项目八施工监控量测的必测项目

项目八 施工监控量测的必测项目本项目提要：必测项目包括洞内外地质和支护状态观察、周边位移、拱顶下沉、锚杆抗拔力四项，是用以判断围岩的变化情况，测定支护结构工作状态，为设计、施工中确保围岩稳定，并通过判断围岩的稳定性来指导设计、施工的经常性量测。这类量测方法较简单，费用较少，可靠性较高，但对监视围岩稳定性、指导设计与施工却有直接意义。故本项目主要讲述洞内外地质和支护状态观察、洞周收敛、拱顶和锚杆抗拔力的量测，以及测点布置、数据采集及数据处理。任务一 洞内观察与地质素描一、洞内观察实践证明，隧道开挖工作面的工程地质与水文地质观察和描述，对于判断围岩稳定性和预测开挖面前方的地质条件是十分重要的；开挖工作面（又称掌子面）附近初期支护状况的观察和裂缝描述，对于直接判断围岩的稳定性和支护参数的检验也是不可缺少的。因此，将该两项观察规定为各类围岩都应采用的第一项必测项目。在公路隧道工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以，在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态应进行目测，对开挖后围岩动态，以及被覆后围岩动态也应进行目测，这一点在新奥法量测项目中占有很重要的地位。1观察目的细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以目测观察是新奥法量测中的必测项目。隧道目测观察的目的是：(1)预测开挖面前方的地质条件。(2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。(3)根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。2目测观察内容(1)对开挖后没有支护的围岩进行目测，主要是了解开挖工作面的工程地质和水文地质条件。岩质种类和分布状态，分界面的位置和状态。岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造。地层时代及产状。节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等。断层的性质、产状，破碎带宽度、特征。地下水类型、涌水量大小、涌水位置、涌水压力、水的化学成分、湿度等。开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。(2)绘制图件。对于目测观察到的有关情况和现象，应详细记录并需绘制成以下图册。绘制隧道开挖工作面及两帮素描剖面图。要求每个监测断面绘制剖面图 1 张。剖面图位置及间距。一般情况下剖面图的间距应随岩性、构造、水文地质条件不同而异。V 级围岩剖面素描图间距为 l0m;级围岩剖面素描图间距为 20m;级围岩剖面素描图间距为40m;级围岩剖面素描图间距为 50l00m。现场绘出草图，室内清绘成正规图件，装订成册。(3)开挖后已支护段的目测内容如下：初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录。有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象。喷射混疑土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷射混凝土是否发生剪切破坏。有无锚杆和喷射混凝土施工质量问题。钢拱架有无被压屈现象。是否有底鼓现象。观察中，如果发现异常现象，要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。(4)观察时间。每次隧道开挖工作面爆破后立即观察情况及有关现象，按要求及时记录整理。3目测观察中围岩的破坏形态分析(1)危险性不大的破坏。构筑仰拱后，在拱肩部出现的剪切破坏，一般都进展缓慢，危险性不大，特别是当拱肩部的剪切破坏面上有锚杆穿过时，因锚杆的抵抗作用，更不会发生急剧破坏。(2)危险性较大的破坏。在没有构筑仰拱的情况下，当隧道内空变位速度收敛很慢且内空变位量很大时，拱顶喷射混凝土因受弯曲压缩而产生的裂隙常常进展急剧，时常伴有混凝土碎片飞散，是一种危险性较大的破坏。(3)塌方征兆的破坏。