地下工程监测与检测技术隧洞工程监测

1、地下工程监测与检测技术第四章 隧洞工程监测人民交通出版社地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第1页 隧洞工程监测目标 隧洞工程监测内容及测试方法 隧洞工程监测相关要求 监测数据分析反馈及信息化施工 盾构法和顶管施工监测 工程实例内容提要地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第2页 隧洞是修建在存在地应力场、由岩石(土)和各种结构面组合天然岩(土)体中建筑物，是靠围岩和支护共同作用保持其稳定性。 隧洞稳定性安全监测有：洞室、隧道、输水隧洞、城市地铁以及竖井、斜井等。第一节 隧洞工程监测目标一.介绍地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第3页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第4页地下工程监测与检测技术隧洞

2、工程监测第5页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第6页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第7页北京某地铁暗挖区间坍塌事故地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第8页（1）提供监控设计依据和信息。（2）指导施工，预报险情。（3）作为工程运行时监测伎俩。（4）用作理论研究及校核理论。（5）为地下工程设计与施工提供资料。 二、监测目标及意义地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第9页监测对象： 围岩(地下结构赋存场所，土或岩石) 衬砌(初衬和二衬） 锚杆(加固开挖面周围岩土体) 钢拱架及其它支撑(维护开挖区域稳定)监测部位： 地表(周围环境监测) 围岩内(附存环境监测) 洞壁(开挖面本身稳定性监测) 衬砌内

3、(支护结构监测) 衬砌内壁(支护结构监测)第二节 隧洞工程监测目标地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第10页监测类型 现场观察；岩土体力学参数测试；应力应变测试；压力测试；位移测试；温度测试；物探测试等。 隧道内地质条件改变情况；节理、裂隙发育和扩展情况；渗漏水情况；隧道暴露面有没有松动岩石；锚杆有没有松动、喷层有没有开裂；中墙衬砌上有没有裂隙出现；洞内观察地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第11页监测类型监测项目监测仪器位移地表下沉水准仪，钢铟尺地表水平位移经纬仪拱顶下沉水准仪，电子水平尺，钢铟尺拱脚基础沉降水准仪，电子水平尺，钢铟尺围岩位移（径向）单点、多点位移计，三维位移计围岩位移（水平

4、）测斜仪，三维位移计洞周收敛收敛计，巴塞特系统压力围岩内压力压力盒，压力枕衬砌混凝土内压力压力盒，压力枕衬砌钢筋应力钢筋应力计，应变计围岩与衬砌接触压力压力盒，压力枕锚杆轴力钢筋应力（应变计），应变片，环式测力计钢拱架压力钢筋应力计，应变片，应变计，轴力计地下水渗透压力渗压计其它物理量围岩松动圈弹性波，形变电阻法前方岩体性态弹性波，超前钻，探地雷达爆破震动测震仪声发射声发射检测仪地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第12页隧道开挖破坏原始地应力场围岩应力重分布分布具有时空效应提供支护力作用接触应力围岩应力监测结构安全一.应力应变量测地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第13页测试原理 混凝土应力量

5、测包含早期支护喷射混凝土应力和二次衬砌模筑混凝土应力量测，是将量测元件(装置)直接安装于喷层或二次衬砌中，测试围岩变形过程中由不受力状态逐步过渡到受力状态过程中应力改变。1、量测原理地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第14页应力(应变)计量测法钢弦式应变计差动式电阻应变计频率应变电阻应变2、量测方法地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第15页应变砖电阻应变片，外加银箔防护做成银箔应变计，再用砼材料制成(50120)mmx40mmx25mm长方体 应变砖埋入砼内，应变砖材料和砼基本上是同类材料，应变砖不会引发应力异常改变可直接反应砼层变形与受力大小(处理了土压力盒刚度不一样问题)应变砖量测法地下工

6、程监测与检测技术隧洞工程监测第16页测试断面布置 混凝土应力量测在纵断面上应与其它选测项目标布置基本相同，普通布设在有代表性围岩段，在横断面上除要与锚杆受力量测测孔相对应布设外，还要在有代表性部位布设测点，在实际量测中通常有三测点、六测点、九测点等各种布置形式。在二次衬砌内布设时，普通应在衬砌内外两侧进行布置，有时也可在仰拱上布设一些测点。 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第17页二.压力量测 地下隧洞工程压力测试主要包含锚杆或锚索内力及抗拔力、围岩压力及两层支护间压力量测和钢支撑内力及外力测试。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第18页1、锚杆或锚索内力及抗拔力(1)量测原理 锚杆主要作用

