隧道工程试验检测技术

隧道工程试验检测技术 1公路隧道发展概况一 为什么要重视隧道方案呢 一 是由于公路建设的特点决定 正由东部沿海地区向西部内陆地区发展 由平原地区向山岭重丘区延伸 二 是由于隧道方案本身的优点决定 改善线形 缩短里程 根除病害 保护生态环境 提高运输效益 截至1999年底 我国已建成公路隧道1217座 总延伸里程406 7km 其中用新奥法施工的将近60 截至2000年底 我国已建成公路隧道1684座 总延伸里程628km 截至2003年底 我国已建成公路隧道1970座 总延伸里程1000km 已建成运营的城市地铁长200km 铁路隧道有7400座 总延伸里程4200km 2000年以后我国公路隧道以每年单洞300km速度替增 二 公路隧道常见的病害 隧道渗漏隧道位于地下 时刻受到地下水的侵扰 如果防排水没做好 容易产生渗漏 影响行车 衬砌开裂a工程上出现衬砌开裂更多的则是由于施工管理不当造成 b因为衬砌厚度不足 c因为混凝土强度不够 限界受侵a为了保证施工安全和避免塌方 容易形成仓促衬砌 忽视断面界限 使建筑限界受侵 b施工中常见现象是衬砌砼在浇筑过程中 模板强度 刚度不足出现走模 也会导致限界受侵 结合部不密实a初期支护与围岩结合部b二次衬砌与初期支护结合部 通风照明不良a设计欠妥 b器材质量存在问题 c运营管理不当 另外 我进行检测时 建成运营期间 还发现有一些其它局限和问题 水泥砼断板 沥青路面开裂 压浆不密实 预制块蜂窝麻子 总结公路隧道特点 断面积大 形状扁平 断面扁平容易在拱顶围岩内出现拉伸区 通风要求 为什么要通风 照明要求 为什么要照明 防排水要求 为什么要防排水 三 隧道分类1 按地质条件 土质隧道石质隧道2 按埋置深度 深埋隧道埋深h 3D浅埋隧道0 5D 埋深h 3D超浅埋隧道埋深h D3 按长度分 特长隧道L 3000m长隧道1000m L 3000m中隧道500m L 1000m短隧道L 500m4 按地理位置 山岭隧道城市隧道水下隧道 四 公路隧道检测技术的内容按施工顺序分 1 超前支护 注浆材料检测2 开挖 超欠挖控制3 支护体系 初期支护质量检测 锚杆 钢支撑 喷射砼 防排水层质量检测a材料的质量检测 合成材料 土工布 防水混凝土b防水的质量检测 防水板铺设 止水带c排水的质量检测 环向排水管 纵向排水管 中央水沟 二次衬砌质量检测a模筑砼的抗压强度 b模筑砼的厚度c衬砌背后空洞检测 4 量测技术 位移量测a地表下沉量测 针对浅埋隧道 洞口段 b拱顶下沉量测 预测拱顶坍方 c围岩周边位移量测 收敛量测检验围岩和初期支护变形 d围岩内部位移量测 多点位移计测径向位移和松驰范围 力的量测a锚杆轴力量测 与拉拔力的区别 b钢支撑压力量测 是否达到极限压力 c喷射砼应力量测d二次衬砌压力量测 量测数据的处理 5 通风检测 施工期间 运营期间6 照明检测7 交工验收质量检测隧道总体1 车行道宽度 10mm2 净总宽 不小于设计2 隧道净高 不小于设计3 隧道轴线偏位20mm4 路线中心线与隧道中心线衔接 20mm5 边坡仰坡不大于设计 五 矿山法与新奥法的区别1 矿山法 是以木或钢构件做为临时支撑 待隧道开挖形成后逐步将临时支撑撤换下来 而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法 理论依据 在某些围岩中 可见到呈拱形的暂时稳定平衡 即平衡拱 粘性土等塑性岩石等 能达到暂时平衡 其特点荷载的时间效应不显著 压力增长很快 在较短时间很难趋于平衡 且易产生塌方 基于这些情况 有人对我国411座铁路隧道施工坍方资料进行统计分析 