拱顶喷射混凝土层出现对称的、可能向下滑落的剪切破坏的现象时，或侧墙发生向内侧滑动的剪切破坏，并伴有底鼓现象时，这两种情况都是塌方事故产生的先兆。4利用目测结果修改设计、指导施工(1)开挖后目测到的地质情况与开挖前勘测结果有很大不同时，则应根据目测的情况重新修改设计方案。变更后的围岩级别、地下水情况以及围岩稳定性状态等，由设计单位和监理组确认，报主管部门审批后，对原设计进行修改，以便选择可行的施工方法并合理地调整有关设计参数。(2)当发现开挖工作面自稳时间少于 1h 的情况时，则可采取下列措施：采用环形切割法进行开挖，先使核心部残留、支护后再开挖核心部。采用分块开挖法。对开挖工作面前方拱顶用斜锚杆支护后再开挖。对开挖工作面做喷射混凝土防护后再开挖。用水平超前锚杆或玻璃纤维束锚杆对开挖工作面加固后再开挖。对围岩进行注浆加固后再开挖。(3)开挖后没有支护前，发现顶板剥落现象时，可采用下列措施：开挖后尽快施作喷射混凝土层，缩短掘进作业时间。对开挖工作面前方拱顶用斜锚杆进行预支护后再开挖。缩短一次掘进长度。采用分块开挖法。增加钢拱架加强支护。对围岩进行注浆加固后再开挖。(4)开挖工作面有涌水时，可根据涌水量大小，由小到大依次选取下列措施中的一项或几项：增加喷射混凝土中的速凝剂含量，加快凝结速度。使用编织金属网改善喷射混凝土的附着条件。对岩面进行排水处理。设置防水层。打排水孔或设排水导坑。对围岩进行注浆加固。(5)友现有锚杆拉断或垫板陷入围岩壁面内的情况时，可采取下列措施：加大锚杆长度。使用有弹簧垫圈的垫板。使用高强度锚杆。(6)发现有喷射混凝土与岩面黏结不好的悬空现象时，可采取下列措施：开挖后尽早进行喷射混凝土作业。在喷射混凝土层中加设编织金属网。增加喷射混凝土层厚度。增长锚杆或增加锚杆数量。(7)发现钢拱架有压屈现象时，可采取下列措施：适当放松钢拱架的联结螺栓。使用可缩性 U 形钢拱架。喷射混凝土层留出伸缩缝。加大锚杆长度。(8)发现喷射混凝土层有剪切破坏时，可采取下列措施：在喷射混凝土层增设金属网。施作喷射混凝土时留出伸缩缝。增加锚杆长度。使用钢拱架或 U 形可缩性钢拱架。(9)发现有底鼓现象或侧墙向内滑移现象时，可采取下列措施：尽快施作喷射混凝土仰拱，使断面尽早闭合。在仰拱部打设锚杆。原设计方案采用全断面开挖时，可用台阶法开挖；原设计方案采用长台阶或短台阶开挖时，可缩短台阶长度或改用小台阶法开挖，以缩短支护结构形成闭合断面的时间。上述这些根据目测结果修改设计的措施，可以根据破坏现象程度的不同，单独采用一项或同时采用几项。在确定采用某项措施时，有时还需参考一些其他量测结果，特别是参考洞周收敛量测结果进行综合分析后再作决定。新发现的破坏现象，必须排除因施工质量不合要求所导致的结果，否则难以对破坏现象作出正确的判断。二、地质素描与隧道施工进展同步进行的洞内围岩地质和支护状况的观察和描述，称为地质素描。图8-1 所示为地质素描图。在隧道设计和施工过程中，它是不可缺少的一项重要的现场的地质详图 8-1 随道掌子面地质素描图勘工作，是围岩工程地质特性和支护措施合理性、有效性的最直观、最简便、最经济的描述和评价。配合量测对综合测试断面的地质素描，应详细准确，如实反映情况。一般除前述洞内观察内容的观测外，还应包括以下内容：(1)综合测试断面的位置、形状、尺寸及编号；(2)岩石名称、结构、颜色；(3)岩体层理、片理、节理、裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等；(4)岩石各结构面的成因类型、力学属性、充填物成分及泥化、软化情况；(5)岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬及破碎程度，围岩的自稳时间与自稳性能；(6)岩体风化程度、特征、抗风化能力；(7)地下水的类型、出露位置、水量及对喷锚支护的影响；(8)施工开挖方法、支护参数及循环时间；(9)围岩内鼓、弯折、变形、岩爆、掉块、坍塌的位置、规模、数量和分布情况；(10)溶洞、黄土、流沙、膨胀性围岩、瓦斯地层等特殊地质条件的描述；(11)喷层开裂、底鼓、剥落情况的描述；(12)地质断面展示图或纵横剖面图，必要时应附彩色照片等。三、围岩的工程分级隧道围岩分级是评价围岩性质，确定围岩压力，判定隧道围岩稳定性的新方法，也是合理选择隧道支护类型及施工方法的重要依据。