第二十章施工監(jiān)控量測與超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù).doc

第二十章 施工監(jiān)控量測與超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)第二十章 施工監(jiān)控量測與超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)第一節(jié) 概述一、隧道施工監(jiān)控量測的目的對于隧道工程施工，雖然目前很難用一種有效的本構(gòu)模型對承載結(jié)構(gòu)進行全面準確的力學計算，但是承載結(jié)構(gòu)變化最直觀的就是產(chǎn)生位移，可以利用不同的量測方法和量測儀器得到承載結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力的變化。通過以往獲得大量的承載結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力量測結(jié)果，可以得出承載結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力變化與承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之間的規(guī)律。結(jié)合已有的工程量測資料，利用類比法可以確定現(xiàn)有承載結(jié)構(gòu)受力變化是否安全。隧道監(jiān)控量測的實施運用，便是通過種種量測方法得到準確的承載結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用數(shù)學方法進行分析，通過類比可以得出一定的結(jié)論。目前，隧道的設(shè)計工作是在其理論基礎(chǔ)的指導下，參考已建工程的設(shè)計參數(shù)進行初選設(shè)計后，再通過施工過程對圍巖的量測分析來完善設(shè)計。因此，量測工作是監(jiān)視設(shè)計、施工是否正確的眼睛，是監(jiān)視圍巖是否安全穩(wěn)定的手段，它始終伴隨著施工的全過程，是新奧法構(gòu)筑隧道非常重要的一環(huán)。實踐證明，利用工程類比法和量測手段獲得有關(guān)參數(shù)進行設(shè)計是可以收到滿意的效果的。隧道施工量測工作的作用或目的：（1）掌握圍巖動態(tài)和支護結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，利用量測結(jié)果修改設(shè)計，指導施工。（2）預(yù)見事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然。（3）積累資料，為以后的隧道設(shè)計提供類比依據(jù)。（4）為確定隧道安全提供可靠的信息。（5）量測數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理與必要的計算和判斷后，進行預(yù)測和反饋，以保證施工安全和隧道穩(wěn)定。二、隧道現(xiàn)場量測計劃制定（一） 隧道監(jiān)控、量測計劃隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測計劃，即測試方案和實施計劃，應(yīng)根據(jù)隧道的工程地質(zhì)，水文地質(zhì)、地形條件、支護類型和參數(shù)、施工方法及其他有關(guān)條件進行制定。（二） 隧道現(xiàn)場量測計劃的主要內(nèi)容1現(xiàn)場量測的主要手段、量測儀表和工具及其選用、量測項目及方法的確定；2施測部位和測點布置及測量人員組織；3測試方案和實施計劃的測定；4量測數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用、量測管理等。三、監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計原則施工監(jiān)測是一項系統(tǒng)工程，監(jiān)測工作的成敗與選用監(jiān)測方法的選取及測點的布置直接相關(guān)。根據(jù)以前監(jiān)測工作的經(jīng)驗，歸納以下幾條原則。（一）可靠性原則：可靠性原則是監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中所考慮的最重要的原則。為了確保其可靠性，必須做到：第一，系統(tǒng)需要采用可靠的儀器。第二，應(yīng)在監(jiān)測期間保護好測點。(二）多層次監(jiān)測原則：多層次監(jiān)測原則的具體含義有四點：1 在監(jiān)測對象上以位移為主，兼顧其它監(jiān)測項目。2 在監(jiān)測方法上以儀器監(jiān)測為主，并輔以巡檢的方法。3 在監(jiān)測儀器選擇上以機測儀器為主，輔以電測儀器。4考慮分別在地表、及臨近建筑物與地下管線上布點以形成具有一定測點覆蓋率的監(jiān)測網(wǎng)。（三）方便實用原則：為減少監(jiān)測與施工之間的干擾，監(jiān)測系統(tǒng)的安裝和測量應(yīng)盡量做到方便實用。（四）濟合理原則：系統(tǒng)設(shè)計時考慮實用的儀器，不必過分追求儀器的先進性，以降低監(jiān)測費用。