得出垂直均布荷载公式 矿山法认为 围岩开挖后是松散的 会坍方 主拱圈厚度大 随一定高度的坍方土体的重量 即承受松动荷载 2 新奥法 以喷射砼和锚杆为主要支护手段 通过监控量测 控制围岩的变形 便于充分发挥围岩的自承能力 理论依据 从岩体力学观点出发 进行支护设计和施工时 把坑道周围岩体和各种支坊结构作为一个完整支护体系的新的支护理论和方法 新奥法认为 围岩是三位一体 产生荷载 承受荷载 承载材料洞室开挖后 围岩经过挠动 有一定的变形 经过一定时间才会坍方 当在变形时 即支护 此时 支护只承受变形压力 而非松动压力 所以新奥法要求 充分保护围岩 充分发挥其自承能力 采取控制爆破 对变形情况进行量测 即允许变形 但又控制其变形大小 用以指导施工 支护材料 应有一定的柔性 如锚杆 喷射砼 钢支撑 受力与位移线性相关 新奥法的三大要点光面爆破 锚喷支护 监控量测隧道工程施工的四大理念爱护围岩 内实外美 重视环境 动态施工 爱护围岩 不损伤或少损伤遗留围岩的固有支护能力 尽量采用机械开挖和控制爆破技术 采用支护技术加固或预加固技术以及各种辅助施工技术增强围岩自支护能力 内实外美 重内实要做到四密实 衬砌砼密实 喷射砼密实 喷射砼与围岩密实 二衬与初期支护密实 重视环境内部环境 施工作业环境外部环境 对周边环境的影响 动态施工隧道施工过程中地质条件是不断变化 力学状态也不断变化 因此我们采用的施工方法和技术都应当适应这种变化 2超前支护与预加固围岩施工质量检测隧道在浅埋地段 自稳性差的软弱破碎地层 严重偏压 岩溶流泥地段 砂土层 砂卵 砾 石层 断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段施工时 由于开挖后围岩的自稳时间小于完成支护所需的时间 往往会发生开挖面围岩失稳 或由于初期支护的强度不能够满足围岩稳定的要求以及大面积淋水 涌水而导致洞体围岩丧失稳定而产生坍塌 冒顶 这时需要进行超前支护或预加固 超前支护及预加固的方法有 地表砂浆锚杆或地表注浆加固 超前锚杆或超前小导管支护 管棚钢架超前支护 超前小导管注浆 超前围岩深孔预注浆 其他方法 冻结法 水平高压旋喷法 隔断墙法 1 地表砂浆锚杆或地表注浆加固 适用于浅埋 洞口地段和某些偏压地段 能有效防止地表下沉 稳定隧道掌子面 处理偏压 防止坡面崩塌 优点 对开挖作用无影响 2 超前锚杆或超前小导管支护 适用于浅埋松散破碎的地层内 地层应力不太大 地下水较少的软弱破碎围岩的隧道 这类超前支护的柔性较大 整体刚度较小 优点 施工的灵活度较大 3 管棚钢架超前支护 适用于极破碎的地层 塌方体 岩堆等地段 管棚钢架与围岩一起形成棚架体系 产生下列效果 梁效应 因钢管是先行设置的 在掘进时 钢管在掌子面及其后方的支撑下 形成梁式结构 防止围岩崩塌和松弛 加固效应 钢管插入后 压注水泥浆 加强了钢管周边的围岩 优点 最大限度控制变形和松弛 对地表结构物有利 缺点 施工太麻烦 费用太高 4 超前小导管注浆 适用于自稳时间很短 12h 的砂层 砂卵 砾 石层 断层破碎带 软弱围岩浅埋地段或处理塌方等地段 5 超前围岩深孔预注浆 适用于极其松散 破碎 软弱地层 或大量涌水的软弱地段以及断层破碎带的隧道 多用于断面较大和不允许有过大沉陷的各类地下工程中 注浆材料性能试验1 理想的注浆材料应满足的要求 浆液粘度低 渗透力强 流动性好 可调节并准确控制浆液的凝固时间 浆液凝固时体积不收缩 浆液稳定性好 长期存放不变质 浆液无毒 无臭 不污染环境 2 注浆材料的主要性质 粘度 渗透能力 凝胶时间 渗透系数 抗压强度 超前支护施工质量检测 公路工程质量检验评定标准 