工程测量专业毕业设计(论文)-隧道监控量测技术应用.pdf
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1、存档号 学号:石家庄铁路职业技术学院毕业设计隧道监控量测技术应用系 部测绘工程系专业名称 工程测量指导教师学生姓名-oo年十月石家庄铁路职业技术学院毕业设计(论文)评定表姓名学号存档号系别测绘工程系专业工程测量班级80812毕业论文(设计)题目隧道监控量测技术应用指导教师评语:签名:2010年 月 日答辩委员会意见:签名:2010年 月 日备注:石家庄铁路职业技术学院毕业设计(论文)任务书 学生用表指导教师签名:生名 学姓学号班级80812指导教师姓 名职称副教授系部测绘工程系毕业设计(论文)题目隧道监控量测技术应用毕业设计(论文)要求:1.毕业设计题目来源明确,设计内容切合实际2.毕业设计要
2、求条理清楚,观念明确;3.毕业设计严禁抄袭,引用文献必须注明来源;4.毕业设计排版必须标准格式;5.毕业设计必须按计划时间完成,打印。完成期限和主要措施:2010.10.21-10.30论文选题,拟定设计(论文)计划2010.10.31-11.14整理资料,收集文献,编写提纲2010.11.15-11.23准备初稿,排版2010.11.24-12.07 撰写论文,定稿2010.12.0812.15打印、投交论文为答辩作准备主要参考文献:重庆交通科研设计院负责编著。公路隧道设计规范(JTG D7 0-2004)o人民交 通出版社,2004年中交第一公路工程局有限公司主编。公路隧道施工技术规范(J
3、TG F602009)o 北京:人民交通出版社,2009年张志刚,冯海鹏,王昌洪编。线桥隧测量。西安:西安交通大学出版社,2008公路隧道工程施工图设计资料年 月 日摘 要随着我国改革开放不断深化,国民经济蓬勃发展,在山区公路建设中突 破过去传统的修路思想,不采取盘山绕行,不破坏沿线生态环境,不增长公 路里程用设置隧道避免因采取高边坡路基带来的滑坡、塌方、滚石、泥石流 等自然灾害,确保了行车的安全可靠,亦缩短了行车时间,同时又适应了建 设与自然的和谐发展。由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性,对隧道围岩及 支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全的必不可少的手段。通过 量测,及
4、时对隧道个别围岩失稳趋势的区段提供了预报,为施工单位及时调 整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。通过大量量 测发现隧道开挖及初期支护后大约30d围岩基本上稳定,于是建议施工单位 及时施作二次衬砌。同时由于监控措施得当,及时的指导施工和修改设计,从而保证了隧道施工的安全、经济、收到了良好的效果。但由于监控量测工 作是一项具体而又复杂的工作,在实际过程中尚需不断积累经验和完善相关 理论。此论文是本生于2010年十月2011年四月于中铁十一局四公司京福闽 赣I标第一项目部从事监控量测工作时所写。关键词:隧道施工,监控量测,地表沉降,数据处理4目 录第一章工程概况.61.1 工程概
5、况.61.2 工程地质及水文特征.71.3 地震动参数.7第二章人员仪器配置.82.1 监控量测人员配备.82.2 监控量测仪器配备.8第三章监控量测基本规定.93.1 监控量测设计内容.93.2 对施工单位要求.93.3 现场监控量测工作主要内容.93.4 注意事项.9第四章监控量测技术要求.114.1 一般规定.114.2监控量测项目.124.3监控量测断面及测点布置原则.124.4监控量测频率.144.5监控量测控制基准.154.6监控量测系统及元器件的技术要求.18第五章监控量测方法.195.1 一般规定.195.2洞内、外观察.195.3变形监控量测.195.4控制点的保护.22第六
6、章监控量测的具体实施过程.231.隧道内的数据采集.232.对采集的数据进行的处理.25致 谢.39参考文献.405第一章工程概况1.1 工程概况1.1.1 工程概况合肥至福州铁路客运专线(闽赣段)I标第一项目部施工范围:DK34 3+180DK357+4 63,线路长14.283正线公里,位于江西省婺源县溪头乡 镜内,线路最大纵坡2%,最小纵坡0.4%。主要包括五城隧道(出口段)、方 思山隧道、桃源隧道、金山顶隧道(进口段)、东溪中桥、桃源中桥、龙尾 大桥。1.1.2主要工程数量主要工程内容包括:(1)隧道工程本段包括四座隧道,分别五城隧道(出口段)3094延米、方思山隧道2802 延米、桃
