隧道监控量测 (选测).ppt

项目二任务三隧道监控量测仪器的认知 压力盒 应变计 教学目标 学会安装压力盒 应变计能够对量测数据进行处理 并进行初步分析 可以对施工和设计进行简单的优化 一 压力盒的使用 主要用于长期监测土石坝 高层建筑 挡土墙 桥墩 地铁 铁路 隧道 路面等土木工程所受到的岩土体压应力 在隧道中 压力盒主要测量围岩与初期支护间 初期支护与二次衬砌间 仰拱与围岩之间的压力及其随时间变化 测点布设 应把压力盒测点布设在具有代表性的断面的关键部位上 如拱顶 拱腰 拱脚等 并对各测点逐一进行编号 量测 采用频率计采集压力盒频率 根据压力盒的频率 将量测数据直接换算成相应的接触压力 围岩 初期支护与二次衬砌接触压力 围岩 围岩与初期支护接触压力 压力盒埋设 二 应变计的使用 适用于长期埋设在混凝土结构的梁 挡土墙 柱衬砌 桩基 水工建筑物 支撑 墩与底脚中 监测其应力大小与应变量 在隧道中 应变计主要测量钢拱架的应变和应力及其随时间变化 测量初支喷射混凝土 二衬和仰拱中混凝土的应变和应力及其随时间变化 钢支撑应力量测 钢支撑应力量测 二衬应力量测 传感器导线的引用埋设 引线 高坎隧道传感器导线盒 根据瑶寨隧道断层破碎带现场实际围岩条件 选取了YK47 232断面 此断面围岩以充填型黄土为主 局部夹有块碎状强风化灰岩 整体呈泥夹石状 岩体整体稳定性差 局部有小坍塌 测试断面掌子面照片如下图所示 瑶寨隧道断层破碎带量测受力测试方案 测试断面掌子面围岩 现场测试元件埋设情况 瑶寨隧道断层破碎带YK47 232断面结构受力现场测试从2011年8月开始至2012年1月 历时6个月的时间 通过半年的现场观测 获得了大量数据 断层破碎带结构受力结果分析 本次测试元件全部采用钢弦式传感器 其工作原理是由钢弦的应力变化转变为钢弦震动频率的变化 通过频率仪来测定钢弦震动频率 从而测出钢弦应力的变化 其计算公式为 现场测试元件及其工作原理 式中 f 测试元件受力后钢弦的频率 f 测试元件未受力时钢弦的频率 K 标定系数 与传感器构造有关 各传感器均不相同 P 测试元件所受的力 压力盒数据处理学习任务 监控量测 doc 压力分布图 单位 kPa 围岩与初期支护之间压力测试结果分析 围岩与初期支护之间的接触压力呈不均匀分布 总体看两侧基本对称 其中左拱腰和右拱腰压力相对较大 分别为105 6KPa和88 8KPa 拱顶的压力相对较小 为34 5KPa 这是由于拱顶应力充分释放的原因 而左 右边墙的压力相对较小 分别为30 6KPa和28 8KPa 总体呈 猫耳朵 状分布 从时态曲线可知 拱顶和边墙位置的压力起始变化幅度都不大 随时间也是缓慢小幅度增长 相比较而言 衬砌拱腰位置的压力随时间逐渐大幅度增大 直到72天二衬施作后围岩与初期支护的接触压力才逐渐稳定下来 说明二衬结构已经开始受力 发挥作用 围岩与初期支护之间压力测试结果分析 时态曲线 压力分布图 单位 kPa 围岩与仰拱之间压力测试结果分析 时态曲线 仰拱与围岩的接触压力随时间变化逐渐增大 特别是B1 B2 B5位置处随时间变化接触压力增大幅度较大 而且仰拱整体所受压力值相比较初支与围岩压力值较大 其中B1位置所受压力为219KPa B2位置所受压力为88KPa B5位置所受压力为152KPa 这是由于仰拱与围岩接触压力承受了仰拱本身的垂直压力以及大部分隧道衬砌所受的垂直压力所致 压力分布图 单位 kPa 初支与二衬之间压力测试结果分析 