任务三：选测量测项目监测

任务三：选测量测项目监测《隧道施工与检测技术》任务三：选测量测项目监测内容概要本节课主要介绍隧道施工监控量测选测项目的名称、内容、检测方法和要求。教学目标知道隧道施工监控量测选测项目的名称；掌握隧道施工监控量测选测项目的内容、检测方法和要求。重点学习任务掌握选测项目的项目、内容、检测方法及要求。主要学习活动设计选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行监测，以求更深入地掌握围岩的稳定状态与锚喷支护效果，以便更好地指导未开挖区的设计与施工，这类量测项目较多、费用较大，一般应根据设计要求、隧道横断面形状和断面大小、埋深、围岩条件、周边环境条件、支护类型和参数、施工方法等综合由设计文件规定在局部地段进行。

主要包括：围岩内部位移量测、锚杆轴力量测、围岩与喷射混凝土间接触压力量测、喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测、喷射混凝土内应力量测、二次衬砌内应力量测、钢支撑内力量测、围岩弹性波速、爆破震动量测等，。一.选测项目量测内容表10-4隧道现场监控量测选测项目及量测频率二.量测断面选择和测点布置要求

洞内量测项目的量测断面位置布置和数量见表10-4，一般是布置在围岩条件较差的IV、V和Ⅵ级围岩中，每种围岩级别的每连续地段可设1~2个断面；Ⅲ级围岩可设1个断面；有特殊要求的地段可设1~2个断面；与必测量测断面布置在同一桩号，同步进行量测。

对每一量测断面，测点位置一般布置在拱顶、两侧拱腰和边墙位置。两车道隧道3~5个，三车道隧道5~7个。根据量测内容的不同，每个断面位置的测点数要求不同。

和周边收敛和拱顶下沉量测一样，测点要及时埋设，要求在距开挖面2m范围内、开挖后24h内完成，在下一循环开挖或爆破前读取初始读数。三.围岩内部位移量测

1.量测目的

围岩内部位移(洞内设点)是量测隧道周边与围岩内部某一点沿量测孔钻孔方向的相对位移。通过量测可了解隧道围岩内部不同深度的位移情况，了解围岩松弛区大致范围，为判断围岩的松弛变形情况提供数据。三.围岩内部位移量测

2.量测仪器

国内外量测围岩内部位移，采用多点位移计和单点位移计。多点位移计一般为杆式多点位移计，单点位移计一般为弦式(钻孔伸长计、引伸计)；数据采集方式可分为机械式(百分表、数显百分表、游标卡尺)和电测式(差动电阻式、电感式、振弦式等)。图10-8杆式多点位移计测试原理示意图三.围岩内部位移量测

3.测点布置

测量断面应设在有代表性的地质地段。在一般围岩条件下，每隔200~500m设一个量测断面比较适宜。

采用多点位移计量测时，在选定的量测断面，沿隧道开挖轮廓线分别在拱顶、拱腰和边墙部位布置5个深孔、连拱隧道钻6个深孔(图10-10)，也可在隧道较敏感位置布置钻孔。孔深应比锚杆设计长度大100~20mm，或根据量测要求和分析松动范围确定钻孔深度，一般为3.0~5.0m。每个测孔内般布置5个测点，即6个定位件(孔口必须有一个定位件)、5根连杆。三.围岩内部位移量测

3.测点布置

单点位移计是沿隧道开挖轮廓线分别在拱顶、拱腰和边墙部位布置测点，每个部位的钻孔数量根据内部测点数确定。如内部测点需要4个，则需钻4个孔，钻孔深度根据测点深度确定(1.5~4.5m)。图10-10多点位移计测点布置断面图三.围岩内部位移量测4.位移计埋设(1)多点位移计埋设。

