隧道工程试验检测原理及检测技术

隧道工程试验检测原理及检测技术§1施工监控量测第一节概述隧道施工过程中使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行量测和观察，并对其稳定性进行评价，统称为监控量测。

1、隧道监控量测的必要性：⑴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。⑵隧道在开挖支护成形运营的过程中，自始自终都存在受力状态变化这一特性。2、施工监控量测的目的和任务⑴通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，判断围岩的稳定性、支护、衬砌的可靠性；⑵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，指导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据；⑶通过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报，以便及时采取措施，防患于未然；⑷通过监控量测，判断初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施作时间；⑸通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发展提供借鉴，依据和指导作用。

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须实施、可以实施、必要时实施监控量测与反馈流程图第二节必测项目1、隧道内目测观察细致的目测观察，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状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以目测观察是新奥法量测中的必测项目。1）隧道目测观察的目的是：⑴预测开挖面前方的地质条件。⑵为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。⑶根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。2）观察内容：⑴掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层，是否偏压、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。⑵对初期支护效果观察包括：锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无裂缝，裂缝的部位、长度、宽度、深度，喷层是否把钢支撑全部覆盖。2、周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。所谓周边收敛量测主要是隧道内壁面两点连线方向的距离的变形量的量测。收敛值为两次量测的距离之差。1）量测目的收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目。周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映，通过周边位移量测可以达到以下目的。⑴判断隧道空间的稳定性；⑵根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机；⑶指导现场的施工。2）量测设计⑴收敛量测的间距与测线必测项目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Ⅰ～Ⅱ5～101～2条基线1～3点Ⅲ10～301条基线1点Ⅳ30～501条基线1点⑵量测频率：量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面距离按位移速度位移速度（mm/d）量测频率≥52次/d1～51次/d0.5～11次/2～3d0.2～0.51次/3d＜0.21次/7d按距开挖面距离(注：b为隧道开挖宽度)量测断面距开挖面距离（m）量测频率(0～1)b2次/d(1～2)b1次/d(2～5)b1次/2～3d＞5b1次/7d3）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显式收敛计。例：QJ-85型坑道周边收敛计；JSS30A型数显收敛计；SWJ－IV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时刻的值Xt，则t时刻的周边收敛值Ut即为的两次读数差。即Ut＝L0－Lt＋Xt1－Xt0式中：L0——初读数时所用尺孔刻度值；

Lt——时刻时所用尺孔刻度值；

Xt1——时刻时经温度修正后的读数值，Xt1＝Xt＋εt

Xt0——初读数时经温度修正后的读数值，Xt0＝X0＋εt

Xt——时刻量测时读数值；

X0——初始时刻读数值；

εt——温度修正值；εt＝α（T0－T）Lα——钢尺线膨胀系数；

T0——鉴定钢尺的标准温度，T0

=20℃T——每次量测时的平均气温；

L——钢尺长度。3、拱顶下沉量测埋深较浅、固结程度低的地层，水平成层的场合，这项量测比收敛量测更为重要。1）量测目的量测数据是确认围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序，预防拱顶崩塌，保证施工质量和安全的最基本的资料。