JTGF80 1 2004一 超前锚杆1 基本要求 锚杆的材质 规格 超前锚杆与隧道轴线的外插角5 10 锚杆搭接长度不小于1m 2 实测项目 长度 不小于设计值 孔位偏差 50mm 孔深偏差 50mm 孔径 大于杆体直径 15mm 检查方法与频率 尺量 检查10 3 外观鉴定 二 超前钢管1 基本要求 超前钢管的型号 规格 质量符合设计和规范要求 超前钢管与钢架配合使用时 应从钢架腹部穿过 尾端与钢架焊接 2 实测项目 长度 不小于设计值 孔位偏差 50mm 孔深偏差 50mm 孔径 大于杆体直径 20mm 检查方法与频率 尺量 检查10 3 外观鉴定 三 注浆效果检查1 分析法2 检查孔法3 声波监测仪这些方法目前应用还不成熟 准确性有待进一步改进 隧道检验评定标准尚未列出注浆检验评定的方法 3开挖质量检测隧道开挖的基本原则 在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下 选择恰当的开挖和掘进方式 并应尽量提高掘进速度 隧道开挖质量检测的目的 有效控制超欠挖 开挖是控制隧道工期和造价的关键工序 欠挖过多 不修整 影响支护厚度 工程质量留下隐患修整 费时 费力 影响工程进度 一 隧道开挖质量评定的内容 1 开挖断面的规整度采用目测的方法进行评定2 超欠挖的控制采用测量断面的方法 二 超欠挖测定方法1 直接量测开挖断面面积的方法 以内模为参照直接量测法 使用激光束的方法 利用激光射线在开挖面上定出基点 并由该点实测开挖断面面积 使用投影机的方法 利用投影机将基点或隧道基本形状投影在开挖面上 然后根据此实测开挖断面面积 2 非接触观测法 三维近景摄影法利用拍摄手段进行多角度 立体拍摄 不宜作为测量的手段 直角坐标法测量仪器 激光打点仪 经纬仪 水平仪 钢尺 塔尺等 极坐标法 断面仪法 PROFILIR4000测量原理 极坐标法 它是以某物理方向 如水平方向 为起算方向 按一定间距 角度或距离 依次一一测定仪器旋转中心与实际开挖轮廓线的交点之间的矢径 距离及该矢径与水平方向的夹角 将这些矢径端点依次相连即可获得实际开挖的轮廓线 测出实际开挖断面 并与理论设计断面相叠加 从而得出超挖和欠挖 a 激光断面仪的用途 用于隧道施工过程开挖断面检测 工程限界验收检测 隧道形变检测等场合之中 也可用于小于60米以内的建筑物距离的检测 或类似的其它条件的检测 如正在建设的公路铁路等路基土石方测算 桥梁静载测试护坡挡土墙的验收检测等工作 可以测量前方断面 主要用于快速检测刚开挖的隧道断面 在要求精度较高的场合应以测量当前断面为主 根据设计好的炮眼数据对炮眼位置进行指示 方便施工 也可以对隧道轮廓进行放样 测量围岩收敛 记录围岩的收敛情况 方便检测隧道等的变形 b 主要技术指标检测半径1 45米 检测时间自动检测约为5分钟一个断面 50个点 测距精度优于 1毫米 测角精度优于0 01 方位角范围30 330 仪器测头垂直向下为零度 手动测头转动方位角范围0 350 定位测量方式具有垂直向下激光定心标志测距功能 可连续纪录断面数大于2500个断面 每个断面选50个点 4初期支护施工质量检测初期支护 隧道开挖后 除围岩完全能够自承而无须支护以外 在围岩稳定能力不足时 则须加以支护才能使其进入稳定状态 称为初期支护 初期支护质量检测包含 锚杆 喷射混凝土 钢拱架 一 锚杆1 锚杆作用原理 悬吊 作用 所谓 悬吊 作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落 用锚杆将其同稳定围岩联结起来 悬吊作用主要表现的加固局部失稳的岩体 