1、隧道施工監(jiān)控量測與測試長安大學公路學院隧道與巖土系李寧軍第一節(jié) 概述 隧道施工過程中運用各種類型的儀表和工具，對圍巖和支護、襯砌的力學行為以及它們之間的力學關系進展量測和察看，并對其穩(wěn)定性進展評價，統(tǒng)稱為監(jiān)控量測。 1、隧道監(jiān)控量測的必要性： 隧道工程作為工程建筑物，受力特點與地面工程有很大的差別。 隧道在開挖支護成形運營的過程中，自始自終都存在受力形狀變化這一特性。2 2、施工監(jiān)控量測的目的和義務、施工監(jiān)控量測的目的和義務 經(jīng)過監(jiān)控量測了解各施工階段地層與支護構造的動態(tài)變化，經(jīng)過監(jiān)控量測了解各施工階段地層與支護構造的動態(tài)變化，判別圍巖的判別圍巖的 穩(wěn)定性、支護、襯砌的可靠性；穩(wěn)定性、支護、襯

2、砌的可靠性； 用現(xiàn)場實測的結果彌補實際分析過程中存在的缺乏，并把用現(xiàn)場實測的結果彌補實際分析過程中存在的缺乏，并把監(jiān)測結果反響設計，指點施工，為修正施工方法，調整圍巖級別、監(jiān)測結果反響設計，指點施工，為修正施工方法，調整圍巖級別、變卦支護設計參數(shù)提供根據(jù)；變卦支護設計參數(shù)提供根據(jù)； 經(jīng)過監(jiān)控量測對施工中能夠出現(xiàn)的事故和險情進展預告，經(jīng)過監(jiān)控量測對施工中能夠出現(xiàn)的事故和險情進展預告，以便及時采取措施，防患于未然；以便及時采取措施，防患于未然； 經(jīng)過監(jiān)控量測，判別初期支護穩(wěn)定性，確定二次襯砌合理經(jīng)過監(jiān)控量測，判別初期支護穩(wěn)定性，確定二次襯砌合理的施作時間；的施作時間； 經(jīng)過監(jiān)控量測了解該工程條件下

3、所表現(xiàn)、反映出來的一些經(jīng)過監(jiān)控量測了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點，為今后類似工程或該施工方法本身的開展提地下工程規(guī)律和特點，為今后類似工程或該施工方法本身的開展提供自創(chuàng)，根據(jù)和指點作用。供自創(chuàng)，根據(jù)和指點作用。 量測 項目圍巖種類必測項目選測項目洞內觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內位移錨桿軸力鋼支撐應力接觸壓力混凝土應變洞內彈性波硬巖軟巖土砂 量測 項目圍巖種類必測項目選測項目洞內觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內位移錨桿軸力鋼支撐應力接觸壓力混凝土應變洞內彈性波硬巖軟巖土砂必需實施、可以實施、必要時實施監(jiān)控量測與反響流程圖第二節(jié)第二節(jié) 必測工程

4、必測工程1 1、隧道內目測察看、隧道內目測察看 細致的目測察看，對于監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性是既省事而作用又很大細致的目測察看，對于監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性是既省事而作用又很大的監(jiān)測方法，它可以獲得與圍巖穩(wěn)定形狀有關的直觀信息，該當予以的監(jiān)測方法，它可以獲得與圍巖穩(wěn)定形狀有關的直觀信息，該當予以足夠的注重，所以目測察看是新奧法量測中的必測工程。足夠的注重，所以目測察看是新奧法量測中的必測工程。1 1隧道目測察看的目的是：隧道目測察看的目的是：預測開挖面前方的地質條件。預測開挖面前方的地質條件。為判別圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質根據(jù)。為判別圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質根據(jù)。根據(jù)噴層外表形狀及錨桿的任務形狀，分析支護構造

5、的可靠程度。根據(jù)噴層外表形狀及錨桿的任務形狀，分析支護構造的可靠程度。2 2察看內容：察看內容：掌子面地質水文條件、巖性、構造面產狀、有無斷層，能否偏壓、掌子面地質水文條件、巖性、構造面產狀、有無斷層，能否偏壓、圍巖類別，掌子面自穩(wěn)情況，地下水的影響情況等，并做好記錄。圍巖類別，掌子面自穩(wěn)情況，地下水的影響情況等，并做好記錄。對初期支護效果察看包括：錨桿的錨固效果、噴層的光潔度、噴對初期支護效果察看包括：錨桿的錨固效果、噴層的光潔度、噴層有無裂痕，裂痕的部位、長度、寬度、深度，噴層能否把鋼支撐全層有無裂痕，裂痕的部位、長度、寬度、深度，噴層能否把鋼支撐全部覆蓋。部覆蓋。2 2、周邊收斂量測、周

