隧道施工監(jiān)控量測技術PPT課件

1、目 錄一、概念一、概念二、必要性二、必要性三、目的三、目的四、總體要求及方案制定四、總體要求及方案制定五、監(jiān)控量測項目與方法五、監(jiān)控量測項目與方法六、數(shù)據(jù)處理及應用六、數(shù)據(jù)處理及應用七、監(jiān)控量測管理七、監(jiān)控量測管理隧道施工監(jiān)控量測技術第1頁/共71頁一、監(jiān)控量測概念（重要性）一、監(jiān)控量測概念（重要性） 監(jiān)控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖、地表、支護結構的變形和穩(wěn)定狀態(tài)，以及周邊環(huán)境動態(tài)進行的經(jīng)常性觀察和量測工作。以了解和掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài)及支護結構體系可靠程度，確保隧道施工安全和結構的長期穩(wěn)定性，為隧道施工中變更圍巖級別、調(diào)整初期支護和二次襯砌的參數(shù)、指導施工順序、修正及優(yōu)化設計提供依據(jù)，是實

2、現(xiàn)信息化設計與施工不可缺少的一道工序。第2頁/共71頁二、隧道監(jiān)控量測的必要性 1. 由于隧道處于千變?nèi)f化的巖體之中，其所受外力是不明確的，施工過程中應采用量測手段掌握受力情況。 2.隧道在開挖、支護、成形、運營的過程中，自始自終都存在受力狀態(tài)變化這一特性，監(jiān)控量測可以了解變化情況。第3頁/共71頁隧道施工監(jiān)控量測技術 3.隧道監(jiān)控量測是隧道施工安全的哨兵，是確保隧道安全施工的前提條件。 4. 4.監(jiān)控量測是判斷隧道支護結構穩(wěn)定性、指導軟弱圍巖隧道安全施工最重要的信息化手段。很多隧道的變形與坍方是因為沒有進行量測、或沒有使用量測成果才產(chǎn)生的，教訓深刻。 隧道監(jiān)控量測主要包括拱頂下沉和水平收斂，

3、淺埋段應進行地表沉降量測。特別地段進行底部上鼓、填充面下沉量測。第4頁/共71頁工程實例 （1）鄭西客專函谷關隧道洞頂公路路面、服務區(qū)下沉及開裂情況最大下沉最大下沉529mm第5頁/共71頁（2）杭州地鐵車站基坑坍塌第6頁/共71頁三、隧道施工監(jiān)控量測的目的 1.確保安全：根據(jù)量測信息，預見事故和險情，防患于未然。 2.指導施工：分析處理量測數(shù)據(jù)，預測和確認隧道圍巖最終穩(wěn)定時間及變形量，指導施工順序、開挖預留變形量和施作二次襯砌時間。 3.修正設計：根據(jù)隧道開挖后所獲得的量測信息，進行綜合分析，修正支護參數(shù)和檢驗施工與設計措施的可靠性。 4.環(huán)境監(jiān)控：對工程施工可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進行全面的監(jiān)控

4、，判斷隧道施工對周圍環(huán)境的影響程度。第7頁/共71頁隧道施工監(jiān)控量測技術 四、隧道施工監(jiān)控量測總體要求及方案制定 1、隧道施工監(jiān)控量測總體要求 按照關于印發(fā)鐵路隧道設計施工有關標準補充規(guī)定的通知（鐵建設200788號） 、關于加強鐵路隧道工程安全工作的若干意見 （鐵建設2007102號）、關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設計施工有關技術規(guī)定的通知 （鐵建設2010120號）和鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程（TB10121一2007）等相關要求開展工作，并將監(jiān)控量測納入關鍵工序進行管理，監(jiān)控量測結果應及時反饋,指導設計與施工,隧道開挖后的圍巖變形量測應按規(guī)定實施,量測數(shù)據(jù)應繪制成圖。第8頁/共

5、71頁 每座隧道應根據(jù)工程地質(zhì)情況，編制具體監(jiān)控量測方案及實施細則，并配置專門人員和儀器負責此項工作。 針對隧道不同地質(zhì)情況，選用監(jiān)控量測項目和監(jiān)控手段，配置相應精度的儀器。 測點應緊靠工作面快速埋設，盡早測量。一般在距開挖工作面2m范圍內(nèi)設置。拱頂下沉、收斂量測起始讀數(shù)宜在開挖支護后2h內(nèi)完成（建技（2010）352號），其他量測應在每次開挖后12h內(nèi)取得起始讀數(shù)，在噴射混凝土后、下次爆破前測取初讀數(shù)。 隧道開挖后最初時間的變形及應力變化較快，盡快取得初讀數(shù)對后期的最終位移及應力預測很重要。 位移監(jiān)控測量宜采用無尺量測，當采用收斂計量測時，每次測點位置應固定，掛鉤應采用三角形掛鉤。隧道施工監(jiān)

