《隧道监控量测》ppt课件

1、隧道施工监控量测与测试长安大学公路学院隧道与岩土系李宁军第一节 概述 隧道施工过程中运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展量测和察看，并对其稳定性进展评价，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形状变化这一特性。2 2、施工监控量测的目的和义务、施工监控量测的目的和义务 经过监控量测了解各施工阶段地层与支护构造的动态变化，经过监控量测了解各施工阶段地层与支护构造的动态变化，判别围岩的判别围岩的 稳定性、支护、衬砌的可靠性；稳定性、支护、衬

2、砌的可靠性； 用现场实测的结果弥补实际分析过程中存在的缺乏，并把用现场实测的结果弥补实际分析过程中存在的缺乏，并把监测结果反响设计，指点施工，为修正施工方法，调整围岩级别、监测结果反响设计，指点施工，为修正施工方法，调整围岩级别、变卦支护设计参数提供根据；变卦支护设计参数提供根据； 经过监控量测对施工中能够出现的事故和险情进展预告，经过监控量测对施工中能够出现的事故和险情进展预告，以便及时采取措施，防患于未然；以便及时采取措施，防患于未然； 经过监控量测，判别初期支护稳定性，确定二次衬砌合理经过监控量测，判别初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施作时间；的施作时间； 经过监控量测了解该工程条件下

3、所表现、反映出来的一些经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开展提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开展提供自创，根据和指点作用。供自创，根据和指点作用。 量测 项目围岩种类必测项目选测项目洞内观察净空收敛拱顶下沉锚杆抗拔力地表下沉围岩内位移锚杆轴力钢支撑应力接触压力混凝土应变洞内弹性波硬岩软岩土砂 量测 项目围岩种类必测项目选测项目洞内观察净空收敛拱顶下沉锚杆抗拔力地表下沉围岩内位移锚杆轴力钢支撑应力接触压力混凝土应变洞内弹性波硬岩软岩土砂必需实施、可以实施、必要时实施监控量测与反响流程图第二节第二节 必测工程

4、必测工程1 1、隧道内目测察看、隧道内目测察看 细致的目测察看，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大细致的目测察看，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形状有关的直观信息，该当予以的监测方法，它可以获得与围岩稳定形状有关的直观信息，该当予以足够的注重，所以目测察看是新奥法量测中的必测工程。足够的注重，所以目测察看是新奥法量测中的必测工程。1 1隧道目测察看的目的是：隧道目测察看的目的是：预测开挖面前方的地质条件。预测开挖面前方的地质条件。为判别围岩、隧道的稳定性提供地质根据。为判别围岩、隧道的稳定性提供地质根据。根据喷层外表形状及锚杆的任务形状，分析支护构造

5、的可靠程度。根据喷层外表形状及锚杆的任务形状，分析支护构造的可靠程度。2 2察看内容：察看内容：掌子面地质水文条件、岩性、构造面产状、有无断层，能否偏压、掌子面地质水文条件、岩性、构造面产状、有无断层，能否偏压、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。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。对初期支护效果察看包括：锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷对初期支护效果察看包括：锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无裂痕，裂痕的部位、长度、宽度、深度，喷层能否把钢支撑全层有无裂痕，裂痕的部位、长度、宽度、深度，喷层能否把钢支撑全部覆盖。部覆盖。2 2、周边收敛量测、周

6、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间隔的变形量的量测。收敛敛量测主要是隧道内壁面两点连线方向的间隔的变形量的量测。收敛值为两次量测的间隔之差。值为两次量测的间隔之差。1 1量测目的量测目的 收敛量测是隧道施工监控量测的重要工程。周边位移是隧道围收敛量测是隧道施工监控量测的重要工程。周边位移是隧道围岩应力形状变化最直观的反映，经过周边位移量测可以到达以下目的。岩应力形状变化最直观的反映，经过周边位移量测可以到达以下目的。 判别隧道空间的稳定性；判别隧道空间的稳定性； 根据变位

7、速度判别围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机；根据变位速度判别围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机； 指点现场的施工。指点现场的施工。 2 2量测设计量测设计 收敛量测的间距与测线收敛量测的间距与测线 必测工程量测断面间距和每断面测点数量 围岩类别断面间距（m）每断面测点数量净空变化拱顶下沉51012条基线13点10301条基线1点30501条基线1点量测频率：量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面间隔 按位移速度位移速度（mm/d）量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d按距开挖面间隔(注：b为隧道开挖宽度)量测断面距开挖面距离（m）量测频率

8、(01)b2次/d(12)b1次/d(25)b1次/23d5b1次/7d3 3量测仪器量测仪器 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：显式收敛计。例：QJ-85QJ-85型坑道周边收敛计；型坑道周边收敛计；JSS30AJSS30A型数显型数显收敛计；收敛计；SWJSWJIVIV型隧道隧道收敛计。型隧道隧道收敛计。 4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时辰的值Xt，那么t时辰的周边收敛值Ut即为的两次读数差。即UtL0LtXt1Xt0式中：L0初读数时所用尺孔刻度值； Lt时辰时所用尺孔刻度值；

