浅埋暗挖法适应性分析

第一章 合肥地区城市隧道浅埋暗挖法适应性分析

1.1 概述

浅埋暗挖法的技术核心是依据新奥法的基本原理，在施工中采用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合施工技术。

浅埋暗挖法根据土体的软弱程度，通过采取不同的支护方式、开挖方式、地层加固措施。各种工法对地层适应性状况见表1.1。

表1.1 各工法对地层适应性比较

浅埋暗挖施工中应坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针，这套施工要点准确地概括了浅埋暗挖施工技术。

“管超前”——在工作面开挖前，沿隧道拱部周边按设计打入超前小导管起超前支护作用，开挖后管与管之间的围岩有成拱效应，管棚本身形成很多简支梁对围岩起支撑和抑制围岩变形作用，以便提供一个能完成初期支护的时间。

“严注浆”——在打设超前小导管后注浆加固地层，使松散的砂砾等能胶结起来，以便在开挖后不引起坍塌。在导管超前支护后，立即进行压注水泥或水泥水玻璃浆液，填充砂层孔隙，凝固后将砂砾胶结成为具有一定强度的“结石体”，使周围形成一个壳体，增强围岩自稳能力。此外，严注浆还包括初支背后注浆和二衬背后注浆。

“短进尺”——每个开挖循环距离要短，这样才能做到开挖和支护时间尽可能短，且由于嵌制作用和纵向围岩暴露得少，确保了施工完全。

“强支护”——采用格棚钢架和速凝混凝土进行较强的初期支护，以限制地层变形，浅埋暗挖法的网喷支护承载安全系数取得转大，一般不考虑二次支护承力。

“早封闭”——开挖后初期支护要尽早封闭成环，以便改变受力条件。

“勤量测”——施工量测指地表沉降量测和洞内拱顶下沉与收敛量测。量测是对施工过程中围岩及结构变化情况进行动态跟踪的主要手段，是对威严和支护结构的变形监测，其信息及时而准确地反馈给设计施工主管部门，以便修改设计或采取特殊的施工措施。

在坚持这十八字方针的同时，浅埋暗挖隧道在设计、施工过程中要特别注意场地工程地质条件和周边环境，使施工方法和施工过程始终与工程地质条件和周边环境相适应。

1.1.1 一般要求

（1）控制围岩变形波及地面

变形量不仅包括由于开挖直接引起的围岩的沉降变形，而且包括由于围岩作用引起的支护体系的柔性变形和各阶段施工中基础下沉变位而引起的结构整体位移。为了避免破坏地面建筑物及地层内埋设的线路管网，保护地面自然景观，克服对地上交通的影响，更好地适应

周围环境的需要，必须严格控制地中及地表沉陷变形量。

（2）要求刚性支护或进行地层改良

为了抑制地中及地面的变形沉陷，浅埋暗挖法施工时，其支护时间必须尽可能提前，支护的刚度也应适当加大；必须选用适当的开挖方法、支护方式及施工工艺。另外，还应经常采用对前方围岩条件进行改良及超前支护等基本措施。

（3）通过试验段来指导设计和施工

如果工程场地周围环境及隧道所处地段地质非常复杂，在做出结构设计、施工方案、试验及量测计划设计后，往往需要选取地质条件及结构情况有代表性的一段工程作为试验段，先期开工。施工过程中，对引起的地中及地面沉陷变形、支护结构及围岩应力状态、地面环境受影响程度等情况进行观察、量测、分析和研究。根据试验段施工中所取得数据，还可以用反分析法获得更多更符合实际的围岩力学参数，并在此基础上进行力学分析计算。

通过对试验段施工的研究分析，对整体施工方案进行优化设计，对量测数据管理标准进行验证。

1.1.2 施工原则

（1）根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差；可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好，可用全断面开挖法。

（2）应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。

（3）应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二次模筑衬砌作业的配套机具，使施工程序化，为快速施工创造条件。设备投入量一般不少于工程造价的10％，否则难以满足工程质量和进度的要求。

（4）现场施工过程中的监控量测与反馈在浅埋暗挖法施工中非常重要，必须在施工组织设计中作为重要的工序进行规划和实施。必须采用先进的量测设备、方法和相应的处理量测资料的软件。

（5）工序安排要突出及时性，尤其在开挖后要认真做到及时喷射混凝土、及时量测、及时反馈、及时修正。地层较差时，应严格执行“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。

（6）提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高施工质量和速度。当前，许多施工队伍严重缺乏管理，施工质量差，极易造成塌方和大幅度沉降。

（7）在施工过程中，开挖、喷锚、装渣运输等工序将产生大量粉尘、噪音和有害气体，应加强通风、防尘措施及管理，并指定专人负责，做到文明施工，在洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。

（8）应采用网络技术进行工序时间调整，进行进度管理、安全技术组织措施管理、机械配套和维修管理、监控量测与反馈管理、质量检验管理、材料消耗管理、环境工程管理等，应配套容量较大的微机进行存储和分析。

1.2 水文与工程地质条件

1.2.1 地形地貌条件

合肥市是安徽省省会，位于安徽省中东部、江淮丘陵中部，江淮分水岭南侧，属江淮丘陵的一部分，区内地形呈微波状起伏，最大高差在40米左右。西部大蜀山孤峰突起，为本区的最高点，海拔高程282m 。区内由于南淝河以及自北向南来汇的两条南淝河支流-四里河、板桥河长期的流水侵蚀-堆积作用，本区河流地貌特征明显，以河谷为中心向两侧延展。 合肥市地貌类型划分为如表1.2所示。

表1.2 合肥地区地貌类型划分

1.2.2 地层

合肥市位于合肥断陷东缘中部，属华北地层区淮河地层分区。区内地层发育不全。基底仅见早元古代双山组，盖层为侏罗纪-第四纪地层。区内主要地层包括：早元古代地层、中生代地层、新生代地层、第四纪地层。

1.2.3 水文地质条件

合肥市属于中、新生界分布的波状平原区，地表分布着以粘性土为主的第四系松散沉积物，其下为侏罗系-第三系的红色碎屑岩类。第四系松散岩类所组成的冲积平原为现代河流所控制，地下水主要赋存于河漫滩相和河床相粉土夹透镜状砂层孔隙中，泥质胶结，其透水性和富水性差，地下水主要赋存于红层粗碎屑岩段、富钙层位的裂隙、断裂破碎带以及风化带中。

合肥地区为贫水区，地下水主要富存于新生界第四系、上第三系、下第三系松散岩类，中生界白垩系、侏罗系碎屑岩类及下元古界肥东群碳酸盐岩中。第四系分布广泛，覆盖于碎屑岩之上，含孔隙潜水和微承压水。由于中生代和新生代碎屑岩厚度大，局部结构松散，节理、裂隙发育。其富水程度受岩性、结构构造、胶结类型、胶结程度和裂隙发育程度以及断层构造等影响。在断层破碎带、构造裂隙发育地段，形成局部富水带。碳酸盐岩主要分布在区域东部及东南部低山、丘陵地带，其富水性主要受岩性、构造及岩溶发育程度等因素控制。