7、是限制围岩松弛变形。这个限制作用强弱，一方面受围岩地质条件影响，其次取决于锚杆工作状态。锚杆工作状态好坏主要以其受力后应力、应变来反映。所以，如果能采用某种伎俩测试锚杆在工作时应力、应变值，就可以知道其工作状态好坏，也可以由此判断其对围岩松弛变形限制作用强弱。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第19页(2) 锚杆内力量测方法 锚杆主要作用是限制围岩松弛变形。这个限制作用强弱，一方面受围岩地质条件影响，其次取决于锚杆工作状态。锚杆工作状态好坏主要以其受力后应力、应变来反映。所以，如果能采用某种伎俩测试锚杆在工作时应力、应变值，就可以知道其工作状态好坏，也可以由此判断其对围岩松弛变形限制作用强弱。

8、地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第20页 四根细长杆，头部固定在锚杆内预计位置上，量测读数。 机械式量测法地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第21页电阻应变片式量测可消除弯曲应力影响。 应变片锚杆地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第22页钢筋计量测锚杆内力钢筋应力计只能用于由钢筋组成锚杆。 钢筋应力计、频率仪或电阻应变仪；直接量测应力，乘以面积；钢筋应变计、频率仪或电阻应变仪；直接量测应变，乘以模量；安装： 钢筋应力计 割断钢筋，与钢筋串联焊接； 钢筋应变计 焊在钢筋或钢管上（与锚杆并联连接）；地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第23页(3)锚杆抗拔力量测方法锚杆拉拔计将锚杆拉拔计接口与待测

9、锚杆外露端连接紧固。拉拔计百分表归零，然后增压使油泵压力逐步升高。油泵压力到达设计拉力，可停顿继续加压。统计锚杆位置及油泵压力值，油泵卸压。假如油泵压力未到达设计拉力，锚杆破坏，则该锚杆可认为安装质量不合格。 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第24页3、围岩压力及两层支护间压力(1)量测原理 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，就会产生围岩作用于支护结构上围岩压力和两层支护间压力。对围岩应力、应变进行观察，能够及时有效掌握围岩内部受力与变形状态，进而判断围岩稳定性；对围岩与支护结构之间压力即接触应力进行量测，可及时掌握围岩与支护间共同工作情况、稳定状态及支护力学性能等

10、。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第25页(2)量测伎俩围岩应力应变测试、钢弦式应变计：单个应变计与被测围岩刚度相匹配钢管(钢筋)连接起来，用水泥砂浆埋入岩孔，再用频率计进行激发、接收测试。、差动式电阻应变计：连接方法同钢弦应变计。、电测锚杆(电阻片测杆)：把电阻片按需要贴在一根剖为两半金属或塑料管内壁上，再把两半合拢，并做好防水、防潮处理，用水泥砂浆固结在围岩测孔中。测杆刚度要尽可能与被测围岩刚度相匹配。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第26页电阻片测杆电阻应变钢弦式应变计算：理想测试内容，性能稳定，耐久性好；差动式电阻应变计：灵敏度高耐久性好，性能稳定；电阻片测杆简单经济，灵敏度高；但

11、不能在潮湿环境中长久应用。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第27页、钢弦式压力盒围岩与支护或喷层与现浇混凝土之间接触应力量测；能反应出支护对围岩抗力；与二者特征和之间接触条件相关。p总压力；k压力计率定常数；f0压力计零压是频率；f压力计受压后频率；接触应力量测地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第28页、变磁阻调频式土压力传感器变磁阻传感器和L-C震荡电路p 被测压力改变值；k 传感器率定值；f频率改变量；输出信号幅度大，抗干扰能力强，灵敏度高，适合遥测；在硬介质中应用，存在刚度匹配问题。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第29页、格鲁茨尔压力盒液压式压力计，传感原件为一扁平油腔，由油压表测

12、油腔压力。不但能够用于接触应力测试，也可用于同种介质内部量测。液压枕地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第30页 压力盒布设在围岩与初衬之间，即测得围岩与初衬之间接触压力；压力盒布设在初衬与二衬之间，即测得两层支护间接触压力。压力盒布设中，应把测点布设在含有代表性断面关键部位上(如拱顶、拱腰、拱脚、边墙仰拱等），并对各测点逐一进行编号。埋设压力盒时，要使压力盒受压面向着围岩。注意事项测点布置 在隧道壁面，当测围岩施加给喷射混凝土层径向压力时，先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上，再慎重施作喷射混凝土层，不要使喷射混凝土与压力盒之间有间隙，确保围岩与压力盒受压面贴紧；要注意保护压力盒电缆线，不然