我国公路隧道设计规范( JTG D70-2004)中关于围岩分级是根据控制隧道围岩稳定性的围岩结构特征和完整状态为基本因素进行的，其次考虑了围岩岩石强度、地下水作用及风化程度、围岩组合特征等因素，分为 I共 6 个级别，具体见表 8-1。公路隧道围岩分级 表 8-1围岩级别 围岩或土体主要定性特征 围岩开挖后的稳定状态I 坚硬岩，岩体完整，巨整体块状或巨厚层状结构 围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆 坚硬岩，岩体完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构 暴露时间长，可能会出现局部坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构；较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易塌落坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构；较坚硬岩，岩体较破碎一破碎，镶嵌碎裂结构：较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整。校破碎，中薄层 拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有状结构 土体:1.压密或成岩作用的黏性土及砂性土；2.黄土( Q 1、Q 2)；3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土时失去稳定较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎一破碎；极破碎各类岩体，碎、裂状，松散结构V 一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾土及黄土( Q3、Q 4)。非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉（陷）或坍至地表 软塑状黏性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等 围岩极易坍塌，有水时土沙常与水一齐涌出，浅埋时易坍至地表 注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。四、围岩描述的定性特征1岩石的坚硬程度根据坚硬程度，将岩石分为两大类：硬质岩和软质岩，其中硬质岩又细分为：坚硬岩和较坚硬岩两类；软质岩细分为：较软岩、软岩和极软岩三类，其定性特征见表 8-2。岩石坚硬程度定性划分 表 8-2名称 定性鉴定 代表性岩石坚硬岩锤击声清脆，有回弹，振手，难击碎；浸水后大多无吸水反应未风化一微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等硬质岩较坚硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，稍振手，较难击碎；浸水后有轻微吸水反应1弱风化的坚硬岩；2未风化一微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂页岩等较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后指甲可刻出印痕1强风化的坚硬岩；2弱风化的较坚硬岩；3未风化一微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等软 质岩软 岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后手可掰开1强风化的坚硬岩；2弱风化一强风化的较坚硬岩；3弱风化的较软岩；4未风化的泥岩等极软岩 锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后可捏成团1全风化的各种岩石；2各种半成岩2岩体完整程度根据岩体完整程度，将岩体分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎 5 种，其定性特征见表 8-3。