chapter7隧道工程課件

1、chapter7隧道工程1 第七章第七章 地地 下下 工工 程程 的監(jiān)測和監(jiān)控的監(jiān)測和監(jiān)控 chapter7隧道工程2 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 chapter7隧道工程3 普氏理論普氏理論（荷載結(jié)構(gòu)法荷載結(jié)構(gòu)法）假定抗力法假定抗力法彈性地基梁法彈性地基梁法 數(shù)值法數(shù)值法（有限元法）（有限元法）彈性解、粘彈性、彈塑性解彈性解、粘彈性、彈塑性解 新奧法新奧法隧洞施工隧洞施工信息化施工的開始信息化施工的開始 (New Austrian Tunneling Method,NATM ) chapter7隧道工程4 chapter7隧道工程5 chapter7隧道工程6 chapter7隧道工程7 ch

2、apter7隧道工程8 一、位移監(jiān)測一、位移監(jiān)測 單點位移計 多點位移計 滑動式位移計 精密水準儀量測。 洞周表面或圍巖 不同深度的位移 地表和拱頂下沉 chapter7隧道工程9 1單點位移計單點位移計 單點位移計裝置單點位移計裝置 1砂漿；砂漿；2錨桿體；錨桿體；3連接桿；連接桿；4固定環(huán)；固定環(huán)；5測頭；測頭； 6外殼；外殼；7定位器；定位器；8測環(huán)；測環(huán)；9百分表百分表 chapter7隧道工程10 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 2多點位移計多點位移計 多點位移計按位移量測儀器的不同有機械式和電測式兩類。多點位移計按位移量測儀器的不同有機械式和電測式兩類。 機械

3、式一般采用深度測微計、千分表或百分表，電測式采用的位機械式一般采用深度測微計、千分表或百分表，電測式采用的位 移傳感器常用的有電阻式、電感式、差動式和鋼弦式等多種。移傳感器常用的有電阻式、電感式、差動式和鋼弦式等多種。 (1) 并聯(lián)式多點位移計并聯(lián)式多點位移計 (2) 串聯(lián)式多點位移計串聯(lián)式多點位移計 (3) 滑動式位移計滑動式位移計 chapter7隧道工程11 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 o并聯(lián)式多點位移計并聯(lián)式多點位移計 錨固器 位移測定器 chapter7隧道工程12 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 串聯(lián)式多點位移計串聯(lián)式多點位移計 1孔

4、底固定裝置；孔底固定裝置； 2電感式位移傳感器；電感式位移傳感器； 3一鋼套管；一鋼套管； 4一彈簧片；一彈簧片； 5連接桿；連接桿； 6電纜；電纜； 7導向管；導向管； 8孔口固定裝置孔口固定裝置 chapter7隧道工程13 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 滑動式位移計滑動式位移計 chapter7隧道工程14 多點位移計布置圖多點位移計布置圖 （a a）魯布革電站廠房；）魯布革電站廠房； （b b）十三陵蓄能電站主變室）十三陵蓄能電站主變室 （c c）小浪底電站主廠房；（）小浪底電站主廠房；（c c）日本鄉(xiāng)下電站廠房）日本鄉(xiāng)下電站廠房 chapter7隧道工程15

5、7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 二、收斂位移量測二、收斂位移量測 隧洞周邊或結(jié)構(gòu)物內(nèi) 部凈空尺寸的變化稱為 收斂位移。 收斂計類型及布置示意圖收斂計類型及布置示意圖 1測讀表；測讀表；2重錘；重錘； 3鋼卷尺；鋼卷尺；4固定端；固定端； 5連接裝置；連接裝置； 6張拉表；張拉表； 7張拉彈簧；張拉彈簧； 8微型電機；微型電機；9控制器控制器 穿孔鋼卷尺式收斂計 銦鋼絲彈簧式收斂計 銦鋼絲扭矩平衡式收斂計 chapter7隧道工程16 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 chapter7隧道工程17 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 c

6、hapter7隧道工程18 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 光測法光測法 示意圖示意圖 1光測儀；光測儀； 2反光鏡；反光鏡； 3三棱鏡；三棱鏡； 4光束光束. chapter7隧道工程19 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 三、壓力量測三、壓力量測 地下洞室內(nèi)部的壓力地下洞室內(nèi)部的壓力 支襯結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓力支襯結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓力 圍巖和支襯結(jié)構(gòu)間接觸壓力圍巖和支襯結(jié)構(gòu)間接觸壓力 應力計 壓力盒 本節(jié)本節(jié) 介紹介紹 第二章第二章 已介紹已介紹 chapter7隧道工程20 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 1. . 液壓枕液壓枕 液壓枕構(gòu)

7、造液壓枕構(gòu)造 1放氣螺釘；放氣螺釘； 2鋼球；鋼球； 3一放氣嘴；一放氣嘴； 4枕殼；枕殼； 5紫銅管；紫銅管； 6壓力表；壓力表； 7注油三通；注油三通； 8六角螺母；六角螺母； 9小管座小管座 chapter7隧道工程21 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 chapter7隧道工程22 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 chapter7隧道工程23 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 2錨桿應力量測錨桿應力量測 支護錨桿的應力量測原理通常是：錨桿受力后發(fā)支護錨桿的應力量測原理通常是：錨桿受力后發(fā) 生變形，采用生變形，采用應變片應變片

