隧道监控量测与信息反馈技术

1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级*隧道监控量测与信息反馈技术*单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级*隧道监控量测与信息反馈技术* 一、城市地下工程特点及其主要施工方法监控量测与信息反馈技术二一二年四月刘招伟中国中铁隧道集团有限公司城市地下工程隧道监控量测与信息反馈技术主要内容一、城市地下工程特点及其主要施工方法二、监测与信息反馈的目的和意义三、主要监测项目及其确定原则四、主要监测仪器设备及监测方法五、变形控制基准的确定六、监控量测方案的编制七、监测数据处理与信息反馈技术八、围岩（支护结构）稳定技术措施隧道监控量测与信息反馈技术 一、城市地下工

2、程特点及其主要施工方法城市地下工程特点地质条件复杂周边环境复杂结构埋深浅、与邻近结构相互影响荷载不确定、结构及围岩稳定性难以判断隧道监控量测与信息反馈技术一、城市地下工程特点及其主要施工方法主要施工方法暗挖法沉管法明挖法明挖顺做（放坡、桩墙及支撑支护）盖挖顺筑法盖挖逆筑法矿山法盾构法钢壳方法干船坞法隧道监控量测与信息反馈技术一、矿山法全断面法、台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法、中洞法、侧洞法、柱洞法、PBA法等。二、盾构法敞开式盾构、土压平衡盾构、泥水平衡盾构等。一、城市地下工程特点及其主要施工方法暗挖法隧道监控量测与信息反馈技术一、城市地下工程特点及其主要施工方法采用浅埋暗挖法施工时，

3、常见的典型施工方法是台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法如CRD工法、单侧壁导坑超前台阶法、双侧壁导坑台阶法（眼睛工法）、中隔墙法等。施工方法见下表。施工方法示 意 图重 要 指 标 比 较适用条件沉降工期防水一次支护拆除量造价全断面法地层好跨度8m一般最短好没有拆除低台阶法地层较差跨度12m一般短好没有拆除低上半断面临时封闭台阶法地层差跨度12m一般短好少量拆除低隧道监控量测与信息反馈技术台阶环形开挖法地层差跨度12m一般短好没有拆除低单侧壁导坑台阶法地层差跨度14m较大较短好拆除少低中隔墙法（CD法）地层差跨度18m较大较短好拆除少偏高一、城市地下工程特点及其主要施工方法接上表隧道监

4、控量测与信息反馈技术交叉中隔墙法（CRD法）地层差跨度20m较小长好拆除多高双侧壁导坑法（眼睛工法）小跨度，连续使用可扩成大跨度大长效果差拆除多高中洞法小跨度，连续使用可扩成大跨度小长效果差拆除多较高一、城市地下工程特点及其主要施工方法接上表隧道监控量测与信息反馈技术侧洞法小跨度，连续使用可扩成大跨度大长效果差拆除多高柱洞法多层多跨大长效果差拆除多高群洞法单层多跨小短效果好拆除少低一、城市地下工程特点及其主要施工方法接上表隧道监控量测与信息反馈技术一、城市地下工程特点及其主要施工方法台阶法CRD法隧道监控量测与信息反馈技术 施工照片隧道监控量测与信息反馈技术中洞法一、城市地下工程特点及其主要施

5、工方法隧道监控量测与信息反馈技术PBA一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术按开挖面形式分 敞开式盾构 窗闸式盾构 封闭式盾构按土压力平衡方式分 土压平衡盾构 泥水加压盾构全敞式盾构窗闸式盾构 盾构法隧道施工 盾构分类一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术 土压平衡盾构示意图 土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成。一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术土仓压力控制因素图增大/减小推进速度增大 / 减小螺旋输送机排放速度地下水 压 土压隧道监控量测与信息反馈

6、技术 土压平衡盾构的概念 土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构推进油缸的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术 土压平衡盾构开挖面稳定机理 土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持： 土仓内的土压力平衡地层压力和水压力， 螺旋输送机调节排土量； 适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。 当土仓内的土压力大于地层压力和水压力时，地表将隆起； 当

7、土仓内的土压力小于地层压力和水压力时，地表将下沉； 因此土仓内的土压力应与地层压力和水压力相平衡。 一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术 泥水平衡盾构示意图隧道监控量测与信息反馈技术 泥水平衡盾构的泥水系统隧道监控量测与信息反馈技术 泥水平衡盾构的概念 泥水盾构是在机械式盾构的刀盘后面设置隔板，隔板与刀盘之间形成泥水仓，将加压的泥水送入泥水仓，当泥水仓充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来维持开挖面的稳定。盾构推进时由刀盘旋转切削土砂，经搅拌后形成高浓度泥浆，然后用流体输送方式送到地面，在地面通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整后，再输送到开挖