1.2.4 地层土体工程地质条件

合肥地区位于江淮之间，中生代断陷盆地所构成的内陆相红层的东南部，因此下伏基岩以粉细砂岩为主，第四纪晚更新世以来除古河道沉积了粘性土、少量砂类土之外，还堆积了大面积的冲洪积粘性土，之后，由于南淝河及其支流四里河、板桥河等的作用，又沉积了一套粘土类土和砂类土。

1.3 技术可行性分析

浅埋暗挖法作为城区地下隧道施工方法时，适用于不宜采用明挖施工且含水量较小的各种地层，尤其适用在都市城区地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布且对地表沉降

要求严格情况下修建地下工程；对于含水量较大的松软地层采取堵水或降水措施后也能适用。目前，采用浅埋暗挖法修建城市地铁主要受到地质条件、结构断面、地形条件等因素的影响。 特别是城市地铁采用浅埋暗挖法基本是在无水条件下施工，通常情况下，城市地下水位一般较高，水的影响往往是浅埋暗挖法施工成败的关键，而大深度、大范围降水可能会对周围环境造成破坏 (如导致地面沉陷、 地下水流失等) ，而且也是造价偏高的一个原因。 从理论上讲，只要采取适宜的辅助工法，浅埋暗挖法可以在任何地层中应用，但从经济和技术综合评价的角度出发，浅埋暗挖法对地层应有一个适用范围和条件。根据国内外的实践经验，浅埋暗挖法对地层的基本适用条件为：①无水作业。带水作业对浅埋暗挖法施工是非常困难的，开挖面的稳定性时刻受到水的威胁，甚至发生坍方。经验表明，涌水量在50L/min的隧道必须采取排除地下水或止水(灌浆) 或压气等辅助工法，把地下水、尤其是上层滞水处理好是非常关键的环节，这直接影响到浅埋暗挖法的成败。大范围的淤泥质软土、含水砂层、降水有困难或经济上不合算的地层，不宜采用浅埋暗挖法。②开挖面具有一定的自立性和自稳性。工程开挖后的自稳性与围岩的力学特性有关，与围岩的物理性质有关，与坑道涌水量有关，与覆盖土厚度有关。日本土木学会曾提出开挖工作面土体稳定的定量判别标准：土壤中的细颗粒含量小于或等于1000，且均匀系数小于或等于5的土壤，不具备自立性。我国对于土壤的自立性还未作出定量规定，但从定性上提出了要求：工作面土体的自立时间，应足以进行必要的初期支护作业。我国把开挖面前方对地层的预加固和预处理，视为浅埋暗挖法的必要前提，目的就在于加强开挖面的稳定性，增加施工的安全性。

1.4.1 工程地质条件适应性分析

合肥地区为贫水区，地下水主要赋存于河漫滩相和河床相粉土夹透镜状砂层孔隙中，泥质胶结，其透水性和富水性差。从地下水角度分析，合肥地区具备浅埋暗挖的基本水文地质条件。就合肥全区而言，地下一定深度处主要分布有粘土、粉土，性质较为稳定，淤泥质土体仅在浅部区域局部分布，因此，从土层性质角度分析，合肥地区具备浅埋暗挖的基本工程地质条件。

与此同时，浅埋暗挖法对断面结构形状适应性强, 不但可以轻易地做成圆形、 马蹄形、 矩形、 多跨联拱等形状, 而且对不同结构断面转化, 衔接都较容易。因此，在合肥地区采用浅埋暗挖法施工时，要因地制宜，根据场地工程地质条件，采用合理的断面结构形式，以保证施工安全。

1.4.2 地面沉降变形分析

浅埋暗挖隧道开挖时，地层岩体内原有的天然应力场将重新分布以达到新的平衡状态，隧道两侧壁产生减压区，压应力消失，隧道围岩聚集的弹性能将被释放出来，造成围岩被压碎并向开挖空间内突出。同时，隧道拱顶底部产生减压区，压应力被拉应力所代替。从而引起围岩被破坏，造成地下洞室附近地层移动与变形。具体而言，施工过程中地表沉降变形的主要原因有：① 开挖时因土体应力释放产生的位移；② 支护结构封闭成环前，上方土体和支护结构的整体下沉；③ 中隔墙拆除引起的支护变形；④ 施工中因地层失水引起的土体固结。

为了有效控制浅埋暗挖隧道开挖时的地面沉降变形，主要采取以下措施：

① 开挖控制

控制开挖产生沉降的方法包括隧道自身措施及地层处理技术。

② 超前小导管注浆控制

超前小导管注浆加固地层技术，是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜钻孔安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的，同时小导管还可起到超前竹棚预支护作用。

③ 初支背后注浆控制

隧道开挖后应及时进行初支背后注浆，填充初支背后的空隙，同时在注浆的过程中控制注浆压力并保持浆液凝固后仍保持一定压力，以便补充因隧道开挖而导致开挖面附近地层应力损失，以使地层能迅速实现应力平衡，缩短地层应力调整时间，即地层位移变形的收敛时间。

1.4.3 浅埋暗挖施工对地面建筑物的影响分析

城市工程浅理暗挖隧道工程施工不可避免地将扰动地下岩土体。对于浅理隧道情况，扰动范围波及到地表，形成施工沉降槽。施工沉降槽可能严重影响地面沉降和塌陷，从而导致道路路面破损，地下已有管道破坏以及其他建筑物、构筑物的损坏；地中土层的沉降和水平位移也将改变土中结构物的受力状态，引起结构物附加变形。

控制建构筑物影响程度的措施：

① 控制地下水

井点降水、深泵降水或注浆都可以降低地下水。无论采用哪种方法，成功控制地下水可显著减小开挖产生的土体运动。

② 控制施工中沉降对建构筑物的影响

修建隧道过程中将产生地层运动，很多方法可以用来保护受这种地层运动影响的地上及地下建筑物。最直接的方法是确保建构筑物在显著地层运动影响区范围外，因此隧道线路设计可认为是一种保护措施。另外一种用来减小地层运动对于建构筑物影响的方法是确定合理的隧道施工工序，合理的施工工序可以达到各阶段受力的合理转换，从而控制施工产生地层运动。

该类控制措施具体的方法包括：一是控制施上开挖产生的地层沉降；二是隔断沉降以减小开挖对建筑物的影响；三是结构自身加强措施。

1.4.4 浅埋暗挖工法对地下管线的影响及保护措施

城市地下工程要不可避免地经过客流密集的地方，因此，地下工程建设对于城市道路路面下埋设的各种市政管线的影响是不可避免的。地下开挖会使周围地层和地面产生变形，严重者会影响到管线的正常使用。因变形过大造成管线断裂、隧道涌水、基坑坍塌、道路中断、房屋倾斜等工程事故时有发生。所以，解决浅埋暗挖法施工中地下管线的安全保护技术问题己成为地下工程施工的重中之重。