7、源隧道4471延米、金山顶隧道(进口段)2756延米,合计13131 延米。其中V级围岩928延米(含明洞),IV级围岩1335延米,III级围岩8597 延米,II级围岩2145延米。(2)桥梁工程本段含桥三座,分别为东溪中桥2(2-24)限桃源中桥2(2-32)m.龙 尾大桥 2(1-24+3-32+1-(32+4 8+32)m 连续梁+1-32+3-24 m),合计 448 延米。1.1.3 沿线地形地貌本工区施工段为闽赣两省交界处,山势延绵,起伏较大,植被发育,相 对高差150300m。61.2 工程地质及水文特征1.2.1工程地质线路所经地区地层岩性复杂,出露下元古界第三系沉积岩及变
8、质岩、各时期的岩浆岩和第四系松散地层。主要沉积岩系有石英砂岩、灰岩等,及 火山一沉积岩系凝灰岩、凝灰熔岩和凝灰质砂岩等等。第四系地层主要为全 新统粘性土、粉土、砂类土及碎石类土等。1.2.2水文地质条件1)概隧道位于剥蚀中丘陵区,地下水主要为第四系空隙潜水盒基岩裂 隙水。其中孔隙潜水埋藏浅,赋存于上部第四系坡残积土层中,含水量少,受大气降水补给及坳沟中季节性地表水,其动态变化大。基岩风化裂隙水埋藏于石英片岩风化带裂隙中,属潜水,呈带状分布。2)地下水的补给、径流盒排泄测区内的地下水补给来源为大气降水及坳沟中季节地表水。测区大气降水部分通过地表沿丘坡径流排出,部分通过岩层裂隙及下渗 于岩体中。岩
9、体中的地下水,大部分沿裂隙运移倒山体两侧坡脚,小部分存 于岩体中。1.3地震动参数根据1:400万中国地震动参数区划图(GB 18306-2001),沿线地震 动参数划分如下:(1)地震动峰值加速度闽赣段 DK34 3+180DK357+4 63 段0.05g。(2)地震动反应谱特征周期闽赣段 DK34 3+180DK357+4 63 段为 0.35s。7第二章人员仪器配置为确保施工监测质量,真正做到信息化指导施工,确保隧道施工安全、顺利进行,特成立监测管理小组,实行监测质量专人负责制。2.1监控量测人员配备测量小组总共十人,其中监控量测小组四人,总共三对洞口,组员每人 负责一对,小组长和各洞
10、口负责人负责采集洞内数据,三个组员负责各自洞 口的资料处理,组长负责资料的打印,汇总。2.2监控量测仪器配备拱顶下沉、净空变化、地表沉降、纵向位移、隧底隆起测试精度为0.5-lmm,围岩内部位移测试精度为0.1mm,爆破振动速度测试精度为Imm/s,根据以上 精度对仪器进行配备。名称技术指标用途彳来卡 DNA03 数字 水准仪每公里双次观测标准偏差0.3mm水准仪圆水器灵敏度8 /2mm居中精度0.3相当于DS05级水准仪”鉴定合格用于布置垂直位移 监测网,测量沉降 监测桩、墩台检测 桩和沉降板JSS30A 数显收 敛计测量范围:0.5m-20m分辨率:0.01mm测量精度:0.06mm数显示
11、稳定度:24 h不大于0.01mm鉴定合格隧道净空 变形量测DSZ2 自 动安平 水准仪每公里往返测量高差标准偏差0.5mm 圆水准器,灵敏度:8 /2mm鉴定合格测量沉降监测桩8第三章监控量测基本规定监控量测的管理必须科学合理,设计单位应进行监控量测设计,施工单 位应编制监控量测实施细则,施工中应按细则实施,工程竣工后应将监控量 测资料整理归档并纳人竣工文件中。3.1 监控量测设计内容1.确定监控量测项目;2.确定测点布置原则、监控量测断面及监控量测频率;3.确定监控量测控制基准。3.2对施工单位要求1.施工单位应拥有专业的监控量测人员和设备,掌握成熟、可靠的测试 数据处理与分析技术。2.施
12、工单位应成立现场监控量测小组,建立相应的质量保证体系,负责 及时将监控量测信息反馈于施工和设计。监控量测人员要求相对稳定,以确保监控量测工作的连续性。3.3现场监控量测工作主要内容1.现场情况的初始调查;2.编制实施细则;3.布设测点并取得初始监测值;4.现场监控量测及分析;5.提交监控量测成果。3.4注意事项1.监控量测实施细则应报监理、业主,经批准后实施,并作为现场作业、检查验收的依据。监控量测变更必须经项目技术负责人审核,报监理工程师 批准。2.监控量测系统应可靠、稳定、耐久,在服务期内运转正常。仪器设备 9应按规定进行检查、校对和率定,并出具相关证明。3.测点应牢固可靠、易于识别,并注
13、意保护,严防损坏。4.施工现场必须建立严格的监控量测数据复核、审查制度,保证数据的 准确性。监控量测数据应利用计算机系统进行管理,由专人负责。如有监控 量测数据缺失或异常,应及时采取补救措施,并详细做出记录。5.根据监控量测精度要求,应减小系统误差,控制偶然误差,避免人为 错误。应经常采用相关方法对误差进行检验分析。6.施工与监控量测应密切配合,监控量测元件的埋设与监控量测应列人 工程施工进度控制计划中,监控量测工作应尽量减少对施工工序的影响。10第四章监控量测技术要求4.1 一般规定4.1.1 监控量测应达到下列目的1.确保施工安全及结构的长期稳定性;2.验证支护结构效果,确认支护参数和施工