8、面一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术 泥水平衡盾构工作原理 泥水盾构通过向密封的泥水仓内输送加压的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定； 对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，在土层表面形成泥膜，有助于改善围岩的自稳能力，并使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。通过泥膜，产生与作业面上的土压、水压相抗衡的泥水压，以保持作业面的稳定。一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术 渗透系数与岩性、粒径 隧道监控量测与信息反馈技术 沉管隧道施工 沉管隧道主要工艺

9、流程一、城市地下工程特点及其主要施工方法隧道监控量测与信息反馈技术二、监控量测与信息反馈的目的和意义修正设计指导施工安全评价积累资料隧道监控量测与信息反馈技术二、监控量测与信息反馈的目的和意义安全评价根据监测结果及分析成果，对工程自身安全状况及受影响周边环境安全状况，作出相应安全评价。隧道监控量测与信息反馈技术二、监控量测与信息反馈的目的和意义指导施工根据监测结果及分析成果明确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节，指导施工采取相应工程措施。隧道监控量测与信息反馈技术二、监控量测与信息反馈的目的和意义修正设计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，调整相应

10、的设计支护参数。隧道监控量测与信息反馈技术二、监控量测与信息反馈的目的和意义积累资料通过监控量测，收集数据，为以后的工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验。隧道监控量测与信息反馈技术监控量测工作的现状、存在的问题及解决办法1、现状 1）各建设、施工单位水平对监测工作的认识不统一，导致监测的要求也不统一； 2）施工单位对监测与信息反馈工作的实施方法不同，效果不同。2、存在的问题 1）未把监测与信息反馈作为工序编入施工组织设计，有的虽然作为工序编入，但实施不规范，不彻底，应用效果较差； 2）实施过程中缺少专业技术人员，特别是信息反馈方面的人员，很少能结合施工情况，对监测信息进行有效分析，未能对

11、工程设计和施工起指导作用； 3）缺乏安全评估标准及监测控制基准。3、解决办法 1）就隧道工程的安全评估标准及控制基准进行研究； 2）在规范施工方监测的基础上，引入具备监测资质的第三方监测，对促进监测技术健康发展具有积极意义。二、监控量测与信息反馈的目的和意义隧道监控量测与信息反馈技术 三、主要监测项目及其确定原则监测项目确定原则可靠行原则多层次监测原则实用方便原则关键区域监测原则经济合理原则隧道监控量测与信息反馈技术可靠性原则仪器适用可靠；测点稳固可靠；系统完善可靠；数据真实可靠； 三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术多层次监测原则监测对象：以位移监测为主，兼顾其他；监测方法

12、：仪器监测与人工巡视并重；仪器选择：在经济可靠的原则下，以人工 监测为主，辅以自动化监测。监测设计：监测设计应点面结合，联系成网；三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术关键区域监测原则实施监测前，应对工程状况，周边环境进行分析针对工程自身重点、难点、重要周边环境等关键区域，进行重点监测。三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术方便使用原则为减少监测与施工、监测与周边环境间的相互干扰，监测的设计和实施应兼顾方便实用的原则三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术经济合理原则监测设计和实施过程中，应考虑经济合理的原则在满足需求的情况下，不必过分追求仪器设备

13、的先进性。三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术明（盖）挖法主要监测项目-必测项目一、地表沉降（含临近建构筑、管线沉降）二、建构筑物变形、倾斜三、围护桩（墙）顶水平位移四、围护桩（墙）体水平位移五、支撑（锚索）轴力六、地下水位七、中柱沉降（盖挖法）三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术一、桩（墙）体内力二、围岩压力（桩体背后压力）三、渗水压力四、基坑回弹明（盖）挖法主要监测项目-选测项目三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术一、地表沉降（含临近建构筑、管线降）二、地下水位三、建构筑物变形、倾斜四、结构拱顶沉降五、结构水平收敛矿山法主要监测项目-必

14、测项目三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术一、土体水平位移二、渗水压力三、地层分层沉降四、初支（二衬）结构应力五、围岩接触应力六、混凝土应力三、主要监测项目及其确定原则矿山法主要监测项目-选测项目隧道监控量测与信息反馈技术一、地表隆沉（含临近建构筑、管线降）二、建（构）筑物倾斜三、管片上浮盾构法主要监测项目-必测项目三、主要监测项目及其确定原则隧道监控量测与信息反馈技术一、管片应力二、渗水压力三、地层分层沉降四、土体水平位移五、围岩接触应力三、主要监测项目及其确定原则盾构法主要监测项目-选测项目隧道监控量测与信息反馈技术水准仪、经纬仪、全站仪、收敛计、测斜仪分层沉降仪、单点（