在隧道开挖初喷后或初期支护完成后沿隧道径向钻孔，钻孔直径为42~50mm、钻孔深度较位移计略长50~100mm，钻孔钻好后先用水冲洗清孔，将组装好的多点位移计插入钻孔，同时插入φ5~10的注浆软管，注入M20水泥砂浆，边注浆边拔出注浆软管，使孔内注满砂浆，用止浆塞封口。用红色油漆做好标记，记录埋设桩号、各固定件(点)编号、埋设位置及对应孔口固定件通孔位置、埋设时间。

多点位移计不得用药包锚固剂锚固，宜采用灌注水泥砂浆进行锚固。(2)钢丝式单点位移计按安装说明书进行安装，不需要注浆。三.围岩内部位移量测5.数据采集

多点位移计量测待锚固砂浆强度达到70%以后即可测取初始读数(钢丝式单点位移计安装好后立即量测)。量测前先用纱布擦干净基准板上的锥形测孔，然后将百分表插入孔口固定件通孔内，用百分表测取读数。每次量测时，对每一测点(通孔)应连续采集3个读数，将每次测取的读数填入现场量测记录表格，以后测取读数的频率按表14-2要求执行。当隧道量测断面工作状态发生改变时，量测频率应重新按初始读数开始时的量测频率执行。并保存原始记录，测量人、记录人、日期签署齐全。

单点位移计采集方式与多点位移计相同。三.围岩内部位移量测6.数据整理和位移计算

(1)每次测量后(不超过12h)立即在室内对所量测的结果进行整理，将原始记录录入计算机。对每一测点量测的3个读数的均值，即为该测点的量测值。(2)位移计算。

①测点与隧道周边相对位移。

每一测点前后两次量测值的差为本测点与隧道周边(孔口)相对位移值，按式(10-6)计算：△S(i)=S(i)一S(i0)(式10-6)式中：△S(i)—i测点与周边的相对位移值；S(i)—i测点本次量测值；S(i0)

—i测点前次量测值。三.围岩内部位移量测6.数据整理和位移计算

②同一测孔内各测点的相对位移。第i测点与其他测点的相对位移按式(10-7)~式(10-10)计算：△S(1-5)=△S(1)-△S(5)(式10-7)△S(1-4)=△S(1)-△S(4)(式10-8)△S(1-3)=△S(1)-△S(3)(式10-9)△S(1-2)=△S(1)-△S(2)(式10-10)式中：△S(1-i)—1测点与i测点的相对位移，i=2,3,4,5;

△S(i)—i测点与周边的相对位移，i=1,2,3,4,5

其他各测点间的位移，以此类推。计算过程应编程用计算机完成。三.围岩内部位移量测7.绘制位移曲线(1)根据同一测孔各测点的相对位移绘制某一时刻不同深度位移分布图。(2)绘制时间—围岩内部位移曲线图四.锚杆轴力量测1.

量测目的

通过量测掌握锚杆不同深度受力情况判断围岩的位移范围，评价锚杆支护效果。2.

量测仪器

锚杆轴力量测，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不同深度锚杆的变形，钢弦式是通过测定不同深度处传感器受力后钢弦振动频率的变化。四.锚杆轴力量测2.

量测仪器

图10-11测力锚杆连接示意图四.锚杆轴力量测3.

测点布置

锚杆轴向力量测是在选定的量测断面，沿隧道开挖轮廓线分别在拱顶、拱腰和边墙部位钻5个深孔(连拱隧道钻6个深孔)，也可在隧道较敏感位置布置钻孔。孔深应比锚杆设计长度大200mm，或根据量测要求和分析松动范围确定钻孔深度，一般为3.0~5.0m，每个孔内一般设3~4个测点(即3~4个钢弦式钢筋计)，测点断面布置见图10-12。。四.锚杆轴力量测3.

测点布置

四.锚杆轴力量测4.