四、監(jiān)測作業(yè)流程圖20-1-1 工作流程圖第二節(jié) 大斷面隧道監(jiān)控量測重點及方法一、 高速鐵路隧道監(jiān)控量測的內(nèi)容和特點高速鐵路隧道施工的監(jiān)測旨在收集可反映施工過程中圍巖動態(tài)的信息，據(jù)以判定隧道圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，以及所定支護結(jié)構(gòu)參數(shù)和施工的合理性。因此量測項目可分為必測項目和選測項目兩大類。 （一） 必測項目A 必測項目是必須進行的常規(guī)量測項目，是為了在設(shè)計施工中確保圍巖穩(wěn)定、判斷支護結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)、指導設(shè)計施工的經(jīng)常性量測。這類量測通常測試方法簡單、費用少、可靠性高，但對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定，指導設(shè)計施工卻有巨大的作用。必測項目是新奧法量測的重點，主要包括： 1.隧道內(nèi)目測觀察 2.隧道內(nèi)空變位量測 3.拱頂下沉量測 （二） 選測項目B選測項目是對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進行補充測試，以求更深入地了解圍巖的松動范圍和穩(wěn)定狀態(tài)以及噴錨支護的效果，為未開挖區(qū)段的設(shè)計與施工積累現(xiàn)場資料。這類量測項目測試比較麻煩，量測項目較多，費用較高。因此，除了有特殊量測任務(wù)的地段外，一般根據(jù)需要選擇其中一些必要的項目進行量測。各級圍巖量測項目 表20-2-1 類別 項目圍巖條件AB洞內(nèi)觀察凈空變位拱頂下沉地表下沉圍巖位移襯砌應(yīng)力圍巖條件洞內(nèi)彈性波硬巖（）軟巖（）軟巖（）土 砂注：必須進行項目；應(yīng)進行項目；必要時進行項目。二、監(jiān)測項目與方法監(jiān)測項目表 表20-2-2序號量測項目類別量測目的量測斷面間距量測頻率控制標準量測儀器1地質(zhì)及支護觀察A了解開挖面自穩(wěn)及支護變形開裂情況1次/天地質(zhì)羅盤2凈空變形A掌握變形值及變形速度，用以判斷:圍巖的穩(wěn)定性及初期支護設(shè)計和施工方法的合理性,模筑二次襯砌時間。H2B時510mH2B時1020m距開挖面距離（01）B時12次/天（12）B時1次/天（25）B時1次/2天5B時1次/7天水平允許相對位移值0.20.8收斂計3拱頂下沉A監(jiān)測拱頂下沉值，了解斷面變化情況，判斷拱頂?shù)姆€(wěn)定性H2B時510mH2B時1020m同上2030mm精密水準儀，鋼卷尺4地表沉降A(chǔ)判斷開挖對地表產(chǎn)生的影響，及防止沉陷措的效果。同上同上2030mm精密水準儀，銦鋼尺5地下水位A了解降水引起地下水位的變化以及對周圍地表沉降的影響。2030mm精密水準儀，銦鋼尺測繩6超前地質(zhì)預(yù)報B判斷前方地質(zhì)情況作好相應(yīng)施工準備超前地質(zhì)預(yù)報儀7地層分層沉降B推測作用在隧道上的荷載范圍選有代表性的35個斷面距開挖面距離（02）B時1次/天（25）B時1次/2天5B時1次/7天地層分層沉降儀8圍巖內(nèi)部變形B了解隧道周邊圍巖松馳區(qū)范圍，判斷錨桿設(shè)計參數(shù)和施工的合理性選有代表性的35個斷面同上位移計9圍巖壓力和兩層襯砌間壓力B了解圍巖變形壓力和襯砌間接觸壓力的大小和分布規(guī)率檢驗支護襯砌受力情況選有代表性的35個斷面距開挖面距離（02）B時1次/天（25）B時1次/2天5B時1次/7天設(shè)計值壓力盒10二砌鋼筋及初支鋼支撐應(yīng)力B設(shè)計參數(shù)是否合理推求圍巖壓力選有代表性的35個斷面同上設(shè)計值鋼筋應(yīng)力計11爆破震動B每次起爆頻率接收儀三、非接觸三維觀測傳統(tǒng)的隧道變形監(jiān)測，一般采用鋼尺式收斂計和掛鋼尺抄平等接觸方式進行。該方法具有成本低、操作簡單和適應(yīng)惡劣施工環(huán)境的優(yōu)點。但這種接觸法一般無法進行三維觀測。當要了解隧道周邊點的三維變化時，上述傳統(tǒng)方法顯得無能為力。隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，高速鐵路蓬勃發(fā)展，我國將有越來越多的大跨度隧道的修建?？缍鹊牟粩嘣黾邮箓鹘y(tǒng)的監(jiān)測方法具有明顯的局限性，如掛尺困難，測量精度下降等問題。于是就提出了隧道變形監(jiān)測新技術(shù)非接觸三維觀測(無尺量測)。無尺量測技術(shù)在日本、瑞士等國已經(jīng)應(yīng)用于地下工程的凈空位移量測中。實現(xiàn)的方法大致有三種：一是以多臺電子經(jīng)緯儀為主要設(shè)備的三維解析測量；二是全站儀為主要設(shè)備的三維變形量測；三是以近景攝影機為主要設(shè)備的近景變形量測。目前，利用全站儀作為主要設(shè)備的隧道凈空三維觀測方法是主要發(fā)展方向。（一） 系統(tǒng)簡介無尺監(jiān)測系統(tǒng)，是在國際流行的極坐標測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道局科研所與Leica成都公司聯(lián)合開發(fā)的機載軟件和數(shù)據(jù)分析(該軟件能對測量數(shù)據(jù)進行精度評價、抗差、平差處理)基礎(chǔ)上，對隧道凈空變形進行有效、快速監(jiān)測的測量系統(tǒng)。