15、多点）位移计、裂缝计建筑物倾斜仪等四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-位移类监测仪器隧道监控量测与信息反馈技术钢筋计、压力盒、应变计、轴力计、锚杆测力计、频率接收仪等四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-应力应变类监测仪器隧道监控量测与信息反馈技术 水位计、渗水压力计、爆破震动仪、管线探测仪等四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-其他监测仪器隧道监控量测与信息反馈技术主要用于垂直类沉降位移观测测量各测点之间高差的光学仪器水准仪可用来建立沉降控制监测网四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-水准仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于垂直类沉降位移观测四、主要

16、监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-水准仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于角度类观测；精密测定水平角度、垂直角度；配合钢尺可测量测点距离仪器的水平距离四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-经纬仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于角度观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-经纬仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于角度、距离、坐标观测可用于建立平面控制网四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-全站仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于角度、距离、坐标观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-全站仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于隧道周边收敛观测主要由连

17、结转向、测力、测距三部分组成用于观测某一时段的收敛值收敛值：指两测点在某时间内的距离的变化量四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-收敛仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于隧道周边收敛观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-收敛仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于土体（桩、墙体）深层水平位移观测可分为固定式、滑动式两种固定式：测头固定埋设在结构物内部的固定点上滑动式：活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动，测定斜度变化，计算水平位移。（常用方式）四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-测斜仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于土体深层水平位

18、移观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-测斜仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于土体深层垂直位移观测通过电感探测装置，根据电磁频率的变化来观测埋设在土体不同深度内的钢环（磁环）的确切位置，再由其所在位置深度的变化计算出地层不同标高处的沉降变化情况。分层沉降仪可用来监测由开挖、打桩等地下工程引起的周围深层土体的垂直位移（沉降或隆起）的变化。四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-分层沉降仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于土体深层垂直位移观测四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-分层沉降仪隧道监控量测与信息反馈技术主要用于在同一钻孔内沿其长度方向不同深度布置3至6

19、个测点，测量各个测点沿长度方向的位移主要分单点式、多点式组成：锚头、传递杆、护管、支撑架、传感器 护罩、灌浆管等组成四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-变位计隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-变位计隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-水位计主要用于观测地下水位变化的仪器，可用来监测由于降水、开挖等地下工程施工引起的地下水位变化组成：钢尺水位计、水位管 隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-水位计 钢尺水位计水位管隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主

20、要监测仪器设备-钢弦频率接受仪 用来测读钢弦式传感器其钢弦振动频率值的二次接收仪表，早期仪器采用全晶体管数字式，以适当的逻辑电路，使一套电子记数器在待视时间隔内，累计采用石英振荡器作为标准时间信号的个数来进行周期测量。 隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-钢弦频率接受仪 隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-爆破震动仪主要用于监测爆破引起的对周围环境的振动影响，包括爆破振动速度、位移及加速度等参数，在我国一般以爆破振动速度来衡量。爆破振动监测仪的品种很多，主要有数字记录和磁带记录两种，常用的是数字记录仪。 隧道监控量测与

21、信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测仪器设备-爆破震动仪隧道监控量测与信息反馈技术主要监测传感器：钢筋计、土压力盒、应变计、轴力计、锚杆测力计、孔隙水压计、爆破震动传感器 四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-钢筋计钢筋计用于测量钢筋混凝土内的钢筋应力。是串联于结构受力钢筋之中，用以测量钢筋应力变化的传感器。钢筋计与受力主筋一般通过连杆电焊的方式联接。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-钢筋计隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-土压

22、力盒 土压力盒是用于测量界面接触应力的仪器 土压力计按埋入方式分为埋入式和边界式两种 土压力盒是置于土体与结构界面上或埋设在自由土体中，用于测量土体对结构的土压力及地层中土压力变化的测量传感器 根据其内部结构不同，土压力盒有钢弦式、 差动电阻式、电阻应变式等多种型式。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-土压力盒隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-孔隙水压计孔隙水压力计是用于测量由于基坑开挖、地下工程开挖等作业扰动土体而引起的孔隙水压变化的测量传感器。孔隙水压计由金属壳体和透水石组成，孔隙水渗入透水石作用于传感器。隧道监控量

23、测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-孔隙水压计隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-应变计应变计是用于监测结构受荷载、温度变化而产生变形的监测传感器。与应力计所不同的是，应变计中传感器的刚度要远远小于监测对象的刚度。根据应变计的布置方式，可分为表面应变计和埋入式应变计。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-表面应变计表面应变计主要安装在结构表面，用于测量结构的应变的仪器，可用于钢结构表面，也可用于混凝土表面。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测传感器-表面应变计埋入式应变计

24、主要用于测量混凝土结构的长期应变。在混凝土结构浇筑时，直接将其埋入，用于地下工程的长期应变测量隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-地表沉降地表沉降监测是浅埋暗挖地下工程监测中最主要的监测项目。在基坑开挖、浅埋地下工程开挖等施工过程中都需进行地表沉降监测。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-地表沉降：布点原则地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点原则上应布置在同一里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距按下表要求布置。（H：隧道埋深，B：隧道开挖宽度）隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监

