任务四：量测数据处理及应用

任务四：量测数据处理及应用《隧道施工与检测技术》任务四：量测数据处理及应用内容概要本节课主要介绍监控量测数据处理的内容及方法，以及量测数据和应用。教学目标了解监控量测数据处理的目的；掌握监控量测数据处理方法；熟悉监控量测数据的应用重点学习任务掌握监控量测数据数据处理方法及应用。主要学习活动设计一.量测数据的处理

1.量测数据处理的目的

由于现场量测所得的原始数据，不可避免地具有一定的离散性，其中包含着测量误差甚至测试错误。不经过整理和数学处理的量测数据一时难以直接利用。数据处理的目的是：

（1）将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确认量测结果的可靠性。

（2）探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律，判定围岩和支护系统稳定状态。一.量测数据的处理2.量测数据处理的内容及方法

量测数据的整理应借助计算机进行管理。其主要内容包括：(1)绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线—时态曲线。(2)绘制位移速率、应力速率、应变速率随时间变化的曲线。(3)绘制位移、应力、应变随开挖面推进变化的曲线—空间曲线。(4)绘制位移、应力、应变随围岩深度变化的曲线。(5)绘制接触压力、支护结构应力在隧道横断面上的分布图。

由于量测误差所造成的离散性，按实测数据所绘制的位移等物理量随时间或空间变化的散点图上下波动，很不规则，难以用来分析。因此，需要采用数学处理的方法，将实测数据整理成实验曲线或经验公式。绘制的曲线及其应用主要包括：（1）拱顶下沉与周边收敛位移u与时间t关系曲线，如图。该曲线主要用于评价围岩是否稳定和确定二次衬砌时间。注：1—初始支护；2一下台阶开挖；3—收敛稳定阶段图净空位移u-t曲线一.量测数据的处理(2)位移u与距掌子面距离l关系曲线，如图。该曲线主要用于判断隧道施工工艺对围岩变形的影响，评估围岩变形的空间效应，从而确定下一个监测断面的位置。注：l—锚杆、钢拱架阶段；2—喷射混凝土阶段；3—下台阶开挖阶段净空位移u-l曲线一.量测数据的处理(3）地表沉降各测点（1，2…)位移u与时间t关系曲线，如图。该位移曲线用于判断围岩的稳定性及地表沉降量。地表沉降位移u-t曲线一.量测数据的处理(4)围岩或喷层应力、应变、压力绘制应力σ（或应变µ、或压力P〉与时间t的关系曲线。如图。应力σ(或应变µ、或压力P)-t关系曲线从应力、应变、压力-时间关系曲线上可以反映围岩或喷层的受力情况，判断其安全度，据此可调整支护参数。一.量测数据的处理二.量测数据的应用

工程实际应用中通常以位移为基础进行控制判断。1.根据位移量测结果判断(1)位移速率

①当位移速率大于1mm/d时，表明围岩处于急剧变形阶段，应密切关注围岩动态。

②当位移速率在1-0.2mm/d之间时，表明围岩处于缓慢变形阶段。

③当位移速率小于0.2mm/d时，表明围岩已达到基本稳定，可以进行二次衬砌作业。二.量测数据的应用

（一）工程实际应用中通常以位移为基础进行控制判断。(1）围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果，按下表（位移管理等级）判定：实测位移值不应大于隧道的极限位移，并按下表位移管理等级施工。一般情况下，宜将隧道设计的预留变形量作为极限位移u0，而设计变形量应根据检测结果不断修正。

位移管理等级二.量测数据的应用《公路隧道设计规范》(JTG3370.1-2018）预留变形量做为监控量测的位移控制总量，即极限位移u0，如下表所示。允许位移值（预留变形量)二.量测数据的应用(2)位移速率