8、或或應變計應變計測量錨桿的應變，得測量錨桿的應變，得 出與應變成比例的電阻或頻率的變化，然后通過標出與應變成比例的電阻或頻率的變化，然后通過標 定曲線或公式將電測信號換算成錨桿應力。量測錨定曲線或公式將電測信號換算成錨桿應力。量測錨 桿應力用的應變計主要有電阻式、差動電阻式和鋼桿應力用的應變計主要有電阻式、差動電阻式和鋼 弦式幾種應變計。弦式幾種應變計。 chapter7隧道工程24 7-2 地下隧洞監(jiān)測類型和方法地下隧洞監(jiān)測類型和方法 電阻式錨桿應變計電阻式錨桿應變計由內(nèi)壁按一定間距粘貼有電阻由內(nèi)壁按一定間距粘貼有電阻 片的鋼管或鋁合金管組成。也有直接采用工程錨桿，片的鋼管或鋁合金管組成。也

9、有直接采用工程錨桿， 對粘貼應變片的部位經(jīng)過特殊的加工，粘貼應變片后，對粘貼應變片的部位經(jīng)過特殊的加工，粘貼應變片后， 經(jīng)防潮處理并加密封保護罩制成。經(jīng)防潮處理并加密封保護罩制成。 差動電阻式差動電阻式和和鋼弦式錨桿應變計鋼弦式錨桿應變計是將應變計裝入鋼是將應變計裝入鋼 管或裝入錨桿加粗段的槽孔中，然后與錨桿連接而成，管或裝入錨桿加粗段的槽孔中，然后與錨桿連接而成， 一根錨桿上可連接多節(jié)，其中的鋼弦式應變計由于環(huán)一根錨桿上可連接多節(jié)，其中的鋼弦式應變計由于環(huán) 境適用性強，測讀儀器輕巧方便，故可適用于不同地境適用性強，測讀儀器輕巧方便，故可適用于不同地 質(zhì)條件和環(huán)境條件的錨桿應力觀測。質(zhì)條件和環(huán)

10、境條件的錨桿應力觀測。 chapter7隧道工程25 作為作為工程監(jiān)控工程監(jiān)控手段的現(xiàn)場量測其目的在于了解圍巖的動手段的現(xiàn)場量測其目的在于了解圍巖的動 態(tài)過程、穩(wěn)定情況和支護系統(tǒng)的可靠程度，是直接為支護系統(tǒng)態(tài)過程、穩(wěn)定情況和支護系統(tǒng)的可靠程度，是直接為支護系統(tǒng) 的的設計和施工設計和施工決策服務的，這是進行決策服務的，這是進行量測方案設計的基本出發(fā)量測方案設計的基本出發(fā) 點點。 現(xiàn)場量測方案設計的現(xiàn)場量測方案設計的主要內(nèi)容主要內(nèi)容如下：如下： (1)(1)量測項目的確定，量測手段儀表和工具的選擇；量測項目的確定，量測手段儀表和工具的選擇； (2)(2)施測部位和測點布置的確定；施測部位和測點布置

11、的確定； (3)(3)實施計劃的制定，包括測試頻率的確定。實施計劃的制定，包括測試頻率的確定。 chapter7隧道工程26 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 一、量測項目的確定一、量測項目的確定 確定原則確定原則：量測簡單、結(jié)果可靠、成本低，便于施工單位：量測簡單、結(jié)果可靠、成本低，便于施工單位 采用，量測元件要能盡量靠近工作面安設。所選擇的被測物理采用，量測元件要能盡量靠近工作面安設。所選擇的被測物理 量要概念明確，量值顯著，數(shù)據(jù)易于分析，易于實現(xiàn)反饋。量要概念明確，量值顯著，數(shù)據(jù)易于分析，易于實現(xiàn)反饋。 （位移、位移位移、位移+應力和壓力應力和壓力） 量測項目應根據(jù)具體工程的特點

12、來確定，主要取決于工程規(guī)量測項目應根據(jù)具體工程的特點來確定，主要取決于工程規(guī) 模、重要程度、地質(zhì)條件及業(yè)主財力。模、重要程度、地質(zhì)條件及業(yè)主財力。（巖體完整性差、地質(zhì)巖體完整性差、地質(zhì) 條件變化較大的工程條件變化較大的工程隧洞前方隧洞前方巖體狀況；地應力高的脆性巖巖體狀況；地應力高的脆性巖 體工程體工程巖爆的可能性或巖爆時間；淺埋隧洞巖爆的可能性或巖爆時間；淺埋隧洞地表沉降和拱地表沉降和拱 頂沉降頂沉降。）。） chapter7隧道工程27 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程28 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 o隧洞工程監(jiān)測：地表沉降、洞周收斂、拱頂