13、前功尽弃。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第31页钢支撑内力及外力隧道围岩类别低于类，设置钢支撑；、类围岩型钢支撑；类格栅支撑.量测目标 了解钢支撑应力大小，为钢支撑选型和设计提供依据； 依据钢支撑受力状态，判断围岩和支护结果稳定性； 了解钢支撑实际工作状态，确保隧道施工安全。量测仪器 液压式和电测式两种； 液压式结构简单，可靠，现场直接读数，使用方便； 电测式测量精度高，可远距离和长久观察。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第32页电测方法型钢支撑- 钢弦式表面应变计 焊接在型钢上面，与型钢并联连接电测方法格栅支撑- 钢弦式钢筋应力计 切断格栅钢筋，与格栅钢筋串联连接地下工程监测与检测技术

14、隧洞工程监测第33页 液压式量测方法-液压式测力计压力作用使油缸内油压发生改变，直接经过压力表读出油压改变。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第34页三.位移测试1.净空相对位移测试测量原理 隧道开挖后，改变了围岩初始应力状态，围岩应力重分布引发洞壁应力释放，使围岩产生变形，洞壁有不一样程度向内净空位移。在开挖后洞壁(含顶、底)及时安设测点，内壁面两点连线方向位移之和量测称为收敛量测，两次量测距离之差为收敛值。收敛量测是地下隧洞监控量测主要内容，依据测试变形速率可判断围岩稳定程度和二次衬砌合理施做时机；收敛值是最基本量测数据，必须准确测量，计算无误地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第35页 壁

15、面测点：埋入围岩壁面30-50mm埋杆或测头； 测尺(测杆)：打孔钢卷尺或金属管，壁面相对位移粗读数； 测试仪器：由测表、张拉力设备与支架组成；测表，百分表或游标卡尺，精度数；张拉力设备,重锤/弹簧/应力环，对测尺施加定量张拉力，测尺初始状态一致;支架,安装组合仪器组件装置；连接部分：连接测点和仪器构件；收敛量测测量装置基本组成地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第36页测试简单，纯人工操作，精度较低。、位移测杆由数节可伸缩异径金属管组成，管上装有游标卡尺或百分表，用以测定两端测点之间相对位移；适合用于小断面洞室观察；惯用量测方法地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第37页 单向重锤式收敛计测试方

16、向单一测试精度普通重锤施加张拉力、净空改变测定计地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第38页1-测度表；3-钢卷尺；4、5-连接球铰；6-张拉表；7-张拉弹簧 万向弹簧式收敛计能量测任意方向测试精度普通弹簧施加张拉力地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第39页万向应力环式能量测任意方向测试精度高性能稳定量力环准确控制张拉力地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第40页仪器安装监测实例全断面监测；高精度电测、巴塞特收敛系统地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第41页弹簧钢卷尺光电测距仪器全过程监控；高精度电测；简单方便、光电测距仪地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第42页Un 第n次量测时净空相对位移值；

17、Rn 第n次量测时观察值；R0 初始观察值；净空相对位移计算 开挖后尽快埋设测点，并测取初值，要求12h内完成；测点(测试断面)应尽可能靠近开挖面，普通要求在2m以内；读数应在重锤稳定或张力调整器指针稳定指示要求张力值时读取；当相对位移值较大时，要注意消除换孔误差；量测频率视围岩条件、工程结构条件、位移速率及施工情况而定。量测注意事项地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第43页2 、拱顶下沉量测测量原理 由已知高程暂时或永久水准点，使用较高精度全站仪，就可观察出隧道拱顶各点下沉量及随时间改变情况。隧道底部也可用此方法观察，通常这个值是绝对位移值。还能够用收敛位移计测拱顶相对于隧道底面相对位移。值

18、得注意是拱顶是隧道周围一个特殊点，其位移情况含有较强代表性。拱顶下沉量测测点，普通可与周围位移测点共用。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第44页量测方法、水准仪监测或直接量测拱顶下沉计算布置示意图地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第45页、全站仪量测 在被测断而拱顶位置布设13个反光贴片，并在跄离该断面数十米位置（可选择已施做二衬，或可认为该处衬砌变形已经稳定位置），贴l个反光片作为后视点，使用全站仪“对边缺测”功效，能够量测出被测点与后视点间相对位移，该位移即拱顶下沉量。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第46页量测内容及目标隧道开挖影响范围内地表土体，浅埋隧道和隧道洞口；地表下沉范围和量