对邻近管线的保护是一项系统的工作，包括施工前由施工、设计和业主单位组织进行的管线调查、管线受施工影响的安全性评价、管线变形监测及施工技术控制措施的运用和工程风险管理等多方面的内容。这些工作环环相扣，密切相关，每一项具体工作的开展是否落实到位，都直接影响到施工技术控制效果的成败。具体而言，地下管线的保护措施包括： ① 地下管线前后一定范围内格栅密排保护；

② 经过地下管线时，结合格栅加密范围，采用双排小导管注浆，加固开挖掌子面保护； ③ 经过地下管线时采用CD 法施工，设置中隔壁，保证开挖土体的稳定性及对沉降的控制；

④ 施工期间应注意对地下管线进行保护，并应采取必要的导流、防渗措施。

第二章 浅埋暗挖隧道设计技术

2.1 设计原理

浅埋暗挖法是应用岩体力学原理，以维护和利用围岩的白稳能力为基点，将锚扦和喷射混凝土结合在一起作为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形与松弛，使围岩成为人护体系的组成都分，形成了以锚杆、喷射混凝土和围省为一体的承载结构。通过现场量测及时反馈“围岩一支护”复合体的受力与变形及其变化，为二次支护提供合理的施作时机；通过监控量测及时反馈的信息来指导隧道和地下丁程的设计与施工。

2.2 土体加固设计方法

常用的土体预加固方法主要有：预注浆法、锚杆法、小导管超前加固、超前管棚、冻结法、地表垂直锚杆法、水平高压旋喷法及预衬砌法等等。人行地道地层预加固技术中，锚杆法、小导管超前注浆和管棚法是最常采用也是最有效的两种措施。

1）锚杆法

树脂锚杆支护是树脂锚固剂配以各种材质杆体的锚杆进行工程支护的锚杆支护技术。它具有承载快、锚固力大、可靠性强等显著特点。原则上支护首选树脂锚杆。

2）超前小导管

该方法的优点是能配套使用多种注浆材料，施工速度快，施工机械简单，工序交换容易。小导管前部应钻注浆孔，孔径为6～8mm ，孔间距为10～20cm ，呈梅花形布置。尾部长度不少于30cm ，作为不钻注浆孔的预留止浆段。

3）管棚

棚所用的钢管直径较大为Φl00mm ～Φ600mm ，长度亦较长，一般都在20m 左右； 插角不能过大 (一般≤5°)。

4）注浆

对于砂卵石地层，采用TGRM 分段前进式深孔注浆，在施工中，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工；

对于临时性注浆加固工程，采用双重管注浆技术，即采用双重管钻机钻孔至预定深度后从中空的钻杆内进行后退式注浆，注浆材料采用水泥一水玻璃双液浆，可实现了长距离的深孔注浆；

对于在隧道周围没有重要构筑物情况下的软土地层加固，采用) 水平旋喷注浆。

5）预衬砌法

技术主要应用于粘结力较小的软弱地层的大断面隧道和覆盖层较薄的隧道。

6）冷冻法

技术主要应用于涌水量较大的流沙层。

2.3衬砌支护设计

这种设计思想的施工要点可概括为管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈。

初期支护包括喷射混凝土支护、喷射混凝土+钢筋网支护、喷射混凝土+锚杆+钢筋网支护、喷射混凝土+锚杆+钢筋网+钢拱架支护、超前小导管(超前管棚)+喷射混凝土+锚杆+钢筋网+钢拱架支护等六种主要形式．支护参数(喷层厚度、锚杆长度、网径、钢拱架间距、超前小导管长度等) 和形式的选择是比较灵活的，应根据工程所处的工程地质与水文地质条件、工程的重要性等因素合理选择。

二次衬砌可根据结构形式、受力情况、地下水情况以及抗震等要求，确定是采用素混凝土还是钢筋混凝土，并进一步确定混凝土厚度和含筋率。

二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后才能施作，并应具备下述条件：

(1)隧道周边变形速率明显趋于减缓；

(2)水平收敛速度小于0.2 mm/d，拱部下沉收敛速度小于0.1 5 mm/d；

(3)施作二次衬砌前，累计位移值达到总位移值的80～90%；

(4)初期支护表面裂缝不再继续发展；

(5)当采取一定措施后，仍难以符合上列条件时，可提前施作二次衬砌，且二次衬砌应加强。

二次衬砌厚度为300～500mm 。

在跨度小于6m 的小断面中，一般采用C20混凝土，在大断面采用C25或者C30混凝土。

2.3浅埋暗挖隧道洞口设计技术研究

依据合肥地区地质条件，目前平洞施工主要以排桩支护为主；立井主要以立井格栅钢架加挂网喷锚支护等。

第三章 浅埋暗挖隧道施工技术

3.1概述

浅埋暗挖隧道施工运用“新奥法”基本原理，采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。浅埋暗挖软土隧道施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则。

3.2施工方案优化研究

浅埋暗挖法是采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力；采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；采用信息化设计与施工。

浅埋暗挖法施工原则

① 根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差；可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好，可用全断面开挖法。

② 应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。

③ 应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套机具，为快速施工创造条件，设备投人量一般不少于工程造价的10％。

④ 施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的工序。

⑤ 工序安排要突出及时I 生，地层差时，应严格执行十八字方针。

⑥ 提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高质量和速度。

⑦ 应加强通风，洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。

⑧ 应采用网络技术进行工序时间调整，进行进度、安全、机械、监测、质量、材料、环境管理。

浅埋暗挖施工方法的比较

浅埋暗挖各施工方法的比较见表3.1。

对于浅埋暗挖法隧道施工方案的优化应针对不同的地质条件、工期要求、环境保护要求和隧道的使用功能要求进行选择，不能一概而论。

表3.1浅埋暗挖施工方法比较

浅埋暗挖隧道洞口主要以一定坡度的平洞和竖井两种方式，依据合肥地区地质条件，目前平洞施工主要以排桩支护为主；竖井主要以竖井格栅钢架加挂网喷锚支护等。 排桩支护

为使工程顺利进行，达到快速施工的目的，排桩施工应注意的几点关键技术。

1、清除地下障碍物

施工时遇到大的卵石层、孤石、条石基础等，可采用套管护壁，先抽干套管内积水 然后用十字锤将其击碎后抓出。若较浅也可用人下去处理。若锤击不碎，也可人工下去埋设炸药，炸碎后用抓斗抓出。

2、导墙施工

导墙面应平整，以确保钻机基座水平，从而保证成孔的垂直度。导墙模板采用成品钢模或自制整体木模，钢管或型钢支撑，导墙混凝土浇注时两边对称交替进行，以防走模。

3、成孔垂直度检查和校正

成孔过程中控制好桩的垂直度，不仅利于桩体自身质量，也利于周边环境保护，施工过程中要做到：套管的顺直度检查和校正、成孔过程中桩的垂直度监测和检查、发现问题的纠偏等。

