某铁路隧道采用新奥法施工，施工中需要了解隧道的各种动态信息，以便对原有设计和施工方法进行修正，试对该隧道的量测方案进行设计（包括量测目的、量测项目、量测仪器和手段、测点布置、量测频率以及如何根据量测数据进行隧道围岩稳定性的判断等）。（100分）（一）、监测意义及目的监控量测测工作是隧道新奥法施工的眼睛，不但可以为隧道的动态设计和信息化施工提供依据，确保施工的安全，还可为隧道设计理论的发展积累经验，因而具有重要的意义。通过施工现场监测掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度，为评价和修改初期支护参数、力学分析及二次衬砌施作时间提供信息依据；通过信息反馈及预测预报来优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。为科研项目提供第一手的信息，为节省工程投资，提高浅埋大跨双连拱隧道的修建水平提供科学依据和技术保证，积累资料，为今后的设计提供类比依据等。（二）、监测项目及测点布置根据中华人民共和国行业标准：公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）隧道施工图设计中有关监测项目的设计，监测内容分为必测和选测两种： 监测项目 必测项目l 地质及支护状况观察描述l 净空收敛l 拱顶下沉l 隧道地表下沉l 锚杆拉拔力 选测项目围岩内部位移（原洞内埋设，为提高埋设质量，拟多投入费用，改为地表埋设）l 围岩内部位移（地表埋设）l 接触压力（围岩和初衬，初衬与二衬）l 钢拱架压力（或钢格栅支撑内力）l 衬砌内力l 锚杆轴力（内力）l 中墙内力l 拱与中墙的相对变位l 衬砌裂缝l 边坡稳定监测l 根据具体情况还可以选定其他的项目如地质预报等等 断面布置监测断面分两种：一般性监测断面；代表性监测主断面。一般性监测断面和代表性监测断面布设于正洞内。一般性监测断面的主要监测内容为中华人民共和国行业标准公路隧道施工技术规范（JTJ04294）和隧道施工图中规定的必测项目。代表性监测断面，主要监测项目为中华人民共和国行业标准公路隧道施工技术规范（JTJ04294）和隧道施工图中规定的必测和选测项目，代表性监测断面布置在隧道进出洞口、断层破碎带内及其与砂岩交接部位。 测点布置表1 各监测项目的监测仪器和测点布置原则序号监测项目仪器设备测点布设原则1地质及支护状况观察描述地质罗盘，数码相机按地质及支护状况布置2净空收敛坑道收敛计 BJSD-2型激光隧道限界检测仪上、下行线正洞每断面各布设6条3拱顶下沉高精度全站仪 BJSD-2型激光隧道限界检测仪上、下行线正洞每断面布各设3点，共6点。布设位置为拱顶中央及中央两侧各2m4地表下沉全站仪每条测线布设9点5锚杆抗拉拔力锚杆拉拔计每个断面至少测3根锚杆6围岩内部位移（洞内埋设，拟改为地表埋设）多点位移计上、下行线正洞每断面各布设1条。每条各4个测点7围岩内部位移（地表埋设）多点位移计中导洞及上、下行线正洞每断面顶部各布设1条。每条各4个测点。8接触压力（围岩与初衬间，初衬与二衬间仰拱压力盒、频率计上、下行线正洞每断面各布设4点。两种接触压力共14和8点9钢拱架压(应)力轴力计（钢应变计）、频率计上、下行线每断面各布设4点。共8点10衬砌内力钢筋应力计(应变计) 、频率计上、下行线每断面各布设7点，其中仰拱各3点。共14点11锚杆轴（内）力锚杆轴力计（钢筋应力计）、频率计上、下行线每断面各布设4条，共8条。每条各3个测点。12中墙内力钢筋应力计（应变计）、频率计布置4点13拱与中墙的相对变位测缝计、频率计根据具体情况布设14中墙或衬砌裂缝测缝计及简易测缝计、频率计根据裂缝情况布设布置如图：（四）、监测频率及监测进度计划安排 监测频率根据公路隧道施工技术规范（JTJ04294），各监测项目的监测频度与监测次数如表2。表2 各监测项目的监测频度与监测次数洞内埋设项目115d16d1个月13个月大于3个月量测次数地表埋设项目L2B2BL5B监测频度12次/天1次/2天12次/周13次/月32次 注：L开挖面距量测断面的距离，B隧道开挖宽度。实际测量频率根据前两次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快或出现危险事故征兆时，应加密观测。 监测进度监测安排根据工程进度而定，在隧道施工前进场，至地下工程施工完毕后两月结束。（五）、报警指标根据中华人民共和国行业标准：公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）规定，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比）为0.20%0.80%（具体数值会同业主、设计、监理、施工确定）。二衬施作则应在满足下列要求时进行： 各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定； 已产生的各项位移已达预计总位移量的80%-90%； 周边位移速率小于0.1-0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07-0.15mm/d。监测警戒值也可由设计单位提出，经有关单位认可后执行。（三）监测方法及测点埋设（一）、地质及支护状况观察描述观察并描述隧道围岩地质、地下水情况，衬砌支护情况。 使用仪器、材料、工具：地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、照相机或摄像机。（二）、净空收敛l 测点布设: 收敛量测是最基本的主要量测项目之一。与拱顶下沉点布置在同一断面。埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为4080mm，深为25mm的孔。