9、 Xt1时辰时经温度修正后的读数值，Xt1Xtt Xt0初读数时经温度修正后的读数值，Xt0X0t Xt时辰量测时读数值； X0初始时辰读数值； t温度修正值；tT0TL 钢尺线膨胀系数； T0鉴定钢尺的规范温度， T0 =20 T每次量测时的平均气温； L钢尺长度。3 3、拱顶下沉量测、拱顶下沉量测 埋深较浅、固结程度低的地层，程度成层的场所，这项量埋深较浅、固结程度低的地层，程度成层的场所，这项量测比收敛量测更为重要。测比收敛量测更为重要。1 1量测目的量测目的 量测数据是确认围岩的稳定性，判别支护效果，指点施工量测数据是确认围岩的稳定性，判别支护效果，指点施工工序，预防拱顶崩塌，保证施工

10、质量和平安的最根本的资料。工序，预防拱顶崩塌，保证施工质量和平安的最根本的资料。 2 2量测仪器量测仪器 精细水准仪精细水准仪 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-A C0拱顶上移；C0 拱顶上移；C0 拱顶下沉。 1 1、围岩内部位移量测、围岩内部位移量测1 1隧道围岩内部位移量测的主要目的是：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。了解隧道围岩的径向位移分布和松

11、弛范围。 判别开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围。判别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，指点施工。根据实测结果优化锚杆参数，指点施工。2 2量测仪器：多点位移计量测仪器：多点位移计3 3丈量原理丈量原理第二节选测工程2、锚杆轴力量测1量测目的了解锚杆实践任务形状及轴向力的大小。结合位移量测，判别围岩开展趋势，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经过量测锚杆不同深度处的应变或变形，然后

12、按有关计算方法转求应力。 钢弦式那么是经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，其任务原理见本章的弦测法原理。3 3、围岩压力及两层支护间压力量测、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，而支护构造要阻止这种变隧道开挖后，围岩要向净空方向变形，而支护构造要阻止这种变形，这样就会产生围岩作用与支护构造上的围岩压力。围岩压力量测，形，这样就会产生围岩作用与支护构造上的围岩压力。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。测试。1 1目的：了解围岩压力的量值及分布

13、形状；判别围岩和支护的稳定性，目的：了解围岩压力的量值及分布形状；判别围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌的稳定性和平安度。分析二次衬砌的稳定性和平安度。2 2量测仪器与原理量测仪器与原理 接触压力量测仪器根据测试原理和测力计构造不同分为液压式接触压力量测仪器根据测试原理和测力计构造不同分为液压式测力计和电测式测力计。测力计和电测式测力计。 目前隧道中多用电测式，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，随着弦的内应力改动，自振频率也相应用时，弦的内应力发生变化，随着弦的内应力改

14、动，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。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614 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4 4、钢支撑应力量测、钢支撑应力量测 普通在普通在、级围岩中常采用型钢支撑；级围岩中常采用型钢支撑；级围岩中常采用级围岩中常采用格栅支撑。经过对钢支撑的应力量测，可知钢支撑的实践任务形状，格栅支撑。经过对钢支撑的应力量测，可知钢支撑的实践任务形状，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平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平

15、安系数，视详细情况确定能否需求采用加固措施。安系数，视详细情况确定能否需求采用加固措施。1 1量测目的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根据。了解钢支撑应力的大小，为钢支撑选型与设计提供根据。根据钢支撑的受力形状，判别隧道空间和支护构造的稳定性。根据钢支撑的受力形状，判别隧道空间和支护构造的稳定性。了解钢支撑的实践任务形状，保证隧道施工平安。了解钢支撑的实践任务形状，保证隧道施工平安。2量测元件 目前运用较普遍的型钢支撑应力量测多采用钢弦式外表应变计，格栅支撑应力量测多采用钢弦式钢筋应力计。 钢弦式外表应变计构造图 钢弦式钢筋应力计 5 5、混凝土应力量测、混凝土应力量测 混

16、凝土应力量测包括放射混凝土和二次衬砌模筑混凝土应力混凝土应力量测包括放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形状；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形状；掌握喷层所受应力的大小，判别放射混凝土层的稳定情况；判别掌握喷层所受应力的大小，判别放射混凝土层的稳定情况；判别支护构造长期运用的可靠性以及平安程度；检验二次衬砌设计的支护构造长期运用的可靠性以及平安程度；检验二次衬砌设计的合理性，积累资料。合理性，积累资料。第三节 量测数据处置及运用1、 量测数据处置的目的 由于现场量测所得的原始数据，不可防止具有一定的离散性，其中包含着丈量误

17、差甚至测试错误。不经过整理和数学处置的量测数据一时难以直接利用。数学处置的目的是： 将同一量测断面的各种量测数据进展分析对比、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，断定围岩和支护系统稳定形状。2、量测数据处置的内容 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、支护构造应力在隧道横断面上分布图。3、量测数据的运用 从维护围岩稳定性和支护系统的可靠性出发，现场测试人员关怀围岩变

18、形量的大小，能否侵入隧道设计断面的限界，能否对施工人员的平安构成要挟。以便及时调整设计参数和进展施工决策。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展施工管理a.当量测位移U小于Un/3，阐明围岩稳定，可以正常施工。b.当量测位移U大于Un/3并小于2Un/3时，阐明围岩变形偏大，应亲密留意围岩动向，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，阐明围岩变形很大，应先停顿掘进，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，可以为初期支护到达根本稳定。根据位移速率进展施工管理a.当位移速率大于1mm/d时，阐明围岩处于急剧变形阶段，应亲密关注围岩动态。b.当位移速率在10.2mm/d之间时，阐明围岩处于缓慢变形阶段。c.当