19、值；地表及地中下沉随工作面推进规律；地表及地中下沉稳定时间；量测方法 水准仪监测法 地表影响范围内埋设测点，与影响范围外埋设基准点，二者高程之差。3、地表下沉量测地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第47页量测内容及目标 隧道周围某点及围岩内不一样深度各点位移状态； 反应围岩受力稳定状态、岩体挠动与松动范围，优化锚杆设计参数；判别隧道围岩稳定性和支护效果，确保施工安全和工程质量；4. 围岩内部位移量测量测原理 埋设在钻孔内测点与钻孔壁紧密连接，岩层移动带动测点移动 测点i相对与测点1位移量为测点i相对与孔口总位移量为地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第48页锚固部分： 把测试原件与围岩锚固成一体

20、，测试原件应变即为该点围岩变位围岩内部位移测量装置基本组成胀壳式锚固器支撑式锚固器软岩、干燥环境多用胀壳式、支撑式、灌注砂浆式锚固器；硬岩、潮湿环境多采取楔缝式、压缩木式。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第49页 传递部分：把各测点间位移进行准确传递； 直杆式、钢带式、钢丝式；并联式和串联式 孔口装置部分：孔口基准面、固定、保护、导线隐蔽及集装箱等直杆式伸长计孔口固定装置地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第50页传感器与测读仪器：测试、采集读数，分机械式和电测式 机械式位移计：单点、两点、多点机械式位移计单点式位移计地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第51页 单点位移计优缺点 结构简单，制作

21、轻易，测试精度高；受外界原因影响小，轻易保护；若钻孔足够深时孔底可视为不动点，测得是位移绝对值；单点位移计通常与多点位移计配合使用。机械式位移计：两点机械式位移计 两个内锚头，两根金属测杆，用百分表量测两测杆外端测点和孔口端面间相对位移改变。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第52页机械式位移计：多点机械式位移计注浆锚固式多点式位移计地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第53页机械式位移计：单点、两点、多点机械式位移计串联式式多点式位移计地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第54页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第55页电感式位移计差动式位移计电阻式位移计 施测方便，测试安全，能够遥测，适用性强

22、；受外界影响大，稳定性能较差，费用较高。电测式位移计地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第56页一、 量测项目标确定和量测伎俩选择 1、监测项目标确定原则与内容第三节 隧洞工程监测相关要求 以安全监测项目为主标准；观察项目设计应表达全方面标准观察项目宜同时设置；少而精标准；经济性标准 隧道施工技术规范及技术要求(铁路、公路、地铁等) 日本新奥法设计技术指南(草案) 地表沉降监测主要性可参考规范：地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第57页如：公路隧道施工技术规范（TJT042-94）地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第58页如：日本新奥法设计技术指南(草案)地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第59

23、页如：地表沉降监测主要性浅埋岩石隧洞工程，如城市地铁，地表沉降作为一个主要监测项目；深埋岩石隧洞工程，水平方向位移监测往往比较主要；地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第60页监测伎俩和仪表确实定主要取决于围岩工程地质条件和力学性质，以及测量环境条件，如软岩vs硬岩，有水vs无水，深埋vs浅埋等；仪器选择前首先预计各物理量改变范围；选择简单、可靠、耐久、成本低伎俩；机械伎俩和电测伎俩结合使用。例：2、监测伎俩和仪表选定地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第61页地下隧洞监控测量项目及所用仪器地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第62页二、测点布置标准1. 量测部位布设1）量测断面布置 量测断面布置基

24、本要求 不一样围岩类别、衬砌型式最少设一个断面； 特殊性：断层、破碎带、洞口等隧道特殊部位应设监测断面； 各种位移、力监测项目应尽可能布置在同一监测断面上； 各种力监测项目应尽可能布置在同一监测断面上。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第63页 说明： 1）力监测项目标布设位置与多点位移计类似； （锚杆拉力、围岩压力和衬砌内力、钢拱架内力） 2）监测锚杆上普通均匀布设3-4个测点； 3）监测锚杆规格应与工程锚杆相同。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第64页 量测断面分类 量测断面分为单项量测断面和综合多项目量测断面两类。 单项量测断面是把量测单项内容布设在同一个断面，以了解围岩和支护在该断面