提高层间摩阻力 形成 组合梁 对于水平或缓倾斜的层状围岩 用锚杆群能把数层岩层连在一起 增大层理间摩阻力 从结构力学观点看就是形成 组合梁 加固围岩 由于锚杆的加固作用 使围岩中 尤其是松动区中的节理裂隙 破裂面等得以联结 因而增长了锚固区围岩的强度 即c 值 锚杆将节理发育的岩体和松动围岩形成整体 成为隧道外围的道 加固带 2 锚杆质量检测锚杆质量检测包括加工质量 安装尺寸 拉拔力试验 砂浆锚杆注满度等 安装尺寸检查锚杆位置 孔位偏差 15mm 孔深偏差 50mm 孔径大小 15mm 锚杆拉拔力试验 拉拔力指锚杆能承受的最大拉力 锚杆拉力试验不是检验锚杆的安装质量 而是检验该类围岩能否用锚杆加固 拉拔力设备 中空千斤顶 手动油压泵 油压表 千分表 测试方法 注意事项 a 防偏心 b 匀加压 10KN min c 尽量不做破坏性试验 d 安全 试验要求a 按锚杆数1 且不小于3根 b F F设 c Fi 0 9F设 砂浆锚杆注满度检测Thurner原理 为了检查锚杆周围的砂浆是否均匀 密实 1978年 瑞典的H Thurner提出测超声能量损耗来判定砂浆 灌注质量的好坏 在锚杆体外端发射一个超声波脉冲 它沿杆体钢筋以管道波形式传播 到达钢筋底端反射 在杆体外端可接收此反射波 如果钢筋外密实 饱满地由水泥砂浆握裹 砂浆又与周围岩体粘结 则超声波在传播过程中 不断从钢筋通过水泥砂浆向岩体扩散 能量损失很大 在杆体外端测得的反射波振幅很小 甚至测不到 如果无砂浆握裹 仅是一根空杆 则超声波仅在钢筋中传播 能量损失不大 接收到的反向波振幅则较大 如果握裹砂浆不密实 中间有空洞或缺失 则得到的反射波振幅的大小介于前二者之间 由此 可以根据反射波振幅大小判定水泥砂浆的饱满程度 在什么情况下采用锚杆在不连续围岩中要横切不连续面时设置 在连续性围岩中位移差较大时 可设置锚杆 锚杆和围岩间要有适当的锚杆力 二 喷射混凝土1 喷射混凝土作用原理 支承围岩由于喷层能与围岩密贴和粘结并给围岩表面以抗力和剪力 从而使围岩处于三向受力的有利状态 此外喷层本身的抗冲能阻止不稳块体的塌滑 卸载作用由于喷层属柔性 能有控制地使围岩在不出现有害变形的前提下 进入一定程度的塑性 从而使围岩 卸载 填平补强围岩喷射混凝土可射入围岩张开的裂隙 填充有凹穴 使裂隙分割的岩块层面粘联在一起 保持岩块间的咬合 镶嵌作用 提高其间的粘结力摩阻力 有利于防止围岩松动 并避免或缓和围岩应力集中 覆盖围岩表面 封闭作用 喷层直接粘贴表面 形成防风化和止水的防护层 并阻止节理裂隙中充填物流失 分配外力通过喷层把外力传给锚杆 网架等 使支护结构受力均匀分担 2 检测项目及方法 检测项目 强度 压 拉 剪 劳 粘 相互关联 喷射砼抗压强度是表示其物理力学性能及耐久性的一个综合指标 故一般只检测抗压强度及粘结强度 厚度 100mm 300mm 之间 粉尘 回弹检查 强度及厚度的检测方法 抗压强度试验方法 喷大板切割法 简单不准确 凿方切割法 可靠太麻烦 喷射砼与围岩粘性强度试验试块制作方法 成型试验法 用劈裂法进行试验 直接拉拔法 厚度 凿孔 喷射8h以内 用短杆将孔凿出 厚度不足时可及时补喷 激光断面仪 地质雷达 三 质量评判 10组以下试件抗压强度的平均值Rn 1 05R设计值Rmin 0 9R设计值10组以上试件抗压强度的平均值Rn 1 0R设计值Rmin 0 85R设计值 三 钢支撑1 钢支撑的型式 2 钢支撑的检测 加工质量检测 尺寸 强度 刚度 焊接 安装质量检测 安装尺寸 倾斜度 连接与固定 3 钢支撑与锚喷支护的区别区别在于作用机理不同钢支撑是依靠 被动支撑 