《變形監(jiān)測技術(shù)》 課件 第10章 隧道變形監(jiān)測

主要內(nèi)容ZhuYaoNeiRong隧道監(jiān)測目的與任務(wù)隧道監(jiān)測內(nèi)容與方法監(jiān)測項目的實施與其原理隧道監(jiān)測方案設(shè)計監(jiān)測數(shù)據(jù)整理與分析第10章隧道變形監(jiān)測10.1隧道監(jiān)測目的與任務(wù)監(jiān)控量測是信息化設(shè)計與施工的重要內(nèi)容，是新奧法（少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉）構(gòu)筑隧道中十分重要的部分。通過施工現(xiàn)場的監(jiān)控量測，為判斷圍巖穩(wěn)定性，支護(hù)、襯砌可靠性，二次襯砌合理施作時間以及修改施工方法、調(diào)整圍巖級別、變更支護(hù)設(shè)計提供依據(jù)，指導(dǎo)日常施工管理，確保施工安全和質(zhì)量。10.1.1隧道監(jiān)測的目的（1）確保安全：通過監(jiān)控量測，掌握圍巖和支護(hù)的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)行動態(tài)管理，根據(jù)量測信息，科學(xué)施工。（2）指導(dǎo)施工：量測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理，預(yù)測和確認(rèn)隧道圍巖最終穩(wěn)定時間，指導(dǎo)施工順序和確定二次襯砌的施作時間。（3）修正設(shè)計：根據(jù)隧道開挖后所獲得的量測信息，進(jìn)行綜合分析，檢驗和修正施工預(yù)設(shè)計。（4）積累資料：已有工程的量測結(jié)果可以間接地應(yīng)用到其它類似工程中，作為設(shè)計和施工的參考資料。10.1隧道監(jiān)測目的與任務(wù)10.1.2隧道監(jiān)測的任務(wù)（1）通過對圍巖與支護(hù)的觀察和動態(tài)量測，以達(dá)到合理安排隧道施工程序、日常施工管理、確保施工安全、修改設(shè)計參數(shù)和積累資料。（2）通過對圍巖與支護(hù)的應(yīng)變、應(yīng)力量測、掌握圍巖和支護(hù)的動態(tài)信息并及時反饋、修改支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，指導(dǎo)施工作業(yè)和管理。（3）經(jīng)量測數(shù)據(jù)的分析處理與必要的計算和判斷后，進(jìn)行預(yù)測和反饋，以保證施工安全和隧道圍巖及支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。（4）對已有隧道工程的量測結(jié)果可以分析和應(yīng)用到其它類似的工程中，作為指導(dǎo)復(fù)合式襯砌設(shè)計和施工的重要依據(jù)。復(fù)合式襯砌的設(shè)計，通常以工程類比法為主，并以現(xiàn)場監(jiān)控量測進(jìn)行工程實際檢驗和修正。監(jiān)控的過程可分為現(xiàn)場量測-數(shù)據(jù)處理-信息反饋。10.1隧道監(jiān)測目的與任務(wù)

隧道的現(xiàn)場監(jiān)控量測根據(jù)圍巖條件、隧道工程規(guī)模、支護(hù)類型和施工方法來選擇監(jiān)測項目。現(xiàn)場監(jiān)控量測項目分為必測項目和選測項目兩大類。10.2隧道監(jiān)測內(nèi)容與方法序號項目名稱方法及工具

布置量測間隔時間1~15d16d~1m1m~3m>3m1洞內(nèi)、外觀察現(xiàn)場觀測、地質(zhì)羅盤等開挖及初期支護(hù)后進(jìn)行每次爆破后進(jìn)行2周邊位移收斂儀每5~50m一個斷面，每斷面2~3個對測點1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m3拱頂下沉水準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼尺等每5~50m一個斷面1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m4地表下沉水準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼尺等洞口段、淺埋段（h≤2b）開挖面距量測斷面前后<2b，1~2次/d；開挖面距量測斷面前后<5b，1次/2~3d；開挖面距量測斷面前后>5b，1次/3~7d；隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測必測項目隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測選測項目序號項目名稱方法及工具布置量測間隔時間1~15d16d~1m1m~3m>3m1鋼架內(nèi)力及外力支柱壓力計或測力計每代表性地段1～2個斷面，每斷面鋼支撐內(nèi)力3～7個測點，或外力1對測力計1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m2圍巖體內(nèi)位移(洞內(nèi)設(shè)點)洞內(nèi)鉆孔中安設(shè)單點、多點桿式或鋼絲式位移計每代表性地段1~2個斷面，每個斷面3～7個鉆孔1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m3圍巖體內(nèi)位移（地表設(shè)點）地面鉆孔中安設(shè)各類位移計每代表性地段1~2個斷面，每個斷面3～5個鉆孔