（二）全站儀選型及其配套設(shè)備為了滿足隧道變形監(jiān)測的需要，全站儀的精度應(yīng)達到，分辨力達到，而測距精度為1+1ppm，分辨力選到O.1mm。這樣對于幾十米長的隧道范圍內(nèi)觀測點，其定位精度用12測回可選10-1mm級。也可采用測角精度為，測距精度為2+2ppm的全站儀，但要達到1mm的定位精度，須增加測回數(shù)。經(jīng)過廣泛的資料查詢和調(diào)研工作，適用于隧道變形監(jiān)測的全站儀主要有以下幾種，如表20-2-3。表20-2-3 高精度全站儀技術(shù)參數(shù)表類型TC2003TC1800 TCA1800NET2100測距精度1+1ppm1+2ppm1+1ppm測角精度機帶電池工作時間7600次7600次2小時抗環(huán)境干擾能力七級密封、防水、防塵七級密封、防水、防塵二級密封、防水、防塵操作方便性方便方便方便控制及應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境機載開發(fā)語言，提供用戶指令機載開發(fā)語言，提供用戶指令無行業(yè)評價精度高、穩(wěn)定性好、價格高精度高、穩(wěn)定性好、價格較高精度高、穩(wěn)定性好、價格較高目前應(yīng)用領(lǐng)域隧道變形監(jiān)測和大壩變形監(jiān)測等隧道變形監(jiān)測和大壩變形監(jiān)測等大壩變形監(jiān)測基本配置價格（參考價）448，000元195，000元228950元與徠卡全站儀配合使用的徠卡反射片，是一種具有回復(fù)反射性能的反射膜片，反射膜片由丙烯酸脂制成，背部為不干膠，厚度為0.28mm，呈銀灰色，大小可根據(jù)測距選擇。測量中常使用的反射片的技術(shù)參數(shù)見表20-2-4。表20-2-4 反射片技術(shù)參數(shù)表反射片大?。╩m）測量范圍（m）精度20202403mm4040201003mm6060601803mm四、遠程自動化監(jiān)測技術(shù)20世紀90年代開始，世界科學技術(shù)飛速發(fā)展，特別是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得傳統(tǒng)巖土工程監(jiān)測技術(shù)的水平也迅速得到提升。主要發(fā)展趨勢表現(xiàn)為它的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和快速化水平的提高。國外自動化監(jiān)測系統(tǒng)最早出現(xiàn)在大壩安全監(jiān)測領(lǐng)域，從20世紀60年代開始從事觀測自動化的研制開發(fā)，20世紀70年代進入實用階段。從法國、意大利、美國、西班牙、日本和瑞士等工業(yè)發(fā)達國家實現(xiàn)自動化的情況看，有的起于資料管理自動化，有的則首先實現(xiàn)采集自動化。國內(nèi)在自動化監(jiān)測系統(tǒng)研究方面最近幾年發(fā)展迅速，在隧道工程、泥石流預(yù)警以及邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測都有成功運用的實例。如中鐵西南科學研究院開發(fā)研制的EMMTF80自動化監(jiān)測系統(tǒng)（圖20-2-1）是80路隧道溫度、應(yīng)變自動測量系統(tǒng)，它是針對青藏鐵路建設(shè)和運營研發(fā)的工程與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了電阻溫度數(shù)據(jù)和鋼弦頻率數(shù)據(jù)的采集、存儲及傳送按照預(yù)定的順序自動完成，可以由單臺也可多臺儀器組成，數(shù)據(jù)可以用有線或無線方式轉(zhuǎn)送。該儀器與計算機構(gòu)成一個即時的全自動數(shù)采網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，針對高原多年凍土鐵路隧道圍巖凍融圈受氣溫變化影響，通過埋設(shè)大量溫度傳感器以及氣象要素的測試，開展隧道洞內(nèi)外氣溫規(guī)律的研究、隧道洞內(nèi)地溫規(guī)律的研究以及氣溫變化對圍巖地溫的影響研究。在海拔4700m的昆侖山隧道和4900m的風火山隧道建立了現(xiàn)場工作站，共埋設(shè)各類溫度傳感器件近2500只，建成一座9要素自動氣象站。目前取得隧道溫度測試數(shù)據(jù)數(shù)十萬個、氣象觀測資料上萬組。見圖20-2-2。下面主要介紹新建鐵路穿越既有結(jié)構(gòu)時對既有結(jié)構(gòu)采用的遠程自動化監(jiān)測方法。 圖20-2-1 EMMTF180自動化監(jiān)測系統(tǒng) 圖20-2-2 昆侖山隧道氣象站（一） 遠程自動化監(jiān)測的目的新建鐵路的施工必然會引起既有結(jié)構(gòu)的變位，為保證既有結(jié)構(gòu)的安全，在新建鐵路施工期間，必須對既有結(jié)構(gòu)進行全天候的實時監(jiān)控量測，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)在高密度的行車區(qū)間內(nèi)無法實施，且不能滿足對大量數(shù)據(jù)采集、分析以及及時準確的反饋，特別是在一些惡劣環(huán)境下，因此必須采用遠程自動化監(jiān)測系統(tǒng)對既有結(jié)構(gòu)和軌道變形進行24小時監(jiān)控量測。