岩石地下工程之八岩石地下工程的监测

岩石地下工程之七--岩石地下工程的监测1、概述

岩石工程监测意义：

对岩石地下工程稳定性进行监测与预报，是保证工程设计、施工科学合理和安全生产的重要措施。对于竣工投入使用的重要岩石地下工程仍需对其稳定性进行监测与预报。

岩石工程监测的特点:（1）时效性：由于岩石工程的服务年限一般都较长，岩石具有流变特性，因此，测试设备应保持长期稳定;（2）环境复杂:地下工程环境恶劣，要求设备具有防潮、防爆、防电磁干扰等性能；（3）监测信息的时空要求:现代大型岩石工程监测的网络化已日益显示其必要性与可能性，在监测的信息量和反馈速度上的要求日渐提高;（4）空间的制约:地下空间有限，要求监测设备微型化并尽可能地隐蔽，减少对施工的干扰，并避免施工对监测设备的损坏。2岩体变形与位移的监测

1、围岩表面位移的测量：1)裂隙位移的观测；2)围岩表面位移的观测2、围岩内部位移的测量3、围岩松动圈的弹性波测定4、围岩破坏的声发射监测

1)裂隙位移的人工观测

必要性：岩体的破坏过程中，必然出现有裂隙的扩展或有新裂隙的生成，或是沿原结构面张开滑动。观察这些缝隙的发展过程，可圈定地压活动的范围，判断其发展趋势。方法：观测点可选择在地压活动地段易于发生移动的岩体结构面处，或是在其影响范围内的其他构筑物处。用黄泥、铅油等涂抹在裂缝上，或用木楔插入缝中楔紧;或把玻璃条用水泥固定在裂缝两端，就可观测裂缝的变化;在裂缝的两边布置三个测点，定期测量三个点之间的距离，就可以用三角形关系测定裂缝的发展速度和移动趋势。

2)围岩表面位移的仪表观测

围岩表面位移可用收敛计、测杆、测枪、滑尺等进行测量。其中收敛计是测量精度相对较高，使用比较方便而应用广泛的一种仪器。收敛：地下工程周边各点趋向中心的变形。

收敛计的构造见下页图，它由4部分组成:Ⅰ壁面测点和球铰连接部分(包括壁面埋腿、球形测点、本体球铰);Ⅱ张紧部分(张紧弹簧与张紧力指示百分表);Ⅲ调距部分(包括调距螺母和距离指示百分表);Ⅳ测尺部分(包括钢带尺限位销、带孔钢带尺、尺头球铰、钢带尺架).

1为壁面埋腿;2为球形测点;3为本体球铰;4为张紧力指示百分表;5为张紧弹簧;6为调距螺母;7为距离指示百分表；8为钢带尺限位销;9为带孔钢带尺;10为尺头球铰；11为钢带尺架SLJ--80型峒径收敛计结构图

测量方法：用收敛计测量可以确定地下工程相对两个壁面上两点间的相对位移。假设中心点相对不动，则就可以获得单面相对位移。测量前先在铜室壁面钻孔中插入带球形测点的壁面埋腿并灌入水泥砂浆使其固结。测量时将收敛计的本体球铰和尺头球铰分别套在测线两端的球形测点上，理平钢带尺，压下钢带尺限位销以固定钢尺长度，调整张紧弹簧使钢带尺保持恒定张紧力，通过距离指示百分表读出两点间的距离。通过两次测量比较，就可以获得岩壁的收敛变形(两点间的相对变形)大小量、变形速度等规律。两点间相对位移的收敛测量线3)围岩表面位移监测预警方法

可以根据实测的位移情况预警围岩(主要是顶板)冒落的危险性。围岩表面位移监测预警可按极限位移值与极限位移速度值予以预报。

按极限位移值预警：当围岩表面位移达到极限位移值时立即预警。已研制出多种围岩位移报警器，预先调定极限位移值，把报警器固定在测孔内，当位移到达此值时，发射无线电磁波信号，接收机接此信号后发出预警信号。这种方法的关键是确定合适的极限位移值，可能会因取值误差而导致预报失败。

按极限位移速度值预警:围岩的位移使顶板下沉速度报警仪的齿轮机构旋转，使终端的光电转而‘获得较大的转速，并将转速变换为电脉冲信号，该信号的频率反映了围岩顶板下沉的速度，当此速度达到极限值时实现自动报警。