4、防止管涌

为了克服“管涌”现象，建议采用以下方法。

①轻抓减少扰动土层或在孔内预留部分松土或者降低混凝土塌落度等。

②在地下水丰富有活动水的砂层施工时，应尽量增加泥浆的比重，达到土压力平衡，起到防止管涌的作用。

③对于地下水位变化较大的情况可以采取加高护筒，以平衡护筒外的水压力。

④套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离，以便于造成一段 “瓶颈”，阻止混凝土的流动，超挖距离不应小于2m 。

竖井施工

由于浅埋暗挖隧道竖井（工作井）深度不大，结构形式对种多样，施工工艺也不尽相同，在此不一一赘述，仅就重点安全注意事项进行概述：

(1) 对于存在地下水的地区, 在施工前必须采取有效降水保证地下水位至少处于开挖面以下一定深度。 否则在施工中很难保证良好的降水效果。在砂性土地区降水应采用合格的抽水过滤设备，否则可能会导致抽水含砂量较大, 导致土体力学性能下降。

(2) 弃土堆积位置应远离井筒。否则会导致下层土体附加压力和孔隙水压力增大导致竖井下沉。

(3) 加强对施工措施的落实, 任何情况下不得随意改变施工工艺流程。

(4) 竖井施工前应做好对周边环境的调查和保护工作。

(5) 应做好竖井与平洞结合部位的土体与结构加固工作，避免再次出现问题。

3.4土体加固施工技术

浅埋暗挖隧道地表沉降量的30～40%，地下土层沉降量的 40～50%是在隧道初期支护产生作用之前发生的，所以，对隧道工作面前方的土体进行预加固和预支护，是非常重要的，是控制沉降的关键环节。

3.4.1超前锚杆支护

超前锚杆又分为悬吊式超前锚杆及格栅拱支撑超前锚杆。

悬吊式超前锚杆是在隧道开挖前，将超前锚杆打入掘进前方稳定岩层内，末端支承在拱部围岩内专为超前锚杆提供支点的径向悬吊锚杆，或支承在作为支护的结构锚杆上，使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方，有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌，为大断面开挖与喷锚支护创造了条件。施工中，因超前锚杆与悬吊锚杆的外露端往往不易直接相交，故以φ22的横向短钢筋焊在邻近的悬吊锚杆上，再焊在超前锚杆的末端上。 格栅拱支撑超前锚杆是将锚杆的末端支撑在格栅拱架上的一种开挖面前放土体加固方法。

超前锚杆的倾角α一般选用6°~12°，一般情况下，超前锚杆的横向宽度为内拱顶线的一半再加2m ，也可根据地质情况适当增减其布置范围，为提高支护效果，在靠近拱脚部位的超前支护的方向常分别向左右酌情外插。横向间距应根据围岩情况而定，一般为0.2~0.4m，如采用双层支护时，间距为0.4~0.6m。其上、下层应错开排列，其纵向间距应根据围岩类别、超前支护的长度、锚杆的截面尺寸及横向间距等因素综合考虑确定。一般可取100cm 或150cm ，最大不超过200cm ，其长度应根据地质情况，锚杆拉拔试验强度，钻孔机械类型，供给钢筋长度，开挖循环次数等因素综合考虑确定。一般多采用3.5~5m，最长为7.0m ，对围岩软弱的地方，可采用Ф8或Ф10的钢筋按间距0.1×0.1m2挂方格网，再喷射0.10~0.15cm厚度的混凝土，增强围岩的自稳能力。

3.4.2小导管注浆支护

小导管常与格栅钢架共同组成支护系统，小导管起双重作用：一是起超前管棚作用，二是起注浆管的作用。

超前小导管法的施工工艺流程为:钻小导管孔一压入小导管一注浆加固一小导管支护条件下进行开挖。其作用机理为:①小导管管体在拱顶围岩中的锚杆作用和棚架作用。②小导管预注浆形成加固圈, 发挥“承载拱”的作用。

注浆材料

根据不同的注浆目的注浆材料一般分为二类：第一类为注水泥砂浆，其主要作用为增强导管的刚度；第二类为注水泥浆或水泥—水玻璃双液浆等化学浆液，其主要作用为：

（1）通过浆液的化学作用，将坑道周围喷浆区的松散岩体在短时间凝固并达到一定自稳力，为掘进时的施工安全提供保障；

（2）浆液进入岩（土）体的空隙凝结固化后起防水作用。

水泥—水玻璃双液浆的固结时间一般为4小时左右，单液水泥浆的固结时间一般为8小时左右。

注浆压力

注浆压力是促使浆液在岩（土）层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩（土）内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。因此，在浆液的粘稠度固定的情况，注浆压力直接与岩（土）层的裂隙宽度和粗糙度、裂隙发育程度、裂隙水头压力有关。压力过高亦会劈裂岩（土）体，因此注浆压力一般控制

在0.5~1.0Mpa。

施工关键控制技术

○1钻孔前，应对不稳定的开挖面进行喷混凝土5~10 cm厚进行封闭。

○2钻孔直径应较管径大20mm 以上，环向间距40cm ；外插角采用10°，纵向搭接长度不小于1.0米。

○3小导管插入后外露一定长度，以便连接注浆管，并封紧孔口。

○4水泥采用新鲜的普通硅酸盐32.5或以上等级的水泥；砂采用＜2.5mm 中细砂。膨胀剂采用微膨胀剂，补偿水泥砂浆硬化收缩量；注浆配合比由试验室选定。 注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求。

○5小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力控制在0.5Mpa~1Mpa，止浆塞应能经受注浆压力。

○6小导管注浆扩散半径为0.5米。充填率考虑为20%，作为计算一个眼的注浆量。 ○7控制注浆量，即每根导管内已达到规定的注入量时，就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，亦应停止注浆。

○8注浆结束后，应作一定数量的钻孔，检查注浆效果。如未达到要求，应进行补注浆。

3.4.3水平旋喷支护

水平旋喷注浆法, 是在土层中水平(亦可作小角度的俯、仰和外斜) 钻进成孔, 注浆管呈水平状, 喷嘴由里向外移动进行旋喷、注浆。可适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地层对于含大粒径块石、大植物有机质、以及地下水流速过大和已涌水的场地, 应根据现场适应结果确定其适用性。

在浅埋暗挖隧道施工中水平旋喷法加固底层具有：(1)在隧道开挖之前, 于掌子面前方构筑拱形刚性体, 减轻了传到掌子面和支护上的荷载, 控制开挖引起的变形； ( 2)因旋喷土体形成了改良的强度高的改良体, 支撑了上部荷载, 控制了不良地层的坍塌等现象； (3)因采用专门的机械设备施工, 可根据需要控制水泥桩体的直径, 要求旋喷直径较大时, 可采用复喷、定喷、摆喷等工艺相结合, 或加大喷射压力, 或适当放慢回提速度等, 使之满足预定的设计要求； (4)水泥的用量及切削土体的方向可以控制, 旋喷桩重叠比较规则, 形成的衬砌体较固结注浆形成的衬砌体均匀, 且强度也高； (5)因允许有较大的浆液溢流和回灌补浆, 可以有效控制地面隆起和旋喷桩断桩或凹陷等现象的出现。