来维护围岩稳定传统的支护方式锚喷支护则依赖 主动加固 来保持围岩稳定现代的支护方式 锚喷支护中锚杆和喷射混凝土两者是相互依存的关系 在某些情况下可能是以其中的一种为主 另一种为辅 在大多数情况下两者应并重 而我们在施工过程中往往会出现 重喷轻锚 的不正确观点 在某些情况下 如大跨度洞室 层状顶板或软弱围岩等情况 锚杆起着主要作用 若不加锚杆光靠喷层往往难以解决问题 在这种情况下 设计上应 以锚为主 锚喷结合 在实际的施工过程中 经常会出现 长锚短打 厚喷减薄 的情况 因此应加强施工期间锚喷支护的质量检测 四 初期支护及二衬背后的检测1 检测方法 地质雷达法2 检测内容 支护 衬砌厚度 背部回填的密实度 背后的空洞 内部的钢架 钢筋分布3 地质雷达检测原理 地质雷达探测是根据电磁波在不同电性介质里传播时其波形特征发生改变 进而推测介质分布情况 介质的电性特征是指介质的介电常数 电导率和衰减系数 4 现场测线布置现场测线一般以纵向为主 环向为辅 纵向测线有3测线 5测线 7测线等 环向测线一般以点测为主 5防排水材料及施工质量检测1 隧道防排水的必要性 隧道渗漏水的长期作用 将极大地降低隧道内各种设施的使用寿命和功能 隧道渗漏水恶化了隧道的运营环境 2 公路隧道防排水的基本原则 隧道防排水应遵循 防 排 截 堵结合 因地制宜 综合治理 的原则 目前围绕隧道结构防排水问题争论较多 究竟是以什么为主在争论之中 一般说 在环境没有要求的情况下 隧道都采用排水型 只有对环境影响比较显著 或造成较大范围的水理条件变化时 才设计成非排水型 防水型 隧道 由于环境要求的提高 非排水型隧道的设计 越来越得到重视 这是时代的要求 因此应加强非排水型隧道设计的研究 防排水材料一 防水板1 高分子防水卷材 防水板 目前可选用的防水板有 乙烯 醋酸乙烯共聚物 EVA 乙烯三聚物沥青 ECB 聚氯乙烯 PVC 氯化聚乙烯 CPE 高密度聚乙烯 HDPE 低密度聚乙烯 LDPE 等 2 防水板的性能试验 取样 卷材均应成批提交验收 同一生产厂 同一品种 规格的产品5000m为一批进行验收 不足5000m也作为一批 塑料防水板物理力学性能试验 拉伸强度试验 断裂伸长率 热处理变化率 Lh 试样的热处理尺寸变化率 S0 试样同方向上两参考点间的初始长度 mm S1 试样处理后同方向上两参考点间的长度 mm 二 土工布1 土工布 起缓冲层 均分压力 过滤作用土工布在隧道设计施工中有和防水板粘合到一起的复合式防水板 也有土工布和防水板分离的 复合式防水板在受力过程中防水板的变形受土工布的制约 易于在复合防水板后留下空隙 分离式防水板安装比较麻烦 土工布对隧道工程比较重要的工程特性 物理特性 力学特性 水力学特性 力学特性抗拉强度 抗拉强度及其应变是反映主要特性的指标 试验方法 采用条带拉伸试验 撕裂强度 反映试样抵抗扩大破损裂口的能力 目前测撕裂强度的试验形状多为梯形 顶破强度 反映土工织物抵抗垂直织物平面的法向压力的能力 刺破强度 反映土工织物抵抗小面积集中荷载的能力 三 防水混凝土隧道的防水技术主要有两大类 提高混凝土自身的防水功能 即采用混凝土自防水 结构的外防水技术 设防水夹层等技术 防水混凝土又属于隧道自防水技术的一个方面 另一方面是处理好各种施工缝 隧道工程防水混凝土的一般要求 一般地区抗渗等级不得小于S6 平均气温低于 15 时抗渗等级不得小于S8 试件的抗渗等级应比设计要求提高0 2MPa 防水混凝土结构应满足 衬砌厚度不小于300mm 裂缝宽度应不大于0 2mm 并不贯通 迎水面主筋保护层厚度不应小于50mm 四 止水带1 设置位置 衬砌施工缝 由于施工原因造成 衬砌分组 