传感器埋设

(1)钢弦式测力锚杆埋设。在隧道开挖初喷后或初期支护完成后沿隧道开挖轮廓径向钻孔，钻孔直径一般比锚杆杆体直径大20~30mm，约50mm，钻好孔后先用水冲洗清孔，准备好水泥砂浆、注浆设备，然后插入钢弦式测力锚杆，同时插入φ5~10注浆软管。传感器导线沿着锚杆引向钻孔外。导线引出钻孔外后，穿保护管引至保护盒内，在导线末端打上编码号，与钢筋应力计一一对应。注入M20水泥砂浆，边注浆边拔出注浆软管，使孔内注满注浆，用止浆塞封口，安装图见图10-13。四.锚杆轴力量测4.

传感器埋设

图10-13锚杆轴力量测制作及埋设图

钢弦式测力锚杆不得采用药包锚固剂锚固。安装完后用喷混凝土将锚头和导线覆盖，只露出保护盒。用红色油漆做好标记，记录埋设桩号、各传感器编号、埋设位置和埋设时间。四.锚杆轴力量测5.

数据采集

(1)钢弦式测力锚杆数据采集

锚杆轴力量测是待锚固砂浆凝固后测取初始读数。打开保护盒盖，将钢筋应力计导线插头与频率仪连接，读取钢筋计频率读数，并做好原始记录，测量人、记录人、量测日期等签署齐全。以后测取读数的频率按表10-4要求执行。当隧道量测断面工作状态发生改变时，量测频率应加密。量测时用频率仪测取压力盒频率读数。四.锚杆轴力量测5.

数据采集

(2)机械式测力锚杆数据采集

机械式测力锚杆待锚固砂浆强度达到70%以后即可测取初始读数，量测前先用纱布擦干净基准板上的锥形测孔，将百分表插人锥形孔内测取读数，每个测孔读取3次，计算3个数的平均值。某一时段前后两次量测出的距离变化值即为每个测点与基准面间的相对位移。根据不同测点产生的位移，除以基点与测点的距离得到应变，再乘以钢管钢材的弹性模量，得到锚杆轴向应力。四.锚杆轴力量测6.

数据整理

(1)每次测量后(不超过12h)立即对所量测的读数进行整理，录入计算机。根据生产厂家提供钢筋计标定表，换算每一钢筋计所受的力，即为该测点量测时刻的锚杆轴力。(2)锚杆某一测点不同时刻锚杆轴力变化，按式(10-11)计算:△n=n(i)-n(i-1)(式10-11)式中:△n——量测点锚杆轴力差值;n(i)——本次测点锚杆轴力;n(i-1)——前次测点锚杆轴力。计算过程应编程用计算机完成，并自动生成测点时间—锚杆轴力曲线。四.锚杆轴力量测6.

数据整理

(3)根据同一测力锚杆各测点的轴力绘制某一时刻不同深度的锚杆轴力分布图。五.围岩压力量测1.

量测目的

围岩压力量测是指围岩与初期支护间接触压力和初期支护与二次衬砌间接触压力量测(两层衬砌间接触压力)，是在围岩与支护间和两次衬砌间埋设压力传感器，量测围岩压力的大小、分布及围岩压力变化状态，判断围岩和支护结构的稳定性。五.围岩压力量测2.

量测仪器

接触压力量测仪器根据测试原理和测力计结构不同分为液压式测力计和钢弦式压力盒。目前，量测围岩压力的传感器主要采用钢弦式压力盒。五.围岩压力量测3.

测点布置

在选定的量测断面，在隧道拱顶、拱腰和边墙布设测点，见图10-14。a)围岩与初期支护之间b)初期支护与二次衬砌之间图10-14压力盒埋布置图五.围岩压力量测4.压力盒的埋设(1)围岩与初期支护间的接触压力

将压力盒埋设在围岩与初期支护间。在喷混凝土之前，在确定的测点位置，将岩面用砂浆找平，把压力盒双模的一面贴紧围岩，用铆钉、铅丝或钢筋固定，导线穿管引至保护盒内，喷射混凝上时将压力盒和导线全部覆盖，如图10-15a所示。导线头在保护盒内露出。a)围岩与初期支护之间