①当位移速率大于1mm/d时，表明围岩处于急剧变形阶段，应密切关注围岩动态。

②当位移速率在1-0.2mm/d之间时，表明围岩处于缓慢变形阶段。

③当位移速率小于0.2mm/d时，表明围岩已达到基本稳定，可以进行二次衬砌作业。二.量测数据的应用变形速率控制指标及管理等级(1）应满足《JTGT3660-2020公路隧道施工技术规范》要求:当位移速度超过5mmld时，要求增加监测频率。(2）采用变形速率为主，变形加速度为辅方法判断围岩的稳定性，按表（位移速率管理等级）进行三级管理。位移速率管理等级二.量测数据的应用

二.量测数据的应用2.根据选测项目量测结果判断(1)围岩压力及初期支护与二次衬砌间接触压力图10-22典型位移时态曲线

将量测压力先换算成结构内力，再按《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004）规定的安全系数进行判定。二.量测数据的应用（二）.根据选测项目量测结果判断初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比大于或等于0.8时，围岩不稳定，应加强初期支护；初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比小于0.8时，围岩处于稳定状态。

(1)围岩压力及初期支护与二次衬砌间接触压力。

将量测压力先换算成结构内力，再按《公路隧道设计规范》规定的安全系数进行判定。二.量测数据的应用2.根据选测项目量测结果判断

（2）钢架应力

可根据钢材的抗拉、抗压极限强度来判别型钢钢架的受力安全性。

（3）锚杆轴力

根据锚杆轴力换算锚杆应力，锚杆应力应小于钢材的屈服强度，HRB400钢材的屈服强度为400MPa。（4）喷射混凝土内应力和模筑混凝土衬砌内应力。

按《公路隧道设计规范》规定的安全系数进行判定。二.量测数据的应用拱顶下沉回归分析二.量测数据的应用净空收敛监控曲线图三.预警机制1.预警内容：在监控量测过程中，遇到下列情况时，必须提出预警：

①围岩累计位移量过大或变形速率加快或变形不收敛；②衬砌或支护结构出现开裂或变形过大；③浅埋段地表下沉过大或出现裂缝；④围岩明显开裂或原有裂缝逐渐扩展三.预警机制1.预警内容：在监控量测过程中，遇到下列情况时，必须提出预警：

①围岩累计位移量过大或变形速率加快或变形不收敛；②衬砌或支护结构出现开裂或变形过大；③浅埋段地表下沉过大或出现裂缝；④围岩明显开裂或原有裂缝逐渐扩展三.预警机制2.预警警戒值：

①地表沉降允许值为5cm，警戒值为3cm，基准值2cm；②拱顶下沉、水平收敛允许值为：双车道隧道正洞V级围岩10cm，IV级围岩级7cm，III级围岩4cm；紧急停车带IV级围岩10cm，III级围岩7cm。上述数值的2/3为警戒值，1/3为基准值。③仰拱隆起允许值为3cm，警戒值为2cm，基准值1cm三.预警机制3.预警管理：