13、下沉。 chapter7隧道工程29 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 o 日本日本新奧法設計技術指南新奧法設計技術指南(草案草案)中的量測項目中的量測項目 chapter7隧道工程30 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 二、量測手段和儀表的選擇二、量測手段和儀表的選擇 1. 主要取決于主要取決于圍巖工程地質(zhì)條件和測量的環(huán)境條件圍巖工程地質(zhì)條件和測量的環(huán)境條件。(圍巖的軟圍巖的軟 硬、干燥無水與地下水發(fā)育，引伸計安裝硬、干燥無水與地下水發(fā)育，引伸計安裝) 2. 估算各估算各物理量變化范圍物理量變化范圍，確定儀器的精度和分辨率。，確定儀器的精度和分辨率。 (軟弱軟弱 大洞室、硬巖

14、洞室或小洞室、斷面小變形大的洞室大洞室、硬巖洞室或小洞室、斷面小變形大的洞室) 位移計位移計的選擇：人工易測讀部位的選擇：人工易測讀部位機械式位移計；反之機械式位移計；反之電測式位移計；電測式位移計； 特深孔（精度要求高）特深孔（精度要求高）串聯(lián)式多點位移計；長期監(jiān)測串聯(lián)式多點位移計；長期監(jiān)測精度較高的位精度較高的位 移計。移計。 壓力和應力測量元件選擇：壓力和應力測量元件選擇：優(yōu)先選用液壓枕；堅硬巖石、應力梯度高優(yōu)先選用液壓枕；堅硬巖石、應力梯度高 壓力盒（盡量選用鋼弦式壓力盒和錨稈應力計，干燥隧洞可用電阻式或壓力盒（盡量選用鋼弦式壓力盒和錨稈應力計，干燥隧洞可用電阻式或 其他壓力盒和錨桿應

15、力計）。其他壓力盒和錨桿應力計）。 chapter7隧道工程31 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 不同用途的位移計精度等級和量程范圍(水利水電行業(yè)) chapter7隧道工程32 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 三、量測部位的確定和測點的布置三、量測部位的確定和測點的布置 1. 量測部位的確定量測部位的確定 (1)圍巖穩(wěn)定監(jiān)控：重點監(jiān)測圍巖質(zhì)量差及局部不穩(wěn)定塊體圍巖穩(wěn)定監(jiān)控：重點監(jiān)測圍巖質(zhì)量差及局部不穩(wěn)定塊體; (2)反饋設計、評價支護參數(shù)合理性：在代表性的地段設置觀測斷反饋設計、評價支護參數(shù)合理性：在代表性的地段設置觀測斷 面；面； (3)在特殊的工程部位在特殊的工程部位

16、(如洞口和分叉處如洞口和分叉處)，應設置觀測斷面。，應設置觀測斷面。 (4)觀測點的安裝埋設應盡可能靠近掌子面，最好不超過觀測點的安裝埋設應盡可能靠近掌子面，最好不超過2m. (5)洞周收斂、拱頂下沉、多點位移計及地表沉降量測點應盡量布洞周收斂、拱頂下沉、多點位移計及地表沉降量測點應盡量布 置在同一斷面上置在同一斷面上 。 (6)錨桿應力和襯砌應力等測點最好布置在同一斷面上，以使測量錨桿應力和襯砌應力等測點最好布置在同一斷面上，以使測量 結(jié)果互相對照、相互檢驗。結(jié)果互相對照、相互檢驗。 chapter7隧道工程33 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 (7) 斷面間距：視工程長度、地質(zhì)條

17、件而定。當?shù)刭|(zhì)條件情況良斷面間距：視工程長度、地質(zhì)條件而定。當?shù)刭|(zhì)條件情況良 好或開挖過程中地質(zhì)條件連續(xù)不變時，間距可加大，地質(zhì)變化顯好或開挖過程中地質(zhì)條件連續(xù)不變時，間距可加大，地質(zhì)變化顯 著時，間距應縮小。在施工初期階段，要縮小量測間距。取得一著時，間距應縮小。在施工初期階段，要縮小量測間距。取得一 定數(shù)據(jù)資料后，可適當加大量測間距。在洞口及埋深較小地段，定數(shù)據(jù)資料后，可適當加大量測間距。在洞口及埋深較小地段， 亦應適當縮小量測間距。亦應適當縮小量測間距。 在一般的鐵路和公路隧道中，洞周收斂和拱頂下沉量測的斷在一般的鐵路和公路隧道中，洞周收斂和拱頂下沉量測的斷 面間距根據(jù)圍巖類別而定。面間

18、距根據(jù)圍巖類別而定。 地表沉降量測的斷面間距與隧洞埋深和地表狀況有關，當?shù)氐乇沓两盗繙y的斷面間距與隧洞埋深和地表狀況有關，當?shù)?表是山嶺田野時，根據(jù)埋深斷面間距定為：埋深表是山嶺田野時，根據(jù)埋深斷面間距定為：埋深h2D： 2050m；h=12D：1020m；h1D：510m。 錨桿應力和襯砌應力等，其量測斷面的縱向間距可定為錨桿應力和襯砌應力等，其量測斷面的縱向間距可定為 200500m。 chapter7隧道工程34 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 2測點的布置形式測點的布置形式 chapter7隧道工程35 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程36