6、控量測技術第9頁/共71頁有尺量測的掛鉤設置 初期支護施做后，用沖擊鉆或鑿巖機鑿40mm、深600mm的孔（其中伸入巖體250300mm，外露不小于50mm），用1:1快硬水泥砂漿或錨固藥卷填滿后插入端頭焊接掛鉤的22螺紋鋼筋，使同一基線兩測點的固定方向在同一斷面及水平線上。第10頁/共71頁隧道施工監(jiān)控量測技術 關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設計施工有關技術規(guī)定的通知（鐵建設20102010120120號）有關監(jiān)控量測的規(guī)定： 1.隧道監(jiān)控量測應按現(xiàn)行鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程（TB10121一2007）的規(guī)定建立等級管理、信息反饋和報告制度。 2.隧道監(jiān)控量測應作為關鍵工序納入現(xiàn)場

7、施工組織。監(jiān)控量測必須設置專職人員并經(jīng)培訓后上崗，對周邊建筑物可能產(chǎn)生嚴重影響的城市鐵路隧道，應實施第三方監(jiān)測。 3.隧道拱頂下沉和凈空變化的量測斷面間距：級圍巖不得大于10米；級圍巖不得大于5米。 4.隧道淺埋、下穿建筑物地段，地表必須設置監(jiān)測網(wǎng)點并實施監(jiān)測。 5.當拱頂下沉或水平收斂速率達5mm/d5mm/d或位移累計達100mm100mm時，要暫停掘進，分析產(chǎn)生原因，采取處理措施（預警機制）。 6.6.采用有尺量測時，測點掛鉤要做成閉合的三角形，保證牢固不變形、點接觸。第11頁/共71頁將監(jiān)控量測工作納入工序管理 監(jiān)控量測工作是隧道信息化施工的重要監(jiān)控量測工作是隧道信息化施工的重要組成部

8、分，必須將此項工作作為關鍵工序組成部分，必須將此項工作作為關鍵工序納入現(xiàn)場施工組織和生產(chǎn)工序之中，結合納入現(xiàn)場施工組織和生產(chǎn)工序之中，結合公司相關要求，施工單位須編制監(jiān)控量測公司相關要求，施工單位須編制監(jiān)控量測實施細則及作業(yè)指導書，并報監(jiān)理單位審實施細則及作業(yè)指導書，并報監(jiān)理單位審批，施工中嚴格、認真實施。批，施工中嚴格、認真實施。第12頁/共71頁監(jiān)控量測與信息反饋程序圖 施工設計監(jiān)控量測現(xiàn)場施工監(jiān)測設計資料調(diào)研量測結果的計算機信息分析處理必測項目的回歸分析監(jiān)測結果的綜合評價量測結果的形象化、具體化報送設計和監(jiān)理單位結構安全性、經(jīng)濟性判斷經(jīng)濟類比理論分析設計、規(guī)范要求選測項目的動態(tài)分析量測結

9、果的綜合處理及反饋分析“圍巖結構”體系動態(tài)及現(xiàn)狀分析說明、提交修正設計意見、建議反饋設計施工是否改變設計、施工方法新設計方案調(diào)整設計參數(shù)、改變施工方法或輔助施工措施第13頁/共71頁無尺量測無尺量測 傳統(tǒng)的隧道施工位移監(jiān)測多采用鋼尺式收斂計，但這種方法已有明顯的局限性，傳統(tǒng)的隧道施工位移監(jiān)測多采用鋼尺式收斂計，但這種方法已有明顯的局限性，如現(xiàn)場操作困難如現(xiàn)場操作困難，對施工干擾大，測量精度下降等問題。隨著國內(nèi)光電測距技術的，對施工干擾大，測量精度下降等問題。隨著國內(nèi)光電測距技術的迅速發(fā)展，隧道工程施工中已廣泛采用無尺量測技術，該監(jiān)測系統(tǒng)采用全站儀迅速發(fā)展，隧道工程施工中已廣泛采用無尺量測技術，

10、該監(jiān)測系統(tǒng)采用全站儀+ +方形方形十字反射片十字反射片( (規(guī)格規(guī)格20mm20mm* *20mm)20mm)組成現(xiàn)場觀測系統(tǒng)，具體施做步驟：組成現(xiàn)場觀測系統(tǒng)，具體施做步驟：埋設測點埋設測點設置設置儀器儀器測點量測測點量測處理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)反饋指導施工。反饋指導施工。 第14頁/共71頁無尺量測無尺量測無尺量測法主要用于圍巖變形量測，具有以下優(yōu)點：無尺量測法主要用于圍巖變形量測，具有以下優(yōu)點：(1)(1)自動化程度高，操作簡便大大減少了因人工操自動化程度高，操作簡便大大減少了因人工操作而引起的誤差；作而引起的誤差；(2)(2)系統(tǒng)精度高，左右兩側進行復測復核，能夠滿足系統(tǒng)精度高，左右兩側進行復測