25、测方法-地表沉降：布点原则横断面布点应根据地层条件，一般间隔3050m布设一组地表横向沉陷槽测点，测点横向间距为25m。横断面测点布置应如下图。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-地表沉降：布点原则例：某隧道地表横断面布点隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-地表沉降：测点埋设地表沉降监测点的埋设首先用钻机钻透硬化路面，然后用洛阳铲进行探挖，以免破坏地下管线，开挖成孔以后放入钢筋，放入钢套筒隔离钢筋与周边土体，上部回填砂土和木屑。测点上部安设保护盖，做好标记。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-

26、地表沉降：测点埋设隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-地表沉降：测量仪器地表沉降监测主要采用高精度水准仪进行观测。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-地表沉降：计算方法采用精密水准测量方法。基点和附近基准点联测取得初始高程，作为初测值。监测时通过各测点与基准点（基点）进行联系测量，可得到各监测点的标准高程ht，本次所得高程与上次测得高程进行比较，差值h即为该测点本次沉降值。与初测值相比较，差值即为该测点的累积沉降值。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-地表沉降：数据分析与处理根据监测数据绘制时

27、间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。当位移-时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析，预测最大沉降量。绘制横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径、地层体积损失等参数。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：目的根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移根据观测数据，掌握地下管线的位移量和变化速率，及时调整施工方案，采取有效防范措施，保证地下管线的安全和正常使用，确保基坑的顺利施工。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：前期

28、调查调查内容包括：管线的用途、材料和规格管线的平面位置、埋深和埋设年代管线的接头型式和对位移的敏感程度管线所在道路的人流和交通的情况管线目前所处的健康状态隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：测点埋设方式直接式抱箍式模拟式隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：测点埋设方式直接式有检查井的管线，直接打开检查井直接将监测点布设到管线上或者管线承载体上；或用敞开式开挖和钻孔取土的方法挖至管顶表面，管顶埋设测杆作为测点。直接式测点适用于埋深浅、管径大的地下管线。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主

29、要监测方法-管线沉降：测点埋设方式直接式隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：测点埋设方式抱箍式抱箍式采用直接开挖暴露出管线抱箍形式，由扁铁做成抱箍固定在管线上，抱箍上焊一测杆，测杆顶端不应高出地面，路面处布置阴井，既用于测点保护，又便于道路交通正常通行。抱箍式测点由于埋设较复杂主要用于一些次要的交通易疏解的干道和十分重要的管道。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：测点埋设方式抱箍式隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：测点埋设方式模拟式 模拟式采用为采用地表沉降测点

30、代替管线沉降测点，间接获得管线沉降变化的一种方法。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-管线沉降：数据分析与处理管线沉降的数据分析与处理方法与地表沉降相同隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-拱顶下沉拱顶下沉是观察隧道拱部变形的一项指标是反映隧道安全和稳定的重要数据是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最明显的的反映，易于实现量测信息的反馈。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-拱顶下沉：测点布设隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-拱顶下沉：测点布设隧道监控量测与信

31、息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-拱顶下沉：监测仪器及计算监测仪器：精密水准仪、钢挂尺沉降计算：对同一测点，沉降值Ui为： Ui=Ui-Ui-1 Ui第i次高差 Ui-1第i-1次测得与基点高差 Ui第i次测得沉降值隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-收敛量测隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化（收缩和扩张）是围岩变形最明显的体现。通过隧道净空收敛监测，可直接了解围岩和支护结构的稳定状态，并进行施工安全状态评估。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-收敛量测：预埋

32、件收敛量测需加工收敛量测预埋件，如下图所示隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-收敛量测收敛量测量点布设与拱顶沉降在同一断面，布设位置见拱顶沉降监测仪器：收敛计数据处理与分析：同拱顶沉降隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-深层土体水平位移在土体中埋设测斜管，测试受开挖影响的土体各高程上的水平位移。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-深层土体水平位移：测点布设一般布设在监测主断面上隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-深层土体水平位移：测点布设测斜管一般管底标高低于

33、隧道底部标高2。测斜管与钻孔之间孔隙内回填细砂或水泥与粘土拌和的材料，其配合比应与地层的物理力学性质相匹配。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-深层土体水平位移：测试原理 通常使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，再将测斜管分成n个测段，每个测段的长度为Li（一般为5001000mm），在某一深度位置上所测得的是两对导轮（500mm）之间的倾角值，通过计算可得到这一区段的变位i，计算公式为：隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-深层土体水平位移：测试原理位移的计算：是某一深度上测斜管的累计变位值，其累计时应从测斜管的基准点（不