19、7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 壓力盒和錨桿應力計應在壓力盒和錨桿應力計應在典型區(qū)段典型區(qū)段選擇應力變化最大或地選擇應力變化最大或地 質(zhì)最不利的部位，并根據(jù)位移變化梯度和圍巖應力狀態(tài)，在不質(zhì)最不利的部位，并根據(jù)位移變化梯度和圍巖應力狀態(tài)，在不 同的圍巖深度內(nèi)布測點，觀測錨桿的長度應與工程錨桿相同。同的圍巖深度內(nèi)布測點，觀測錨桿的長度應與工程錨桿相同。 用于埋設壓力盒的鉆孔和觀測錨桿的鉆孔的布置形式與多點位用于埋設壓力盒的鉆孔和觀測錨桿的鉆孔的布置形式與多點位 移計的相似，通常在鉆孔中布置移計的相似，通常在鉆孔中布置3個或更多的測點。個或更多的測點。 下頁圖是毛洞位移量測和襯砌后隧洞應

20、力應變量測的典型布下頁圖是毛洞位移量測和襯砌后隧洞應力應變量測的典型布 置的例子。置的例子。 chapter7隧道工程37 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程38 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 四、觀測及其頻度的確定四、觀測及其頻度的確定 整個觀測期間應設立整個觀測期間應設立值班記錄值班記錄，詳細記載值班期間的一切，詳細記載值班期間的一切 情況，包括施工進展情況、施工部位、施工工藝流程情況、氣情況，包括施工進展情況、施工部位、施工工藝流程情況、氣 候環(huán)境、對隧洞的觀察、隧洞內(nèi)滲流水情況、噴射混凝土和襯候環(huán)境、對隧洞的觀察、隧洞內(nèi)滲流水情況、噴射混凝土

21、和襯 砌上的裂縫開展情況等。砌上的裂縫開展情況等。 各量測項目通常的各量測項目通常的觀測頻度觀測頻度為：在洞室開挖或支護后的半個為：在洞室開挖或支護后的半個 月內(nèi)，每天應觀測月內(nèi)，每天應觀測12次；半個月后到一個月內(nèi)，或掌子面推次；半個月后到一個月內(nèi)，或掌子面推 進到距觀測斷面大于進到距觀測斷面大于2倍洞徑的距離后，每倍洞徑的距離后，每2天觀測一次；一到天觀測一次；一到 三個月，每周測讀三個月，每周測讀12次：三個月以后，每月測讀次：三個月以后，每月測讀13次。若次。若 設計有特殊要求，則可按設計要求進行，遇突發(fā)事件，則應加設計有特殊要求，則可按設計要求進行，遇突發(fā)事件，則應加 強觀測。強觀測

22、。 chapter7隧道工程39 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 各量測項目原則上應根據(jù)其變化的大小來確定觀測頻度。如洞 周收斂位移和拱頂下沉的量測頻度可根據(jù)位移速度及離開挖面的 距離而定，往往不同的基線和測點位移速度不同，因此，應以產(chǎn) 生最大位移者來決定量測頻度。整個斷面內(nèi)各基線或測點應采用 相同的量測頻度。 chapter7隧道工程40 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 ab負速率段 bc加速段 cd減速段 de進一步減 速段 ef零速率段 五、量測數(shù)據(jù)警戒值及圍巖穩(wěn)定性判斷準則五、量測數(shù)據(jù)警戒值及圍巖穩(wěn)定性判斷準則 chapter7隧道工程41 7-3 現(xiàn)場量測方案設計

23、現(xiàn)場量測方案設計 1容許位移量容許位移量 容許位移量容許位移量是指在保證隧洞不產(chǎn)生有害松動和保證地表不是指在保證隧洞不產(chǎn)生有害松動和保證地表不 產(chǎn)生有害下沉量的條件下，自隧洞開挖起到變形穩(wěn)定為止產(chǎn)生有害下沉量的條件下，自隧洞開挖起到變形穩(wěn)定為止,在在 起拱線位置的隧洞壁面間水平位移總量的最大容許值，或拱頂起拱線位置的隧洞壁面間水平位移總量的最大容許值，或拱頂 的最大容許下沉量。的最大容許下沉量。 容許位移量與巖體條件、隧洞埋深、斷面尺寸及地表建筑容許位移量與巖體條件、隧洞埋深、斷面尺寸及地表建筑 物等因素有關，例如城市地鐵通過建筑群時，一般要求地表下物等因素有關，例如城市地鐵通過建筑群時，一般

24、要求地表下 沉不超過沉不超過510mm；對于山嶺隧道，地表沉降的容許位移量；對于山嶺隧道，地表沉降的容許位移量 可由圍巖的穩(wěn)定性確定。可由圍巖的穩(wěn)定性確定。 chapter7隧道工程42 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程43 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程44 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程45 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程46 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程47 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 前蘇聯(lián)學者