6、邊收斂量測 隧道圍巖周邊各點趨向隧道中心的變形稱為收斂。所謂周邊收隧道圍巖周邊各點趨向隧道中心的變形稱為收斂。所謂周邊收斂量測主要是隧道內壁面兩點連線方向的間隔的變形量的量測。收斂斂量測主要是隧道內壁面兩點連線方向的間隔的變形量的量測。收斂值為兩次量測的間隔之差。值為兩次量測的間隔之差。1 1量測目的量測目的 收斂量測是隧道施工監(jiān)控量測的重要工程。周邊位移是隧道圍收斂量測是隧道施工監(jiān)控量測的重要工程。周邊位移是隧道圍巖應力形狀變化最直觀的反映，經(jīng)過周邊位移量測可以到達以下目的。巖應力形狀變化最直觀的反映，經(jīng)過周邊位移量測可以到達以下目的。 判別隧道空間的穩(wěn)定性；判別隧道空間的穩(wěn)定性； 根據(jù)變位

7、速度判別圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時機；根據(jù)變位速度判別圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時機； 指點現(xiàn)場的施工。指點現(xiàn)場的施工。 2 2量測設計量測設計 收斂量測的間距與測線收斂量測的間距與測線 必測工程量測斷面間距和每斷面測點數(shù)量 圍巖類別斷面間距（m）每斷面測點數(shù)量凈空變化拱頂下沉51012條基線13點10301條基線1點30501條基線1點量測頻率：量測頻率可根據(jù)位移速度和量測斷面距開挖面間隔 按位移速度位移速度（mm/d）量測頻率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d按距開挖面間隔(注：b為隧道開挖寬度)量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率

8、(01)b2次/d(12)b1次/d(25)b1次/23d5b1次/7d3 3量測儀器量測儀器 目前隧道施工中常用的收斂計為機械式的收斂計和數(shù)目前隧道施工中常用的收斂計為機械式的收斂計和數(shù)顯式收斂計。例：顯式收斂計。例：QJ-85QJ-85型坑道周邊收斂計；型坑道周邊收斂計；JSS30AJSS30A型數(shù)顯型數(shù)顯收斂計；收斂計；SWJSWJIVIV型隧道隧道收斂計。型隧道隧道收斂計。 4測試原理測試中讀得初始數(shù)值X0；間隔時間t后，用同樣的方法可讀得t時辰的值Xt，那么t時辰的周邊收斂值Ut即為的兩次讀數(shù)差。即UtL0LtXt1Xt0式中：L0初讀數(shù)時所用尺孔刻度值； Lt時辰時所用尺孔刻度值；

9、 Xt1時辰時經(jīng)溫度修正后的讀數(shù)值，Xt1Xtt Xt0初讀數(shù)時經(jīng)溫度修正后的讀數(shù)值，Xt0X0t Xt時辰量測時讀數(shù)值； X0初始時辰讀數(shù)值； t溫度修正值；tT0TL 鋼尺線膨脹系數(shù)； T0鑒定鋼尺的規(guī)范溫度， T0 =20 T每次量測時的平均氣溫； L鋼尺長度。3 3、拱頂下沉量測、拱頂下沉量測 埋深較淺、固結程度低的地層，程度成層的場所，這項量埋深較淺、固結程度低的地層，程度成層的場所，這項量測比收斂量測更為重要。測比收斂量測更為重要。1 1量測目的量測目的 量測數(shù)據(jù)是確認圍巖的穩(wěn)定性，判別支護效果，指點施工量測數(shù)據(jù)是確認圍巖的穩(wěn)定性，判別支護效果，指點施工工序，預防拱頂崩塌，保證施工