25、动态改变情况； 综合多项目量测断面是把多项量测内容布设在同一个量测断面，使各项量测结果、各种量测伎俩相互校验、相互印证，对该断面动态改变进行综合数值分析和理论分析，做出更靠近工程实际判断。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第65页 量测断面布置间距 地下隧洞量测断面普通均沿纵向间隔布设。因为各量测项目标要求不一样，其量测断面间距亦不一样。 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第66页 其它量测项目，普通可布设在综合测试断面上(常称为代表性断面)。 在普通围岩条件下，可间隔200500m布设一个断面。 如在施工过程中发生塌方等险情，需要依据监测数据进行确定工程处理时机和办法，则应依据实际需要确定量

26、测断面间距。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第67页洞周收敛点布置形式(普通)净空改变量测基准线布置表2）量测测线布置地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第68页洞周收敛点布置形式(其它)说明： 1）断面较小时，可采取较简练布置形式； 2）数据作为反分析使用，采取多个三角形布置形式； 3）边墙很高时，可沿墙高设置多个水平测量基线。十字形：底部施工已基本完成隧道；多个三角形或交叉形：较宽或较高隧道。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第69页 钻孔：通常布置拱顶、边墙和拱脚部位； 若条件允许，可从地表或其它隧洞钻孔预埋； 孔深：超出围岩变形影响范围约1.5-3倍洞径，软岩取大值； 孔口和孔底都应布

27、设测点； 在软弱结构面、接触面和滑动面等两侧。 1)围岩位移测孔布置 说明： 1）隧道内，位移计孔口处需布设洞周收敛测点； 2）拱顶位移计：洞内孔口处需布设拱顶沉降测点； 3）对应地表需布设地表沉降和位移测点。2. 量测孔和测点布置地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第70页位移测孔布置方式地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第71页 依支护锚杆安设位置和方式而定； 局部加强锚杆，加强区内代表性位置布设； 全断面锚杆，布设同位移测孔布设方式。 2) 锚杆轴力量测锚杆布置地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第72页 砼应力量测在纵断面上应与其它选测项目标布置基本相同；代表性围岩段；衬砌内外侧进行布置，

28、仰拱上进行布置；除应与锚杆受力量测孔相对应布设外，还布设在下列图所表示代表性位置。3）砼衬砌应力量测断面布置六点测三点测九点测地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第73页4) 地表、地中沉降测点布置5）声波测试孔布置地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第74页6) 接触应力量测断面压力盒布置与埋设总体要求：接触紧密与平稳，预防滑移。不损伤压力盒及引线，并在上面覆盖一块厚68mm、直径与压力盒直径大小相等钢板。埋设好后，设置观察室，将压力盒电缆引入观察室，按次序编排号码。定时量测；每个压力盒每次量测不少与3次。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第75页1. 测点安装 尽早实施，以获得靠近工作面动态数

29、据。测点初读数，应在开挖后二十四小时内。测读初读数时，测点位置距开挖工作面距离不应超出2m，距离开挖掌子面越近，观察效果越好，但需加强测点保护。三.监测实施2. 监测周期和频率 监测频度应依据监测改变大小调整； 应以改变最大者来决定监测频度； 整个断面内监测频度应该相同； 若设计有特殊要求，按设计确定频度； 遇突发事件则加强观察； 不一样位移速度时监测频度可参见下表地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第76页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第77页3) 结束量测时间 围岩到达基本稳定后，以1次/3d频率测试两周，无显著改变； 位移长久不能收敛时，主变形速率小于1mm/月；地下工程监测与检测技术

30、隧洞工程监测第78页1、允许位移量 允许位移变形量：在确保隧道不产生有害松动和地表不产生有害下沉条件下，自隧道开挖起到变形稳定为止，在起拱线位置隧道壁面间水平位移总量最大允许值，或拱顶最大允许下沉量。 确定依据： a. 国内外相关规范： 隧道施工技术规范及技术要求（公路、铁路、地下工程）； b. 参考国内外相关隧道经验 法国制订拱顶沉降量控制标准 弗朗克林隧道警戒标准 日本新宇佐美隧道允许变形量 我国一些隧道允许变形量经验 四.监测警戒值地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第79页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第80页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第81页2、位移速度 允许位移速度：在确

31、保围岩不产生有害松动条件下，隧道壁面间位移速度最大允许值。确定依据： 国内外相关规范：锚杆喷射砼技术规范中以收敛速率为0.10.2mm/d，拱顶下沉速率为0.070.15mm/d作为围岩稳定标志之一；法国新奥法施工标准：当月累计收敛量小于7mm，即天天平均变形速率小于0.23mm，认为围岩已到达稳定； 参考国内外相关隧道经验张家港铁矿稳定变形速度为0.1mm/d；引滦入津输水隧道大于0.33mm/d；美国一些工程：第一天: 1/5-1/4允许位移量（2.543.18mm），第一周内: 1/20允许位移量/天（约0.63 mm/天）。 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第82页3、位移加速度 变