25、通過對大量觀測數(shù)據(jù)的整理，得出了用于計算前蘇聯(lián)學者通過對大量觀測數(shù)據(jù)的整理，得出了用于計算 洞室周邊容許最大變形值的近似公式：洞室周邊容許最大變形值的近似公式： 式中式中 f 普氏系數(shù)；普氏系數(shù)； b0洞室跨度；洞室跨度； H邊墻自拱腳至底板的高度邊墻自拱腳至底板的高度(m)； 2值一般在從拱腳起算值一般在從拱腳起算(1/31/2)H段內(nèi)測定。段內(nèi)測定。 (mm) : (mm) : 2 51 2 51 0 1 54 12 f H f b . . . 邊邊墻墻 拱拱頂頂 chapter7隧道工程48 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程49 7-3 現(xiàn)場量測方案設計

26、現(xiàn)場量測方案設計 2容許位移速率容許位移速率 容許位移速率容許位移速率是指在保證圍巖不產(chǎn)生有害松動的條件下，隧洞是指在保證圍巖不產(chǎn)生有害松動的條件下，隧洞 壁面間水平位移速度的最大容許值。它同樣與巖體條件、隧洞埋深壁面間水平位移速度的最大容許值。它同樣與巖體條件、隧洞埋深 及斷面尺寸等因素有關。容許位移速率目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般都及斷面尺寸等因素有關。容許位移速率目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般都 根據(jù)經(jīng)驗選定。根據(jù)經(jīng)驗選定。 例如美國某些工程對容許位移速率的規(guī)定：第一天的位移量不超過容許位移量例如美國某些工程對容許位移速率的規(guī)定：第一天的位移量不超過容許位移量 的的1/51/4(約約2.543.18m

27、m)，第一周內(nèi)平均每天的位移量應小于容許位，第一周內(nèi)平均每天的位移量應小于容許位 移量的移量的1/20(約約0. 63mm)。南嶺隧道、大瑤山隧道、下坑隧道、金川礦區(qū)運輸。南嶺隧道、大瑤山隧道、下坑隧道、金川礦區(qū)運輸 平巷、張家港鐵礦的穩(wěn)定變形速度為平巷、張家港鐵礦的穩(wěn)定變形速度為0.1mm/d，引灤入津輸水隧洞在開挖后一，引灤入津輸水隧洞在開挖后一 個月的穩(wěn)定變形速度大于個月的穩(wěn)定變形速度大于10mm/30d。 chapter7隧道工程50 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 (1) 基本穩(wěn)定段(I)。變形速率 不斷下降，即變形加速度小 于0； (2) 過渡段(II)。變形速度長 時間

28、保持不變，即變形加速 度等于0; (3) 破壞段(III)。變形速率漸 增，即變形加速度大于0。 3. 根據(jù)位移根據(jù)位移時間曲線判斷圍巖穩(wěn)定性時間曲線判斷圍巖穩(wěn)定性 chapter7隧道工程51 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 注意：注意：在隧洞施工險情預報中，應同時考慮收斂或變形速度，相 對收斂量或變形量及位移時程曲線，結(jié)合洞周圍巖噴射混凝土和 襯砌的表面狀況等綜合因素作出預報。 全斷面開挖全斷面開挖 分步開挖分步開挖 chapter7隧道工程52 7-3 現(xiàn)場量測方案設計現(xiàn)場量測方案設計 chapter7隧道工程53 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 量測數(shù)據(jù)數(shù)學處理

29、的目的 驗證 反饋 預報 即 （1）各種量測數(shù)據(jù)相互印證，以確認量測結(jié)果的可靠性； （2）探求圍巖變形或應力狀態(tài)的空間分布規(guī)律，了解圍巖穩(wěn)定性 特征，以便提供反饋，合理地設計支護系統(tǒng)； （3）監(jiān)視圍巖變形或應力狀態(tài)隨時間的變化情況，對最終值或變 化速率進行預測預報。 chapter7隧道工程54 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 a b c d e 21 uuuu m 1 u 2 u mu a bc d e chapter7隧道工程55 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 u1的確定。對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行非線性回歸，得u=f(t), 則 u2的確定。據(jù)研究，存在如下經(jīng)驗式 所以

30、 21 uuuu m )(0 1 fu 33002650 0 02 . uu 0 1 0 )(fu u m chapter7隧道工程56 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程57 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程58 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程59 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程60 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程61 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程62 7-4

31、 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程63 7-4 量測數(shù)據(jù)的分析處理量測數(shù)據(jù)的分析處理 chapter7隧道工程64 o概況概況 十三陵抽水蓄能電站地下廠房埋深200m+，設計 規(guī)模為長145m、寬23m、高46.6m，拱座部位開挖 寬度為27.5m。廠區(qū)巖體為侏羅系礫巖，層理不清， 略有沉積韻律，呈巨厚層狀，產(chǎn)狀為NE40、 SE40左右，總厚達500m+，廠房選在最厚的部位。 廠房洞室布置在巖性單一的礫巖內(nèi)，巖石強度中等， 彈性模量較高，滲透性較弱，涌水量不大，裂隙不甚 發(fā)育，地應力不高。廠區(qū)斷層主要有三組，與廠房軸 線呈大角度相交，其影響僅限于斷層寬度的范圍內(nèi)