时态曲线 初期支护与二次衬砌之间压力分布不均匀 左侧接触压力比右侧接触压力略大 这与初支与围岩接触压力分布基本一致 主要原因是由于破碎带处的围岩条件下的受力不均匀 从时态曲线上来看 初期支护与二次衬砌的接触压力总体变化比较平稳 振幅变化较小 起始压力有些小幅度的波动 直到44天后受力完全稳定 钢拱架应力测试结果分析 钢拱架内缘应力分布图 单位 MPa 负号表示受拉 正号表示受压 钢拱架外缘应力分布图 单位 MPa 负号表示受拉 正号表示受压 钢拱架以受压为主 其中内环拱顶 右拱腰 右边墙及右拱脚处钢拱架均受压 而左拱腰 左边墙和左拱脚均受拉 最大值出现在右边墙E6处钢拱架所受压应为59 4MPa 最小值出现在左边墙E2处钢拱架所受拉应力为5 3MPa 外环除右边墙外全部受压 最大值出现在左拱脚F1处钢拱架所受压应为58 5MPa 最小值出现在右拱脚F7处钢拱架所受压应力为25 4MPa 在整个初期支护系统中钢拱架所受应力较大 从中可看出钢拱架承受了围岩较大的荷载 这样对提高初期支护结构的整体强度 起到了很好的支护效果 钢拱架应力测试结果分析 钢拱架内缘时态曲线 单位 MPa 负号表示受拉 正号表示受压 钢拱架外缘时态曲线 单位 MPa 负号表示受拉 正号表示受压 钢拱架应力随时间变化波动较大 大部分测点处的应力随时间逐渐增大 个别测点处应力随时间逐渐减小 直到72天施作二次衬砌后 钢拱架应力走势明显出现转折 之后均有不同程度的减小并逐步趋于稳定 说明二次衬砌分担了初期支护的一部分应力 初期支护系统中钢拱架的支护效果比较明显 对于断层破碎带处隧道来说 施作钢拱架是很有必要的 钢拱架在整个初期支护系统中起到了很好的支护作用 应力分布图 单位 MPa 负号表示受拉 正号表示受压 二衬混凝土应力测试结果分析 时态曲线负号表示受拉 正号表示受压 由二次衬砌应力分布图可以看出 隧道不同位置测点处的混凝土应力差别较大 二次衬砌以拉应力为主 只有左拱腰是压应力 其余部位都是拉应力 拱顶G3位置处拉应力最大 为3 13MPa 左边墙G1位置处拉应力最小 为0 02MPa 在G2 G3位置出现了较大应力 整体左侧受力大于右侧受力 这与二衬与初支接触压力基本一致 从时态曲线可以看出 二次衬砌中的混凝土应力除左拱腰外基本都是随时间逐渐减小 相对来说应力增幅较小 应力分布图 单位 MPa 负号表示受拉 正号表示受压 仰拱混凝土应力测试结果分析 时态曲线负号表示受拉 正号表示受压 由仰拱混凝土应力分布图可以看出 不同位置混凝土的应力差别较大 仰拱在H1和H3位置处的应力比拱底H2位置处的应力相对较大 H1位置处的混凝土压应力最大 为3 07MPa 拱底H2位置处应力最小 为1 72MPa 仰拱左侧受压 右侧受拉 这与仰拱与围岩接触压力分布基本一致 从仰拱时态曲线可以看出 仰拱混凝土应力基本随时间逐渐减小 应力变化较小 应力走势曲线波动较小 大约在61天后应力逐渐趋于稳定 一次衬砌与二次衬砌所受荷载分担比 初衬与二衬荷载分担比测试结果分析 从表中可以看出 初期支护荷载分担比为83 9 二次衬砌荷载分担比为16 1 这说明在断层破碎带处隧道施工中 以喷射混凝土 钢拱架和锚杆为系统的初期支护作为主要的隧道支护结构承担了绝大部分的荷载 与二次衬砌结合有效的提高了支护系统的安全性和稳定性 在断层破碎带地质条件下修筑隧道时 初支应该按照主要的承载结构来设计 而二次衬砌在设计时 不能仅仅作为安全储