沉降缝 明洞 暗洞交错口 围岩类别发生变化地段 伸缩缝 为了防止由于温度变化而造成的衬砌裂缝而设的缝 2 止水带的安装 外贴式 预埋式 内贴式3 止水带实测检查 4 止水带的安装图示 外贴式 预埋式 内贴式 内贴式 预埋式 防排水施工质量检查一 防水板施工检查1 防水层铺设的基面要求 基面的平整度 边墙D L 1 6 拱部D L 1 8 基面不得有尖锐突出物 基面不得有明水2 防水板的铺设a 防水层铺设方式纵向铺设 瓦叠 上下及纵坡环向铺设内外b 接茬方式 压茬宽度 10cm 冷粘法 用胶合剂优点 施工方便 速度快热合法 用专门的热合焊接机优点 施工期间可进行质量检测c 卷材径洞壁上固定方式有钉铺设无钉铺设 平头烙铁热合 吊头固定 防水层铺设新工艺 3 造成防水板破损的原因 喷射混凝土表面凹凸不平 防水板铺设过松过紧 锚杆突出混凝土表面 防水板直接与之接触 灌注混凝土时的摩擦力 使防水板过度绷紧 结合部被拉开 二 排水施工检查1 地下水的流程围岩 环向排水管 纵向排水管 横向排水盲管 中央排水管 洞外出水口2 排水作法 每隔一定距离沿洞周环向铺设弹簧排水管 下端与纵向排水管相连 纵向排水管每隔10 20m留有一出水口 通过横向排水盲管与纵向排水管和中央水沟相连 经中央水沟排出 6隧道施工监控量测隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具 对围岩和支护 衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察 并对其稳定性进行评价 统称为监控量测 1 隧道监控量测的必要性 隧道工程作为工程建筑物 受力特点与地面工程有很大的差别 隧道在开挖支护成形运营的过程中 自始自终都存在受力状态变化这一特性 2 施工监控量测的目的和任务 通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化 判断围岩的稳定性 支护 衬砌的可靠性 用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足 并把监测结果反馈设计 指导施工 为修改施工方法 调整围岩级别 变更支护设计参数提供依据 通过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报 以便及时采取措施 防患于未然 通过监控量测 判断初期支护稳定性 确定二次衬砌合理的施作时间 通过监控量测了解该工程条件下所表现 反映出来的一些地下工程规律和特点 为今后类似工程或该施工方法本身的发展提供借鉴 依据和指导作用 必须实施 可以实施 必要时实施 监控量测与反馈流程图 3 隧道内目测观察细致的目测观察 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 1 隧道目测观察的目的是 预测开挖面前方的地质条件 为判断围岩 隧道的稳定性提供地质依据 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 观察内容 掌子面地质水文条件 岩性 结构面产状 有无断层 是否偏压 围岩类别 掌子面自稳情况 地下水的影响情况等 并做好记录 对初期支护效果观察包括 锚杆的锚固效果 喷层的光洁度 喷层有无裂缝 裂缝的部位 长度 宽度 深度 喷层是否把钢支撑全部覆盖 4 周边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 所谓周边收敛量测主要是隧道内壁面两点连线方向的距离的变形量的量测 