32、， 但有一組走向近直立的裂隙與廠房軸線交角甚小，對 高邊墻的穩(wěn)定極為不利。 chapter7隧道工程65 7-5 工程實例工程實例 監(jiān)測方案設計監(jiān)測方案設計 根據(jù)廠區(qū)內(nèi)工程結(jié)構(gòu)及支護特點、工程地質(zhì)條件、施工工序 及方法等，該工程采取了系統(tǒng)監(jiān)測斷面和隨機監(jiān)測點相結(jié)合的 設計原則； 為了監(jiān)測地下廠房圍巖的位移、應力、地下水壓力、溫度及 頂拱混凝土內(nèi)的應變、應力、溫度變化，主要布置鉆孔多點位 移計、錨桿應力計(鋼筋計)、預應力錨索應力計，此外，還布 置了其他7項觀測項目，具體情況見下頁表。 chapter7隧道工程66 7-5 工程實例工程實例 chapter7隧道工程67 7-5 工程實例工程實例

33、 地下廠房地下廠房 位移計和位移計和 錨桿應力錨桿應力 計計 觀觀 測測 布布 置置 圖圖 M位移計位移計 MC錨桿應錨桿應 力計力計 chapter7隧道工程68 7-5 工程實例工程實例 系統(tǒng)觀測斷面3個，斷面間距3650m；觀測斷面到端墻距 離3335m；各斷面觀測點布置在頂拱、拱腳、邊墻中部及中 下部。鉆孔多點位移計長1424m（預埋或后埋）。錨桿應力 計，頂拱長6m，邊墻長8m，其長度和施工支護錨桿同。 鉆孔多點位移計每孔4只，距洞壁2m、5m、10m、20m (20m孔)和2m、4m、8m、15m(15m孔)。錨桿應力計每孔 3只，距洞壁為1.0m、2.5m、4.0m(拱頂5m錨桿

34、)、1.0m、 2.5 m、5.0m(邊墻6m長錨桿)和1.0m、3.0m、7.0m(邊墻 8m長的錨桿)。觀測儀器為鋼弦式儀器。 6個孔的觀測元件是利用排水廊道預埋的。其余均為后埋的。 后埋元件是當掌子面超過設計觀測斷面(點)1.52.0m時安裝 埋沒的(停掘)。 chapter7隧道工程69 7-5 工程實例工程實例 chapter7隧道工程70 chapter7隧道工程71 chapter7隧道工程72 chapter7隧道工程73 chapter7隧道工程74 chapter7隧道工程75 chapter7隧道工程76 chapter7隧道工程77 chapter7隧道工程78 cha

35、pter7隧道工程79 chapter7隧道工程80 chapter7隧道工程81 chapter7隧道工程82 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程83 chapter7隧道工程84 chapter7隧道工程85 chapter7隧道工程86 chapter7隧道工程87 chapter7隧道工程88 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 一、盾構(gòu)法施工監(jiān)測一、盾構(gòu)法施工監(jiān)測 盾構(gòu)法施工隧道時所需的監(jiān)測內(nèi)容可分為兩大類：巖土 介質(zhì)和周圍環(huán)境的監(jiān)測、隧道(包括盾構(gòu))結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。 1巖土介質(zhì)和周圍環(huán)境的監(jiān)測巖土介質(zhì)和周圍環(huán)境的監(jiān)測 巖土介質(zhì)和周圍

36、環(huán)境的監(jiān)測內(nèi)容包括：盾構(gòu)正面土壓力、 地表沉降和位移、土體沉降和位移、土體應力和孔隙水壓力、 構(gòu)筑物沉陷和傾斜等項目。 chapter7隧道工程89 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (1) 地表沉降地表沉降 地表沉降測量是在沉陷測量區(qū)域埋設地表樁，采 取常規(guī)的水準測量方法。地表樁設置一般沿盾構(gòu)隧道的軸線每 隔35m設一測點，適當布置幾排橫向地表樁，測量盾構(gòu)施工 引起的橫向沉降槽的變化。道路沉降必須將地表樁埋入道面下 的土層里，才能比較真實地測量道路的沉降。鐵路的沉降測量 必須同時監(jiān)測路基和鐵軌的沉降。地下管線的沉降測量，對重 點保護的管線，應將測點設在管線上，并砌筑保護并蓋，

37、一般 管線則可在其周圍設置地表樁進行監(jiān)測。在盾構(gòu)切口到達前3m 和盾尾過后三天內(nèi)，應加密監(jiān)測頻率。 chapter7隧道工程90 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (2) 土中沉降和位移土中沉降和位移 監(jiān)測盾構(gòu)施工引起的深層土體沉監(jiān)測盾構(gòu)施工引起的深層土體沉 降和位移量可了解土層被擾動的范圍和影響程度，土降和位移量可了解土層被擾動的范圍和影響程度，土 體沉降測量采用分層沉降儀，土體深層位移則采用測體沉降測量采用分層沉降儀，土體深層位移則采用測 斜儀，兩者可共用一個測孔和測管。當測管理設深度斜儀，兩者可共用一個測孔和測管。當測管理設深度 低于隧道底部標高時，可把管底作為初始不動點

