市政隧道监控量测方法与控制标准

市政隧道监控量测方法

与控制标准研究研究内容文本概论隧道监控量测方法研究隧道监控量测控制标准研究隧道监控量测方法与控制标准研究结论概论--新奥法隧道施工隧道及其发展过程隧道工程的核心问题，归结到开挖和支护两个关键工序上松弛荷载理论：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力概论--新奥法隧道施工岩承理论：围岩稳定是因为岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。-----新奥法工法“松弛荷载理论”注意结果和对结果的处理；“岩承理论”更注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用新奥法隧道施工奥地利学者拉布西维兹（L.V.RABCEWICZ）教授于二十世纪50年代提出，60年代取得专利权并正式命名。我国从60年代初开始推广喷锚支护新技术，到1981年底，采用喷锚支护的地下工程和井巷的总长度已接近7500公里。1991年，福建省首次在国道205线南平五显岭隧道建设中应用新奥法原理进行设计施工，历经三年贯通1318m。新奥法的基本要点开挖采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进，减少对围岩的扰动；充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形；改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合成环；通过监控量测，合理安排施工顺序，调整支护参数；新奥法的基本要点采用复合式衬砌；二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的情况下浇注；岩层内的渗透水压力，必须采取排水措施来降低。“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”新奥法原理新奥法原理--弹簧（１）洞室边缘某一点A在开挖前具有原始应力（自重应力和构造应力）处于一个平衡状态，如同一根弹性刚度为K的弹簧，在P0作用下处于压缩平衡状态。（2）洞室开挖后，A点在临空面失去约束，原始应力状态要调整，如果围岩的强度足够大，那么经过应力调整，洞室可处于稳定状态（不需支护）。然而大多数的地质情况是较差的，即洞室经过应力调整后，如不支护，就会产生收敛变形，甚至失稳（塌方），所以必须提供支护力PE，才能防止塌方失稳。等同于弹簧产生了变形u后，在PE作用又处于平衡状态。新奥法原理--弹簧（3）弹簧在P0作用时处于平衡状态，在发生变形u后，在PE的作用下又处于平衡状态，假设弹簧的弹性系数为K，由力学平衡方程可知，则有：

P0=PE+Ku那么：①当u=0时，P0=PE即不允许围岩变形，采用刚性支护，不经济；

②当u变大时，PE减小；当u减小时，PE增大。即围岩发生变形，可释放一定的荷载（卸荷作用），所以要允许围岩产生一定的变形，以充分发挥围岩的自承能力。是一种经济的支护措施，围岩的自稳能力P=P0-PE=Ku；

③当u=umax时，发生塌方，产生松驰荷载，不安全。概论—监控量测新奥法三要素及监控量测重要性监控量测项目及方法：《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）监控量测现状：60年代初开始推广喷锚支护技术，但弱化了监控量测；福建第一座新奥法施工1991年开始建设的国道205线南平浦城五显岭隧道，未开展施工过程的现场监控量测；直到1994年泉厦高速公路大坪山隧道开始才真正实施新奥法。概论—监控量测相当部分的监控量测造假，流于形式；90年代以来各高校、科研院所参与监控量测工作，参与该项现场工作的多为在校就读的大学生，未能真正解决监控量测工作的困境。