收敛值为两次量测的距离之差 1 量测目的收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目 周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映 通过周边位移量测可以达到以下目的 判断隧道空间的稳定性 根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机 指导现场的施工 2 量测设计 收敛量测的间距与测线 必测项目量测断面间距和每断面测点数量 量测频率 量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面距离 按位移速度 按距开挖面距离 注 b为隧道开挖宽度 3 量测仪器目前隧道施工中常用的收敛计为机械式的收敛计和数显式收敛计 例 QJ 85型坑道周边收敛计 JSS30A型数显收敛计 SWJ IV型隧道隧道收敛计 四 测试原理测试中读得初始数值X0 间隔时间t后 用同样的方法可读得t时刻的值Xt 则t时刻的周边收敛值Ut即为的两次读数差 即Ut L0 Lt Xt1 Xt0式中 L0 初读数时所用尺孔刻度值 Lt 时刻时所用尺孔刻度值 Xt1 时刻时经温度修正后的读数值 Xt1 Xt tXt0 初读数时经温度修正后的读数值 Xt0 X0 tXt 时刻量测时读数值 X0 初始时刻读数值 t 温度修正值 t T0 T L 钢尺线膨胀系数 T0 鉴定钢尺的标准温度 T0 20 T 每次量测时的平均气温 L 钢尺长度 5 拱顶下沉量测埋深较浅 固结程度低的地层 水平成层的场合 这项量测比收敛量测更为重要 1 量测目的量测数据是确认围岩的稳定性 判断支护效果 指导施工工序 预防拱顶崩塌 保证施工质量和安全的最基本的资料 2 量测仪器精密水准仪 3 量测原理第一次读数后视点读数为A1 前视读数为B1 第二次后视点读数为A2 前视读数为B2 拱顶变位计算方法如下 差值计算法 钢尺和标尺均正立 即读数上小下大 后视读数差A A2 A1前视读数差B B2 B1拱顶变位值C B AC 0拱顶上移 C0拱顶上移 C 0拱顶下沉 6 围岩内部位移量测1 隧道围岩内部位移量测的主要目的是 了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围 判断开挖后围岩的松动区 强度下降区以及弹性区的范围 根据实测结果优化锚杆参数 指导施工 2 量测仪器 多点位移计3 测量原理 地表下沉量测1 浅埋段预测地表坡面的稳定2 根据地表建筑物 控制最大下沉量 7 锚杆轴力量测1 量测目的 了解锚杆实际工作状态及轴向力的大小 结合位移量测 判断围岩发展趋势 分析围岩内强度下降区的界限 修正锚杆设计参数 评价锚杆支护效果 2 量测方法和仪器锚杆的轴向力测定 按其量测原理可分为电测式和机械式两类 其中电测式又可分为电阻应变式和钢弦式 电阻应变式和机械式是通过量测锚杆不同深度处的应变 或变形 然后按有关计算方法转求应力 钢弦式则是通过测定不同深度处传感器受力后的钢弦振动频率变化 转求应力 其工作原理见本章的弦测法原理 8 围岩压力及两层支护间压力量测隧道开挖后 围岩要向净空方向变形 而支护结构要阻止这种变形 这样就会产生围岩作用与支护结构上的围岩压力 围岩压力量测 通常情况下是指围岩与支护或喷层与二次衬砌混凝土间的接触压力的测试 1 目的 了解围岩压力的量值及分布状态 判断围岩和支护的稳定性 分析二次衬砌的稳定性和安全度 2 量测仪器与原理接触压力量测仪器根据测试原理和测力计结构不同分为液压式测力计和电测式测力计 