32、形加速度小于0(,斜率减小，变形速度降低)，则围岩是稳定； 变形加速度等于0(,斜率不变，变形速度不变)，须发出警告，及时加强支护系统； 变形加速度大于0(,斜率增加，变形速度增大)，已进入危险状态，须马上停工、加固。 围岩位移时间曲线地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第83页第四节 监测数据分析反馈及信息化施工1. 地质预报 地质预报就是依据地质素描来预测开挖面前方围岩地质情况，方便考虑选择适当施工方案调整各项施工办法。2. 周围位移分析 依据已确定判断标准，如围岩位移速度不超出允许值，且不出现蠕变，则围岩是稳定，早期支护成功。若稳定性很好，则考虑适当加大循环进尺。如位移值超出允许值不多，且

33、早期支护中喷射混凝土未出现显著开裂，普通不予补强。如位移与上述情况相反，则采取处理办法，如调整支护参数，增强锚杆、加钢筋网喷混凝土、加钢支撑、增设暂时仰拱等；施工方面，可缩短从开挖到支护时间、提前打锚杆、设仰拱、缩短开挖台阶长度和台阶数，增设超前支护等。一、监测数据分析地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第84页3、围岩内位移及松动区分析 围岩内部位移图 松动区半径超出计算或规范要求最大允许松动区半径时，围岩就会出现松动破坏； 此时，必须加强支护或改变施工方式，减小松动范围。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第85页4. 围岩压力量测分析 围岩压力大但围岩变形量不大： 支护过早，尤其是仰拱封底时

34、间过早，需延迟，方便原岩释放应力。 围岩压力大且围岩变形量也大： 支护不足，加强支护，限制变形。 围岩压力小而围岩变形量大： 是否出现围岩失稳。重视! 5、喷层应力分析 喷层应力与围岩亲密相关； 应力大，支护不足/仰拱封底过早；分析与围岩压力类似。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第86页7、锚杆轴力分析 锚杆轴力超出屈服强度时，净空变位值普通超出50mm； 同一断面中，锚杆轴力最大值多数在拱部45附近到起拱线之间锚杆； 拱顶锚杆，不论净空值怎样，均出现压力； 监测轴力小于设计值或规范允许值。 下沉量小于规范要求允许值和建筑物保护允许值； 横向地表下沉曲线不对称，下沉值有显著不一样时：偏压地形

35、,相邻隧道、建筑物影响以及滑坡引发，引发重视! 6、地表下沉量分析(浅埋洞室) 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第87页二、信息反馈与预测预报1. 力学计算法 经过力学计算来调整和确定支护系统，力学计算所需输入数据则采取反分析技术。依据现场量测数据推算出如塑性区半径、初始地应力、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护荷载分布，这些数据是对支护系统进行计算所需要。当前已经有较多计算机分析软件可用于进行地下结构分析计算，如ANSYS、MARC、FLAC、ADINA等。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第88页2. 工程经验法地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第89页三、信息化施工1. 施工监测和信

36、息化设计在信息化施工中，位移反分析法为其关键，基本原理是：以现场量测位移作为基础信息，依据工程实际条件建立力学模型，反求实际岩土力学参数、地层初始地应力及支护结构边界荷载等。广义反分析法还包含在此之后，利用有限元、边界元等数值方法进行分析，据之进行工程预测和评价，并进行工程决议和决定采取办法，最终进行监测并检验预测结果。如此重复，到达优化设计，科学施工目标。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第90页信息监控和信息化设计流程地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第91页广义位移反分析法基本步骤：以现场量测位移作为基础信息，依据工程实际建立数学模型，反求实际岩体力学参数、底层初始应力以及支护结构边界荷

37、载等；正分析，进行工程预测和评价，决议和决定，最终进行监测并检验预测结果；重复进行，到达优化设计和科学施工；地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第92页2. 监测数据在信息化施工中应用地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第93页94第五节 盾构法和顶管法施工监测一、盾构法施工监测及时反馈，改进施工工艺和参数，降低土体变形；控制隧道和地面建（构）筑沉降在允许范围内；预测土体变形，为是否以及怎样保护地面建（构）筑物提供依据；研究不一样地层条件下施工工艺对土体变形影响规律；为研究地表沉降和土体变形分析计算方法等积累数据；发生工程环境责任事故时，为仲裁提供证据； 验证结构安全性和设计合理性。1、盾构法施工