14、方法的准确性或为调整支 护参数和施工方法提供依据;3.确定二次衬砌施做时间;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。4.1.2监控量测设计因素监控量测设计应根据围岩条件、支护参数、施工方法、周围环境及监控 量测目的进行。4.1.3监控量测实施细则1.监控量测项目;2.人员组织;3.元器件及设备4.监控量测断面、测点布置、监控量测频率及监控量测基准;5.数据记录格式;6.数据处理及预测方法;7.信息反馈及对策等。监控量测工作必须随施工工序及时进行,尽快读取初始读数,并根据现 场情况及时调整监控量测的项目和内容。114.2监控量测项目1.监控量测项目分为必测项目和
15、选测项目。2.必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目。具体监控量测项 目见表4-1。序号监控量测项目常用量测仪器备注1洞内、外观察现场观察、数码相机、罗盘仪2拱顶下沉水准仪、钢挂尺或全站仪3净空变化收敛计、全站仪4地表沉降水准仪、锢钢尺或全站仪隧道浅埋段表4-1隧道监控量测目3.选测项目是为满足隧道设计与施工的特殊要求进行的监控量测项 目,具体监控量测项目按表4-2选择。序号监控量测项目仪器常用量测1隧底隆起水准仪、锢钢尺或全站仪2纵向位移多点位移计、全站仪表4-2隧道特殊监控量测目3.隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像,必要时应进行物理力学 试验。4.初期支护完成后应进行喷层表面裂缝
16、及其发展、渗水、变形观察和记 录。4.3监控量测断面及测点布置原则1.浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内 测点应布置在同一断面里程。一般条件下,地表沉降测点纵向间距应按表 4-3的要求布置,隧道内测点应按图4-1布设。表4-3地表沉降测点纵向间距对照表隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距(m)2BHo 2.5B20 50B5B1 次/7d注:B为隧道开挖宽度表4-6监控量测频率规范(1)位移速度(mm/d)监控量测频率252次/d151次/d0.511 次/23d0.2-0.51 次/3d0.21 次/7d2.开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建(构)筑物的描述应每施
17、工循环记录一次。必要时影响范围内的建(构)筑物的描述频率应加大。3.选测项目监控量测频率应根据设计和施工要求以及必测项目反馈信 息的结果确定。4.5监控量测控制基准1.监控量测控制基准包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等,应根据 地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性,以及周围建(构)筑物 特点和重要性等因素制定。2.隧道初期支护极限相对位移可参照表4-7和表4-8选用。15表4-7跨度B W7 m隧道初期支护极限相对位移围岩级别隧道埋深h(m)hW5050h 30300hW 500拱脚水平相对净空变化(%)II0.20-0.60III0.10-0.500.40-0.7 00.60-1
18、.50IV0.20-0.700.50-2.602.4 0-3.50V0.30-1.000.80-3.503.00-5.00拱顶相对下沉(%)II0.01-0.050.04-0.08III0.0 1-0.040.03-0.110.10-0.25IV0.03-0.070.06-0.150.10-0.60V0.06-0.120.10-0.600.50-1.20注:.本表适用于复合式衬砌的初期支护,硬质围岩隧道取表中较小值,软质围岩 隧道取表中较大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修正。.拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比,拱顶相对 下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后
19、与原拱顶至隧底高度之比。.墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以1.21.3 后采用。16表4-8跨度7 mB W 12m隧道初期支护极限相对位移围岩级别隧道埋深h(m)h5050h300300h500拱脚水平相对净空变化(盼II一0.01-0.030.01-0.08III0.03-0.100.08-0.4 00.30-0.60IV0.10-0.300.20-0.800.7 0-1.20V0.20-0.500.4 0-2.001.80-3.00拱顶相对下沉(%)II0.03-0.060.05-0.12III0.03-0.060.04-0.150.12-0.30IV0.06