10、質量和平安的最根本的資料。工序，預防拱頂崩塌，保證施工質量和平安的最根本的資料。 2 2量測儀器量測儀器 精細水準儀精細水準儀 3量測原理第一次讀數(shù)后視點讀數(shù)為A1，前視讀數(shù)為B1；第二次后視點讀數(shù)為A2，前視讀數(shù)為B2。拱頂變位計算方法如下：差值計算法：鋼尺和標尺均正立即讀數(shù)上小下大。后視讀數(shù)差 A=A2-A1 前視讀數(shù)差 B=B2-B1拱頂變位值 C=B-A C0拱頂上移；C0 拱頂上移；C0 拱頂下沉。 1 1、圍巖內部位移量測、圍巖內部位移量測1 1隧道圍巖內部位移量測的主要目的是：隧道圍巖內部位移量測的主要目的是： 了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛范圍。了解隧道圍巖的徑向位移分布和松

11、弛范圍。 判別開挖后圍巖的松動區(qū)、強度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。判別開挖后圍巖的松動區(qū)、強度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。 根據(jù)實測結果優(yōu)化錨桿參數(shù)，指點施工。根據(jù)實測結果優(yōu)化錨桿參數(shù)，指點施工。2 2量測儀器：多點位移計量測儀器：多點位移計3 3丈量原理丈量原理第二節(jié)選測工程2、錨桿軸力量測1量測目的了解錨桿實踐任務形狀及軸向力的大小。結合位移量測，判別圍巖開展趨勢，分析圍巖內強度下降區(qū)的界限修正錨桿設計參數(shù)，評價錨桿支護效果。2量測方法和儀器 錨桿的軸向力測定，按其量測原理可分為電測式和機械式兩類。其中電測式又可分為電阻應變式和鋼弦式。 電阻應變式和機械式是經(jīng)過量測錨桿不同深度處的應變或變形，然后

12、按有關計算方法轉求應力。 鋼弦式那么是經(jīng)過測定不同深度處傳感器受力后的鋼弦振動頻率變化，轉求應力，其任務原理見本章的弦測法原理。3 3、圍巖壓力及兩層支護間壓力量測、圍巖壓力及兩層支護間壓力量測 隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護構造要阻止這種變隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護構造要阻止這種變形，這樣就會產生圍巖作用與支護構造上的圍巖壓力。圍巖壓力量測，形，這樣就會產生圍巖作用與支護構造上的圍巖壓力。圍巖壓力量測，通常情況下是指圍巖與支護或噴層與二次襯砌混凝土間的接觸壓力的通常情況下是指圍巖與支護或噴層與二次襯砌混凝土間的接觸壓力的測試。測試。1 1目的：了解圍巖壓力的量值及分布

13、形狀；判別圍巖和支護的穩(wěn)定性，目的：了解圍巖壓力的量值及分布形狀；判別圍巖和支護的穩(wěn)定性，分析二次襯砌的穩(wěn)定性和平安度。分析二次襯砌的穩(wěn)定性和平安度。2 2量測儀器與原理量測儀器與原理 接觸壓力量測儀器根據(jù)測試原理和測力計構造不同分為液壓式接觸壓力量測儀器根據(jù)測試原理和測力計構造不同分為液壓式測力計和電測式測力計。測力計和電測式測力計。 目前隧道中多用電測式，目前隧道中多用電測式， 弦測法原理：在傳感器中有一根張緊的鋼弦，當傳感器受外力作弦測法原理：在傳感器中有一根張緊的鋼弦，當傳感器受外力作用時，弦的內應力發(fā)生變化，隨著弦的內應力改動，自振頻率也相應用時，弦的內應力發(fā)生變化，隨著弦的內應力改

14、動，自振頻率也相應地發(fā)生變化，弦的張力越大，自振頻率越高，反之，自振頻率越低。地發(fā)生變化，弦的張力越大，自振頻率越高，反之，自振頻率越低。 圖614 鋼弦式雙膜壓力盒構造圖1剛性板；2彈性板；3傳力軸；4弦夾；5鋼弦鋼弦式壓力盒布置圖4 4、鋼支撐應力量測、鋼支撐應力量測 普通在普通在、級圍巖中常采用型鋼支撐；級圍巖中常采用型鋼支撐；級圍巖中常采用級圍巖中常采用格柵支撐。經(jīng)過對鋼支撐的應力量測，可知鋼支撐的實踐任務形狀，格柵支撐。經(jīng)過對鋼支撐的應力量測，可知鋼支撐的實踐任務形狀，從鋼支撐的性能曲線上可以確定在此壓力作用下鋼支撐所具有的平從鋼支撐的性能曲線上可以確定在此壓力作用下鋼支撐所具有的平