岩体完整程度的定性划分 表 8-3结构面发育程度名 称组数 平均间距(m)主要结构面的结合程度主要结构面类型 相应结构类型完整 12 1.0 好或一般 节理、裂隙、层面 整体状或巨厚层结构l2 1.0 差 块状或厚层结构较完整23 1.00.4 好或一般节理、裂隙、层面块状结构23 1.00.4 差 裂隙块状或中厚层结构好 镶嵌碎裂结构较破碎3 0.40.2一般节理、裂隙、层面、小断层中、薄层状结构0.40.2 差 裂隙块状结构破碎 30.4m，多为密闭；部分微张，少有充填物，岩体呈大块状节理发育节理（或裂隙）3 组以上，不规则，呈 X 形或米字形，以构造或风化型为主，多数间距0. 4m，大部分微张，部分张开，部分为黏性土充填；岩体呈块（石） 、碎（石）状节理很发育节理（或裂隙）3 组以上，杂乱，以风化或构造型为主，多数间距0. 2m，微张或张开，部分为黏性土充填；宕体呈碎石状5其他定性描述(1)层状岩层的层厚划分如下：厚层：大于 0. 5m;中层：0.10.5m;薄层：小于 0.lm。(2)风化作用对围岩的分类的影响如下：结构完整状态方面：当风化作用使岩体结构松散、破碎、软硬不一形成的各种状况，应综合考虑确定围岩的结构完整状态。岩石等级方面：当风化作用使岩石成分改变，强度降低时，应按风化后之强度确定岩石等级。(3)遇有地下水时，可按下列原则调整围岩类别：在 I 级围岩或居于级的硬质岩石中，一般地下水对其稳定性影响不大，可不考虑降低。在级围岩或属于级的软质岩石，应根据地下水的性质、水量大小和危害程度调整围岩级别；当地下水影响围岩稳定产生局部坍塌或软化软弱时，可酌情降低 1 级。级、V 级围岩已成碎石状松散结构，裂隙中有黏性土充填物，地下水对围岩稳定性影响较大，可根据地下水的性质、水量大小、渗流条件、动水和静水压力等情况，判断其对围岩的危害程度，适当降低 12 级。级围岩中，分级中已考虑了一般含水地质情况的影响，但在特殊含水地层（如处于饱水状态或具有较大承压水流时） ，需另做处理。6洞内地质跟踪描述实例隧道施工洞内跟踪地质描述应通常完成如下表格（表 8-6） 。高速公路隧道合同段地质跟踪预报表 表 8-6项目名称： 第 页 共 页桩 号： 部 位： 填表： 日期：由此可见，要完成表 8-6 中的围岩定性指标描述，需要具备岩石的、构造的、水文等的一般知识，以下分别予以阐述。任务二 洞周收敛量测隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛。所谓隧道洞周收敛位移量测主要是指对隧道壁面两点间距离的变形量的量测。它是隧道开挖后围岩动态的显著表现，最能反映出围岩或围岩与支护的稳定性。隧道周边净空变化，一般采用收敛计量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩位移动态。一、使用的仪器设备常用的收敛计根据读数方式分为数字显示和机械式，常见的张拉方式分为重锤式和弹簧式。以下以常州金土木工程仪器有限公司生产的 SL-3型钢尺收敛计（图 8-1）为例说明。该收敛计为机械式收敛计，张拉力方式为弹簧式。1仪器组成主要由百分表、钢尺、恒力弹簧、挂钩、调节螺母等组成。按照部件功能可看作主要由联结、测力、测距三部分组成。主要组成构件如下：(1)微轴承联结转向器。用来联结圆柱形测点并起转向作用。该收敛计左右两个联结转向器都由相互垂直的微轴承组合构成，它可实现空间任意方向转向。(2)测力弹簧。用来标定钢带尺张力的装置。测力弹簧密封在外导套与内导管之中，两者用不锈钢制成，这样既保证了弹簧不受损伤、腐蚀，也保证了弹簧不发生横向弯曲，从而提高了弹簧测力精度，保证了每次量测时钢带尺恒定同一个拉力，减少了仪器总误差。(3)测距装置。由钢带尺与螺旋测微器组成，钢带尺上每隔 20mm 有一定位孔，螺旋测微器量测小于 20mm 距离，其最小读数为 0.0lmm。每次测量时两者读数之和即为两点间距离。螺旋测微器还兼有调整钢带尺张力的作用。量测时收敛计悬挂于两个测点之间，旋迸螺旋测微器时钢带尺张力即可增加，直至增加到规定的张力值时，停止旋进螺旋测微器。2主要技术指标（表 8-7）SL-3 型钢尺收敛计技术指标 表 8-7二、数据采集1选择测量断面根据设计要求及监控量测计划，可参照图 9-2 中的典型量测方式选择测点位置。规格(m) 30 钢尺拉力(N) 150标准量程 ( m) 030 温度修正系数() 12最小读数 ( mm) 0. 