监控量测预警实行三级管理。当监控数据分布在基准值以下时，实行III级管理，隧道可以正常施工；分布在基准值和警戒值之间时，实行II级管理，应通报超前预报、施工、监理单位以及指挥部，并加强监测，谨慎施工；超过警戒值时，实行I级管理，即暂停施工，第一时间通报超前预报、施工、监理单位以及指挥部，会商决策。三.预警机制3.预警管理：当施工中出现下列情况之一时，也应采取I级管理：①初期支护开裂达5mm或二次衬砌有开裂；②洞口边仰坡出现较大开裂；③洞内围岩压力有明显异常；④监控量测数据连续3d大于3mm；或1d大于20mm。三.预警机制根据工程安全性评价的结果，需要变更设计时，应根据有关变更管理办法及时进行设计变更，工程对策主要应包括下列内容：①稳定开挖工作面措施；②调整开挖方法；③调整初期支护强度和刚度并及时支护；④降低爆破震动影响；⑤围岩与支护结构间回填注浆；⑥地层预处理,包括注浆加固、降水、冻结等方法；⑦超前支护，包括超前锚杆（管)、管棚、超前插板、水平高压旋喷法、预切槽法等。三.预警机制预警级别及控制指标4.预警处置：(1）黄色预警处置1）接到黄色预警信息后，施工单位工区经理或工区总工、监理单位隧道专监、隧道组长第一时间赶到现场进行调查、研究、处理。2）施工单位结合现场实际情况，首先采取应急措施，确保安全；其次加强监测，密切关注发展情况，同时分析原因，制定方案和对策，调整施工，使隧道变形趋稳。3）方案制定及现场落实后及时填写预警信息处置单，报总监代表、建设单位现场负责人签字(盖章）后，报建设单位质量安全处、工程技术部、监理单位备案，核实无误后由工区总工在监控量测信息系统平台解除预警。4.预警处置：(2）红色预警处置1）接到红色预警信息后，施工单位项目经理、项目总工、工区经理、工区总工，监理单位总监、总监代表、隧道专监、隧道组长、建设单位现场负责人第一时间赶到现场进行调查、研究、处理。2）现场暂停施工，加强监测，启动应急预案，施工单位制定并落实相应工程措施，确保安全。3）方案制定及现场落实后及时填写预警信息处置单，报总监、建设单位现场负责人签字（盖章）后，两天之内报建设单位质量安全处、工程技术部、监理单位备案，核实无误后由项目总工在监控量测信息系统平台解除预警。4.预警处置：(3）若出现假预警，填写假性预警信息处置单，报监理单位、建设单位现场负责人签字（盖章〉后，当天报建设单位质量安全处、工程技术部、监理单位备案，核实无误后黄色预警由工区总工、红色预警由项目总工在监控量测信息系统平台解除预警。4.预警处置：以下情况应立即进行现场预警报送：（1）监测数据累计变化量或变化速率之一达到控制值；（2）二衬结构出现过大变形、较大裂缝、断裂、较严重渗漏水等，加密观测断面，观测频率不低于2天一次。（3）隧道侧墙出现涌砂、涌土、管涌，较严重渗漏水、突水，滑移、坍塌，隧道仰拱面较大隆起等；（4）根据当地工程经验判断，出现其他必须进行警情报送的情况。4.预警处置：四、监控量测应用案例实例一：

长石隧道左线长1596m，右线长1620m，按隧道长度分类属于长隧道。隧道左、右线洞口为Ⅱ类、Ⅲ类围岩，岩体结构面为小断层和节理，部分构成软弱结构面，稳定性较差。隧道洞身部分穿越微风化流纹岩，含角砾凝灰岩，两者紧密接触，岩体属V类围岩，稳定性较好，岩石赋存基岩裂隙水，水量贫乏，水文地质条件简单。根据监控量测数据分析，对左洞K10+040~K10+127段围岩稳定性好、变形量小的区段围岩类别由Ⅳ类变更为V类，取消初期支护（含钢筋网片)，降低工程造价25万元，同时在满足安全的前提下，加快了施工进度，工期提前8天。四、监控量测应用案例实例二：

燕家岭隧道左线长676m，右线长556m，属于软土隧道。根据新奥法施工法及对围岩情况的量测结果，对初期支护进行了局部调整，钢拱架由原来的间距75~80cm，调整到85~90cm，最大调整到1.05，最小调整到0.60cm，在保证安全的前提下降低了工程造价。在隧道浅埋层，通过对量测数据分析，为了增加围岩的稳定性，增加了锚杆密度，地表面进行了加固处理。在施工的整个过程没有发生重大危险事故，保证隧道的正常施工。四、监控量测应用案例实例三：

郭家山隧道全长4200米，K140+600-K141.020左右有隧道侧压现象，通过位移检测。发现位移量较大，对其进行了二次支护并补打锚杆，使其整体稳固性得到了增强，避免了危险事故的发生，保证了隧道按期交工。【题目一】根据监控量测结果,隧道初支压力实测值与允许值之比（）时，隧道围岩处于稳定状态。A.小于等于0.9B.小于0.9C.小于等于0.8D.小于0.8【答案】D课