2）量测仪器

精密水准仪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：⑴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-AC>0拱顶上移；C<0拱顶下沉。⑵水准计算法：通过计算前后两次拱顶测点的高程差来求拱顶的变位值。钢尺读数上小下大，标尺读数下小上大，标尺基准点标高假定为K0。第一次拱顶标高Kd1=K0+A1+B1第二次拱顶标高Kd2=K0+A2+B2拱顶变位值C=Kd2-Kd1=A2-A1+B2-B1C>0拱顶上移；C<0拱顶下沉。1、围岩内部位移量测1）隧道围岩内部位移量测的主要目的是：⑴了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围。⑵判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围。⑶根据实测结果优化锚杆参数，指导施工。2）量测仪器：多点位移计3）测量原理第二节选测项目2、锚杆轴力量测1）量测目的⑴了解锚杆实际工作状态及轴向力的大小。⑵结合位移量测，判断围岩发展趋势，分析围岩内强度下降区的界限⑶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通过量测锚杆不同深度处的应变（或变形），然后按有关计算方法转求应力。钢弦式则是通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，其工作原理见本章的弦测法原理。3、围岩三压力三及两三层支三护间三压力三量测隧道三开挖三后，三围岩三要向三净空三方向三变形三，而三支护三结构三要阻三止这三种变三形，三这样三就会三产生三围岩三作用三与支三护结三构上三的围三岩压三力。三围岩三压力三量测三，通三常情三况下三是指三围岩三与支三护或三喷层三与二三次衬三砌混三凝土三间的三接触三压力三的测三试。1）目三的：三了解三围岩三压力三的量三值及三分布三状态三；判三断围三岩和三支护三的稳三定性三，分三析二三次衬三砌的三稳定三性和三安全三度。2）量三测仪三器与三原理接触三压力三量测三仪器三根据三测试三原理三和测三力计三结构三不同三分为液压三式测三力计和电测三式测三力计。目前三隧道三中多三用电三测式三，弦测三法原三理：三在传三感器三中有三一根三张紧三的钢三弦，三当传三感器三受外三力作三用时三，弦三的内三应力三发生三变化三，随三着弦三的内三应力三改变三，自三振频三率也三相应三地发三生变三化，三弦的三张力三越大三，自三振频三率越三高，三反之三，自三振频三率越三低。图6－14钢弦三式双三膜压三力盒三构造三图1－刚三性板三；2－弹三性板三；3－传三力轴三；4－弦三夹；5－钢三弦钢弦三式压三力盒三布置三图4、钢支三撑应三力量三测一般三在Ⅵ、Ⅴ级围三岩中三常采三用型三钢支三撑；Ⅳ级围三岩中三常采三用格三栅支三撑。三通过三对钢三支撑三的应三力量三测，三可知三钢支三撑的三实际三工作三状态三，从三钢支三撑的三性能三曲线三上可三以确三定在三此压三力作三用下三钢支三撑所三具有三的安三全系三数，三视具三体情三况确三定是三否需三要采三用加三固措三施。1）量三测目三的⑴了三解钢三支撑三应力三的大三小，三为钢三支撑三选型三与设三计提三供依三据。⑵根三据钢三支撑三的受三力状三态，三判断三隧道三空间三和支三护结三构的三稳定三性。⑶了三解钢三支撑三的实三际工三作状三态，三保证三隧道三施工三安全三。2）量三测元三件目前三使用三较普三遍的三型钢三支撑三应力三量测三多采三用钢弦三式表三面应三变计，格栅三支撑三应力三量测三多采三用钢弦三式钢三筋应三力计。钢弦三式表三面应三变计三结构三图钢弦三式钢三筋应三力计5、混凝三土应三力量三测混凝三土应三力量三测包三括喷三射混三凝土三和二三次衬三砌模三筑混三凝土三应力三量测三。其三目的三是了三解混三凝土三层的三变形三特性三以及三混凝三土的三应力三状态三；掌三握喷三层所三受应三力的三大小三，判三断喷三射混三凝土三层的三稳定三状况三；判三断支三护结三构长三期使三用的三可靠三性以三及安三全程三度；三检验三二次三衬砌三设计三的合三理性三，积三累资三料。第三三节三量测三数据三处理三及应三用1、三量测三数据三处理三的目三的由于三现场三量测三所得三的原三始数三据，三不可三避免三具有三一定三的离三散性三，其三中包三含着三测量三误差三甚至三测试三错误三。不三经过三整理三和数三学处三理的三量测三数据三一时三难以三直接三利用三。数三学处三理的三目的三是：⑴将三同一三量测三断面三的各三种量三测数三据进三行分三析对三比、三相互三印证三，以三确认三量测三结果三的可三靠性三；⑵探三求围三岩变三形或三支护三系统三的受三力随三时间三变化三规律三、空三间分三布规三律，三判定三围岩三和支三护系三统稳三定状三态。2、量三测数三据处三理的三内容⑴绘三制位三移、三应力三、应三变随三时间三变化三的曲三线－三时态三曲线三；⑵绘三制位三移速三率、三应力三速率三、应三变速三率随三时间三变化三的曲三线；⑶绘三制位三移、三应力三、应三变随三开挖三面推三进变三化的三曲线三－空三间曲三线；⑷绘三制位三移、三应力三、应三变随三围岩三深度三变化三的曲三线；⑸绘三制接三触压三力、三支护三结构三应力三在隧三道横三断面三上分三布图三。3、量三测数三据的三应用从维三护围三岩稳三定性三和支三护系三统的三可靠三性出三发，三现场三测试三人员三关心三围岩三变形三量的三大小三，是三否侵三入隧三道设三计断三面的三限界三，是三否对三施工三人员三的安三全构三成威三胁。三以便三及时三调整三设计三参数三和进三行施三工决三策。1）初三期支三护阶三段围三岩稳三定性三的判三据和三施工三管理⑴根三据最三大位三移值三进行三施工三管理a.当量三测位三移U小于Un三/3，表三明围三岩稳三定，三可以三正常三施工三。b.当量三测位三移U大于Un三/3并小三于2U三n/三3时，三表明三围岩三变形三偏大三，应三密切三注意三围岩三动向三，可三采取三一定三的加三强措三施，三如加三密、三加长三锚杆三等措三施。c.当量三测位三移U大于2U三n/三3时，三表明三围岩三变形三很大三，应三先停三止掘三进，三并采三取特三殊的三加固三措施三，如三超前三支护三、注三浆加三固等三。d.实测三最大三位移三值或三预测三最大三位移三值不三大于2U三n/三3时，三可认三为初三期支三护达三到基三本稳三定。⑵根据三位移三速率三进行三施工三管理a.当位三移速三率大三于1m三m/三d时，三表明三围岩三处于三急剧三变形三阶段三，应三密切三关注三围岩三动态三。b.当位三移速三率在1～0.三2m三m/三d之间三