一、水平旋喷法的设计

水平旋喷作为一直新兴的岩土加固技术, 目前尚无统一的设计规范, 根据《建筑地基处理技术设计规范一》中有关商压喷射注浆法的设计要求, 高压喷射注浆法的设计应根据半经验半理论的方法加以判断、确定, 有条件的可以针对施工地层进行现场试验, 以确定旋喷桩的桩径、强度与地层间的关系因此, 水平旋喷桩设计应遵循以下原则：

1. 水平旋喷桩的设计要考虑多方面因素, 场区土层条件、水文地质条件、地面荷载条件、墓础埋深以及基础结构断面各项参数、施工方法等等。综合考虑施工参数对加固区变形的影响, 在确保地表结构安全使用的同时, 保证施工的安全在设计时综合考虑各种因素条件下, 力求面面俱到。

2. 对于复杂环境条件下岩土加固的问题, 对水平旋喷桩的长度、水平旋喷桩施工的精度等有很高的要求, 这样, 在设计水平旋喷桩时必须考虑工艺的可行性, 以满足施工要求, 保证工程进度。

孔位布置设计

孔位布置方式根据工程性质确定, 一般应现根据地层、设备等因素, 确定水平旋喷桩的直径大小, 根据直径大小考虑孔位布置，根据经验常采用2个旋喷孔之间距离1.5倍为旋喷桩直径进行旋喷桩孔的布置。一般设计桩径相互搭接不宜小于300mm 。喷射管分段提升的搭

接长度不得小于200mm 。通常前后拱棚的搭接长度为2～3m 。在普通硅酸盐水泥浆中掺入2%～4%的水玻瑞, 可显著提高固结体的抗渗性。 二、施工关键技术

1. 传统的垂直旋喷在施工精度上主要控制的方面有浆液质量、桩体强度、承载力及桩径、桩位、桩长等等, 水平旋喷施工工法的精度控制不仅包括垂直旋喷工法里相关内容, 而且还应包括上倾角度、搭接位置、桩体空间分布等等。

由于桩体呈水平布置, 施工时应主要桩端位置的固定, 及时做好搭接处理, 以免由于上方土体的作用, 造成桩体挠度较大。施工时水平旋喷桩较长, 应注意水平旋喷桩体的空间分布, 水平方向上应注意钻进过程保持钻杆给进一致, 以免造成窜桩无法钻进或旋喷等现象。还应注意水泥浆液的性能, 如水泥浆体的强度、耐久性、防渗等等。

2. 孔口溢流是水平旋喷桩施工的关键部分, 与垂直旋喷桩不同, 水平旋喷桩施工时往往具有一定的上倾角度, 如果不控制好孔口的返浆溢流则会造成无法成桩或成桩失败等现象。孔口的返浆溢流不应过大, 溢流过大, 孔内浆液无法充分填充旋喷所产生的孔洞部分, 造成桩体有空洞的现象, 桩体达不到强度要求溢流过小, 则又会使得孔内压力过大, 造成周边土体变形, 地面隆起等不良现象。因此, 施工时因结合现场的参数, 采用合理的止浆方式, 做到根据实际的情况来处理止浆。

3.为确保旋喷桩的成桩质量, 设计旋喷桩长度不宜太长, 在旋喷工艺设计上, 如果设计要求桩体长度较大, 应在旋喷桩的末端适当增加旋喷时间和旋喷注浆压力。

4. 为防止旋喷桩柱体下倾, 给隧道外扩掘进增加工作量, 根据地层条件合理确定拱棚仰角, 一般设计仰角在3°～5°。

5. 高压旋喷注浆施工工艺参数的选择与设计, 是控制旋喷桩体质量的保证。目前用于水平旋喷注浆主要是以单管高压旋喷施工法, 它与垂直旋喷注浆法施工工艺大致相同, 压力、泵量、提升速度、转动速度、喷嘴类型与直径、土层情况和喷浆材料等, 是影响和决定旋喷桩质量的主要施工参数。

6. 相邻旋喷段水泥桩体搭接长度的设计。经现场取样测试水泥土的抗压强度, 为确保旋喷水平拱棚的承载强度, 应尽可能增大相邻拱棚的搭接长度, 特别当旋喷桩长度较长时。通常前后拱棚的搭接长度为2～3m 。 3.4.4超前管棚支护

超前管棚支护是在拟开挖的隧道、地下洞室等开挖外轮廓周边上, 间隔一定的间距, 沿洞轴以一定的外插角钻孔, 安装惯性矩大的钢管, 然后进行注浆固结的一种预支护措施。

管棚法的施工工艺流程为:设置管棚基地一水平钻孔一压入钢管(必须严格向钢管内或管周围土体注浆) 一管棚支护条件下进行开挖。 工艺流程及工作原理

其工作原理为:①通过管棚注浆, 使拱顶预先形成加固的保护环。预加固环发挥“承载拱”的作用, 承受拱上部的地面荷载和岩层重量, 使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力, 从而创造了理想的开挖条件。②当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时, 加固环的变形变小, 传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小, 同时通过环形固结层与管棚, 将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接, 形成整体支护, 有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。

管棚受力荷载的确定 管棚受力荷载的确定，是进行管棚受力分析的关键环节，其包括作用范围和作用分布的确定。由于围岩分布的不均匀性，其性质、结构构造、埋深等各个方面的因素影响着围岩压力的性质、大小和分布。使得确定管棚的受力荷载变得困难和复杂。在学术界也存在着很多争议，不同的研究者有着不同的荷载计算方法。

对于粘性土和非粘性土可以采用不同的计算方法确定隧道开挖引起的扰动范围。对于粘性土而言，适宜采用圆域法，假定土体为各向同性的均质材料，工作面开挖产生的土体应力释放是各向相同的，且呈现球对称分布。