34、动点）开始。基准点位置的设定分管底和管顶两种情况。测斜曲线：将同一测斜管的不同深度处所测得的变位值在坐标纸上连接起来，便可得到原始变位（H）曲线。这一曲线反映了测量时刻地层在隧道施工中的实际位移状态，隧道监控量测与信息反馈技术例：测斜曲线四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-深层土体水平位移：测试原理隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-围岩接触应力1）了解施工过程中施加于初期支护结构上的围岩松动荷载大小或围岩初始地应力作用于隧道结构上分力的大小，分析评估此力作用于初支结构和二衬结构的安全度。2）寻找由于地下工程施工引起的不同距离和位置上地层土压力的变化规

35、律，确保周围环境的安全隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-围岩接触应力3）探索各种条件下的静止、主动、被动土压力规律，验算隧道结构的土压力理论分析值及分布规律，为提高理论分析水平积累资料。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-围岩接触应力：断面埋设选择在典型断面的关键部位埋设：初期支护隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-围岩接触应力：断面埋设选择在典型断面的关键部位埋设：二次衬砌隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-围岩接触应力：测点埋设压力盒埋设，要使压力盒的受

36、压面向着围岩。先用水泥砂浆将压力盒处的围岩（或喷层）抹平，再用水泥砂浆或石膏、支架等把压力盒固定在岩面（或喷层）上，再谨慎施作喷射混凝土层（或模筑砼）覆盖，保证围岩（或喷层）与压力盒受压面密贴，不要使喷混凝土与压力盒之间有间隙，压力膜应与所测土压力的方向对应。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-围岩接触应力：数据分析根据压力值绘制压应力时间曲线图，在隧道横断面图上按不同的施工阶段，以一定的比例把压力值点画在各压力盒分布位置，并以连线的形式将各点连接起来，成为隧道围岩压力分布形态图隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-钢筋应力主要

37、采用钢筋计测量钢筋的应力，通过测量初期支护钢拱架或二衬钢筋应力，计算其所受轴力和弯矩，了解掌握施工过程中初支和二衬结构内力情况，从而判断、评估支护结构的安全性及稳定性，以便修改施工参数、完善施工措施。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-钢筋应力：断面埋设同围岩压力监测一样，在具有代表性的隧道监测主断面的关键部位上埋设，钢筋应力测点应与其它监测项目如测斜、支护内力测试部位相匹配，以便进行综合分析。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法主要监测方法-钢筋应力隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备：光纤监测技术非

38、接触监测系统静力水准隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备-光纤监测技术利用外界因素使光在光纤中传输时光强、相位、偏振态以及波长（或频率）等特征参量发生变化，从而对外界因素进行检测和信号传输的技术称为光纤检测技术。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备-光纤监测技术 光纤监测技术与传统监测技术的对比隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备-光纤监测技术 主要光纤监测技术光纤结构监测系统 （SOFO）布拉格光纤光栅传感仪 （FBG）布理渊光时域反射计 （BOTDR）隧道监控量测与信息反馈技术

39、四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备-非接触监测系统系统通过先进全站仪具有自动目标识别、自动跟踪、无棱镜测距的功能、将全站仪置于固定测站，通过数据线与远处控制室连接，通过控制室电脑发出指令控制全站仪对目标进行测量。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备-非接触监测系统系统构成：高精度全站仪，小型棱镜（或反射膜片）、数据记录和传输系统、后处理软件隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备-静力水准监测系统该方法及所选用的仪器依据连通管原理的方法，采用传感器测量每个测点容器内液面的相对变化，通过计算求得各点相对于基点的

40、相对沉降。隧道监控量测与信息反馈技术四、主要监测仪器设备及监测方法新型监测方法和设备-静力水准监测系统隧道监控量测与信息反馈技术 五、变形控制基准的确定控制基准的意义1、设计意图的体现2、施工单位的施工工艺及水平的体现3、地层地质情况变化体现4、周边环境和施工安全的体现 隧道监控量测与信息反馈技术 五、变形控制基准的确定监控量测控制标准包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等内容，应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性，以及周围建(构)筑物特点和重要性等因素制定。隧道监控量测与信息反馈技术五、变形控制基准的确定地表沉降控制基准确定按环境保护要求确定最大允许地表沉降值从地表建筑物安全角

41、度考虑从地下管线的安全角度考虑从考虑地层及支护结构稳定角度确定最大 允许地表沉降值隧道监控量测与信息反馈技术1、从地表建筑物安全角度确定地表沉降控制值1）地表建筑物基础位于沉降槽一侧 如右图所示，一般来说，浅埋地下工程施工时，在其两侧存在着潜在的破裂面，如果破裂面与地表交点位于建筑内，则应考虑不均匀沉降对建筑物的影响。假设破裂面与地表的交点为地表建筑物沉降的不动点，则有： 式中，H-工程覆土厚度，h1-开挖高度，D为开挖直径，A-受影响的横截面宽度。不均匀沉降由Peck公式求得： 五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术 如果令u等于建筑物的最大允许地表沉降值，而i通常位于边墙所在的铅