15、安系數(shù)，視詳細情況確定能否需求采用加固措施。安系數(shù)，視詳細情況確定能否需求采用加固措施。1 1量測目的量測目的了解鋼支撐應力的大小，為鋼支撐選型與設計提供根據(jù)。了解鋼支撐應力的大小，為鋼支撐選型與設計提供根據(jù)。根據(jù)鋼支撐的受力形狀，判別隧道空間和支護構造的穩(wěn)定性。根據(jù)鋼支撐的受力形狀，判別隧道空間和支護構造的穩(wěn)定性。了解鋼支撐的實踐任務形狀，保證隧道施工平安。了解鋼支撐的實踐任務形狀，保證隧道施工平安。2量測元件 目前運用較普遍的型鋼支撐應力量測多采用鋼弦式外表應變計，格柵支撐應力量測多采用鋼弦式鋼筋應力計。 鋼弦式外表應變計構造圖 鋼弦式鋼筋應力計 5 5、混凝土應力量測、混凝土應力量測 混

16、凝土應力量測包括放射混凝土和二次襯砌模筑混凝土應力混凝土應力量測包括放射混凝土和二次襯砌模筑混凝土應力量測。其目的是了解混凝土層的變形特性以及混凝土的應力形狀；量測。其目的是了解混凝土層的變形特性以及混凝土的應力形狀；掌握噴層所受應力的大小，判別放射混凝土層的穩(wěn)定情況；判別掌握噴層所受應力的大小，判別放射混凝土層的穩(wěn)定情況；判別支護構造長期運用的可靠性以及平安程度；檢驗二次襯砌設計的支護構造長期運用的可靠性以及平安程度；檢驗二次襯砌設計的合理性，積累資料。合理性，積累資料。第三節(jié) 量測數(shù)據(jù)處置及運用1、 量測數(shù)據(jù)處置的目的 由于現(xiàn)場量測所得的原始數(shù)據(jù)，不可防止具有一定的離散性，其中包含著丈量誤

17、差甚至測試錯誤。不經(jīng)過整理和數(shù)學處置的量測數(shù)據(jù)一時難以直接利用。數(shù)學處置的目的是： 將同一量測斷面的各種量測數(shù)據(jù)進展分析對比、相互印證，以確認量測結果的可靠性； 探求圍巖變形或支護系統(tǒng)的受力隨時間變化規(guī)律、空間分布規(guī)律，斷定圍巖和支護系統(tǒng)穩(wěn)定形狀。2、量測數(shù)據(jù)處置的內容 繪制位移、應力、應變隨時間變化的曲線時態(tài)曲線； 繪制位移速率、應力速率、應變速率隨時間變化的曲線； 繪制位移、應力、應變隨開挖面推進變化的曲線空間曲線； 繪制位移、應力、應變隨圍巖深度變化的曲線； 繪制接觸壓力、支護構造應力在隧道橫斷面上分布圖。3、量測數(shù)據(jù)的運用 從維護圍巖穩(wěn)定性和支護系統(tǒng)的可靠性出發(fā)，現(xiàn)場測試人員關懷圍巖變

18、形量的大小，能否侵入隧道設計斷面的限界，能否對施工人員的平安構成要挾。以便及時調整設計參數(shù)和進展施工決策。1初期支護階段圍巖穩(wěn)定性的判據(jù)和施工管理根據(jù)最大位移值進展施工管理a.當量測位移U小于Un/3，闡明圍巖穩(wěn)定，可以正常施工。b.當量測位移U大于Un/3并小于2Un/3時，闡明圍巖變形偏大，應親密留意圍巖動向，可采取一定的加強措施，如加密、加長錨桿等措施。c.當量測位移U大于2Un/3時，闡明圍巖變形很大，應先停頓掘進，并采取特殊的加固措施，如超前支護、注漿加固等。d.實測最大位移值或預測最大位移值不大于2Un/3時，可以為初期支護到達根本穩(wěn)定。根據(jù)位移速率進展施工管理a.當位移速率大于1mm/d時，闡明圍巖處于急劇變形階段，應親密關注圍巖動態(tài)。b.當位移速率在10.2mm/d之間時，闡明圍巖處于緩慢變形階段。c.當