普氏理论认为，当隧道为圆形或正方形，土层为破碎或软弱土层或砂土层时，根据松散体理论，有衬砌时洞室围岩侧壁的崩塌只可能发展到与垂直线成 的斜面，可得压力拱跨度为：

管棚超前支护参数的选择 布设形式的选择

a 、扇形布设:用于隧道断面内地层比较稳定, 但拱部附近的地层不稳定的场合。此外, 在软弱地层中为了控制地表沉降、减小支护结构的受力时, 也大多采用此种布设, 扇形角度可根据工程类比和具体研究确定, 常有120度和150度布设法。 b 、半圆形布设:用于隧道下半部分地层稳定, 但起拱线以上的地层不稳定的场合。此外, 即使地层比较稳定, 但是地表周围有建筑物、埋深很小时, 也大多采用此种布设。

c 、门形布设:用于拱顶直墙断面和矩形断面中的隧道基础稳定, 但断面内及上部地层不稳定情况。

d 、全周布设:用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等极差的场合。但是不提倡采用全周布设, 用垂直底部和边墙的锚杆注浆取代, 效果更好。

e 、上部一侧布设:隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需要防护, 或斜坡地形可能形成偏压时采用。 f 、上部双层布设:用于隧道上部有重要设施, 拱部地层是崩塌性的、不稳定的地段, 或地铁车站等大断面隧道施工或突水段施工时采用。

g 、一字形布设:在铁路、公路正下方施工, 或在某些结构物下方施工时采用。

2、管棚长度的确定:管棚长度的确定, 应视隧洞所处地形、地质及地面建(构) 筑物状况而定。在地质条件预计比较复杂的情况下, 为慎重起见, 应该沿着隧道轴向进行试验钻孔, 以取得更详细的数据来决定管棚的施工区长度。常用长度为10~35m,由4~6m的无缝钢管采用丝扣连接而成。最近也有长度超过100m 的记录。

3、钢管的选择目前的管棚分为3大类:a、管径小于129mm 的为小管棚体系；b 、管径为129~299mm的为中管棚体系；c 、管径大于300mm 的为大管棚。小管棚的作用主要起加固围岩和扩散围岩压力的作用；大管棚可以近似为刚性结构；而中管棚则介于两者之间。

4、钢管环向布设间距的选择钢管环向布设间距对防止上方土体塌落及松弛有很大的影响, 施工中需综合考虑。一般采用的间距为2.0~5.0倍的钢管直径；在铁路、公路及重要结构物下方时, 可采用搭扣或连续布设方式。 管棚施工关键技术 (1)疏排地表水：洞口仰坡稳定地层, 增设环型截水沟一道, 拦截地表水；建立排水系统, 使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围, 以防积水下渗。 (2)施作大管棚导向墙：洞口管棚施工前, 应浇筑导向墙, 导向墙在洞口衬砌外轮廓线以外施作。导向钢管沿拱圈环向布设间距、位置及方向应准确。严格控制钻孔的平面位置。管棚不得进入隧道开挖线内, 相邻钢管不得相撞。 (3)根据导向墙中预埋的导向钢管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙, 以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。

(4)钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进, 当钻至砂层易塌孔时, 应加泥浆护壁方可继续钻进； 如不能成孔时, 可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。钻孔速度应保持匀速, 特别是钻头遇到夹泥夹沙层时, 应控制钻进速度, 避免发生夹钻现象。为避免钻杆太长, 钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现

象, 开钻上挑角度控制在1°~ 3°之间, 并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。钻孔完结后, 先把套管内孔注水清洗洁净, 再把钻杆取出。套管仍保留在孔内供护孔作用。 （5）管棚安装完毕后, 即可注水泥浆, 利用浆液的渗透作用, 将周围岩体预先加固及堵住围岩裂隙水, 既能起到超前预支护的作用, 同时又加强了管棚的强度和刚度。 （6）每根管的注浆结束与否, 应以注浆压力来控制, 当注浆压力持续升高, 接近或达到注浆预定压力时, 该管注浆才可结束。 3.5浅埋暗挖隧道开挖技术

浅埋暗挖法的施工方法根据隧道断面设计和地质情况目前有中洞法、侧洞法、柱洞法和PBA 法（洞桩法）等几种施工方法。无论何种方法，其主要原则均为减少一次开挖断面、早期支护、减少变形和方便施工。

软土隧道施工运用“新奥法”基本原理，采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。浅埋暗挖软土隧道施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则。

在浅埋暗挖软土隧道施工中，应注意以下几个个问题：

（1）减小对开挖土体的扰动和对土体的加固是关键，施工中采用管棚结合小导管注浆加固的方法，能很好地解决扰动土体的加固，保证了隧道的洞身稳定和地面沉降。

（2）支护要及时。围岩开挖后，地层松动，其承载能力下降，若支护有及时，则会增加作用在支护结构上的荷载，直至坍塌，早支护不仅能减少支护结构的荷载，还能抑制地层的过大变形。

（3）开挖过程中，锁脚锚杆的施设和初期支护背后注浆，对控制变形有很好的作用，施工中应加强。

（4）作为初期支护中的喷射混凝土厚度要合理，用增加喷射混凝土的方法来加强支护效果不明显，一般应控制在20~30cm。

（5）当隧洞开挖跨度较大、分部较多时，临时钢支撑对洞室的稳定、保证施工安全和控制地表具有重要作用。

（6）对于松散或软弱地质条件下开挖隧道，应对掌子面喷射2~3cm后混凝土，从而保证施工过程中掌子面稳定。

(7)加强监控量测, 及时反馈信息, 及时调整支护参数。 3.6初衬施工技术

初期支护在每步开挖后及时进行，主要有初喷、安装格栅、焊接钢筋、挂网、喷射混凝土等工序。格栅加工、安装及挂网格栅挂网安装在每步开挖后及时进行。在施工中易忽视是的主要关键技术如下：

(1) 采用小导管加密注浆在, 稳定了掌子面土体。

(2) 掌子面应采用超前洞内排水措施使降水曲面始终处于可控状态, 为初衬的顺利实施创造了有利条件。

(3) 通过加强初衬强度和刚度, 确保拆撑后结构安全, 有效地减小了地表沉降。 (4)初喷作为封闭工作面, 一般喷层厚度3~5cm, 在开挖后立即进行。

(5)喷射混凝土由下向上分段、分片、分层级旋式喷射。每段长度按循环进尺。 (6)初支回填注浆 由于喷射混凝土下坠、混凝土收缩等原因, 造成拱顶开挖面与初期支护混凝土之间有一定的空隙为了保证拱顶部位密实, 必需在初期支护后及时进行拱背回填注浆。初期支护在拱背每隔2m 安装足够数的注浆管, 环向间距1m 。回填注浆为水泥浆, 水灰比宜为0.5~1.0。 3.7工序转换引起结构体系变化

浅埋暗挖隧道施工，由于马头门施工、二衬的施工会导致竖井、初衬和二衬结构体系发

生变化，从而影响隧道结构安全。

一、竖井进入横通道（马头门）施工

马头门的破除会导致井壁结构的应力集中。马头门开巷后, 竖井井筒的纵向位移与马头门巷道围岩的位移, 无论从数值上, 还是方向上都是无法一致的, 这是由于它们的变形源自于两个不同的系统。但这种变形的不协调性, 在井筒与马头门连结部位引起严重的压应力和剪应力集中。当连结结构强度较低时, 它就被首先破坏, 当连结结构强度远高于井壁或马头门支护结构的强度时, 就会造成井壁或马头门支护的首先破坏。 二、水平硐室连接处施工应起的结构受力体系变化