同地表下沉要求4圍巖壓力各種類型壓力盒每代表性地段1～2個斷面，每斷面3～7個測點1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m5兩層支護(hù)間壓力壓力盒每代表性地段1～2個斷面，每斷面3～7個測點1～2次/d1次/2d1～2次7d1～3次/m10.2隧道監(jiān)測內(nèi)容與方法序號項目名稱方法及工具布置量測間隔時間1~15d16d~1m1m~3m>3m6錨桿軸力鋼筋計、錨桿測力計每代表性地段1～2個斷面、每斷面3～7錨桿（索），每根錨桿2～4測點1～2次/d1次/2d1～2次7d1～3次/m7支護(hù)、襯砌內(nèi)應(yīng)力各類混凝土內(nèi)應(yīng)變計及表面應(yīng)力解除法每代表性地段1～2斷面、每斷面3～7個測點1～2次/d1次/2d1～2次7d1～3次/m8圍巖彈性波測試各種聲波儀及配套探頭在有代表性地段設(shè)置9爆破震動測振及配套傳感器臨近建（構(gòu)）筑物隨爆破進(jìn)行10滲水壓力、水流量滲壓計、流量計11地表下沉準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀、銦鋼尺等洞口段、淺埋段（h＞2b）開挖面距量測斷面前后<2b，1~2次/d；開挖面距量測斷面前后<5b，1次/2~3d；開挖面距量測斷面前后>5b，1次/3~7d；隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測選測項目10.2隧道監(jiān)測內(nèi)容與方法10.3.1洞內(nèi)、外觀察

主要是采用目測方法，掌握隧道圍巖的巖性、不連續(xù)面、褶皺、變質(zhì)帶性質(zhì)等及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況。

對于工作面，觀察其巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀，工作面面自穩(wěn)情況，涌水等。

對于洞外，重點應(yīng)在洞口段和洞身淺埋段，地表是否開裂、變形、地表水滲漏情況等，同時還應(yīng)對地面建(構(gòu))筑物進(jìn)行觀察。10.3監(jiān)測項目的實施與其原理10.3.2拱頂下沉及周邊位移量測拱頂?shù)南鲁亮考跋鲁了俣鹊谋O(jiān)測，可用來確定圍巖的穩(wěn)定性，判斷支護(hù)效果，指導(dǎo)施工工序，預(yù)防拱頂崩塌，以保證施工質(zhì)量和安全，工具主要利用水準(zhǔn)儀、全站儀、鋼尺、水準(zhǔn)尺等，見圖。10.3監(jiān)測項目的實施與其原理10.3.2拱頂下沉及周邊位移量測10.3監(jiān)測項目的實施與其原理10.3.2拱頂下沉及周邊位移量測周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化最直觀的反映，通過周邊位移量測可以判斷隧道空間的穩(wěn)定性。另外，根據(jù)周邊圍巖變化速度確定圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時機，以指導(dǎo)現(xiàn)場的施工。

圍巖的收斂用收斂儀進(jìn)行量測，見圖。10.3監(jiān)測項目的實施與其原理在測線的布置上，全斷面法設(shè)置1條水平測線，臺階法每個臺階設(shè)置1條測線，分部開挖法每部設(shè)置1條水平測線，偏壓隧道或者小凈距隧道可加設(shè)斜向測線。具體布置見圖。10.3.2拱頂下沉及周邊位移量測10.3監(jiān)測項目的實施與其原理10.3.2拱頂下沉及周邊位移量測10.3監(jiān)測項目的實施與其原理小凈距隧道：隧道中的中間巖墻厚度小于分離式獨立雙洞的最小凈距的特殊隧道布置形式。偏壓隧道：由于地形不對稱或者地質(zhì)巖層因素，造成隧道結(jié)構(gòu)兩面荷載不對稱的隧道。