2005年起，交通运输部加强了试验检测工作的管理力度，开展检测机构等级评定与资质认证。包括综合资质和桥隧专项资质。概论—风险预警与稳定预测风险预警：①《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）规定的公路隧道周边允许相对位移值；②《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2019）则根据隧道跨度不同规定铁路隧道初期支护极限相对位移值；③位移控制基准与位移管理等级；④《福建省高速公路隧道施工标准化指南》规定了变形管理等级。概论—风险预警与稳定预测稳定预测：（1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；（2）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%～90%；（3）周边位移速率小于（0.1～0.2）mm/d，或拱顶下沉速率小于（0.07～0.15）mm/d。反馈机制：实时分析与阶段分析。隧道监控量测方法研究—监控量测项目必测项目（1）地质和支护状况观察；（2）周边位移；（3）拱顶下沉；（4）锚杆或锚索内力及抗拔力。地表下沉---建议做为必测项目监控量测项目选测项目变形类：围岩体内的位移、支护与衬砌的裂缝、边（仰）坡测斜、隧道底部隆起量等受力类：围岩压力、锚杆（索）内力、钢支撑内力、喷射混凝土内力、二次衬砌内力、初期支护与二衬之间压力、连拱隧道的中墙内力等爆破振动：小净距隧道后行洞爆破振动速度测试、扩建隧道旧隧道衬砌振动速度波速测试等隧道环境与其它：围岩弹性波测试、水量、孔隙水压力、CO浓度、粉尘浓度、瓦斯浓度、烟雾浓度、噪声、风速监测等监控量测项目连拱隧道中墙应力及其水平位移；后行洞爆破振动速度；围岩体内位移小净距隧道后行洞爆破振动速度测试；中夹岩弹性波测试；水平对拉锚杆轴力测试监控量测项目监控量测项目选择：Ⅳ～Ⅵ级围岩差，应以监测变形为主，Ⅰ～Ⅲ级围岩好，应以监测围岩压力为主；变形监测必测项目中，至少要有一项进行，避免围岩变形而不知晓现象发生；选测项目根据工程实际需要选定；锚杆抗拔力试验宜做为质量控制项目，锚杆或锚索内力宜做为选测项目；对浅埋隧道，地表沉降应做为必测项目；周边收敛量测项目中水平测线应做为必测项目，斜边测线可做为选测项目隧道监控量测方法研究—技术要求测点埋设及要求及时埋设测点测点制作测点埋设水准测量项目不确定度该点的相对高程h=（1623.85±2.64）mm。其中扩展不确定度=2.64mm是由标准不确定度u(y)=1.32mm乘以包含因子k=2得到。分析：最大误差来源于被测对象——水准尺及测点，同时隧道环境恶劣，光线不足，立尺很难铅直，读数亦受很大的影响；从工程经验上来看，水准测量变形量测精度可按±1mm控制；从不确定度分析来看，±3mm以内的数据变化是可能的，工程经验也证明±3mm的变化比较常见。监测频蹦率地质和眯支护状热况观察筒频率：按每次施工葛循环碗记录待一次秒，当柜地质搜条件顽变化锣不大饲时，俘可把骨相同故或类疮似、靠连续绑的地陷质和悦支护俗状况幸记录杯在一带起。必测挪项目肚变形理类监荡测频洗率：考虑变节形速率舒和与掌踪蝶子面的府距离选测翅项目呼的监旋测频众率：原则奴同必孝测项羡目变招形类监测职断面洞内旬断面剥间距糕地表孩观测娱断面断面内袋测点布最设拱顶下据沉周边侵收敛全断芦面开父挖周樱边收州敛测耽线布孤设图台阶法病开挖周蜂边收敛撑测线布胖设图CD或渣CRD巡寿法周边嫁收敛测衔线布设流图双侧奴壁导误坑法爽周边虹收敛厌测线锯布设疗图地表陕沉降布设摩范围愁在隧缺道中丛线两岸侧（云H+刘B）咽之间梯，可柄根据扒隧道绍顶部例地表忽地形屈适当糟调整及，横蔽向间层距一山般控咬制在让（2发～5脸）m针，在库隧道柱中线新附近秀应适养当加爹密，冠总测竿点数远一般竖不少跌于7扣个。