0l 仪器质量(kg) 1.9系统误差 ( mm) 0.15图 8-2 SL-3 型钢尺收敛计当采用全断面开挖时，在一般地段每个监测断面通常埋设测桩 1 号、2 号、3 号、4号、5 号共 5 个，布置 A、曰、C、D 共 4 条测线；若为半断面开挖，可先埋设 l 号、2 号、3 号测桩，对 A、曰、C 三条测线进行量测，当下台阶开挖到相应的监测断面位置时，再埋设 4 号、5 号测桩，对下部 D 线进行量测。在特殊地段，根据具体情况，可另增设测线。对埋设测桩的要求如下：(1)1 号、2 号、3 号、4 号及 5 号测桩应埋设在同一垂直平面内。(2)1 号和 2 号及 4 号和 5 号测桩分别在同一水平线上，3 号测桩应埋设在拱顶中央。(3)1 号、2 号测桩应埋设在起拱线附近，4 号、5 号测桩应设在施工底面上 1.5m 左右。2测头准备一般的仪器生产厂家备有与设备配套的测头（膨胀螺栓式不锈钢挂钩）供用户购买使用，也可自制测头。以 SL -3 型收敛仪为例，可用咖 14mm 的长杆膨胀螺栓或 1622mm 螺纹钢筋，长度为 2030cm。在顶端加一个 M625mm 左右的螺孔，把不锈钢制作的挂钩拧上即可。3测头埋设在岩壁或混凝土测点位置用冲击钻打一个稍大于膨胀螺栓直径的孔，然后将膨胀螺栓拧紧。在岩石破碎较严重的地方，可用冲击钻或攒子打一个较深较大的孔，然后用快干水泥砂浆将测头埋入，待砂浆凝固即可。4数据采集收敛计观测窗面板上有一条直线称为第一条直线，位于观测窗的中央。观测窗内还有一条直线称为第二条直线，收敛观测时，转动调节螺母，使钢尺收紧到观测窗内第二条直线与面板上的恒力调节刻度线重合时，读取测值。 。(1)将收敛计百分表读数预调在 25 30mm 位置。当调节螺母调节到最大读数 30mm 时，不可再调，否则将导致百分表损坏。(2)将收敛计钢尺挂钩分别挂在两个洌点上，然后收紧钢尺，将销钉插入钢尺上适当的小孔内。(3)转动调节螺母，使钢尺收紧到观测窗内的第二条直线与面板上的第一条直线重合时，读取钢尺及百分表中的数值，两者相加即可得到测点距离。连续读数三次，取平均值作为本次测试读数。(4)每次测量完毕后，先松开调节螺母，然后退出卡钩将钢尺取下，擦净收好，并定期涂图 8-3 测桩布置形式上防锈油脂。三、数据处理1温度的修正钢尺热胀冷缩，当温度升高时，测值将变小；温度降低时，测值将变大。因此初读值时应同对记下当时的温度值，以后每次进行收敛观测也应同时测量环境温度，通过温度修正后的数据才能与初始值进行收敛变化的比较。(1)修正计算公式（以 SL-3 型收敛仪为例）：(8-1)cLKt戈中： 温度修正值(mm)；cL修正系数（选取 1210 -6/） ；K温度变化量() ；t测点距离( mm)。周边收敛需要考虑测量时环境温度，对钢尺读数进行精度校正。(2)修正举例。设测点距离为 10. 5m，首次测量时温度为 20，测值为 10 500. 36mm，本欠测量时的温度为 18，测值为 10 500. 86mm，则温度修正值为： 。6120-1805m=.2cLKt （ ） 本次实测值为：10 500. 86 -0.252 =10 500. 608洞内外温度较大时，到达测试现场后，应将收敛计保护箱打开，放置 15 min 以上进行观测，以消除温度影响。2收敛变化量的计算图 8-3 中测线 A 收敛的测量。原始读数：环境温度 C，钢尺读数 L1（单位：mm） ，百分表读数（小表读数 L2，单位：mm；大表读数 L3，单位：0. 0lmm） 。为提高精度，百分表要连续三次读数，则测线 A 的长度 LA(单位：mm) 为：(8-2)12i3i=+（ ）洞周收敛量的计算公式：(8-3)0nnuL式中： 第 n 次量测时的洞周收敛值，即量测点之间的相对位移值；nu第 n 次量测时的观测值；L初始观测值。0说明：正值为收敛。3收敛量测记录格式（表 8-8）隧道现场监控量测报告单 表 8-8项目名称： 合同号：承包单位：监理单位： 编 号：洞周收敛量测记录表量测者： 记录： 总工程师： 监理工程师： 日期：4数据分析量测过程中要及时计算出各测线的收敛值，建立时间和开挖段面距离之间的关系，并列表、绘图，以便直观表示量测结果。常用的几种关系曲线图如图 8-4图 8-6 所示。上述运算均可通过 Excel 的公式计算功能自动由原始数据求得（图 8-7） 。Excel 软件不仅具有数据计算功能，而且可根据测量结果绘制位移时态曲线（散点）图。围岩周边位移量测数据处理及分析或回归分析，用以推算围岩最终位移和掌握位移变化的规律。