二次襯砌施做在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定并具備下列條件后施做。10.3.2拱頂下沉及周邊位移量測隧道周邊位移速率有明顯減小趨勢水平收斂（拱腳邊墻中部）小于0.2mm/d施做二次襯砌前的位移值已達(dá)總位移值的80%以上

判定圍巖穩(wěn)定的依據(jù)：10.3監(jiān)測項目的實施與其原理全斷面法臺階法10.3監(jiān)測項目的實施與其原理中隔壁法（CD法）環(huán)形開挖留核心土法10.3監(jiān)測項目的實施與其原理交叉中隔壁法（CRD法）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法10.3監(jiān)測項目的實施與其原理

對于淺埋隧道、洞口段或者有特殊要求應(yīng)進(jìn)行地表下沉監(jiān)測。主要利用水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺等工具監(jiān)測隧道淺埋段地表、洞口的穩(wěn)定性。10.3.3地表下沉量測10.3監(jiān)測項目的實施與其原理鄭西客專函谷關(guān)隧道洞頂公路路面、服務(wù)區(qū)下沉及開裂情況最大下沉529mm10.3監(jiān)測項目的實施與其原理對鋼支撐的應(yīng)力量測，可了解鋼支撐的實際工作狀態(tài)，掌握在壓力作用下鋼支撐所具有的安全系數(shù)，以確定是否需要采用加固措施。拱架內(nèi)力可采用鋼筋計或表面應(yīng)變計進(jìn)行量測，在每代表性地段設(shè)置1～2個監(jiān)測斷面，每一監(jiān)測斷面宜布置3～7個量測位置，應(yīng)布置在拱頂中央、拱腰及邊墻處。對于型鋼拱架，應(yīng)變計應(yīng)在拱架內(nèi)外緣成對布設(shè)。對于格柵拱架，應(yīng)選擇格柵主筋直徑相同的鋼筋計，且盡量使鋼筋計與鋼筋軸線重合。10.3.4鋼支撐內(nèi)力量測10.3監(jiān)測項目的實施與其原理鋼支撐內(nèi)力的測量10.3監(jiān)測項目的實施與其原理圍巖內(nèi)部各點的位移是圍巖動態(tài)的表現(xiàn)，它不僅反映了圍巖內(nèi)部的松弛程度，而且更能反映圍巖松弛范圍的大小。一般情況下用多點位移計量測松動區(qū)、彈性區(qū)的范圍，根據(jù)實測結(jié)果優(yōu)化錨桿參數(shù)。多點位移計10.3.5圍巖體內(nèi)位移量測10.3監(jiān)測項目的實施與其原理

隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護(hù)結(jié)構(gòu)要阻止這種變形，這樣就會產(chǎn)生圍巖作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力。圍巖壓力量測，通常情況下是指圍巖與支護(hù)或噴層與二次襯砌混凝土間的接觸壓力的測試，以了解圍巖壓力的量值及分布狀態(tài)；判斷圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性，分析二次襯砌的安全程度。接觸壓力量測可采用壓力盒進(jìn)行量測。接觸壓力量測每斷面應(yīng)有3至7個測點，布置在拱頂中央、拱腰及邊墻處。壓力盒埋設(shè)要求接觸面緊密牢固，注意不要損壞壓力盒和引線。另外，圍巖與初期支護(hù)間壓力盒應(yīng)在距開挖面1m左右的范圍內(nèi)安設(shè)，并在工作面開挖后24h內(nèi)或下次開挖前測取初讀數(shù)。兩層支護(hù)間壓力盒應(yīng)在澆注混凝土前埋設(shè)，并在澆注后及時測取初讀數(shù)。10.3.6圍巖壓力及兩層支護(hù)間壓力10.3監(jiān)測項目的實施與其原理壓力盒10.3監(jiān)測項目的實施與其原理

