地下工程監控量測及

新支護技術發展現狀

徐干成

空軍工程設計研究局

4/8/20251提綱

本講主要內容第一部分地下工程監控技術的發展第二部分地下工程新材料技術的發展4/8/20252提綱第一部分

地下工程監控技術的發展

4/8/20253提綱

一.引論1.地下工程（或地下空間）的定義*介質力學的角度——凡是處于千變萬化的地質體之中，其結構本身與地層（圍巖）緊密接觸和相互傳遞作用的工程建筑物。*典型實例——交通隧道、地下鐵道、水電輸水隧洞、城市地下商場與車庫、軍用洞室、大型建筑物的地下室（深基坑）等等。4/8/20254提綱2.地下工程的受力特點

（1）地下工程是在自然狀態下的巖土地質體內開挖的，地質環境對支護結構設計有著決定性意義；（2）地下工程周圍的地質體不僅對支護結構產生荷載，同時它本身又是承載體；（3）作用在支護結構上的荷載受到施工方法和施工時機的影響；（4）地下工程支護結構安全與否，既要考慮支護結構能否承載，又要考慮圍巖會不會失穩；（5）地下工程支護結構設計的關鍵在于充分發揮圍巖自承力。

4/8/20255提綱

3.地下工程施工的復雜力學過程

*開挖

*地質體原始地應力體系被打破

*形成二次地應力發生變形

*初期支護

*抑制地層的變形

*變形收斂

*后期支護

*形成三次地應力并達到力學平衡4/8/20256提綱4/8/20257提綱

3.地面工程與地下工程的基本區別

*作用體系——

地面工程：一般只與地基相互作用，

是空間自由狀態的作用體系。

地下工程：與周圍地層密切相關，

是二者共同作用體系。

*外荷——

地面工程：已知的，明確的。

地下工程：由于地質體和圍巖的千

變萬化性，迄今仍是有待解決的不

確定性問題。4/8/20258提綱地下工程支護結構的設計無論在設計原理還是計算參數的選用上都比地面工程復雜，仿效地面結構，按假設荷載和巖塊試件的力學參數作為計算依據，不可能獲得精確的計算結果。目前，還沒有一種很合理的地下支護結構的計算和設計方法。一般地，地下支護結構的設計都是采用以經驗為基礎的工程類比設計方法，再輔助以量測為手段的現場監控設計和計算為依據的理論分析法。如新奧法就是典型的代表。4.地下工程支護結構的設計方法4/8/20259提綱新奧法是應用巖體力學的理論，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段及時地進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監控來指導隧道和地下工程設計和施工的方法和原則。新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱，英文為NewAustrianTunnellingMethod(NATM)。法國稱為收斂約束法，有些國家稱為動態觀測設計施工法。5.新奧法的基本要點4/8/202510提綱新奧法的基本要點可歸納如下：

(1)開挖作業多采用光面爆破和預裂爆破，并盡量采用大斷面或較大的斷面開挖，以減少對圍巖的擾動；(2)隧道開挖后，盡量利用圍巖的自承能力，充分發揮圍巖自身的支護作用；(3)根據圍巖特征采用不同的支護類型和參數，及時施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護，以控制圍巖的變形和松弛；(4)在軟弱破碎圍巖地段，使斷面及早閉合，以有效地發揮支護體系的作用，保證隧道的穩定；(5)二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護變形基本穩定的條件下修筑的，圍巖和支護結構形成一個整體，4/8/202511提綱因而提高了支護體系的安全度，并不增加襯砌厚度；(6)盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處應力集中；

(7)通過施工中對圍巖和支護的動態觀察、量測，合理安排施工順序、進行設計變更及日常的施工管理。(1)施工前預設計階段施工前預設計是在認真研究測定資料基礎上進行的，在這一階段，一般很難完全詳細地掌握實際的工程地質和水文地質資料，常常會有一定幅度的變動，故需要在施工中進行地質調查和現場監控量測，確認和修正預設計。6.新奧法隧道設計程序