42、垂线上（iD/2），则最大允许地表沉降值为： 即与L1对应的点为建筑物由于地表沉降而倾斜的最大斜率点，由Peek公式推导的该点的倾斜率计算公式为： 令u为建筑物的容许倾斜则得到的最大允许地表沉降值为：五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术2）地表建筑物基础位于沉降槽中间（1）建筑物相邻柱基L小于（等于）沉降槽拐点位置i 由沉降槽曲线可知，在拐点i处，曲线斜率最大，当建筑物位于如图所示时，差异沉降达到最大，故以此极限条件下的坡度值-极限坡度小于相应建筑物允许倾斜值作为限制条件。即： 式中：L一一建筑物相邻柱基础间距 f一一建筑物的允许倾斜率 S差异沉降值 由极限条件得允许最大沉降差：S

43、fi，同时，由peck曲线可知，当x=i时，可得出地表下沉的最大斜率： 假定建筑物最大允许倾斜与Qmax相等，此时，地表最大允许沉降量： 五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术（2）建筑物相邻柱基L大于（等于）沉降槽拐点位置2i 这种情况下，沉降对建筑物的影响既引起倾斜，同时基础受弯。当建筑物处于受弯最不利位置，沉降量过大时，可能导至建筑物基础结构的断裂及上部结构压性裂缝的产生。影响基础变形的因素，如受力条件、荷载分布、建筑物等级不尽相同，难以进行分析，这里仅根据建筑物基础的极限应变采用下式计算最大允许沉降值。 五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术2、从考虑地下管线的安全

44、角度确定最大允许地表沉降值 管线与隧道的位置关系比较复杂，仅以管线与隧道轴线垂直为例进行说明。沉降槽上方的管线变形类似于建筑物地基梁L2i的情况，随着地层的沉降，其受力条件发生转化，这时可视为受垂直均布荷载的梁来考虑。 根据结构在正常使用时受到的应力应小于其允许的设计应力这一标准： 由：=/E 式中：允许拉应变； 允许拉应力； E材料弹性模量； 可知，管线在地层沉降时产生的变形应小于（或等于）其允许应力的相应变形范围。即可按下式计算沉降允许值。 式中：m计算长度。当管线走向垂直于地下工程纵向时，m=i，S值最小，此时，上式可简化为如下式。 五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术3、从

45、考虑地层及支护结构稳定角度确定最大允许地表沉降值 以地下工程侧壁正上方土体不发生坍塌时允许产生的最大地表沉降值作为控制基准，这时采用“地层梁理论”，诱导出剪应变的方法来确定最大允许地表沉降值。 经验表明，软弱地层浅埋地下工程典型的地表沉降曲线可用Peck公式描述： 对Peck公式求导可得沉降曲线的最大斜率计算公式如下（发生在x=i处）： 如设定地层的极限剪应变Yp与相等，则： 即从地下工程施工本身的安全稳定性推求的最大允许地表沉降值为： 式中：地层抗剪强度， G地层剪切摸量。 Smax一一最大允许地表沉降值； i一一曲线拐点到中心的距离，可通过回归求得； 地表沉降控制基准值随工程条件，尤其是周

46、边环境条件而变，目前多数招标文件中笼统的要求地表沉值小于某一数值是不适宜的，应针对具体工程，通过类比和计算相结合的办法找出相应的控制基准值。五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术五、变形控制基准的确定支护结构（围岩）位移控制基准确定根据支护结构的稳定性确定根据地表沉降控制要求确定利用现场监测结果和工程经验对预先确定的 位移值进行修正隧道监控量测与信息反馈技术 绘制围岩位移支护刚度曲线，并在图上绘制u=u（直线C），从图中可看：围岩位移支护刚度曲线存在一个明显的拐点，从经济、安全的角度考虑，C与A、B相交在拐点附近最合理，交点对应的支护结构（围岩）位移作为变形的控制值u。五、变形控制基

47、准的确定隧道监控量测与信息反馈技术 1、暗挖隧道主要监测项目控制基准参考值 我国铁路隧道采用允许相对位移值的方法确定支护结构的控制基准。隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的最终位移值均应小于锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）规定值。 覆土厚度（m）围岩级别3000.10.30.20.50.41.20.150.50.41.20.82.00.20.80.61.61.03.0五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术 法国工业部制定的隧道位移基准值(绝对允许值）如下表（隧道断面50100 m2），可作为初选位移基准的参考值。隧道埋深（m）洞内拱顶容许下沉（mm）