(二) 監(jiān)測項目及方案1 監(jiān)測測點布設(shè)原則監(jiān)測范圍根據(jù)理論計算及實際情況，本著突出重點，兼顧全局，正確指導施工的原則。結(jié)構(gòu)變形縫為重要監(jiān)測對象，該區(qū)域需重點監(jiān)測，在變形縫兩側(cè)布置靜力水準儀監(jiān)測變形縫兩側(cè)沉降變形，在變形縫兩側(cè)沿水平方向布置測縫計，監(jiān)測變形縫張開度。軌道結(jié)構(gòu)變形為重要監(jiān)測項目，該項加密測點布設(shè)。2監(jiān)測項目（1）結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測：包括結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測和結(jié)構(gòu)縫變形監(jiān)測。結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測采用采用靜力水準儀，在結(jié)構(gòu)沉降測點上采用明顯標識，提醒管理人員注意保護，通信線路采用特殊連接與連通管路共同采用管路保護，監(jiān)測人員定期巡視，保證儀器正常運行。結(jié)構(gòu)縫變形監(jiān)測采用靜力水準系統(tǒng)，沉降縫之間的脹縮測縫計進行測量，同時注意加強保護。（2）軌道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測：包括走行軌結(jié)構(gòu)縱向變形監(jiān)測、走行軌結(jié)構(gòu)左右水平高低變化監(jiān)測和走行軌水平距離的偏差監(jiān)測，其中走行軌結(jié)構(gòu)縱向變形監(jiān)測為監(jiān)測重點。監(jiān)測項目詳見表20-2-5。表20-2-5 監(jiān)測項目匯總表序號監(jiān)測項目監(jiān)測儀器監(jiān)測頻率監(jiān)測目的1既有結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測靜力水準系統(tǒng)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時掌握施工期間既有結(jié)構(gòu)變形情況2既有結(jié)構(gòu)變形縫沉降監(jiān)測靜力水準系統(tǒng)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時掌握施工期間既有結(jié)構(gòu)縫沉降變形情況3既有結(jié)構(gòu)縫脹縮監(jiān)測測縫計施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時掌握施工期間既有結(jié)構(gòu)縫水平變形情況4走行軌結(jié)構(gòu)縱向變形監(jiān)測靜力水準系統(tǒng)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時掌握施工期間既有軌道結(jié)構(gòu)縱向變形情況5走行軌結(jié)構(gòu)左右水平變形監(jiān)測梁式傾斜儀施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時掌握施工期間既有軌道結(jié)構(gòu)左右水平變形情況6走行軌水平距離變形監(jiān)測變位計施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時掌握施工期間既有軌道水平距離變形情況注：可根據(jù)施工情況和沉降情況調(diào)整監(jiān)測頻率，隨時將監(jiān)測信息通報監(jiān)測領(lǐng)導小組。（三） 監(jiān)測儀器1靜力水準儀（1） 靜力水準儀原理該方法及所選用的儀器依據(jù)連通管原理的方法，用電容傳感器，測量每個測點容器內(nèi)液面的相對變化，再通過計算求得各點相對于基點的相對沉陷量。圖20-2-3 測量原理示意圖（2）RJ型電容式靜力水準儀由圖20-2-4所示，儀器由主體容器、連通管、電容傳感器等部分組成。當儀器主體安裝墩發(fā)生高程變化時，主體容體相對于位置產(chǎn)生液面變化，引起裝有中間極的浮子與固定在容器頂?shù)囊唤M電容極板間的相對位置發(fā)生變化，通過測量裝置測出電容比的變化即可計算得測點的相對沉陷。1）主要技術(shù)指標測量范圍：25mm50mm最小分辨率：0.01mm測點誤差：0. 5FS使用環(huán)境條溫度：-2070C2）儀器安裝調(diào)試儀器的安裝尺寸如圖20-2-5所示，按要求在測點預(yù)埋180三個均布的M840（伸出長度）螺桿。檢查各測墩頂面水平及高程是否符合設(shè)計要。檢查測墩預(yù)埋鋼板及三根安裝儀器螺桿是否符合設(shè)計要求。預(yù)先用水和蒸餾水沖洗儀器主體容器及塑料連通管。 將儀器主體安裝在測墩鋼板上，用水準器在主體頂蓋表面垂直交替放置，調(diào)節(jié)螺桿螺絲使儀器表面水平及高程滿足要求。