(2)信息反饋修改設計階段

(3)新奧法設計流程4/8/202512提綱

新奧法

設計流程

4/8/202513提綱7.信息化數據的理論計算處理

——反分析技術（測試計算探索外荷）

*地下工程現場位移測試值的獲取

*初步分析得到一般規律

*假定幾種外荷的組成形式和分配值

*應用正常計算方法（如FEM法）計算

*以計算位移值與測試位移值最近的1-2

組外荷為選定值

*經分析得到最理想的結果和特性曲線

4/8/202514提綱8.信息化技術的法規性文件*GB50086-2001錨桿噴射混凝土支護技術規范*ＴB10003-2005鐵路隧道設計規范*GB50021-94巖土工程勘察規范*TB2035-88鐵路隧道現場監控量測技術條件*TB10108-2001鐵路隧道噴錨構筑法技術規范*CECS22:90土層錨桿設計與施工規范4/8/202515提綱國標中關于

信息化設計和

施工的規定4/8/202516提綱4/8/202517提綱4/8/202518提綱二.地下工程信息化施工實例4/8/202519提綱1.下坑鐵路單線隧道施工

*特點——軟弱破碎圍巖，覆蓋層5-20m，全隧道采用噴射混凝土、錨桿、鋼筋網支護，突破了隧道設計規范必須至少采用一層模筑混凝土襯砌的規定。*信息反饋狀況——特征曲線的三階段：急劇變形階段、緩慢增長階段、基本穩定階段。經800天長期監測,證明噴錨網支護的可行性和安全性。4/8/202520提綱4/8/202521提綱.2.北京地鐵永安里車站施工

*特點——采用中樁支護體系的蓋挖逆作法施工，三跨剛架式三層立體結構，跨度20.3m。該方法為國內首次采用。*信息反饋狀況——施工全過程監測數據為：中樁最大下沉4㎜，邊樁最大下沉小于19㎜，側向位移6-8㎜，均小于安全允許值，證明工程安全可靠。

4/8/202522提綱4/8/202523提綱.3.北京月潭公園天外天地下商場施工

*特點——為5連拱曲墻式結構，總跨度25.8m，覆蓋層3.5m，復合式襯砌。*信息反饋狀況——施工全過程地表下沉值一般為1-2㎜，只在5號洞地表由于大量澆水造成23㎜下沉，均小于安全允許值。4/8/202524提綱4/8/202525提綱.4.深圳深南大道大跨度立交隧道施工

*特點——4連拱直墻結構，總跨度45.4m，覆蓋層厚僅2-4m。拱部采用濕噴混凝土一次成型技術，國內首次采用該項技術。*信息反饋狀況——地表下沉一般均為10-20㎜，最大為30㎜，拱部最大跨度處鋼筋應力為50-80Mpa，經長期監測，各項數據均達到安全可靠的目標。4/8/202526提綱深南大道立交隧道施工程序4/8/202527提綱深南大道立交隧道采用格柵鋼架4/8/202528提綱北京前門地下通道采用蓋挖法施工4/8/202529提綱三.現場測試儀器及元件概述4/8/202530提綱

1.現場監控量測技術中的基本問題

§監控量測技術中的若干基本概念和名詞

-非電量的電測法-一次、二次儀表

-傳感器-測試元件

-遙測-率定

-誤差-精度

-靈敏度-穩定性

-重復性-非線性偏差

4/8/202531提綱§測試元件的基本原理-機械式原理-液壓式原理-光彈式原理-光纖傳感器原理-電阻式原理-振弦式原理-電感式原理§地下工程中常用的測試元件-鉆孔式測試元件-相對位移式測試元件-結構頂部下沉式測試元件4/8/202532提綱2.常用測試儀表及新技術發展4/8/202533提綱§常用機械式測試元件