图10-15接触压力量测压力盒埋设构造图五.围岩压力量测4.压力盒的埋设(2)初期支护与二次衬砌之间的接触压力将压力盒埋设在初期支护与二次衬砌之间。铺挂防水板之前，在确定的测点位置，将喷射混凝土表面用砂浆找平，将压力盒双模的一面紧贴喷射混凝土表面，用水泥钉、铅丝将压力盒固定，导线需穿管引至保护盒内。防水板铺挂和二次村砌混凝土浇筑过程中，保证压力盒不移位，导线不被扯断，如图10-15b所示。记录埋设桩号、各传传感器编号、埋设位置和埋设时间。

b)初期支护与二次衬砌之间图10-15接触压力量测压力盒埋设构造图五.围岩压力量测5.数据采集

围岩与初期支护间的接触压力量测是待喷射混凝上作业完成后测取初始读数；初期支护与二次衬砌间的接触压力量测是待二次模筑衬砌混凝土终凝后测取初始读数。以后测取读数的频率按表10-2要求执行。当隧道量测断面工作状态发生改变时，量测频率应加密。图10-15接触压力量测压力盒埋设构造图五.围岩压力量测6.数据整理和压力计算

每次测量后立即在室内对所量测的结果进行整理，录入计算机。根据生产厂家提供压力盒标定表，换算压力盒所受的应力，即为该测点本次测定的接触压力值。

同一测点不同时间接触压力的差即接触压力变化，按式(10-12)计算：△p=P(i)-P(i-1)(式10-12)

式中：△p—量测点接触压力差值；P(i)—本次测点读数:P(i-1)—上次本测点读数。计算过程应编程用计算机完成，随着量测数据的积累，自动生成各测点的时间—压力曲线。五.围岩压力量测6.数据整理和压力计算六.衬砌应力量测1.量测目的

衬砌应力量测包括初期支护喷射混凝土应力量测和二次衬砌模筑混凝土应力量测，通过量测了解隧道喷射混凝上和模筑混凝土的受力状态2.量测仪器量测衬砌应力的传感器主要有钢弦式应变计和应变砖。六.衬砌应力量测2.量测仪器(1)钢弦式应变计

量测衬砌应力时，是将量测元件(装置)直接安装于喷射混凝土内和二次衬砌砌模筑混凝土中。为了使量测数据能直接反映混凝土层的变形状态和受力的大小，要求量测元件材质的弹性模量应与混凝土层的弹性模量相近，不致引起混凝土层应力的异常分布、影响评价效果。将钢弦式应变计埋入混凝土内，混凝土结构受力后，带动钢弦式应变计钢丝受力发生改变，引起钢丝振动频率变化，用频率仪测出振动频率，根据事先标定出的频率—应变曲线求出作用在混凝土的应变，再根据混凝土弹性模量计算出混凝土应力。日前钢弦式应变计在隧道现场测试中应用较多。六.衬砌应力量测2.量测仪器(2)应变砖

应变砖是由电阻应变片外加银箔防护做成银箔应变计，再用混凝士材料制成(50~120)mmx40mmx25mm的矩形立方块(外壳形如砖)。量测混凝土应变计时，将应变砖理入混凝土内，混凝土结构受力后，应变砖也随着产生应力。采用电阻应变仪量测出应变砖应变量的大小，然后根据事先标定出应变砖的应力—应变曲线，可求出混凝土所受应力的大小。由于应变砖和混凝土基本上是同类材料，埋入混凝土的应变砖不会引起应力的异常变化，所以应变砖可直接后映混凝土层的变形与受力的大小。六.衬砌应力量测3.测点布置在选定的量测断面，在隧道拱顶、拱腰和边墙布设测点，见图10-16。a)衬砌支护喷混凝土b)二次模筑混凝土图10-16混凝土应力计布置图六.衬砌应力量测4.钢弦式应变计埋设(1)喷射混凝土应变计埋设