將儀器及連通管系統(tǒng)聯(lián)接好，從未端儀器徐徐注入S G溶液，排除管中所有氣泡，連通管需有槽架保護。將浮子放于主體容器內(nèi)。將裝有電容傳感器的頂蓋板裝在主體容器上。儀器及靜力水準管路安裝完畢后，用專用的3芯屏蔽電纜與電容傳感器焊接，并進行絕緣處理。3芯屏蔽電纜的紅芯接測量模塊的信號接線端口，白、黃芯接激勵（橋壓）接線端口。當容器液位上升時，電容比測值應(yīng)變小，否則將白、黃芯接線位置互換。 圖20-2-4 RJ型電容式靜力水準儀 圖20-2-5 靜力水準儀安裝示意圖2RW型電容式位移計走行軌水平距離的偏差及結(jié)構(gòu)縫的脹縮監(jiān)測適應(yīng)此位移測量的傳感器種類很多，有線電位計式、角電位計式、振弦式、差動變壓器及電容感應(yīng)式等，與其它類型相比，RW型電容感應(yīng)式變位計有結(jié)構(gòu)簡單，長期穩(wěn)定性好，溫度影響小，測量精度高的優(yōu)點。（1）主要技術(shù)指標1）測量范圍：10mm2）最小分辨率：0.01mm3）測點誤差：0. 5FS4）使用環(huán)境條溫度：-2070C（2）儀器安裝調(diào)試走行軌水平距離的偏差及結(jié)構(gòu)縫的脹縮監(jiān)測在兩軌之間安裝測距儀即可。結(jié)構(gòu)縫的脹縮監(jiān)測，在縫的兩測用膨脹螺絲固定測縫計的安裝夾具，將測縫計固定在夾具上，如圖20-2-6。安裝完畢后按設(shè)置的通道接入DAU2000數(shù)據(jù)采集單元中即可實現(xiàn)自動測量。圖20-2-6 結(jié)構(gòu)縫的脹縮監(jiān)測3梁式傾斜儀梁式傾斜國內(nèi)外主要采用了振弦式和電解液式兩種方式，振弦式測斜儀不適應(yīng)震動環(huán)境，電解液式固定式測斜儀其原理是通過測量測斜儀中位于兩球形面間電解液的導電電阻測出傾角變化，屬交流采樣，美國、加拿大、德國均有生產(chǎn)。圖20-2-7所示為美國AG公司生產(chǎn)的電解液式梁式傾斜儀。圖20-2-7 美國AG公司生產(chǎn)的電解液式梁式傾斜儀走行軌結(jié)構(gòu)左右水平高低變化監(jiān)測在相鄰兩傳鐵軌用膨脹螺絲固定測斜梁，調(diào)節(jié)初始位置，將電解液式梁式傾斜儀安裝遞梁上即可?；静襟E如下：檢驗儀器是否完好、測量是否準確；按儀器安裝要求做好安裝底梁，并使安裝底座基本保持水平；按照儀器說明書進行安裝和接線調(diào)試。安裝完畢后按設(shè)置的通道接入DAU2000數(shù)據(jù)采集單元中即可實現(xiàn)自動測量。4數(shù)據(jù)采集單元（1）主要功能和特點1）實時時鐘管理：本模塊自帶實時時鐘，可實現(xiàn)定時測量，自動存儲，起始測量時間及定時測量周期可自由設(shè)置。2）參數(shù)及數(shù)據(jù)掉電保護：所有設(shè)置參數(shù)及自動定時測量數(shù)據(jù)都存儲于專用的存儲器內(nèi)，可實現(xiàn)掉電后的可靠保存。3）電源備用系統(tǒng)：無論何時發(fā)生停電時，本模塊自動切換至備用電池供電，一節(jié)6V、4AH/4AH可充電的免維護蓄電池可連續(xù)工作7天以上。4）自診斷功能：本模塊具有自診斷功能，可對數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、中央處理器、實時時鐘電路、供電狀況、電池電壓、測量電路以及電容傳感器線路進行自檢查，實現(xiàn)故障自診斷。5）抗電功能：本模塊電源線、通信線、傳感器引線的入口均采取了抗電擊的措施。6）選測功能：根據(jù)需要通過對傳感器測點的選擇設(shè)置，完成一次測量并可輸出這些測點的測量數(shù)據(jù)。7）單測功能：通過選擇某一傳感器測點的選擇，可實現(xiàn)對此測點的連續(xù)多次測量，測量次數(shù)可設(shè)定。2）儀器安裝調(diào)試現(xiàn)場安裝前對數(shù)據(jù)采集模塊進行拷機及相關(guān)試驗,對模塊進行篩選,確保其達到規(guī)定技術(shù)指標。數(shù)據(jù)采集單元DAU2000的安裝位置要考慮儀器接入，DAU維護方便，一般在觀測站中高度不宜超過1.6米，用4個地腳螺栓連接，安裝后機箱平整，儀器進線整齊、標識明確，信號線、通訊線、電源線與DAU接線端子的接頭均用鍍銀冷壓接頭，以保證可靠性。將機箱的接地端子連接到觀測站地線上。DAU2000安裝如圖20-2-8所示。圖20-2-8 DAU2000安裝圖第三節(jié) 量測信息的分析與反饋一、量測信息分析為了檢驗量測結(jié)果的可靠性，了解圍巖應(yīng)力狀態(tài)、變形規(guī)律和穩(wěn)定型程度，應(yīng)對量測數(shù)據(jù)進行回歸分析。（一）洞內(nèi)拱頂下沉由于拱頂下沉的量測是在結(jié)構(gòu)開挖后才進行的，所以有部分變形無法直接得到，故須對量測數(shù)據(jù)進行回歸分析，求出曲線方程，推算出前期已發(fā)生的變形量，估算最大拱頂變形值。根據(jù)以往的經(jīng)驗，擬采用的回歸方程為： U=A1-e-Bx X0U-變形值X測點距掌子面距離A拱頂最大變形值B回歸系數(shù)（二） 洞內(nèi)凈空水平收斂 洞內(nèi)凈空水平收斂與洞內(nèi)拱頂下沉的監(jiān)測結(jié)果綜合分析，回歸方程的形式與洞內(nèi)拱頂下沉回歸方程一致，只是最大變形值與回歸系數(shù)不同。