20、-0.100.08-0.4 00.30-0.80V0.08-0.160.14-1.100.80-1.4 0注:.本表适用于复合式衬砌的初期支护,硬质围岩隧道取表中较小值,软质围岩 隧道取表中较大值。表列数值可以在施工中通过实测资料积累作适当的修正。.拱脚水平相对净空变化指拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比,拱顶相对 下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。.初期支护墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以 1.11.2后米用。3.钢架内力、喷混凝土内力、二次衬砌内力、围岩压力(换算成内力)、初期支护与二次衬砌间接触压力(换算成内力)、锚杆轴力控制基准应满足
21、 铁路隧道设计规范(TB 10003-2005)的相关规定。4.采用分部开挖法施工的隧道应每分部分别建立位移控制基准,同时应 考虑各分部的相互影响。5.围岩与支护结构的稳定性应根据控制基准,结合时态曲线形态判别。6.一般情况下,二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行:1)隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降;172)隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。对浅埋、软弱围岩等特殊地段,应视现场具体情况确定二次衬砌施做时间。4.6监控量测系统及元器件的技术要求监控量测系统的测试精度应满足设计要求。拱顶下沉、净空变化、地表 沉降、纵向位移、隧底隆起测试精度为0.51mm,围岩内部
22、位移测试精度为 0.1mm,爆破振动速度测试精度为lmm/so其他监控量测项目的测试精度结合 元器件的精度确定。18第五章监控量测方法5.1 一般规定1.现场监控量测应由施工单位负责组织实施。2.现场监控量测应根据已批准的监控量测实施细则进行测点埋设、日常 量测和数据处理,及时反馈信息,并根据地质条件的变化和施工异常情况,及时调整监控量测计划。3.现场监控量测方法应简单、可靠、经济、实用。5.2洞内、外观察1.施工过程中应进行洞内、外观察。洞内观察可分开挖工作面观察和已 施工地段观察两部分。2.开挖工作面观察应在每次开挖后进行,及时绘制开挖工作面地质素描 图、数码成像,填写开挖工作面地质状况记
23、录表,并与勘查资料进行对比。已施工地段观察,应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作 状态。3.洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段,记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等,同时还应对地面建(构)筑物进行 观察。5.3变形监控量测1.目前隧道净空变化量测可采用接触量测和非接触量测两种方法,其中 接触量测主要用收敛计进行量测,非接触量测则主要用全站仪进行。2.用收敛计进行隧道净空变化量测方法相对比较简单,即通过布设于洞 室周边上两固定点,每次测出两点的净长L,求出两次量测的增量(或减量)L,即为此处净空变化值。读数时应该读三次,然后取其平均值。用全站仪进行隧道净空变
24、化量测方法包括自山设站和固定设站两种。与 传统的接触量测的主要区别在于,非接触量测的测点采用一种膜片式回复反 19射器作为测点靶标,以取代价格昂贵的圆棱镜反射器。具有回复反射性能的 膜片形如塑料胶片,其正面由均匀分布的微型棱镜和透明塑料薄膜构成,反 面涂有压敏不干胶,它可以牢固地粘附在构件表面上。这种反射膜片,大小 可以任意剪裁,价格低廉。反射模片贴在隧道测点处的预埋件上,在开挖面 附近的反射模片,应采取一定的措施对其进行保护,以免施工时反射模片表 面被覆盖或污染,同时施工单位应和监控量测一单位加强协调工作,保证预 埋件不被碰歪和碰掉。通过对比不同时刻测点的三维坐标x(t),y(t),z(t)
25、,可获得该测点在该时段的三维位移变化量(相对于某一初始状态)。在三维位移矢量监控量测时,必须保证后视基准点位置固定不动,并定期校 核,以保证测量精度。与传统接触式监控量测方法相比,该方法能够获取测 点更全面的三维位移数据,有利于结合现行的数值计算方法进行监控量测信 息的反馈,同时具有快速、省力、数据处理自动化程度高等特点。3.拱顶下沉量测同位移变化量测一样,都是隧道监控量测的必测项目,最能直接反映围岩和初期支护的工作状态。目前拱顶下沉量测大多数采用精 密水准仪和锢钢挂尺等。拱顶下沉监控量测测点的埋设,一般在隧道拱顶轴 线处设1个带钩的测桩(为了保证量测精度,常常在左右各增加一个测点,即埋设三个
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