4/8/202534提綱§常用收斂計4/8/202535提綱§數顯式收斂計4/8/202536提綱§鉆孔式

位移計4/8/202537提綱§多點式鉆孔位移計的安設4/8/202538提綱§普通測斜儀4/8/202539提綱§遙感式

測斜儀4/8/202540提綱§電阻式應變計（表面及埋入式）4/8/202541提綱§鋼筋測力計（弦式及電阻式）4/8/202542提綱§弦式土壓合4/8/202543提綱§弦式噴層壓力計4/8/202544提綱§弦式滲壓計4/8/202545提綱§錨桿預應力測力計4/8/202546提綱§錨索測力計4/8/202547提綱§磁感應分層沉降儀4/8/202548提綱§智能應變傳感器4/8/202549提綱§激光撓度儀4/8/202550提綱§鋼筋位置及保護層測試儀4/8/202551提綱§拔出式混凝土強度儀4/8/202552提綱§拔出式混凝土強度儀（國產）4/8/202553提綱§混凝土強度回彈儀4/8/202554提綱§激光測距儀4/8/202555提綱§數顯式收斂計4/8/202556提綱§手持式應變儀4/8/202557提綱§鉆孔狀況測定儀4/8/202558提綱§多用途讀數儀4/8/202559提綱§鉆孔多點位移計4/8/202560提綱§多點位移計在隧道中的應用實例4/8/202561提綱§實測數據的通訊監控4/8/202562提綱§GPS監測系統4/8/202563提綱§遙感自動光學掃描儀4/8/202564提綱§遙感自動光學掃描儀（獨眼巨人）4/8/202565提綱§遙感自動光學掃描儀現場（沉降掃描）4/8/202566提綱§沉降遙測4/8/202567提綱§地表傾斜遙測4/8/202568提綱§光纖傳感器及其二次儀表4/8/202569提綱§光纖傳感器原理4/8/202570提綱§隧道測試布置4/8/202571提綱§盾構隧道測試布置4/8/202572提綱§滑坡測試布置4/8/202573提綱§樁基檢測

布置4/8/202574提綱

第二部分地下工程中新材料技術的發展4/8/202575提綱一.自鉆式錨桿新技術4/8/202576提綱4/8/202577提綱不同直徑的自鉆式錨桿桿體4/8/202578提綱自鉆式錨桿組成（未含附件）4/8/202579提綱各類鉆頭4/8/202580提綱各類釬尾4/8/202581提綱預加應力測定器4/8/202582提綱自鉆式錨桿的不同用途4/8/202583提綱4/8/202584提綱在卵石中的效果4/8/202585提綱隧道中用風鉆鉆孔4/8/202586提綱隧道中用液壓鉆鉆孔4/8/202587提綱隧道中自鉆式錨桿效果4/8/202588提綱隧道中錨桿布置4/8/202589提綱新奧法隧道縱斷面4/8/202590提綱4/8/202591提綱隧道中的應用實例4/8/202592提綱全斷面施工的縱剖面4/8/202593提綱軟弱破碎圍巖中的超前支護4/8/202594提綱自鉆式錨桿用于隧道洞口支護4/8/202595提綱自鉆式錨桿用于地鐵基坑支護4/8/202596提綱基坑施工中應用4/8/202597提綱基坑施工中應用4/8/202598提綱無黏結土層中極限荷載曲線4/8/202599提綱自鉆式錨桿錨固力計算4/8/2025100提綱二.其他錨桿4/8/2025101提綱V型封閉式摩擦錨桿4/8/2025102提綱V型摩擦錨桿斷面4/8/2025103提綱開縫及膨脹型錨桿4/8/2025104提綱回收式錨索4/8/2025105提綱三.隧道防水技術的發展4/8/2025106提綱

§隧道防水技術發展的過程

第一階段防水混凝土

（混凝土配比、工藝、干硬性混凝土等）

第二階段外貼式防水層

（油氈—聚酯卷材—橡膠卷材等等）4/8/2025107提綱第三階段噴涂一般防水材料

（改性瀝青—聚氨酯等噴涂材料）

第四階段滲透型防水技術

4/8/2025108提綱§滲透型防水技術

1，XYPEX（賽派司）防水劑

2，U-Seal（優止水）防水劑

3，Excel滲透型防水劑4/8/2025109提綱§滲透型材料防水機理

混凝土切片的顯微觀察表明，經

滲透型材料處理的混凝土內部的微細縫隙均被滲透型材料的