水平硐室向与其交叉连接隧道施工首先会导致原有隧道支护结构断面削弱，引起隧道转角处应力集中，同时教原有隧道的近似平面应变受力体系转化为空间受力体系。使新的受力体系与原有计算模型产生较大的误差，从而影响隧道施工安全。 三、另时支撑拆除时应起的初衬受力体系的变化

隧道在施工二次衬砌前由于考虑防水或施工方便问题，一般会拆除部分另时支撑，总所周知结构弯矩或结构内里与构件跨度的平方成正比、与垂直方向宽度也成正比。也就是受结构弯矩或结构内里与长度单位的三次方成正比。如果初衬强度不足，虽然在隧道掘进过程中是安全的；但在另时支撑拆除时，初衬结构内里会成数量级增大，从而导致初衬结构破坏。

第四章 浅埋暗挖隧道施工监测技术 4.1浅埋暗挖隧道监控量测项目分析 表4.1 监控量测项目及方法

4.2 浅埋暗挖隧道工程监测 1） 拱架应力监测

采用网构钢拱架时，多选用钢筋计和接收仪器进行监控量测。钢拱架应力监控量测的测点一般沿钢拱架外缘或主筋弧长，每间隔一定距离布设，一般在拱顶、拱脚、墙中、墙脚和仰拱中部等关键部位布点。 2） 拱顶下沉

拱顶下沉检测值是反映地下工程结构安全和稳定性的重要数据，是围岩与支护受力状态最为直接和明显反映。

拱顶下沉量测采用精密水准仪、钢圈尺及精密水准尺进行量测。在隧道开挖毛洞的拱顶设置带挂钩的预埋件作为测桩，埋设前先用小型钻机在待测部位成孔，然后将测桩放入，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。在实际工程中，为了便于测点布置和保护也可将监测点焊牢在初衬的钢拱架上。 3）净空水平收敛测试

净空收敛也是反映围岩与支护结构力学形态变化的最直接、最明显的参数，通过监测可了解围岩和支护结构的稳定状态。

与拱顶下沉测点布置在同一断面上。每5m 一个断面，每个断面测点2对测点。围岩周边收敛可采用收敛仪进行量测。围岩周边收敛与拱顶下沉布置在同一断面上，以便进行数据分析。

4）围岩与支护结构间压力监测

土压力是直接作用在支护体系上的荷载，是支护结构的设计依据。因此，对于重要的浅埋暗挖地下工程，需开展围岩接触压力监测。但是，压力监控量测设备和监测方法存在一些问题，使得在实际工程中监控量测结果对于施工和设计的指导意义较小。

在平面上，土压力盒应紧贴监测对象布置；在立面上，应考虑土压力图形，在不同性质的土层布置土压力盒。土体压力监测选择在支撑处中点和水平位移最大处。 5）二次衬砌内力监测

采用钢筋计监测钢筋应力，然后通过钢筋与混凝土共同工作、变形协调条件反算支护结构的轴力和弯矩。监测断面应选择在支护结构出现弯矩极值部位。在平面上，可选择支护结构位于两支撑的跨中部位、开挖深度较大以及水土压力或地表荷载较大的地方。若能取得支护结构弯矩设计值，则可参考最不利工况下的最不利截面位置进行钢筋计的布设。 6）地面沉降变形监测 地面沉降测点，通常是施工前在结构对应的地面沿纵向结构中线位置间隔一定距离提前布设的，以监控量测工程开挖过程中地面沉降变化的全过程。为了解地面沉降在垂直地下工程横向方向的影响范围，一般选择若干个有代表性的监控量测主断面，按照一定间隔布设监测点开监控量测，布点范围为2.5~3.0倍洞径（一侧布点宽度），测点间距为2~5米。测点的纵向布设长度一般为5~20米，间距一般和拱顶下沉测点相对应，并结合实际工程情况适当调整。

7）深层土体位移监测

深层土体位移监测可分为水平位移和垂直位移监测。深层土体垂直位移监测点一般在地下结构中线（拱顶）所对应的地面提前钻孔布设，以测试施工全过程的动态变化。根据工程的重要程度以及结构跨度大小，可选择一个测点或多个测点，并纵向选择3~5个有代表性断面布设测点，以便相互对比验证。在每个测控内沿深度方向每间隔一定距离设置一孔内测点，监控量测不同深度内变化情况。深层土体垂直位移可用多点位移计量测。

水平位移监测是指在浅埋暗挖地下隧道为了防止在施工过程中对周围建筑物基础影响过大，来掌握开挖过程中地下结构两侧土层的松动范围和变化规律而进行的水平位移监控量测。水平位移监测点一般在结构两侧的地面提前钻孔布设。钻孔与结构的距离一般为2~3米。测点纵向布设应结合周围建筑物具体位置确定。深层土体水平位移可用测斜仪量测。

8）相邻建筑物的沉降、倾斜以及裂缝

在地下工程施工前，应对施工现场周围建筑物开展详细调查，根据建筑物的历史年限、使用要求以及受施工影响程度，来确定具体监测对象、监测内容和监测方法。建筑物调查项目和内容主要有：建筑物概括；建筑物规模；设计图、地质钻孔柱状图、施工图等；基础、地基资料和地下水位；建筑物材料等。

沉降监控量测点的位置和数量应根据建筑物结构特征、基础形式和地质条件等因素综合考虑。为了能够客观反映沉降值和沉降规律，监测点应埋设在沉降差异大的地方，一般可埋设在建筑物的四角处，高低悬殊或新旧建筑物连接处，伸缩缝、沉降缝和不同埋深基础的两侧，框架结构的主要柱基上。

倾斜监测就是对建筑物的倾斜度、倾斜方向和倾斜速率进行监测。倾斜监测可根据不同的监测条件和要求选用下列不同的方法：当被测的建筑物具有明显的外部特征点和宽敞的监测场地时，宜选用投点法、测水平角法；当被测建筑物内部有一定的竖向通视条件时，宜选用垂吊法、激光垂直仪监测法；当被测建筑物具有较大的结构刚度和基础刚度时，可选用倾斜仪法和差异沉降测定法。

宽度裂缝监测需要做些相关的前期准备：了解被监测建筑物的设计、施工和使用情况；现场踏勘，记录建筑物已有裂缝的分布位置和数量，测定其走向、长度、宽度和深度；分析裂缝形成原因，判别裂缝的发展趋势，选择主要裂缝最为监测对象。 9）地下管线沉降变形监测 在制定地下管线监测方案之前，应首先调查与管线监测管线的相关资料。可通过工程建设单位和相关管理单位进行调研，收集地下管线图纸；在缺少地下管线布置图纸资料情况下，需要采用管线探测仪进行现场勘查来获取管线资料。主要包括以下几个方面：管线用途、材料和规格；管线的平面位置、埋置深度和埋设年代；管线接头形式；相关管理部门对地下管线的沉降变形允许值。