錨桿對隧道圍巖起到加固補強作用。對其軸力的量測，來了解錨桿實際工作狀態(tài)及軸向力，結(jié)合位移量測判斷圍巖發(fā)展趨勢，分析圍巖內(nèi)強度下降區(qū)的界限，評價錨桿支護(hù)效果。錨桿軸力可采用鋼筋計、錨桿測力計進(jìn)行測試。錨桿軸力量測宜在每代表性地段設(shè)置1～2個監(jiān)測斷面，每一監(jiān)測斷面布置3～8根量測錨桿，通常布置在拱頂中央，拱腰及邊墻處，每一量測錨桿根據(jù)其長度及測量需要設(shè)3～6個測點。量測錨桿的安裝及鉆孔應(yīng)按照設(shè)計錨桿的同等要求進(jìn)行，鉆孔軸線與設(shè)計方向一致，誤差不超過5°，孔徑比量測錨桿桿體直徑大15mm，鉆孔深度不應(yīng)小于設(shè)計錨桿桿體長度。量測錨桿埋設(shè)后應(yīng)經(jīng)過48h才可進(jìn)行第一次觀測。10.3.7錨桿軸力監(jiān)測10.3監(jiān)測項目的實施與其原理錨桿拉拔10.3監(jiān)測項目的實施與其原理

其目的是了解混凝土層的變形特性以及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)；掌握噴層所受應(yīng)力的大小，判斷噴射混凝土層的穩(wěn)定狀況；判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)長期使用的可靠性以及安全程度；檢驗二次襯砌設(shè)計的合理性。圍巖彈性波速度測量是利用彈性波通過巖體傳遞后，其波速、波幅、波頻均發(fā)生改變，因此，彈性波在巖體中的傳播特征就反映了巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，如動彈性模量、巖體強度、完整性或破碎程度、密實度等。利用這個性質(zhì)可以判別圍巖的工程性質(zhì)、巖體的結(jié)構(gòu)特征、掌握松動圈范圍、節(jié)理裂隙分布、變質(zhì)程度、強度等。10.3.8支護(hù)襯砌內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測10.3.9圍巖彈性波測試10.3監(jiān)測項目的實施與其原理10.4隧道施工監(jiān)測方案設(shè)計

監(jiān)測方案設(shè)計的內(nèi)容根據(jù)不同的工程項目、不同的地質(zhì)情況有所不同，主要包含以下幾方面：（1）工程項目概況主要介紹工程項目的基本情況和施工區(qū)域的地質(zhì)情況。（2）監(jiān)測方案的編寫依據(jù)。包括各種規(guī)范、規(guī)程及工程勘察報告等。（3）監(jiān)測的目的和意義。詳細(xì)闡述監(jiān)測對安全施工、保障生命財產(chǎn)的重要性及進(jìn)行各項科學(xué)

研究的重要意義。（4）監(jiān)測的具體內(nèi)容。根據(jù)具體工程項目和地質(zhì)的具體情況，確定監(jiān)測的具體項目內(nèi)容。（5）監(jiān)測點的布置根據(jù)收集的資料和踏勘的實際情況，確定監(jiān)測點的數(shù)量和位置，繪

制監(jiān)測點位分布圖。（6）監(jiān)測方法針對每一項監(jiān)測內(nèi)容，提出采取何種監(jiān)測方法及如何

實施監(jiān)測工

作，使用何種監(jiān)測儀器，并詳細(xì)闡述使用方法的實際效果。（7）監(jiān)測頻率和報警值的確定根據(jù)規(guī)范結(jié)合實際情況確定每一項監(jiān)測項目的監(jiān)測頻律和預(yù)警值。（8）監(jiān)測成果確定提交的監(jiān)測報告內(nèi)容和最終監(jiān)測報告內(nèi)容、提交時間等。10.4隧道施工監(jiān)測方案設(shè)計量測數(shù)據(jù)整理、分析與反饋應(yīng)符合下列要求：1.每次量測后應(yīng)及時進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并繪制量測數(shù)據(jù)時態(tài)曲線。2.選擇回歸曲線，對初期的時態(tài)曲線應(yīng)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測可能出現(xiàn)的最大值和變化速度。3.對支護(hù)及圍巖狀態(tài)、工法、工序進(jìn)行評價。4.數(shù)據(jù)異常時，應(yīng)根據(jù)具體情況及時采取增加臨時支撐、加厚噴層、加密或加長錨桿、增加鋼架等加固措施。10.4隧道施工監(jiān)測方案設(shè)計當(dāng)發(fā)現(xiàn)隧道穩(wěn)定出現(xiàn)問題時，應(yīng)對隧道施工方法進(jìn)行調(diào)整，一般包括以下幾個方面：

⑴

采取穩(wěn)定開挖工作面的措施；

⑵

斷面的早期閉合；

⑶

開挖進(jìn)尺的改變；