意义：围岩内部位移测量是了解其内部位移、破裂等情况最直接的方法，对于判断或预报围岩稳定性有重要意义。钻孔多点位移计的测量原理:在钻孔岩壁的不同深度位置固定若干个测点，每个测点分别用连接件连接到孔口，这样，孔口就可以测量到连接件随测点移动所发生的移动量。在孔口的岩壁上设立一个稳定的基准板，用足够精度的测量仪器测量基准板到连接件外端的距离，孔壁某点连接件的两次测量差值就是该时间段内该测点到孔口的深度范围岩体的相对位移值，通过不同深度测点测得的相对位移量的比较，可确定围岩不同深度各点之间的相对位移以及各点相对位移量随岩层深度的变化关系。如孔中最深的测点相对较深，认为该点是在影响圈以外的不动点，就能什算出孔内其它各点(含岩壁面)的绝对位移量。6.4.2.2围岩内部位移的测量钻孔多点位移移计测量围岩岩位移1为钻孔；2为测点锚固固器;3为连连接件;4为为量测头;5为保护盖;6为测量计计;7为测量量基准板6.4.2.3围岩松动动圈的弹性波波测定利用弹性波在在岩体内的传传播特性，可可以测定岩体的弹性常常数，了解岩体的某些物物理力学性质质，测定围岩主应力的的方向，判断围岩的完整性性与破坏程度度，检测爆破振动对围围岩稳定性的的影响，检测围岩的加固效效果等。常用声波仪进行测量。6.4.2.4围岩破坏坏的声发射监监测岩体开挖引起起的应力重新新分布，将导导致岩体内部部出现破裂或或是原有裂隙隙的进一步扩扩展当岩体内内积累的变形形能释放时，，应力波同时时向外传播，，形成一系列列声发射信号(也称为岩音或地音)声发射信号号的强弱多寡寡与岩体特性性和受力状况况有关，并且且在岩体破坏坏前有一个急急剧增加的过过程，因此，，对声发射的的监测，可以以预测围岩的的稳定性。这这一原理常常常用来预报岩岩爆。6.4.3围岩应力与与支架压力监监测1、围岩应力力变化的光弹弹测量2、锚杆测力力计3、岩柱与支支架压力监测测围岩反力变化化的光弹测量量可以用光弹应应力计来测量量围岩应力的的变化。光弹应力计的的原理：与光弹性模模拟相同，它它是一个具有有反射层的玻玻璃中空扁圆圆柱体(光弹弹片)，使用用时将其粘结结在(孔中)岩壁上。当当岩体应力发发生变化时光光弹片处于受受力状态，用用反射式光弹弹仪可观测到到光弹片上的的等差条纹，，把它与经过过标定的标准准条纹进行比比较，可方便便地确定应力力变化的比值值与方向，再再经过有关测测定与计算，，即可求出岩岩体应力的数数值。锚杆测力计应用锚杆或锚锚索进行围岩岩支护的地下下工程，可以以用锚杆测力力计了解锚杆杆受力情况测测力计实际就就是在锚杆(索)上焊接接或粘结上某某种应力计，，把这种锚杆杆(索)送入入钻孔内锚固固后，即可通通过引出线测测读锚杆的受受力。钢弦压力盒和和油压枕广泛泛用于测定作作用在支架上上的压力、上上覆岩层对支支承岩柱的作作用力以及充充填体所承受受的荷载。杠杠杆式测压仪仪、液压测力力计等也可用用于支架压力力的测量。岩柱与支架压压力监测1)钢弦压力盒测测定压力钢弦压力盒的的主要组成部部分为金属工工作薄膜1、、铁芯4、电电磁线圈5、、钢弦7等。。钢弦两端固固定在支架12上，由钢钢弦栓3夹紧紧，电缆11通过套管9引出至频率率仪。钢弦压力盒结结构图1为工作薄膜膜；2为底座座;3为钢弦弦栓;4为铁铁芯;5为电电磁线圈；6为封盖;7为钢弦;8为塞子;9为套管;10为防水材材料;11为为电缆;12为钢弦支架架压力盒的工作作原理是:当压力作用于于压力盒底部部工作薄膜上上时，底膜受受力向里挠曲曲使钢弦拉紧紧，钢弦内应应力和自振频频率相应发生生变化。根据据弹性振动理理论，钢弦受受拉力作用的的自振频率f可表示为压压力盒底膜所所受压力P(kN)的函数:式中：f0与f为压力盒盒受压前后钢钢弦的振动频频率(Hz)；R为为压力盒系数数，每个压力力盒均不同，，须预先在实实验室通过压压力与频率关关系进行率定定工作。2)压力枕(囊囊)测定压力压力抗(囊)由由两块厚约1.5mm的薄钢钢板对焊而成，，枕体可分为腹腹腔、枕环、进进油嘴和排气阀阀4部分，密封封的腹腔内充满满一定压力的油油。将压力枕置置入土壤、混凝凝土中，或放