回归分析常用的函数如下：(1)对数函数：(8-4)lg(1)uat(8-5)lbt(2)指数函数：(8-6)btuae(8-7)(1)btuae(3)双曲函数：(8-8)t(8-9)21()uabt式中： 回归常数；ab、初读后的时间(d)； t位移值( mm)。u任务三 拱顶下沉量测拱顶是隧道周边上的一个特殊点、挠度最大，其位移情况（绝大多数下沉、极少数抬高）具有较强的代表性和显示“窗口”作用等。由已知高程的 BMi 水准点（通常借用隧道高程控制点） ，使用较高精度的水准仪，可测出隧道拱顶的下沉量及其随时间的变化情况。一、使用的仪器设备图 8-4 位移 u-开挖面距离 L 关系曲线 图 8-5 位移 u-时间 f 关系曲线图 8-6 位移速度 v-时间 t 关系曲线 图 8-7 借助 Excel 的公式计算功能实现数据计算自动化拱顶下沉使用的主要设备是水准仪，为提高量测精度配置测微器（图 8-8） 。其他设备包括：水准尺（塔尺或铟钢尺） 、钢卷尺。以下以苏一光 DSZ2 水准仪+XFS1 光学平板测微器为例说明。1主要设备组成1)水准仪水准仪主要由望远镜、水准器、基座和三角架组成。(1)望远镜。用来精确瞄准远处目标，由物镜、目镜、十字丝和对光镜筒构成。望远镜可以沿水平方向左右转动。为了准确对准目标，水准仪有一套水平制动和微动螺旋，当大致对准目标即拧紧制动螺旋，望远镜就不能转动，再旋转微动螺旋，望远镜可沿水平方向做微小的转动，这样就能对准目标。当制动螺旋放松时，转动微动螺旋是不起作用的，只有拧紧制动螺旋，转动微动螺旋才有效果。(2)水准器。供整平仪器用的。圆水准器的顶面内壁是球面，球面中心刻有一个圆圈，其中心为圆水准器的零点，通过零点的法线称为圆水准器轴。圆水准器内装酒精和乙醚的混合液，经加热密封，冷却后便成一个气泡。气泡位于圆水准器的中心称为气泡居中，当气泡居中时，圆水准轴就处于铅垂位置。仪器粗平，因 DSZ2 为自动安平水准仪，借助补偿器的作用的作用，视准轴在 12s 内自动呈水平状态，便可进行读数。(3)基座及三脚架。基座由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入抽座内，由基座承托，旋紧中心螺旋，使仪器与三脚架相连接。三脚架由木质（或金属）制成，脚架一般可伸缩，便于携带及调整仪器高度。2)水准尺水准测量的重要工具（图 8-9） ，它是用优质木料或塑料制成。水准尺的零点一般在尺的底部、尺的刻画是黑（红）白相间，每格是 lcm或 0.5cm，每分米处均注数字。超过 1m 有的加注红点，如有 2 个红点表示整米数为 2m;有的米数用数字表示，如 15 则表示 1.5m。水准尺一般分为双面水准尺和塔尺两种。双面水准尺长 3m，一面为图 8-8 水准仪与测微器图 8-9 水准尺黑面分画，黑白相间，尺底为零；另一面为红面分画，红白相间，尺底为一常数（如 4. 687m或 4.787m） 。普通水准测量用黑面尺读数，三、四等水准测量用黑、红面尺读数进行校核。塔尺可以伸缩，尺长一般为 5m，适用于普通水准测量。3)尺垫尺垫顶面是三角形或圆形状，用生铁铸成或铁板压成，中央有突起的半圆顶（图 8-10） 。使用时将尺垫压人士中，在其顶部放置水准尺。应用尺垫的目的是临时标志点位，并避免土壤下沉和立尺点位置变动而影响读数。4)测微器（图 8-11）(1)测微平板。是测微器的关键部位，平板的转动可使望远镜的视准轴做上下移动。(2)测微尺。位于仪器内部，用来记录望远镜视准轴上下移动的大小。(3)测微手轮。旋转此手轮可使测微平极转动及测微尺移动，以便得到精确读数。(4)读数放大镜。具有视度调节功能，以便准确读取测微尺读数。(5)锁紧手轮。用于测微器与水准仪之间的连接固定。2主要设备技术指标(1) DSZ2 水准仪主要技术指标见表 8-9。DSZ2 水准仪主要技术指标 表 8-9每公里往返测量标准偏差(mm)DSZ2：1.5（普通标尺）1.0（铟钢标尺）补偿工作范围 14放大倍率 32 补偿安平精度 0.3”最短视距 (m) 1.6 仪器质量( kg) 2.5(2) XFS1 测微器主要技术指标见表 8-10。XFS1 测微器主要技术指标 表 8-10范围( mm) 最小格值 ( mm) 估读值 ( mm)10 0.l 0. 