48、地表容许下沉（mm）硬岩软岩硬岩软岩10501020205010202050501002060100200206015030010050050100501002004005007504012020040040120300600五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术 日本“NATM设计施工指南”提出按测得的总位移量值（绝对允许值），或根据已测值预计的最终位移值，判断围岩的类别，然后确定与围岩相应的支护系统。围岩类别净空变化值（mm）单 线双 线751502575501502550五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术 我国北京地铁工程施工相应的监测控制基准（绝对位移值）如下：

49、 监测项目基准值位移平均和最大速度控制值（mm/d）地表沉降区间30平均：2最大：5车站30拱底隆起区间10车站10拱顶下沉区间50平均：2最大：5车站60水平收敛区间20平均：1最大：3五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术 北京地铁盾构法施工监测控制基准值 监测项目基准值位移平均和最大速度控制值（mm/d）地表沉降30平均：1最大：3拱顶下沉30平均：1最大：3五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术五、变形控制基准的确定明挖基坑工程变形控制基准确定满足现行的相关规范、规程的要求，大多是位移或变形控制值对于围护结构和支撑内力、锚杆拉力等，不能超出设计允许值满足工程管理部门

50、的相关要求在满足工程结构和周边环境安全的前提下，综合考虑工程规模、 工程地质和水文地质条件、施工方案、工程质量、施工进度和 工程造价等因素隧道监控量测与信息反馈技术 2.明挖基坑工程变形控制基准参考值 我国的基坑设计规程将基坑工程按破坏后果和工程复杂程度区分为三个等级，各级基坑变形的设计和控制值见下表工程复杂一级二级三级很严重严重不严重基坑深度（m）149149地下水埋深（m）2255软土层厚度（m）5252基坑边缘与邻近已有建筑浅基础或重要管线边缘净距（m）0.5h0.51.Oh1.Oh监控值设计值监控值设计值上海市墙顶位移（mm）305060100宜按二级基坑的标准控制，当环境条件许可时可

51、适当放宽墙体最大位移（mm）608090120地表最大沉降（mm）305060100最大差异沉降6/100012/1000深圳市墙体最大水平排桩、地下连续墙、土钉墙0.0025H0.0050H0.0100H位移（m）钢板桩、深层搅拌桩一0.0100H0.0200H五、变形控制基准的确定隧道监控量测与信息反馈技术五、变形控制基准的确定控制基准管理等级管理等级管理位移施工状态U0Un/3可正常施工Un/3U0Un2/3应注意，并加强监测U0Un2/3应采取加强支护等措施 U0 实测位移值; Un 允许位移值; Un的取值，也就是监测控制标准隧道监控量测与信息反馈技术六、监控量测方案的编制监测方案是

52、指导监控量测的主要技术文件。主要包括监测目的和监测项目、监测仪器布置及安装、数据采集方法、数据分析及施工信息反馈。在工程施工前，应组织专业技术人员在认真研究工程项目的规模、工程的技术重点、难点及周边环境条件的基础上进行编写。隧道监控量测与信息反馈技术六、监控量测方案的编制监测项目的选择应考虑以下因素工程地质条件与水文地质条件工程规模与施工技术难点工程的周边环境条件:主要是所处位置、周围建（构）筑物的结构型式、形状尺寸及与地下工程之间的关系监测项目的确定隧道监控量测与信息反馈技术六、监控量测方案的编制收集编制监测方案所需的基础资料现场踏勘，了解周围环境编制监测方案初稿完善监测方案监测方案报批方案

53、的编制步骤隧道监控量测与信息反馈技术六、监控量测方案的编制工程概况监测目的与意义监测内容和测点数量各类测点布置平面图各类测点布置剖面图各项目监测周期和频率的确定方案的主要内容隧道监控量测与信息反馈技术六、监控量测方案的编制监测仪器设备的选用监测人员的配备各类监测项目控制基准值的确定监测报告送达对象和时限监测注意事项方案的主要内容隧道监控量测与信息反馈技术七、监控量测数据处理与信息反馈技术信息反馈目的确保地下工程施工安全制定合理的周边环境保护措施确保信息化设计与施工的效果积累资料隧道监控量测与信息反馈技术七、监控量测数据处理与信息反馈技术信息反馈内容反馈施工反馈设计修正设计用围岩物理力学参数修正

54、设计用基本荷载修正设计用变形控制基准、安全监测方法和监控判据指标信息化设计监测数据较小时，可简化施工方案以减少施工程序，加快施工进度，降低工程造价监测数据较大时，应调整施工方案直至增加辅助施工措施，以确保工程及周边环境的安全隧道监控量测与信息反馈技术信息反馈程序七、监控量测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术七、监控量测数据处理与信息反馈技术收敛限制法参数控制法工程类比法有限元法信息反馈方法反分析法隧道监控量测与信息反馈技术 监测数据的处理方法 （1）散点图与回归分析法 一元线性回归分析 非线性回归分析 （2）地下工程监测数据分析中常用的回归函数 地表沉降横向分布规律 地表沉降横向