在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可量测。l 量测。采用高精度全站仪或BJSD-2型激光隧道限界检测仪进行自动数据采集。（三）、拱顶下沉l 测点布设: 拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。在每个量测断面的拱顶中心埋设一自制的钢筋预埋件。埋设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量测。l 量测。采用高精度全站仪或BJSD-2型激光隧道限界检测仪进行自动数据采集。（四）、地表下沉 基点布设：埋设在隧道开挖纵横向各（35）倍洞径外的区域，埋设5个基点，以便互相校核，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程。 测点布设：在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑，然后放入地表测点预埋件（自制），测点一般采用2030mm、200300mm的平圆头钢筋制成。测点四周用砼填实，待砼固结后即可量测。 量测：用高精度全站仪进行观测。要求a）观测应在仪器检验合格后方可进行，且避免在测站和标尺有振动时进行；b）尽量选择在每一天同一时间内进行观测；观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定，且应每隔30天用精密水准测量的方法进行基点与水准点的联测，其误差不得超过0.5mm（n为测站数）。 数据简要分析：可绘制时间-位移与距离位移图，曲线正常则说明位移随施工的进行渐趋稳定。如果出现反常，出现反弯点，说明地表下沉出现点骤增加现象，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。（五）、锚杆拉拔力试验操作程序 使用前，在具有一定资质的实验室对仪器进行标定； 测试前，现场加工一块铁(或钢)垫板，中间孔径不小于锚杆直径，一侧带有凹槽，凹槽长、宽及厚度稍大于锚杆垫板的相应尺寸； 测试时，将预先加工的垫板放在锚杆垫板上，其带有凹槽的一面朝向岩石墙面； 将锚杆拉拔计的接口与待测锚杆的外露端连接紧固； 拉拔计百分表归零，然后人工摇动油泵手柄，使油泵压力逐渐升高； 油泵压力达到15吨，可停止继续加压，记录锚杆位置及油泵压力值，油泵卸压，如果油泵压力未达到15吨，锚杆破坏，则该锚杆可认为安装质量不合格； 量测结束，填写锚杆拉拔测试报表，检查核实后，上报主管部门。锚杆拉拔力最大值根据设计提供值最终确定。数据计算根据锚杆拉拔试验的油泵压力与试验标定数据或曲线即可换算出锚杆拉拔力。（六）、围岩内部位移（洞内埋设）用于监测隧道围岩的径向位移分布和松弛区域范围，获得决定锚杆长度的判断资料、隧道每一量测断面布设5组测点。 仪器设备 多点位移使用4点钻孔伸长计进行量测。它由四个钻孔锚头、四根量测钢丝、一个测筒、四个电感式传感器和它的量测仪器数字位移计组成。 测点安装 在预定量测部位，用特制直径140mm钻头，钻一深40cm的钻孔，然后再在此钻孔内钻一同心的直径为48mm的小孔，孔深由试验要求确定，钻孔要求平直，并用水冲洗干净。 矫直钢丝，并截成预定长度，将钢丝连接在钻孔锚头上。 把锚头末端插入安装杆，然后将锚头推进到预定深度，在操作时要注意定向，避免安装杆旋转，千万不能将安装杆后退，以免安装杆和锚头脱落。 紧固锚头，若用楔形弹簧式锚头，则用3050公斤力拉钢丝，如果锚头不滑动，即可认为锚头已经锁紧；若用压缩木锚头，则等待压缩木吸水膨胀后，亦用3050公斤力拉钢丝，若拉不动，则可认为锚头已经紧固。 重复以上2、3、4操作步骤，安装剩余锚头，每根钢丝必须穿过楔形弹簧式锚头上的环或压缩木锚头中间的铁管，要注意避免钢丝互相缠绕。 把与各锚头连接的钢丝分别穿过测筒上的各个导杆，并把测筒的上筒用固定螺丝、木楔及水泥砂浆固定在孔内，然后拉紧钢丝，并用螺母夹紧在各个导杆上，这时要注意调整导杆距离，使之有15mm的伸长量。 把下筒与上筒相接，并用木楔塞紧，若是电测下筒，还需仔细安装，调整电感式位移传感器的量程，并引出电缆，盖上盖板。当试验点离开挖面很近时，必须采取防护措施，以防止爆破飞石损坏电缆及测筒。 开始初读数（如果用百分表测读，应每次打开盖板）。为保证读数的稳定性，第一次读数的建立应不小于24小时。 开始阶段，每天应至少进行一次测度测读，随着开挖面的远离，测读间隔时间可以酌情延长。 量测与计算将钻孔伸缩计测筒上的电感式位移传感器与数字位移计连接，并打开位移计电源开关，即可进行读数。然后根据实际位移与读数的标定数字回归方程，即可算出钻孔伸缩计四个测点的实际位移。（七）、围岩内部位移（地表埋设）测试原理与多点位移监测（地表埋设）完全相同，只不过钻孔和设备埋设由地表进行。（八）、接触压力测点布设应把测点布设在具有代表性的断面的关键部位上（如拱顶、拱腰、拱脚、边墙仰拱等），每一断面宜布置8个测点，并对各测点逐一进行编号。分别埋设于围岩和初衬之间以及初衬和二衬之间。埋设压力盒时，要使压力盒的受压面向着围岩。在隧道壁面，当测围岩施加给喷砼层的径向压力时，先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上，再谨慎施作喷砼层，不要使喷砼与压力盒之间有间隙，保证围岩与压力盒受压面贴紧。 （九）、钢拱架应力和围岩应力布设在同一量测断面上，每环格栅钢拱架布设8组钢筋计，分别沿钢架的内外边缘成对布设。安装前，在钢拱架待测部位并联焊接钢弦式钢筋计，在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温，然后将钢拱架由工人搬至洞内立好，记下钢筋计型号，并将钢筋计编号，用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。根据钢筋计的频率轴力标