38、，埋低于隧道底部標高時，可把管底作為初始不動點，埋 設在隧道頂部的測管一般以管頂為不動點，但必須測設在隧道頂部的測管一般以管頂為不動點，但必須測 量管頂?shù)乃轿灰浦颠M行修正。下圖為雙孔隧道上方量管頂?shù)乃轿灰浦颠M行修正。下圖為雙孔隧道上方 的地表沉降槽和分層沉降的實測曲線。的地表沉降槽和分層沉降的實測曲線。 chapter7隧道工程91 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程92 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (3) 土中應力和孔隙水壓力土中應力和孔隙水壓力 盾構(gòu)掘進對土體的擠壓作用破 壞了土體結(jié)構(gòu)，便士中應力和孔隙水壓力增大，對土應力和

39、 超孔隙水壓力的量測，能了解盾構(gòu)的施工性能，對土層的擾 動程度及預測固結(jié)沉降量，量測數(shù)據(jù)反饋后，可及時調(diào)整施 工參數(shù)，減少對土層的擾動，土應力和孔隙水壓力量測元件 采取鉆孔埋設方法，測點埋設在隧道外圍。 chapter7隧道工程93 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (4) 鄰近構(gòu)筑物的保護監(jiān)測鄰近構(gòu)筑物的保護監(jiān)測 對盾構(gòu)直接穿越和影響范圍內(nèi)的 房屋、橋梁等構(gòu)筑物必須進行保護監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容主要是構(gòu)筑 物的沉降、傾斜和裂縫。沉降測點設在基礎上或墻體上，在構(gòu) 筑物外的地表上和構(gòu)筑物底板上也設一些測點，用水準儀量測。 構(gòu)筑物傾斜監(jiān)測可采用經(jīng)緯儀測量方法，也可在墻體上設置傾 斜儀，連續(xù)

40、監(jiān)測墻體的傾斜。構(gòu)筑物的裂縫可用裂縫觀測儀測 得。 chapter7隧道工程94 9-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 2. 隧道隧道(包括盾構(gòu)包括盾構(gòu))結(jié)構(gòu)的監(jiān)側(cè)結(jié)構(gòu)的監(jiān)側(cè) 隧道(包括盾構(gòu))結(jié)構(gòu)的主要監(jiān)測內(nèi)容如下： (1) 隧道應變的量測，包括用應變計量測結(jié)果計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸 力和彎矩; (2) 隧道收斂位移量測； (3) 預制管片凹凸接縫處法向應力的量測。 chapter7隧道工程95 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程96 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程97 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法

41、和頂管施工監(jiān)測 預制預制 無螺無螺 栓膨栓膨 脹襯脹襯 砌隧砌隧 道量道量 測布測布 置圖置圖 chapter7隧道工程98 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 螺栓軸力測試 鋼筋應力測試 土 壓 力測試 chapter7隧道工程99 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程100 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程101 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 二、頂管工程施工監(jiān)測二、頂管工程施工監(jiān)測 淺埋頂管要進行地表沉降、分層沉陷、水土壓力和地下水淺埋頂管要進行地表沉降、分層沉陷、水土壓力和

42、地下水 位等環(huán)境監(jiān)測，對于埋深大于位等環(huán)境監(jiān)測，對于埋深大于3倍直徑的頂管，一般不必進行倍直徑的頂管，一般不必進行 環(huán)境監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測。 頂管頂進過程中對管道可進行如下項目的監(jiān)測：管道內(nèi)力頂管頂進過程中對管道可進行如下項目的監(jiān)測：管道內(nèi)力 測試、水土對管段的接觸壓力測試、管道接頭相對位移量測和測試、水土對管段的接觸壓力測試、管道接頭相對位移量測和 管道收斂變形量測等，但在大多數(shù)情況下不監(jiān)測，除非在頂管管道收斂變形量測等，但在大多數(shù)情況下不監(jiān)測，除非在頂管 的設計中采用了新方法或在施工中采用了新工藝，為保證安全的設計中采用了新方法或在施工中采用了新工藝，為保證安全 并積累經(jīng)驗時才作監(jiān)測。并積累經(jīng)

43、驗時才作監(jiān)測。 chapter7隧道工程102 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 o實例實例 o1工程概況工程概況 o 某合流污水外排工程穿越黃浦江時兩條平行倒虹管均采用頂 管法施工，始發(fā)工作井頂管口底標高-27.00(自然地坪+4.50)， 接收工作井頂管口底標高-10.34(自然地坪+4.50)。頂管全長 764.78m，其中自始發(fā)工作井至黃浦江邊250m為直線段，其 余為主要順沿黃浦江底的曲線段，平均埋深在黃浦江底以下 7.8m左右。兩平行管道凈距1.28m，均采用內(nèi)徑為2200的 鋼筋混凝土預制管段，每節(jié)管道長3m，管壁厚240mm，沿縱 向配制三級10鋼筋，環(huán)向配制三