55、分布规律回归函数采用Peck公式七、监控量测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术 位移历时回归方程 对地表沉降、拱顶下沉、净空收敛等变形的历时曲线一般采用如下函数进行回归。 （1）指数模型： （2）对数模型： （3）双曲线模型： 以上3式中：t监测时间（单位：日） St时间对应的位移值 a、b回归系数 七、监控量测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术 沉降历程回归方程 由于地下工程开挖过程中地表纵向沉降、拱顶下沉及净空收敛等位移受掌子面的时空效应的影响。采用单个曲线进行回归时不能全面反映沉降历程，通常采用以变弯点为对称的两条分段指数函数式或指数函数进行近似回归分析。式中

56、：A，B回归参数x距开挖面的距离S距开挖面x处的地表沉降x0、u0变弯点x0处的沉降值u0七、监控量测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术收敛分析法七、监测信息处理与反馈技术 收敛限制法是一种以理论为基础、实测为依据、经验为参考的较为完善的地下工程设计方法。 对于衬砌结构，如果在P作用下结构产生位移u后能保持稳定，即可判断结构安全可靠；与此同时，也可判断这时地层处于稳定状态。如果在P作用下结构产生位移u后将失稳，则地层也不稳定，在这种情况下，应调整结构形状和厚度等参数，或调整施作衬砌的时间，重新进行设计计算。隧道监控量测与信息反馈技术参数控制法根据位移判别围岩稳定与否，据此作出增强

57、 或减弱支护参数的对策根据地表沉降监测反映的地层变形规律，采 取相应施工对策，确保地层安全稳定根据监测数据确定二次衬砌施作时间七、监测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术 图中所示正常曲线，是位移的变化随时间和距掌子面距离向前推进而渐趋稳定，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的；图中所示的反常曲线中出现了反弯点，说明位移出现反常的急剧增长现象，表明围岩和支护结构已呈不稳定状态，应立即采相应取措施，并加强监测频率，以确保安全。七、监控量测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术 位移变化速率是判断地层和结构稳定性的重要指标，如右图所示： 曲线位移变化速率不断下降，最后

58、趋于稳定，围岩是稳定的； 曲线位移变化速率大，而且收敛很慢，则应加强支护，若曲线一直发展，斜率没有下降趋势则已出现危险征兆，应采取紧急而特殊措施； 曲线是地层失稳标志，应立即处理以免造成塌方。典型位移变化曲线七、监控量测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术工程类比法工程的自然条件包括工程地质及水文地质条件、 工程规模、施工方法、周边环境等的对比分析支护结构的对比分析周边建（构）筑物的安全稳定性条件的对比七、监控量测数据处理与信息反馈技术隧道监控量测与信息反馈技术八、围岩（支护结构）稳定技术措施一般措施选择合理的开挖方法，保持开挖面稳定、减少对地层的扰动提高初期支护强度并及时进行支护

59、围岩与支护结构间回填注浆工作面施作正面锚杆，稳定掌子面浅埋暗挖法减小爆破振动影响隧道监控量测与信息反馈技术八、围岩（支护结构）稳定技术措施辅助施工措施超前支护地层预处理浅埋暗挖法全断面注浆冻结法锚杆法压缩空气法管棚法超前插桩法超前插板法超前锚杆水平高压旋喷法隔断墙法机械预切槽法帷幕注浆法超前小导管注浆隧道监控量测与信息反馈技术 （一）地下工程开挖后围岩的变形规律 坑道开挖后在无支护条件下，仅仅依靠围岩自身的支护效应，其变形实态可以通过理论分析、 实地量测予以确认。特别是要确认在无支护条件下坑道各种变形的量值。当量值超过容许值时，就必须采取各种有效的技术对策予以控制，而且必须控制在容许值范围之内

60、。 根据三维计算结果，坑道开挖后的变形，基本上可以用图1的三维形态表示。八、围岩（支护结构）稳定技术措施隧道监控量测与信息反馈技术 即：隧道开挖后隧道的变形可分为以下三种实态： 掌子面前方的先行位移 掌子面挤出位移 掌子面后方的位移 这三种位移是同时发生的。在浅埋软弱围岩条件下，支护的主要目的就是要抑制这些位移的发展，也就是抑制由这些位移引起的围岩松弛。因此，对设计、施工来说就是要搞清楚这三种位移（变形）的产生条件和发展规律，并通过什么手段来控制其发展。八、围岩（支护结构）稳定技术措施隧道监控量测与信息反馈技术 1、掌子面前方的先行位移 掌子面前方围岩先行位移的概念，可以两个量值表示，即掌子面