38、监测目地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第94页952. 盾构法施工监测内容及监测频率锚杆轴力计，频率计 (8)螺栓锚固力钢筋应力计或应变计、频率计(7)轴向力、弯矩结构内力孔隙水压力计、频率计(6)隧道外侧水压力压力盒、频率计(5)隧道外侧土压力结构外力测微计(4)管片接缝张开度全站仪(3)隧道洞室三维位移水准仪，全站仪(2)隧道、衬砌环沉降收敛计，巴塞特系统(1)隧道结构内部收敛结构变形隧道结构监测元件与仪器监测项目监测类型监测对象1) 盾构法监测内容与使用仪器地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第95页96经纬仪(4)地表水平位移土压力盒、频率计(6)水土压力(侧、前面)裂缝计(4)建(构

39、)筑物裂缝经纬仪(3)倾斜经纬仪(2)水平位移水准仪(1)沉降 地面建(构)筑物 地 下 管 线 铁 路 道 路孔隙水压力计、频率计(8)孔隙水压水位井、标尺(7)地下水位水土压力测斜管，测斜仪(5)深层土体水平位移水平位移深层回弹桩、水准仪(3)盾构底部土体回弹分层沉降仪、频率计(2)分层土体沉降水准仪(1)地表沉降沉降地层监测元件与仪器监测项目监测类型监测对象地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第96页2) 盾构法监测内容与监测频率地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第97页98地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第98页99地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第99页 管片安全监测主要包含内力监

40、测和变形监测，详细有管片钢筋环向和纵向应力、管片混凝土环向和纵向应变、管片衬砌和地层接触压力、接头螺栓连接力、管片接缝张开位移等。 其中管片钢筋应力量测主要采取钢筋应力计；混凝土应变量测采取混凝土应变计；管片接缝张开位移主要采取测缝计量测；管片衬砌和地层接触压力测量采取土压力计；螺杆应力采取应变计量测，在管片接头螺杆上粘贴应变片以量测螺杆拉力。3) 管片安全监测地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第100页1013. 盾构隧道监测方案设计1）监测项目标确定监测项目标选择要考虑原因 工程地质和水文地质情况； 隧道埋深、直径、结构型式和施工工艺； 双线隧道与临近隧道或管道间距； 地面临近建（构）筑物

41、尺寸、位置、结构特点等； 设计提供变形及其它控制值及其安全贮备系数； 工程详细情况和特殊要求。 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第101页102基本监测项目标确定原则深层水平位移、衬砌变形和沉降、隧道结构内部收敛等地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第102页103施测部位确定和测点布置地表变形和沉降监测点布置（前100米首推段）： 沿轴线布设纵监测剖面，垂直轴线布设横监测剖面； 纵监测剖面上测点间距小于盾构长度，约为35米； 沿轴线每隔2030米布设一个横监测剖面； 横剖面上按距轴线2，5，9米递增布设测点； 横剖面上测点布设范围为23倍盾构外径； 在该范围内建筑物和管线等也需监测其变形；

42、依据以上监测结果可绘制纵、横断面地表变形曲线。 地表变形和沉降监测点布置（正常段）： 测点沿轴线布设，间距小于盾构长度，约为37米； 监测距隧道轴线23倍盾构外径范围内建筑（构）物变形。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第103页104其它监测项目标布设：土体分层沉降测孔普通布置在隧道中心线上；体深层水平位移沿盾构中心线前方两侧设测孔；土体回弹测点设在盾构前方一侧盾构底部以上土体中；隧道沉降每1015个衬砌环设置一个沉降点；地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第104页105盾构推进起始段土体变形测点布置实例地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第105页106地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第1

43、06页1074.影响地层移动原因地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第107页108地层移动特征开挖面之前L= -3m-(H+D)m，地下水位下降引发前期固结沉降；近切口处，欠挖造成地表隆起，超挖造成地表沉降；从切口抵达至盾尾经过，土体扰动后引发沉降；盾尾经过后，因为注浆不及时或注浆量不足引发盾尾间隙沉降；后期沉降，地层扰动引发次固结沉降。 注：H为隧道上部土层覆盖深度；D为盾构外径。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第108页109地表沉降估算地表沉降估算方法主要有： 派克法（Peck） 有限元法 考虑固结原因派克修正公式地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第109页110二、顶管法施工监测 顶