目前隧道中多用电测式 弦测法原理 在传感器中有一根张紧的钢弦 当传感器受外力作用时 弦的内应力发生变化 随着弦的内应力改变 自振频率也相应地发生变化 弦的张力越大 自振频率越高 反之 自振频率越低 图6 14钢弦式双膜压力盒构造图1 刚性板 2 弹性板 3 传力轴 4 弦夹 5 钢弦 钢弦式压力盒布置图 9 钢支撑应力量测一般在 级围岩中常采用型钢支撑 级围岩中常采用格栅支撑 通过对钢支撑的应力量测 可知钢支撑的实际工作状态 从钢支撑的性能曲线上可以确定在此压力作用下钢支撑所具有的安全系数 视具体情况确定是否需要采用加固措施 1 量测目的 了解钢支撑应力的大小 为钢支撑选型与设计提供依据 根据钢支撑的受力状态 判断隧道空间和支护结构的稳定性 了解钢支撑的实际工作状态 保证隧道施工安全 2 量测元件目前使用较普遍的型钢支撑应力量测多采用钢弦式表面应变计 格栅支撑应力量测多采用钢弦式钢筋应力计 钢弦式表面应变计结构图 钢弦式钢筋应力计 10 混凝土应力量测混凝土应力量测包括喷射混凝土和二次衬砌模筑混凝土应力量测 其目的是了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态 掌握喷层所受应力的大小 判断喷射混凝土层的稳定状况 判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度 检验二次衬砌设计的合理性 积累资料 11 量测数据处理及应用1 量测数据处理的目的由于现场量测所得的原始数据 不可避免具有一定的离散性 其中包含着测量误差甚至测试错误 不经过整理和数学处理的量测数据一时难以直接利用 数学处理的目的是 将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比 相互印证 以确认量测结果的可靠性 探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律 空间分布规律 判定围岩和支护系统稳定状态 2 量测数据处理的内容 绘制位移 应力 应变随时间变化的曲线 时态曲线 绘制位移速率 应力速率 应变速率随时间变化的曲线 绘制位移 应力 应变随开挖面推进变化的曲线 空间曲线 绘制位移 应力 应变随围岩深度变化的曲线 绘制接触压力 支护结构应力在隧道横断面上分布图 3 量测数据的应用从维护围岩稳定性和支护系统的可靠性出发 现场测试人员关心围岩变形量的大小 是否侵入隧道设计断面的限界 是否对施工人员的安全构成威胁 以便及时调整设计参数和进行施工决策 1 初期支护阶段围岩稳定性的判据和施工管理 根据最大位移值进行施工管理a 当量测位移U小于Un 3 表明围岩稳定 可以正常施工 b 当量测位移U大于Un 3并小于2Un 3时 表明围岩变形偏大 应密切注意围岩动向 可采取一定的加强措施 如加密 加长锚杆等措施 c 当量测位移U大于2Un 3时 表明围岩变形很大 应先停止掘进 并采取特殊的加固措施 如超前支护 注浆加固等 d 实测最大位移值或预测最大位移值不大于2Un 3时 可认为初期支护达到基本稳定 根据位移速率进行施工管理a 当位移速率大于1mm d时 表明围岩处于急剧变形阶段 应密切关注围岩动态 b 当位移速率在1 0 2mm d之间时 表明围岩处于缓慢变形阶段 c 当位移速率小于0 2mm d时 表明围岩已达到基本稳定 可以进行二次衬砌作业 3 根据位移时态曲线进行施工管理每次量测后应及时整理数据 绘制时态曲线 a 当位移速率很快变小 时态曲线很快平缓 表明围岩稳定性好 可适当减弱支护 b 当位移速率逐渐变小 即d2u