（三） 地中垂直位移監(jiān)測為描繪地中垂直沉降分布規(guī)律，采用日本島田隆夫模型經(jīng)驗公式： Ua/Ub=Ae-B(H/D)Ua地表隧道中線處沉降值Ub-地表H深度處沉降值A(chǔ)、B與施工方法、地層條件有關(guān)的系數(shù)（四） 地中水平位移監(jiān)測與地中垂直位移配合進行分析，繪制地層在垂直軸向的剖面上位移隨深度增加的發(fā)展變化趨勢。監(jiān)測結(jié)果位移是否超級管理位移是否超級管理位移是否超級管理繼續(xù)施工綜合判斷暫停施工采取特殊措施是不安全否否否是是安全二、具體監(jiān)測資料的反饋程序見下圖圖20-3-1 監(jiān)測資料反饋管理程序框圖施工采取技術(shù)措施施工監(jiān)測預(yù)測變形量反分析與基準值比較調(diào)整施工參數(shù)是否安全是否圖20-3-2 監(jiān)控信息反饋流程圖第四節(jié) 圍巖與襯砌變形控制基準由于觀察和監(jiān)控量測是與施工并行實施的，為了使觀察和監(jiān)控量測結(jié)果對設(shè)計與施工進行反饋，必須迅速地對監(jiān)測結(jié)果做出評價，提出并實施相應(yīng)的對策。為此，要求預(yù)先確定評價監(jiān)測結(jié)果的安全判別基準及與之相應(yīng)的對策。就安全基準而言，一般以針對必測項目中的周邊位移監(jiān)控量測和拱頂下沉量測而確定的居多。作為安全基準所用的指標，可以使位移量，也可以是位移速率，安全基準通常用容許位移值表示。但該值的確定受許多因素影響，所以從滿足工程實際出發(fā)，目前多采用位移速率進行安全控制。片面強調(diào)下沉的絕對值是不科學的，工程實踐證明，制定統(tǒng)一的標準是不妥的，應(yīng)按不同地區(qū)，不同建筑類別區(qū)別對待，以確定經(jīng)濟、合理的控制基準。一、 制定安全基準的原則 制定安全控制基準一般應(yīng)參照以下原則：（一）安全基準值必須在監(jiān)控量測工作實施前，由建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工、市政、監(jiān)控量測等有關(guān)部門，根據(jù)當?shù)厮牡刭|(zhì)、結(jié)構(gòu)特點共同商定，列入監(jiān)控量測方案。（二）有關(guān)結(jié)構(gòu)安全基準值應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中對強度和剛度的要求，一般應(yīng)小于或等于設(shè)計值。（三）有關(guān)環(huán)境保護的安全基準值，應(yīng)考慮保護對象，由主管部門實事求是地研究提出確保其安全和正常使用的要求值，即科學、可行的安全值。（四）安全基準值應(yīng)具有工程施工可行性，在滿足安全的前提下，應(yīng)考慮提高施工速度和減小施工費用。（五）安全基準值應(yīng)有利于補充和完善現(xiàn)行的相關(guān)設(shè)計、施工法規(guī)、規(guī)范和規(guī)程。（六）對一些目前尚未明確規(guī)定控制值的監(jiān)控量測項目，可參照國內(nèi)外相似工程的監(jiān)控量測資料確定其控制值。在監(jiān)測實施過程中，當某一監(jiān)控量測值超越基準值時，除了及時報警外，還應(yīng)結(jié)合工程實際、變位速率等因素，與有關(guān)部門共同研究分析，必要時可對控制值進行調(diào)整。二、管理標準值的設(shè)定在量測中最重要的是要有一個標準，以便評價設(shè)計、施工是否妥當，并根據(jù)標準進行施工管理。管理標準值中有根據(jù)構(gòu)件強度測定錨桿軸力的，也有評價隧道周邊圍巖穩(wěn)定性，基于解析、經(jīng)驗，并在施工中不斷修正的。因此，應(yīng)根據(jù)不同的量測項目，規(guī)定合適的標準值。管理標準值多數(shù)是按有量測可能的凈空位移值、位移速度、巖石變形等加以規(guī)定，以確保圍巖穩(wěn)定，不能使圍巖強度和支護功能急劇喪失(考慮初期支護的承載力富裕)，能夠確保襯砌厚度線在位移內(nèi)收斂等為前提條件設(shè)定的。在埋深小和膨脹性圍巖的條件下，對地表面下沉和地中位移、錨桿軸力等也要設(shè)定管理標準值。應(yīng)該指出，在不連續(xù)性圍巖中，量測結(jié)果不一定能夠完全反映圍巖的動態(tài)，應(yīng)結(jié)合洞內(nèi)觀察的結(jié)果設(shè)定管理標準。設(shè)定管理標準值時，基本上考慮對隧道周邊圍巖不要產(chǎn)生有害的松弛為前提，但明確地推定發(fā)生有害松弛的位移值是很困難的，要進行多方面的研究才行。標準值的設(shè)定可以采用以下方法。(一) 參考類似工程實例設(shè)定參考過去的工程實例，并考慮圍巖條件、斷面大小、施工方法、支護構(gòu)件的數(shù)量等確定標準值。表20-4-1是日本鐵路隧道的凈空位移管理標準值，可供參考。凈空位移值的管理標準 表20-4-1 凈空位移值圍巖級別單線雙線、新干線S 或特S大于75mm大于150N2575mm50150mmN N小于25mm小于50mm注：Is、特S、h、IIvVH日本圍巖分級。(二) 根據(jù)解析方法設(shè)定采用FEM解析等方法，求出位移值作為管理標準。(三) 根據(jù)極限應(yīng)變設(shè)定調(diào)查試件的極限應(yīng)變，作為開挖中的隧道達到該應(yīng)變時的標準值。表20-42是拱頂下沉的管理標準值。 