0l图 8 -10 尺垫 图 8-11 测微器结构二、数据采集1选择测量断面与洞周收敛布置在同一断面，利用洞周收敛的 3 号测桩为测点（图 8-3） 。2数据采集(1)安置水准仪。如图 8-12，在设测站的地方，打开三脚架，将仪器安置在三脚架上，旋紧中心螺旋，通过水准仪物镜罩下的定位销将测微器定位，用紧锁手轮将测微器与水准仪牢固地连接在一起。仪器安置高度要适中，三脚架头大致水平，并将三脚架的脚尖踩人土中。(2)仪器整平。旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，从而使仪器大致水平。转动脚螺旋使气泡居中，如图 8-13 所示。当气泡偏离如图 8-13a）的位置时，可旋转任意两个脚螺旋，两手应反向转动。例如气泡偏左边，转动、两个脚螺旋，其转动方向按图中箭头所示方向进行，使气泡从图 8-13a)所示位置转至图 8-13b）所示位置。然后按箭头方向转动另一个脚螺旋使气泡向中点移动。按此方法多次进行，使气泡居中。整平工作，也可以先转动一个脚螺旋，然后转动其余的两个脚螺旋，使气泡居中。脚螺旋的转动方向与气泡的移动方向的规律是：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。(3)瞄准与读数。瞄准标尺并对水准仪调焦，使标尺像清麓地成像在水准仪的分画板上。旋转测微手轮，使分画板水平丝与标尺上最近的厘米刻度线重合，读取标尺读数及测微器读数（图 8-14） 。图 8-12 拱顶下沉布置示意图图 8 -13 仪器整平图 8 -14 标尺及测微器读数三、数据处理1拱顶下沉量的计算如图 9-13 所示，测得测点 E 对基点 O 的高差，设初次量测高差设为 Ho，第 n 次测得的高差设为 Hn，则测点 E 截至第 n 次量测时刻的下沉量：(8-10)0nnuH测量过程中读出的原始数据：对基点的读数，称为后视（包括两个读数：水准仪读数粗读，单位 cm，测微器读数精读，单位 0.1mm） ；对测点的读数，称为前视，同样有粗读和精度两部分。对后视读数（单位 mm）应为：粗读数10+精度数 0.1对前视读数（单位 mm）应为：粗读数10-精度数0.1测点与基点的高差(单位 mm)：H=后视+前视。上述计算过程可采用 Excel 的公式功能实现自动计算如图 8-15 和图 8-16 所示。上述是测量时没有转点的计算方式。如果随着隧道开挖的进行，需要转点，则：1iin1 +nni测 点 与 基 点 的 高 差 后 视 前 视 前 视2拱顶下沉量测记录格式（表 8-11）隧道现场监控置测报告单 表 8-11项目名称： 合同号：承包单位：监理单位： 编 号：图 8 -15 Excel 实现前视结果的自动计算 图 8-16 Excel 实现拱顶沉降值的自动计算拱顶下沉量测记录表量测者： 记录： 总工程师： 监埋工程师： 日期任务四 锚杆抗拔力量测锚杆抗拔力（即锚杆拉拔力）是指锚杆能够承受的最大拉力，它是锚杆材料、加工与施工安装质量优劣的综合反映。锚杆抗拔力的大小直接影响着锚杆的作用效果，如果抗拔力不足，会使锚杆起不到锚固围岩的作用，所以锚杆抗拔力的量测是检测锚杆质量的一项基本内容，是新奥法监控量测的必测项目。其量测目的如下：(1)测定锚杆的锚固力是否达到设计要求。(2)判断所使用的锚杆长度是否适宜。(3)检查锚杆安装质量。锚杆抗拔力量测方法主要有直接量测法、电阻量测法以及快速量测法等。这里主要介绍规范中必测项目要求的快速量测方法。一、使用的仪器设备MU-100/200/300 型锚杆拉力计是测定锚杆锚固力的一种检测工具。1仪器组成如图 9 -17 所示，仪器主要由手压泵、拉力缸、数字压力表及高压胶管等部分组成。(1)手压泵：主要由阀体、压杆及油筒组成，泵体内设有吸、排油阀，安全阀及卸荷阀等。(2)拉力缸：采用空心柱塞缸形式，主要由缸体和柱塞两部分组成（图 9 -17） 。2主要技术参数(1)拉力缸主要技术参数见表 8-12。图 9-17 MU-100 型锚杆拉力计拉力缸主要技术参数 表 8-12项 目 单 位 MLJ-100 型 MLJ-200 型 MLJ-300 型最大拉力 kN 100 200 300额定压力 MPa 50 50 50活塞行程 mm 6080质量 kg 4 8 13(2)手压泵主要技术参数见表 8-13。手压泵主要技术参数 表 8-13项 目 单 位 Mu-ioo 型 MLJ-200 型 MIJ-300 型手摇力 kN 25 25 25额