隧道施工监控量测与测试

隧道施工监控量测与测试长安大学公路学院隧道与岩土系李宁军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、围岩揉压力雅及两胆层支家护间牙压力剑量测隧道凭开挖网后，障围岩县要向仁净空嘴方向最变形楼，而除支护帅结构井要阻要止这培种变家形，涝这样沿就会蕉产生今围岩万作用蜘与支草护结晴构上厦的围助岩压零力。泥围岩滴压力催量测慕，通塔常情疤况下斜是指啦围岩网与支券护或离喷层晓与二视次衬翼砌混浇凝土弹间的领接触活压力愚的测班试。1）肝目的芦：了横解围漂岩压莲力的冶量值丑及分族布状薄态；镰判断荒围岩坦和支荐护的繁稳定罚性，眼分析良二次特衬砌巩的稳铃定性羡和安飞全度弄。2）岗量测无仪器饱与原鬼理接触唯压力涝量测中仪器遮根据辟测试管原理鼻和测内力计揪结构占不同完分为液压廊式测蜡力计和电测凡式测把力计。目前膊隧道统中多那用电辽测式丑，弦测喂法原近理：否在传滴感器垦中有插一根养张紧英的钢疾弦，患当传淡感器贞受外桌力作码用时英，弦山的内蔑应力挥发生煌变化全，随睛着弦与的内崭应力删改变短，自酷振频膀率也查相应号地发辜生变屯化，膝弦的玩张力段越大走，自薄振频萍率越躬高，瓶反之事，自派振频府率越捐低。图6皆－1同4笼钢范弦式熔双膜料压力捕盒构悼造图1－登刚性帮板；么2－铜弹性漫板；格3－遗传力棵轴；办4－后弦夹苗；5移－钢刮弦钢弦扰式压勇力盒手布置汇图4、钢支缘瑞撑应宰力量例测一般缠在Ⅵ食、Ⅴ察级围切岩中仅常采辩用型绝钢支育撑；兄Ⅳ级疤围岩原中常歉采用报格栅柄支撑钢。通屑过对刃钢支梳撑的蜂应力眯量测侨，可猫知钢骑支撑误的实脸际工扒作状怕态，规从钢渣支撑松的性狂能曲脂线上热可以扭确定们在此订压力灶作用朵下钢非支撑虏所具忧有的皂安全沉系数婆，视狮具体技情况扬确定乱是否暑需要吐采用再加固童措施监。1）泡量测彩目的⑴了添解钢侦支撑怖应力溜的大弯小，矩为钢祥支撑傍选型肠与设伍计提腐供依蜡据。⑵根胆据钢坡支撑脆的受垂力状渣态，贡判断雷隧道扛空间坝和支邪护结捕构的演稳定值性。⑶了衰解钢总支撑兴的实枣际工知作状害态，黎保证扬隧道歼施工婆安全锦。2）伶量测颤元件目前眼使用帝较普器遍的苏型钢宗支撑五应力域量测贡多采剂用钢弦胡式表纷面应生变计，格栅搁支撑稍应力悟量测络多采亮用钢弦遭式钢取筋应敌力计。钢弦站式表酒面应送变计意结构探图钢弦零式钢衣筋应总力计5、混凝涌土应斗力量街测混凝响土应丧力量弹测包复括喷袜射混寇凝土刃和二莲次衬院砌模修筑混质凝土狗应力或量测症。其竿目的晕是了芳解混尊凝土喘层的螺变形菌特性电以及垦混凝袋土的烦应力寸状态嗽；掌就握喷妹层所因受应魔力的倘大小桑，判疤断喷痰射混弹凝土荡层的因稳定捷状况颠；判疲断支昨护结含构长粘期使植用的哀可靠燃性以稿及安架全程步度；驾检验愁二次易衬砌梦设计鼠的合郑理性殖，积仁累资谦料。第三臣节探量测煤数据廉处理横及应素用1、径量岛测数浊据处畅理的壮目的由于尽现场爸量测落所得共的原砍始数零据，抹不可千避免婚具有匆一定苍的离码散性椅，其姓中包讲含着惭测量怜误差垂甚至恼测试期错误略。不所经过伶整理愁和数搁学处浅理的断量测喝数据揭一时粮难以忙直接米利用肠。数振学处发理的进目的党是：⑴将境同一是量测讨断面撒的各泳种量蒙测数尿据进另行分匙析对喷比、勺相互咐印证欧，以秤确认殿量测正结果匙的可姻靠性丹；⑵探吵求围常岩变抗形或奏支护原系统仙的受戏力随太时间运变化纹规律抵、空绩间分殃布规亡律，甩判定吩围岩撑和支础护系白统稳分定状告态。2、跪量测阴数据益处理坦的内蝴容⑴绘留制位般移、膨应力住、应腐变随安时间多变化绍的曲辜线－狂时态械曲线昌；⑵绘坡制位已移速暖率、煌应力端速率铜、应权变速棵率随谜时间冰变化架的曲小线；⑶绘姐制位味移、渣应力锤、应聚变随岸开挖有面推赚进变塘化的盈曲线咳－空漆间曲辟线；⑷绘素制位裙移、纺应力愈、应爷变随灾围岩台深度摧变化船的曲牲线；⑸绘搜制接春触压哥力、香支护厦结构木应力亡在隧涌道横替断面震上分齿布图趣。3、阔量测槽数据认的应罢用从维浅护围顽岩稳朋定性搜和支肯护系陈统的备可靠遇性出钳发，挖现场越测试稻人员贱关心瞎围岩水变形滤量的冶大小衬，是委否侵竿入隧趣道设及计断今面的兼限界痰，是肯否对遭施工蹦人员挨的安阿全构拍成威肠胁。稍以便格及时浅调整虏设计示参数腿和进品行施烘工决诸策。1）抱初期已支护品阶段佛围岩返稳定根性的窑判据巧和施窃工管陷理⑴根谢据最央大位暴移值觉进行填施工饺管理a.随当量刚测位拾移U起小于伪Un许/3抚，表疑明围约岩稳裙定，皱可以荡正常海施工票。b.额当量黄测位抱移U自大于类Un我/3您并小酿于2液Un灰/3图时，锄表明治围岩葱变形伞偏大渣，应眉密切湾注意拆围岩跑动向便，可其采取汪一定老的加喝强措愤施，姐如加本密、显加长呈锚杆怀等措秤施。c.迈当量创测位背移U港大于突2U衫n/戏3时乒，表细明围耐岩变因形很晋大，婚应先疏停止养掘进蚀，并遥采取命特殊贯的加之固措躁施，畅如超磨前支晋护、糟注浆韵加固横等。d.捷实测助最大马位移册值或受预测壳最大绘位移艘值不由大于庭2U烛n/摸3时残，可靠认为紫初期弃支护正达到锋基本今稳定腊。⑵根贼据位葬移速溉率进录行施舞工管蝇理a.于当位还移速宁率大帖于1蛋mm友/d纠时，竟表明员围岩尸处于派急剧王变形佩阶段认，应汤密切彼关注数围岩炭动态别。b.困当位膀移速颗率在春1～嘱0.升2m番m/锹d之的间时米，表绒明围心岩处咽于缓鼻慢变