拱頂下沉的管理基準值(單位：cm) 表20-4-2 圍巖級別管理等級硬巖中硬巖軟巖0.30.50.51.01.03.01.01.51.54.04.09.03.04.04.011.011.027.0注：位移標準值是開挖引起的總位移，量測拖后時應(yīng)注意； 本標準是指埋深大的情況，埋深小時，要采用比表列更小的數(shù)值； 巖塊硬、裂隙影響顯著的圍巖，采用時要加以注意。(四) 根據(jù)支護構(gòu)件的變異設(shè)定噴混凝土、錨桿的變異可以反映當時的荷載、位移情況，因此可以將噴混凝土的破壞應(yīng)變和錨桿破壞的位移作為大致標準。(五) 采用上述各種方法組合的綜合方法。三、監(jiān)測控制標準（一）鐵路隧道施工規(guī)范（TB 10204-2002）變形控制標準表20-4-3 雙線隧道初期支護極限相對位移（）圍巖級別埋深（m）5050300300500拱腳水平相對變化值0.200.500.402.001803.000.100.300.200.800.701.200.030.100.080.400.300.600.010.030.010.08拱頂相對下沉0.080.160.141.100.801.400.060.100.080.400.300.800.030.060.040.150.120.300.030.060.050.12注：1 硬巖取下限，軟巖取上限； 2 拱腳水平相對凈空變化指兩側(cè)點間凈空水平變化值與其距離之比；拱頂相對下沉指拱頂下沉值減去隧道下沉值后與原拱頂至隧底高度之比。 3 墻腰水平相對凈空變化極限值可按拱腳水平相對凈空變化值乘以1.21.3后采用。（二） 管理基準在信息化施工中，監(jiān)測后應(yīng)及時對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，判斷其穩(wěn)定性，并及時反饋到施工中去指導施工。根據(jù)以往經(jīng)驗以鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則的級管理制度作為監(jiān)測管理方式。 監(jiān)測管理表管理等級管理位移施工狀態(tài)可正常施工應(yīng)加強支護應(yīng)采取特殊措施表中：U0 實測位移值；Un 允許位移值。Un的取值，也就是監(jiān)測控制標準?？刂苹鶞矢鶕?jù)以往類似工程經(jīng)驗、有關(guān)規(guī)范規(guī)定確定。根據(jù)上述監(jiān)測管理基準，可選擇監(jiān)測頻率：一般在級管理階段監(jiān)測頻率可適當放大一些；在級管理階段則應(yīng)注意加密監(jiān)測次數(shù)；在級管理階則應(yīng)密切關(guān)注，加強監(jiān)測，監(jiān)測頻率可達到12次/天或更多。監(jiān)控量測管理基準值根據(jù)有關(guān)規(guī)范、規(guī)程、計算資料及類似工程經(jīng)驗制定。監(jiān)控量測必須建立及時的信息管理系統(tǒng)，監(jiān)測數(shù)據(jù)必須及時反映給設(shè)計代表、監(jiān)理、施工總工等，及時分析，確保施工安全。第五節(jié) 施工地質(zhì)超前預(yù)報在勘察設(shè)計階段，依靠區(qū)域地質(zhì)資料、衛(wèi)星遙感手段、大面積調(diào)繪、鉆探以及物探方法等綜合勘察手段，可查明重要的地質(zhì)問題，確定影響較大的地質(zhì)構(gòu)造和主要不良地質(zhì)體，對高速鐵路隧道設(shè)計施工起到宏觀指導作用。但是由于高速鐵路隧道地質(zhì)條件的復(fù)雜性、多變性，在勘察階段要準確無誤地確定工程巖體的狀態(tài)、特征，并準確預(yù)測隧道施工中可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的位置、規(guī)模及性質(zhì)是十分困難的。我國自上世紀八十年代以來，在大秦線軍都山隧道、朔黃線長梁山隧道、西康線秦嶺隧道、渝懷線圓梁山隧道、新原高速公路雁門關(guān)隧道等施工中陸續(xù)開展了地質(zhì)超前預(yù)報工作，并貫穿于隧道施工的全過程，取得了較好的效果。在高速鐵路隧道施工階段，重視和加強地質(zhì)超前預(yù)報，最大限度地利用地質(zhì)理論和先進的地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)，預(yù)測施工掌子面前方的地質(zhì)情況，對于安全施工、提高工效、縮短施工周期、避免事故損失具有重大意義。一、 地質(zhì)超前預(yù)報內(nèi)容地質(zhì)超前預(yù)報包括隧道所在地區(qū)地質(zhì)分析與宏觀預(yù)報、隧道洞身不良地質(zhì)體及災(zāi)害地質(zhì)超前預(yù)報和重大施工地質(zhì)災(zāi)害臨警預(yù)報。（一）地區(qū)地質(zhì)分析與宏觀地質(zhì)預(yù)報主要是預(yù)報開挖面前方的圍巖級別、穩(wěn)定性，隨時提出修改設(shè)計，調(diào)整支護類型；預(yù)報洞內(nèi)涌水量大小和變化規(guī)律以及對環(huán)境地質(zhì)與工程的影響。（二）不良地質(zhì)及災(zāi)害地質(zhì)超前預(yù)報主要是預(yù)報掌子面前方巖性變化和不良地質(zhì)體的范圍、規(guī)模、性質(zhì)，以及突水、突泥、坍塌、巖爆、有害氣體等災(zāi)害地質(zhì)的發(fā)生概率，提出施工預(yù)防措施。