地下管线监测点重点布置在煤气管线、给水管线、污水管线、以及大型雨水管线上。测点布设在管线接头处或者对位移变化敏感的部位，可沿着管线延伸方向每10~15米布设一个测点。目前，地下管线测点主要有以下设置方法：（1）抱箍式。是由扁铁做成抱箍固定在管线上，抱箍上焊一测杆，测杆不应高出地表。抱箍式测点特点是监测精度高，能如实反映管线变形情况，但埋设时必须进行开挖，这样对于交通繁忙的路段影响很大。（2）直接式。用敞开式开挖和钻取土的方法挖至管线顶表面，露出管线接头，在凸出部位涂上红漆或者焊接螺帽等作为测点。直接式测点主要用于沉降监测，其特点是开挖量较小。 10）孔隙水压力的变化监测

孔隙水压监测一般采用孔隙水压力计。埋设方法与土压力盒埋设相似，一般可采用钻孔法和埋置法。如果所测地层土质较软，则可用压入法进行埋设，即用外力将孔隙水压力计缓缓压入至埋设标高；如土质稍硬，则可先用钻孔法钻入一定深度后，在用压入法将仪器置于埋置标高。无论采用哪种方法埋设，都要不可避免扰动土层，使得初始孔隙水压发生变化，为使这一变化对后期测量数据的影响减小至最低限度，一般应在正式测量前一月开始埋设。 11）地下水位变化

在地下工程开挖施工中，常采用井点降水措施使得地下水位发生变化。因此对地下水位进行监测，了解施工过程中地下水位变化。开展水位监测的作用为：来检验降水方案的实际效果，如降水速度和降水深度；控制地下工程施工降水对周围地下水位下降的影响范围和程度；防止地下工程施工中的水土流失。检验降水效果的水位孔布置在降水区内，一般将测点布置在代表性的隧道断面，隧道两侧各布一个测孔，水位孔的深度应在最低设计水位之下。水位孔一般采用小型钻机成孔，孔径应略大于水位管直径。在施工前由水位计测出初始水位H0，在施工过程总测出水位高程为Hn ，则高差ΔH=Hn- H0，即水位变化值。

4.3 控制基准确定的原则

监控控制基准值是为确保被监测对象安全而确定的允许最大值。在监测过程中，一旦监测数据超过控制值，应在监测报表中清晰标注出，并及时通报业主、施工方和监理方，给予警报。监控标准值确定一般参照以下原则：

（1）监控标准值必须在监测实施前确定，由建设、设计、施工、监理和监测和市政等相关单位召开监测方案会议，根据具体的水文地质条件、周围环境和地下工程特点共同确定。 （2）对于结构安全控制值，应满足设计计算中对强度和刚度的要求，一般应小于或等于设计值。

（3）有关周围环境保护的基准值，应考虑被保护对象（如周围建筑物、地下工程和地下管线等）主管部门所提出的要求。

（4）监控基准值的确定应具有工程施工的可行性，在满足安全的前提下，应考虑提高隧道开挖速度和工程的经济性。

（5）监控基准值应满足现行的相关设计、施工法规、规范等要求。

（6）对于目前尚未明确规定基准值的监测项目，可参照国内外相似工程的监控资料来确定。

（7）在监控量测过程中，当发现某一监测项目超过监控基准值时，应及时通知相关单位，并和相关单位一起分析研究，必要时也可对监测基准值作适当调整。 表4.1 拱顶下沉控制基准值

法国根据其国内外施工经验，对断面为50~100m2的隧道规定作出各种埋深条件下的拱顶和地面允许下沉值，如表2所示：

表4.2 法国不同埋深拱顶和地面下沉控制基准值

在上述各种情况下，如果位移速率没有明显的收敛趋势，则说明可能会产生超过位移基准值的较大位移，甚至发生崩塌事故。

我国铁路隧道采用允许相对位移值的方法。隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的最终位移值均应小于《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）规定值，如表4.3所示。当位移速率无明显下降，而此时实测相对位移值已接近表4.3规定值，或者支护混凝土表面出现明显裂缝时，必须采取补强措施并改变施工方法或设计参数。

表4.3 洞周允许相对收敛值（%）

城市地下工程施工时，施工引起的地层变形可能导致周围附近的地面建筑物发生破坏。地下工程施工导致的地层沉降差引起的建筑物倾斜，是判断建筑物安全性的重要标准，表4.4. 为地层沉降差和相应建筑物的反映。 表4.4 地层差异沉降和相应建筑物反应

4.4 监测数据分析及管理 1) 监测数据分析

为了真实、及时、准确的反映施工现场信息，监测数据历经以下过程：①测点埋设→②数据采集→③数据收集→④数据输入→⑤绘制曲线→⑥输入计算机→⑦生成图表→⑧信息反馈。

(1) 应及时对现场量测数据绘制时态曲线(或散点图) 和空间关系曲线。

(2) 当位移-时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律。根据现场量测的位移－时间曲线进行如下判断： 当 时，说明变形速率不断下降，位移趋于稳定；

当 时，说明变形速率保持不变，应发出警告，及时加强支护系统；

当 时，则表示已进入危险状态，须立即停工，采取有效的工程措施进行加固。

(3) 当位移-时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。

(4) 埋设量测元件情况和量测资料，均应整理清楚报监理工程师核查，并作为竣工交验资料的一部分。

(5) 根据量测结果进行综合判断，确定变形管理等级，据以指导施工。变形管理等级见

表4。

表4.5变形管理等级

2) 监测管理

为保证量测数据的真实可靠及连续性，需要采取以下措施： (1) 量测人员相对固定；

(2) 仪器的管理采用专人使用专人保养，专人检验的方法；

(3) 量测设备，传感器等各种元器件在使用前均经检查校准合格后方投入使用； (4) 量测数据均经现场检查，室内复核两次检查后方可上报； (5) 量测数据的存储计算管理均采用计算机系统进行；

(6) 各量测项目从设备的管理，使用及量测资料的整理均设专人负责。 (7) 由仪表量测的数据记录在专用的表格上，原始记录表格存档以供需要时查用。监测日报表及时提交给业主、监理方、施工方和设计方。所有数据均输入计算机，用专门程序进行计算处理，必要时出专门分析简报。

在监测过程中遇到监测数据异常或观察到围岩或支护出现不稳定迹象时，应立即口头汇报给监理工程师，并在24小时内提出书面报告和相应建议。 (8) 监测技术负责人参加工程现场会，汇报最近一段时期的监测情况，分析数据变化的趋势。严格按有关各方讨论的具体报警值分两个阶段报警。当监测值超过预警值的80%时，在日报表中注明，以引起有关各方注意。当监测值达到预警值，除在日报表中注明外，专门出文通知有关各方。

在施工过程中，除按规定及时提交观测成果外，还应实时综合分析量测结果，利用目测和量测结果对隧道设计、施工提出合理的建议。在提出建议时，必须论证充分，不同量测项目的量测数据能够相互印证。