测试精尘度要求水准测肚量变形肾：≤±帜1mm周边收驼敛：卸≤±1仙mm爆破昂振动董：房诚≤±直1m钱m/励s预埋元纱器件：划≤±幻玉0.1鼠%F.揭S（F卡.S为腥元器件脚满量程跟）隧道混环境题测试唇项目叮：结汁合仪含器精蚁度和概有关为规范搬要求云进行隧道贝监控酸量测坚方法裤研究—监控绣量测付方法简单悔、实员效、叶经济援原则地质和雁支护状净况观察仪器设脆备:罗型盘、地办质锤、始数码相链机方法头与步这骤:(1船)洞外秆观察懂;(桌2)湿洞内移掌子扰面与暗侧壁兰观察则;(昆3)统支护算观察监控量翻测方法俩-洞内看掌子锡面与冤侧壁司观察(1)竭围岩分常级:根揭据《公危路隧道娘设计规坊范》（莲JTG愉-D且70-近201走9）a、确啄定岩石广坚硬程社度；b今、岩体污完整性丧；c、浸BQ娱=90栗+3Rc+2晕50闹Kv；d巡寿、安[B扎Q]励=B鱼Q-少10童0（旗K1+K2+K3）；钱e、傍确定俘围岩临级别（2辣）软扎弱夹寻层（3栋）地叉下水（4梳）高扰初始刑应力（5伤）其愤它：掉块、缠镜化、承铁染、非挤压扰惜曲等地叉质现象监控飞量测深方法膨-水准测况量变形基准点地表沉旗降、仰汁拱隆起牙量观测滚：《工太程测量扁规范》泄（GB蚊500插26-疲201恨9）拱顶归下沉监控量祝测方法方-周边收湿敛精度埋设测腹点温差郑超过氏5℃团，应甚进行执温度心修正监控量裂测方法亿-应力、末应变、暖压力应变计灯、钢筋锡计、水须位计、势多点位笼移计等视振弦式节传感器丙、频率流接收仪埋设频率测烤读及换正算温度棉修正地下水辟影响监控量晕测方法掀-爆破润振动振动速统度、或夏加速度斑传感器条、爆破逝振动采逆集仪传感觉器固痒定，速与仪钢器连巷接采集顿数据分析波秧形与特究征值监控量添测方法扰-隧道环窝境项目：健CO浓饲度、粉竿尘浓度兆、瓦斯竿浓度、绩风速、上烟雾浓皇度、照板度、噪锻声等施工残过程虚与运惊营过流程不符一样隧道言环境脂监（部检）红测方君法及穷评判佛标准监控座量测降方法狱-激光断掩面仪基本贫原理性能援指标方法晌与步界骤注意页事项不足监控量层测数据东分析方抬法与反推馈制度数据处禽理与应漠用回归分脱析反分析别法围岩序稳定恒性判侧别间断席数据揭处理及时反捕馈制度净空位秧移（拱兼顶下遥沉与杨周边臂收敛寒）位移夸u与倍时间柜t关好系曲胜线位移欣u与田距掌数子面辽距离庄L关辫系曲弓线地表沉涂降地表各病测点（浪1，2扯…）位呆移u与针时间t陆关系曲府线地表各呈测点沉削降盆围岩闻体内截位移孔内话各测易点（闻l1，l2…）碎位移旦u与立时间惰t关百系曲俩线不同倘时间冻（t1，t2…）难位移予u与痕深度作（测修点位毫置l偷）关余系曲插线锚杆轴以力不同时念间（t1，t2…）锚旬杆轴力锄（应力卖σ）与室深度l职关系曲久线不同测供点（1遵，2…目）锚杆挽轴力（码应力σ造）与时丹间t关穗系曲线围岩而或喷皆层应看力、拴应变毁、压泰力应力σ严（或应披变με交、或压谎力P）飞与时间亿t的关锣系曲线爆破乓振动届测试监控俗量测贡控制绕标准肿研究容许广极限耕位移扁量法容许变深形速率石法变形速决率比值锯法允许相侄对位移亦值由来不足：（1厘）公哀路隧步道与吵铁路奏隧道方的区位别；（2涛）隧摩道不目同部吩位变夹形不拦一致嘴；（3）种出现偏座差：超犁过并不计失稳，林未超过希出现坍筛塌；（4）径新形式摄隧道的瓦适应性慰。浦南知及泉墨三高猜速公己路隧匆道群牌监控盟量测押资料妖分析拱顶下斩沉、周貌边收敛孝、地表捷沉降最勒大值、须埋深等贞资料汇任总临界破拥坏及资菜料汇总（1泽）摇减前隧塘道右仗洞出梁口（2）依江坑隧乡丰道右洞霞出口（3稿）新何兴隧学道右组洞进魄口（4能）曹斑源隧秩道左易洞出滋口（5萍）曹乳源隧骡道右仪洞出此口摇前隧烛道江坑隧看道右洞浸出口新兴隧讨道右洞绪进口曹源隧毫道资料性分析与围啊岩级蔑别的匹关系：随着盗围岩级成别变差坏，隧道稻围岩逐顺步变大闷，标准芳偏差增羡加，Ⅲ泥级围岩求变形在夕10m盒m以内纲，Ⅳ级飞在20粘mm以吴内，但屑对Ⅴ级乎围岩而酱言，拱乒顶下沉骑值比前眯两级的伟要大得宪多，呈典数量级雷增长，嫌达42题9.3偷3mm捷，同时悟，拱顶放下沉值贪比周边铺收敛值们大许多陵。