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

3、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：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

4、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測頻率5（01）B2次/d15（12）B1次/1d0.51（12）B1次/23d 0.20. 5（25）B1次/3d 5B1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50m50m300m拱頂相對下沉值圍巖類別50m50m300m0.010.04注：

5、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0.1

6、5mm/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。二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、可采用的回歸函數有：U= A +Blnt或 （U= A + Blg（1+t）U=t/（A+ Bt）

7、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）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

8、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

9、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3用常對數

10、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)觀測日期：06-5-29自 05 年11 月 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

11、)說 明月日時拱頂112900初始讀數1130113112112212312412512111218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/XiYi=LnYiXi2XiYiYi2111.0000 -0.6931 1.0000 -0.6931 0.4805 220.5000 -0.2231 0.2500 -0.1116 0.0498 330.3333 0.4700 0.1111 0.1567 0.2209 440.2500 0.5878 0.0625 0.1469 0.3455 550.2000 0.7419 0.0400 0.148

12、4 0.5505 660.1667 0.9163 0.0278 0.1527 0.8396 770.1429 0.9555 0.0204 0.1365 0.9130 8130.0769 1.0647 0.0059 0.0819 1.1336 9203.0 0.0500 1.0986 0.0025 0.0549 1.2069 61.00 17.80 2.72 4.92 1.52 0.07 5.74 N=9LXX=Xi'21/N(Xi')20.70 LX'Y'=XiYi1/N(Xi')(Yi')-1.41 LYY=Yi'21/N

13、(Yi')23.05 b'=LX'Y''/LX'X'-2.02 a'=1/NYi'-b/NXi'1.16 b=-b'2.02 a=ea'3.18 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)觀測日期： 05-11-29 數據處理日

14、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=3.18 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= 108500.1=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

15、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 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

16、 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=Xi'21/N(Xi')26.70 LX'Y'=XiYi1/N(Xi')(Yi')6.29 LYY=Yi'21/N(Yi')26.32 b'=LX'Y''/LX'X'0.94 a'=1/N

17、Yi'-b/NXi'0.51 b=b'0.94 a=a'0.51 Y=a+bLnX0.97 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)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

18、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= 108500.1=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（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

19、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; Ln20,3.0;輸入結束后,按“FUNCTION”-“8(RESULTS)”后屏幕顯示：Regression預測第30天的總沉降量：按“EXIT”鍵“l

20、n”-輸入數值“30” “FUNCTION”“7（STAT）”-“倒三角”鍵“倒三角”鍵“5（）”“EXE”后屏幕顯示：Ln30屏幕顯示的數值“”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

21、果，不要用到高等數學知識，一般人都能用，所以實用性更強；三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。四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

22、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。五強化量測數據在隧道施

23、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

24、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