預(yù)報斷層的位置、寬度、產(chǎn)狀、性質(zhì)、破碎帶物質(zhì)狀態(tài)、充水情況、穩(wěn)定程度等，提出施工對策。（三）重大施工地質(zhì)災(zāi)害臨警預(yù)報針對掌子面前方有可能引發(fā)的大規(guī)模突水、突泥、坍塌、冒落、變形、瓦斯爆炸等重大地質(zhì)災(zāi)害建立臨警預(yù)報系統(tǒng)，主要預(yù)報隧道洞身所通過的深大富水斷裂、富水向斜的核部、富水砂層、軟土、極軟巖、煤系地層等，評判其危害程度，提出施工方案對策。二、 地質(zhì)超前預(yù)報方法高速鐵路隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報方法主要有以下幾種：傳統(tǒng)地質(zhì)分析法、超前平行導坑預(yù)報法、超前水平鉆孔法、物探法以及特殊災(zāi)害地質(zhì)所采用的相關(guān)預(yù)測方法。施工地質(zhì)超前預(yù)報是一項系統(tǒng)性工作，需納入施工工序。（一） 地質(zhì)分析法地質(zhì)調(diào)查與推斷是隧道地質(zhì)超前預(yù)報最基本的方法，可以隨時進行，不干擾施工，其他預(yù)報方法的解釋應(yīng)用，都是在地質(zhì)資料分析判斷基礎(chǔ)上進行的。通過收集分析地質(zhì)資料，地表詳細調(diào)查，隧道內(nèi)地質(zhì)編錄、素描、數(shù)碼照相、超前風鉆、涌水量預(yù)測等方法，了解隧道所處地段的地質(zhì)條件，運用地質(zhì)學理論，對比、論證、推斷，預(yù)報高速鐵路隧道施工前方的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況。通過對洞內(nèi)掌子面涌水量動態(tài)變化的長期觀測記錄，掌握地下水初期涌水量、衰減涌水量和穩(wěn)定涌水量的變化規(guī)律，綜合分析地層、斷層等構(gòu)造以及基巖裂隙水的運動特點，查明地下水的補給、徑流及排泄途徑，預(yù)報未開挖段水文地質(zhì)情況。對隧道開挖前涌水量的定量預(yù)測，往往與隧道開挖實際涌水量有一定的差距，應(yīng)進行對比分析，總結(jié)經(jīng)驗，提高預(yù)報水平。施工中按照鐵路隧道施工規(guī)范（TB 10204-2002）附錄G“施工階段圍巖級別判定卡”填寫相關(guān)內(nèi)容，進行分析。（二）超前平行導坑預(yù)報法在隧道上導坑或隧道的附近開挖一平行的小斷面導坑，對導坑出露的地質(zhì)情況進行地質(zhì)編錄、素描、做圖，綜合分析其地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)理論預(yù)測相應(yīng)段隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，以及可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、性質(zhì)、規(guī)模，并提出防治措施意見。超前平行導坑法最為直觀，精確度很高，通過直觀的地質(zhì)情況，施工單位可提前了解主隧道開挖斷面的地質(zhì)情況，以便采取相應(yīng)的工程防護措施。缺點是成本高，對施工影響大。在超前平行導坑中輔助以室內(nèi)物理力學測試、現(xiàn)場點荷載測試、地應(yīng)力測試、物探地震反射等方法，可以完善地質(zhì)超前預(yù)報的內(nèi)容。（三）超前水平鉆孔法用鉆探設(shè)備向掌子面前方鉆探，直接揭示隧道掌子面前方幾十米的地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、地下水、巖溶洞穴充填物及其性質(zhì)、巖體完整程度等資料，還可通過巖芯試驗獲得巖石強度等定量指標，適用于已經(jīng)基本認定的主要不良地質(zhì)區(qū)段。超前水平鉆孔的方向控制和鉆探工藝有一定的技術(shù)難度，對施工干擾大。（四）物理探測法物理探測法是利用物體物性差異進行地質(zhì)判斷的間接方法，采用物探技術(shù)進行超前預(yù)報的優(yōu)點是快速、超前探測距離大、對施工干擾相對小、可以多種技術(shù)組合應(yīng)用。物探方法的應(yīng)用受環(huán)境及經(jīng)驗的影響，準確解釋物探資料具有一定的技術(shù)難度。物探技術(shù)存在一定局限性，在地質(zhì)超前預(yù)報中應(yīng)進一步結(jié)合地質(zhì)理論，提高物探成果解譯水平。1. TSP超前預(yù)報系統(tǒng)TSP202、TSP203超前預(yù)報系統(tǒng)由瑞士安伯格量測技術(shù)公司開發(fā)生產(chǎn)，具有適用范圍廣、預(yù)報距離長、時間短、對施工干擾小、費用少等優(yōu)點。其基本原理是:首先在洞內(nèi)指定的震源點用小量炸藥激發(fā)，產(chǎn)生的地震波在巖石中以球面波的形式向前傳播，當?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石物性界面(即波阻抗界面，如斷層、巖石破碎帶、巖性突變等)時，一部分地震信號反射回來，一部分地震信號透射進入前方介質(zhì)，反射的地震信號將被兩個三維高靈敏度的地震檢波器接收。通過對接收信號的運動學和動力學特征進行分析，可推斷斷層和巖石破碎