资料匠分析与埋咸深的兄关系：随着亮隧道埋俩深增大冬，其变脚形也来托越小，狭开挖越抵来越安监全。从赢监测资陶料来看朽，埋深惊大于1渐00m喘的隧道沈，围岩服变形明芒显减小物，当埋阔深大于制300吃m，隧页道的尺紧寸效应银不明显贷，围岩吧稳定，锻变形微摄乎其微饲了。资料分糕析变形差农异变形差触异一方身面，膛大部壳分围携岩变浆形在拖30近mm痒以下杆，另唇一方忌面，朵变形买大于跪10孝0m啊m的蛋所占它的比止例较补高，机为7咬.2扰%，末是造舒成标冠准偏统差大波的主挨要原歼因，蚂是我员们监啊控量访测中绍最值巴得关哗心和伴重视离的部绍分，境是施锻工过城程中求最应伐谨慎浅处理抓的地话段。允许那位移会值以浦位南高旨速公罗路摇奴前隧码道出畜口左曾、右魔洞为弊例，治两洞饺口地蠢质条庭件类唱似，逮施工衰方式奸和支度护参春数相邻同，抱地貌共稍有攻区别指，左洞墓变形帖大（装拱顶慎下沉升74瞧.5芝2m好m，呀周边寄收敛死-2跨3.睬16旁mm宇，地赞表沉恼降6伸7.存0m椅m）而稳仗定；右洞变准形小（善拱顶下块沉41领.41挨mm，哈周边收民敛8.恭88m设m，地僻表沉降橡56.形4mm窝）却失稳君。按现担行《公垦路隧道溪施工技菊术规范渔》（J颜TJ冰042呼-94吊），即回《锚杆似喷射混嫂凝土支银护技术睬规范》它（GB剂500锡86-扎201甘9）规配定之允石许相对扁位移值闹0.8妖%计算廉，允许嘱变形痛值应吸为8垄0m宴m左冶右，与京之相周比，沫右洞蹲累计顾变形偷还小算却突廉然失瞧稳，滩左洞郊变形擦大（线累计慎变形畜11常0.芹99甲mm闹）而蕉稳定蛇。允许烈位移榜值—含义围岩变哭形在此雾范围内贺是稳定的，碍即传鞋统意琴义上旱的隧惨道稳城定允欧许（蒸相对厌）变猜形值罪；此变秃形值家应在预留变脂形量以内息。这剧包含誉两层眼意思境：①丸变形漂值超汪过预狂留量泥，造还成侵吩界，晨是不蓝允许蜘的；霸②赶厨在围名岩未塞收敛念之前皆上二蚁衬，凑尽管酿变形杀值未钞超过扔预留兽变形彩量，朱但进话一步期的变易形将业让二民衬承诵担很沿大的锅围岩者压力齿，这题不符僻合新沈奥法正施工助理念送，也兔是危晓险的径。用现纸行《宪公路趁隧道护设计崇规范宏》（包JT炉G-成D7腾0征20爬19巷）规冲定的客“预留变切形量”做为健允许位颂移值。位移控罢制标准断及管理尝等级—率—位移变统形完成且量分析有限元醋计算分或析：按围岩斯等级、朴开挖方印式、开挑挖步长剪、隧道扎高宽比令、隧道设埋深等筑不同工凳况进行偿有限元到模拟计宽算，分北析测点众拱顶下贷沉变形街完成量胜与距掌稻子面距律离的关贿系位移岁变形误完成此量分浓析—有限位元围岩圣条件据越好团，其乱变形炒速率订越快耀，稳充定越破快，啊即围顶岩条刑件好屯坏是摘影响寻其变在形速管率的阅最关碑键因违素；开挖方鼠式对隧疮道围岩简总体变汁形影响盏不大；隧道越堆宽扁，目其围岩左变形历般时越长拌，变形沟速率越渴慢；埋深决越浅耳，变腰形速足率越剩快，暑所以宁，浅抢埋隧圣道是域监控视量测捎的重格点；围岩妹初期捉变形让速率唱快，然随着堵时间牙的推灾移趋妥缓，晚因此屋，如究后期毕监测湾到变屋形速碰率加婚快，制是反杀常现鹅象，让应及向时采男取措辟施抑铲制变境形。位移变拣形完成爬量分析—实测位移社变形幻玉完成验量分叨析—实测距掌子吐面距离传超过3凶B，围菊岩基本晨稳定；受围岩痕条件、需支护条闹件、施贿工进度丸、外部驰因素等里作用，指围岩变终形的速仁率差别碍很大，查各监测蜻断面稳厚定时与涝掌子面炮距离差翼别较大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