在喷射混凝土复喷前，将应变计受力方向顺隧道开挖轮廓线的切线方向，用钢筋或借助钢筋网、铅丝，将混凝土应变计固定在喷射混凝土层内中间，见图10-17a)，导线穿管引至保护盒。在喷射混凝土过程中保证应变计不移位，导线不被扯断。六.衬砌应力量测4.钢弦式应变计埋设(2)模筑混凝土应变计埋设

在模筑混凝土浇筑前，将应变计受力方向顺隧道开挖轮廓线的切线方向，用钢筋或借助衬砌钢筋、铅丝，将混凝土应变计固定在模筑混凝土衬砌厚度中间，如图10-17b)所示，导线穿管引至保护盒。在混凝土浇筑过程中保证应变计不移位，导线不被扯断。

传感器埋设后，记录埋设桩号、各传感器埋设位置、编号和埋设时间。六.衬砌应力量测5.数据采集

喷混凝土层轴力量测是待喷混凝土作业完成后测取初始读数，模筑混凝土应力量测是待模筑混凝土终凝后测取初始读数，并将读数填入现场量测记录表格，以后测取读数的频率按表14-2要求执行。埋设的传感器为应变砖时，每次量测时应连续测取不少于3个读数，取3个数的量测平均值作为当次的数据。六.衬砌应力量测6.数据整理和应力计算

混凝土应力量测的数据整理和受力计算与接触压力量测的数据整理和压力计算方法相同。七.钢架应力量测1.量测目的

在喷锚衬砌设有钢架的地段，根据需要可对钢架的受力进行量测，了解钢架受力变化和实际工作状态。钢架分格栅钢架和型钢钢架。2.量测仪器

型钢钢架应力量测可采用钢弦式表面应变计和钢弦式钢筋应力计，格栅钢架应力量测一般采用钢弦式钢筋应力计。也有采用光纤光栅表面应变计和钢筋计，目前多采用钢弦式钢筋应力计。七.钢架应力量测3.测点布置

在选定的量测断面，在隧道拱顶、拱腰和边墙布设测点，也可根据围岩情况布置在受力敏感位置，但应避开钢架节段的接头位置，距接头距离应大于500mm。。七.钢架应力量测

4.钢弦式应变计埋设1)钢弦式表面应变计量测型钢钢架受力

用钢弦式表面应变计量测型钢钢架受力时，将表面应变传感器顺钢架轴线方向安装在型钢钢架的表面，用电焊机将传感器底座与在被测钢架表面焊接固定，保证与钢架一起变形，最后在传感器上罩上薄铁皮盒。薄皮铁盒可避免表面应变传感器遭到损坏，还可避免传感器和钢架共同变形时受到喷射混凝土的阻力。钢弦式表面应变计可分别安装在型钢拱架的上、下翼缘外侧，根据量测的应变值，可计算出钢架截面的应力分布。七.钢架应力量测

4.钢弦式应变计埋设2)钢弦式钢筋计量测型钢钢架受力

用钢弦式钢筋计量测型钢钢架受力时，将钢筋计顺钢架轴线方向安装在型钢拱架的表面，将钢筋计两端焊在型钢钢架的翼缘上(上翼缘在内侧、下翼缘的外侧)，钢筋计的中段不要与钢架接触，当中段与钢架脱接触时，可在两端加钢垫块，如图10-18所示。钢弦式钢筋计可分别安装在型钢拱架的上、下翼缘，根据量测的应变值，可计算出钢架截面的应力分布。

钢筋计价格便宜、安装方便，隧道工程中应用较多。七.钢架应力量测

4.钢弦式应变计埋设3)钢弦式钢筋计量测格栅钢架受力

格栅钢架是采用钢筋焊接而成的，传感器安装时，是在测点位置按照钢筋计的长度将格栅钢架主筋截开一段，用钢筋计置换，即将钢筋计的两端与截断的主筋对接连接。钢筋计直径应与格栅钢架主筋直径相同。连接时为保证钢筋计与钢筋同心，一般要求采用丝口连接，防止钢筋计偏心或受扭而影响元件的使用和读数的准确性。七.钢架应