44、管法施工近年来在城市上下水管道、煤气管道和共同沟施工中已经得到越来越多使用。顶管可采取钢管、钢筋混凝土管段，直径可达3m以上；顶管埋深也从几米发展到30米以上。深埋顶管在施工中，在顶管两端需开挖较深工作井，工作井可采取地下连续墙和沉井法施工，工作井在施工中监测与基坑工程监测方法相类似。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第110页1112米砼管顶管施工 主顶设备 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第111页112顶管机组成部分和工作原理地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第112页浅埋顶管要进行地表沉降、分层沉降、水土压力和地下水位等环境监测，对于埋深大于3倍直径顶管，普通无须进行环境监测。顶管顶

45、进过程中对管道可进行以下项目标监测：管道内力测试、水土对管段接触压力测试、管道接头相对位移量测和管道收敛变形量测等，但在大多数情况下是不监测，除非在顶管设计中采取了新方法或在施工中采取了新工艺，为确保安全并积累经验时才作监测。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第113页1 .顶管导向监测 顶管工程导向监测目标主要是控制接收井预留孔中心点位横向误差，确保顶管工具头按测设导向轴线顶进，正确地穿入接收井预留孔中，顺利贯通。 在顶管推进时导向测量工作主要包含顶管导向基准线测设和顶管工具头顶进偏差监测。因为工作井内导向基准线长度仅10多米，而顶管长度达12km，其百分比为1:100横向误差主要部分，应合

46、理配置横向误差。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第114页2 .内力与变形监测管道内力测试包含管道纵向和环向应力测试。在管道环向和纵向钢筋上安设钢弦式钢筋应力传感器，用测读环向和纵向钢筋应力值以推算管道所受弯矩和轴力；钢筋测力计应在制管厂管段制作时进行埋设。为取得管道实际承受水土压力值，用土压力盒直接测试管道外壁面上接触压力；测试接触压力采取土压力盒，每个量测断面均应在上下左右4个方位各埋设1个土压力盒；土压力盒应在制管厂管段制作时进行埋设。为确保管道结构安全性，应测试管道周围水土压力大小和分布。采取量测仪表为土压力盒与孔隙水压力计。钢筋测力计、接触土压力盒和管段收敛变形监测工作实施应与顶进

47、同时进行，即埋设测试元件后测取初读数，埋有测试断面管段顶进后按需要天天或每两天监测一次，测试数据改变较大时次数适当增加，稳定后逐步降低。管道顶进完成后仍适当测取一定量数据，以辅助检验工程持久稳定性和可靠性。地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第115页管道接头相对位移量量测，即设置若干个管道接头相对位移监测断面，每个监测断面上布设五个测点。在管道接头两侧用膨胀螺丝安装测标，用数显式测微计量测测标间相对位移。管道收敛变形量测，指在两条管道内均布设收敛变形量测装置，以测量管段在水土压力作用下变形情况。断面上收敛变形测线为水平直径、垂直直径以及拱顶与水平直径上两点连线，用膨胀螺丝形成测点。地下工程监测

48、与检测技术隧洞工程监测第116页第六节 工程实例一.部分隧洞工程监测实例概要地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第117页地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第118页二、十三陵抽水蓄能电站地下厂房工程监测十三陵抽水蓄能电站地下厂房深埋地下200多米，设计规模为长145m、宽23m、高4.6m，拱座部位开挖宽度为27.5m。厂区岩体为侏罗纪砾岩，其层理不清，略有沉积韵律，呈巨厚层状，产状为NE40、SE40左右，总厚达500多米，厂房选在最厚部位。厂房洞室布置在岩性单一砾岩内，岩石强度中等，弹性模量较高，渗透性较弱，涌水量不大，裂隙不甚发育，地应力不高，这对厂房区围岩稳定有利。厂区断层主要有三组，

49、这些断层和厂房轴线呈大角度相交，其影响仅限于断层宽度范围内，但有一组走向近直立裂隙与厂房轴线交角甚小，对高边墙稳定极为不利。 地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第119页1. 监测方案设计地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第120页M位移计；MC锚杆应力计地下厂房位移计和锚杆应力计观察布置图地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第121页2. 观察结果及分析地下工程监测与检测技术隧洞工程监测第122页3. 观察结果工程应用 此次围岩观察结果主要应用于以下几个方面： 依据观察资料及时发觉险情，采取加强支护办法，从而使围岩稳定得到确保； 用观察资料指导开挖，个别因为单层开挖厚度较大(12m)，从而使围岩变形突然增加很多，调整了单层开挖厚度，变形增加降低