44、級12鋼筋，主筋混凝土保 護層厚度為40mm。 chapter7隧道工程103 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 頂管施工穿越地層由浦東向浦西依次為：層草黃色砂質(zhì) 粉土，-2層草黃色粉質(zhì)粘土，-1層暗綠色粘土，-2層灰色 粘砂互層，層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和層灰色淤泥質(zhì)粘土。 施工監(jiān)測的目的: (1) 保證兩條管道頂進施工安全性； (2) 跟蹤第2條管道頂進對第1條管道的影響,指導施工； (3) 驗證頂管設計理論的適用性（凈間距1.28 mD)。 chapter7隧道工程104 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 2監(jiān)測方案監(jiān)測方案 在頂管施工期間開展以下在頂管施工期

45、間開展以下4方面的監(jiān)測：方面的監(jiān)測： (1) 管道內(nèi)力測試管道內(nèi)力測試 管道內(nèi)力測試包括管道縱向和環(huán)向應管道內(nèi)力測試包括管道縱向和環(huán)向應 力的測試。通過在管道環(huán)向和縱向鋼筋上安設鋼弦式鋼筋應力力的測試。通過在管道環(huán)向和縱向鋼筋上安設鋼弦式鋼筋應力 傳感器，用以推算傳感器，用以推算管道彎矩和軸力管道彎矩和軸力。管道內(nèi)力測試斷面共。管道內(nèi)力測試斷面共8個個 （第一管道（第一管道5個，第二管道個，第二管道3個）。個）。8個監(jiān)測斷面中，近工作井個監(jiān)測斷面中，近工作井 的的2個主要用于監(jiān)視進出洞頂進作業(yè)的安全性，其余的兼有檢個主要用于監(jiān)視進出洞頂進作業(yè)的安全性，其余的兼有檢 驗設計理論的作用。每個斷面均

46、在環(huán)向和縱向四個方位的內(nèi)外驗設計理論的作用。每個斷面均在環(huán)向和縱向四個方位的內(nèi)外 側(cè)鋼筋上各布設側(cè)鋼筋上各布設1個鋼筋應力傳感器，共設個鋼筋應力傳感器，共設16個，兩條管道合個，兩條管道合 計計128個。鋼筋應力傳感器采用個。鋼筋應力傳感器采用GJJ10系列鋼弦式鋼筋測力系列鋼弦式鋼筋測力 計。計。 chapter7隧道工程105 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程106 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (2)1 接觸壓力測試接觸壓力測試 為取得管道實際承受的水土壓力值， 用土壓力盒直接測試管道外壁面上的接觸壓力。測試接觸壓力 采用土壓

47、力盒，其型號為TYJ系列鋼弦式土壓力計，量程為 0.5MPa。接觸壓力量測設2個測試斷面，位置分別為與距浦東 工作井出洞口50m和125m的兩個土壓力測試斷面對應，每個 斷面均在上下左右4個方位各埋設1個土壓力盒。 chapter7隧道工程107 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (2) 2水土壓力測試水土壓力測試 為確保第為確保第2管道頂進時管道結(jié)構(gòu)的安全管道頂進時管道結(jié)構(gòu)的安全 性，通過測試性，通過測試第第1和第和第2管道之間管道之間的的水土壓力的大小和分布水土壓力的大小和分布，驗，驗 證施工工藝證施工工藝(頂進速率等頂進速率等)的合理性，量測儀表為土壓力盒與孔的合理性，量

48、測儀表為土壓力盒與孔 隙水壓力計。土壓力盒的型號為隙水壓力計。土壓力盒的型號為TYJ系列鋼弦式土壓力計，量系列鋼弦式土壓力計，量 程為程為0.5MPa；孔隙水壓力計的型號為；孔隙水壓力計的型號為KYJ30系列鋼弦式孔隙系列鋼弦式孔隙 水壓力計，量程為水壓力計，量程為0.5MPa。監(jiān)測鉆孔布置在浦東工作井至黃。監(jiān)測鉆孔布置在浦東工作井至黃 浦江岸間的直線段的頂管之間，每孔安裝浦江岸間的直線段的頂管之間，每孔安裝6個土壓力盒。土壓個土壓力盒。土壓 力盒在孔內(nèi)的位置見圖，孔隙水壓力計位置與之相同。力盒在孔內(nèi)的位置見圖，孔隙水壓力計位置與之相同。 4個測個測 孔中共埋設土壓力盒孔中共埋設土壓力盒18個

49、，孔隙水壓力計個，孔隙水壓力計6個。個。 chapter7隧道工程108 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 chapter7隧道工程109 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (3) 管道接頭相對位移量測管道接頭相對位移量測 為了在第2條管道頂進 時測試第一條管道管段接縫的張開情況，約每隔50 m設置1 個管道接頭相對位移監(jiān)測斷面，總數(shù)為15個，每個監(jiān)測斷面 上均勻布設5個測點。在管道接頭兩側(cè)用膨脹螺絲安裝測標， 用數(shù)顯式測微計量測兩側(cè)測標間的相對位移。 chapter7隧道工程110 7-6 盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測盾構(gòu)法和頂管施工監(jiān)測 (4) 管道收斂變形量測管道收斂變形量測 在兩條管道內(nèi)均布設收斂變形量 測裝置，以測量管段在水土