11、復核，能夠滿足量測要求；量測要求；(3)(3)非接觸量測，在大跨度隧道量測中具有明顯優(yōu)勢；非接觸量測，在大跨度隧道量測中具有明顯優(yōu)勢；(4)(4)軟件操作方便，可及時反饋信息。軟件操作方便，可及時反饋信息。第15頁/共71頁 隧道開工前，根據(jù)隧隧道開工前，根據(jù)隧道規(guī)模、地形、地質(zhì)條件、道規(guī)模、地形、地質(zhì)條件、支護類型和參數(shù)、支護類型和參數(shù)、施工方施工方法法等進行監(jiān)控量測設計。等進行監(jiān)控量測設計。其中包括：量測管理組織其中包括：量測管理組織機構、量測項目、量測儀機構、量測項目、量測儀器、測點布置、量測頻率、器、測點布置、量測頻率、數(shù)據(jù)處理及量測數(shù)據(jù)報告數(shù)據(jù)處理及量測數(shù)據(jù)報告制度等。制度等。 變形

12、觀測點埋設元件及標識牌全站儀要具有免棱鏡激光測距功能，采用兩次讀數(shù)取平均值的方法。第16頁/共71頁 2、施工監(jiān)控量測方案的制定、施工監(jiān)控量測方案的制定 量測方案應根據(jù)隧道地質(zhì)地形條件、支護類型和參數(shù)、施工方法和其他有關條件制定。其具體內(nèi)容包括： 監(jiān)控量測項目、方法及監(jiān)控量測斷面選定：斷面內(nèi)測點的數(shù)量、位置、量測頻率、量測儀器和元件的選定及其精度、埋設時間等。 傳感器埋設設計：埋設方法、步驟、各部分尺寸、工藝選定及工程進度銜接等。 固定測試元件的結構設計。 量測數(shù)據(jù)記錄表格式，表達量測結果的格式，量測數(shù)據(jù)精度確認的方法。隧道施工監(jiān)控量測技術第17頁/共71頁 量測斷面布置圖和文字說明。 量測數(shù)

13、據(jù)處理方法，利用量測反饋信息修正設計和施工方法。 量測數(shù)據(jù)大致范圍，作為判斷異常依據(jù)。 用初期量測值預測最終值，綜合判斷隧道最終穩(wěn)定的標準。 施工管理方法，出現(xiàn)異常情況的對策。 隧道施工監(jiān)控量測技術第18頁/共71頁1 1、隧道施工量測項目包括必測項目和選測項目，應根據(jù)隧道工程地質(zhì)條件、圍巖類別、圍巖應力分布情況、隧道跨度、埋深、工程性質(zhì)、支護類型等因素確定。五、隧道施工量測項目與方法五、隧道施工量測項目與方法第19頁/共71頁序號項目常用測量儀器備注1洞內(nèi)、外觀察現(xiàn)場觀測、數(shù)碼相機、羅盤儀2拱頂下沉水準儀、鋼掛尺或全站儀3凈空變化收斂計、全站儀4地表沉降水準儀、銦鋼尺或全站儀 隧道淺埋段 監(jiān)

14、控量測必測項目隧道施工監(jiān)控量測技術必測項目是施工的經(jīng)常性量測項目，這類量測項目通常測試方法簡單、費用少、可靠性高，對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、指導設計和施工卻具有重要的作用。第20頁/共71頁序號量測項目儀器設備1圍巖壓力 壓力盒 2鋼架內(nèi)力 鋼筋計、應變計 3噴混凝土內(nèi)力 混凝土應變計 4二次襯砌內(nèi)力 混凝土應變計、鋼筋計 5初期支護與二次襯砌間接觸壓力 壓力盒 6錨桿軸力 鋼筋計 7圍巖內(nèi)部位移 多點位移計 8隧底隆起 水準儀、錮鋼尺或全站儀 9爆破振動 振動傳感器、記錄儀 10孔隙水壓力 水壓計 11水量 三角堰、流量計 12縱向位移 多點位移計、全站儀 選測項目是對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段

15、進行監(jiān)測，以選測項目是對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進行監(jiān)測，以求更深入地掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)與錨噴支護效果，以便更好地指求更深入地掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)與錨噴支護效果，以便更好地指導未開挖區(qū)的設計與施工，這類量測項目較多、費用較大，一般導未開挖區(qū)的設計與施工，這類量測項目較多、費用較大，一般由設計文件規(guī)定在局部地段進行。由設計文件規(guī)定在局部地段進行。第21頁/共71頁 量測 項目圍巖種類必測項目選測項目洞內(nèi)外觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內(nèi)位移錨桿軸力鋼支撐應力接觸壓力混凝土應變洞內(nèi)彈性波硬巖軟巖土砂必須實施、 可以實施、 必要時實施第22頁/共71頁2、隧道施工量測內(nèi)容及方法、隧

16、道施工量測內(nèi)容及方法l洞內(nèi)外觀察（必測項目）目測觀察的目的 預測開挖面前方的地質(zhì)條件。（超前地質(zhì)預報） 為判斷圍巖的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)。 根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護結構的可靠程度。 隧道施工監(jiān)控量測技術第23頁/共71頁 隧道觀察內(nèi)容： 開挖工作面觀察應在每次開挖后進行。主要觀察掌子面巖性、結構面產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀，掌子面自穩(wěn)情況，涌水量大小、涌水位置等。觀察中發(fā)現(xiàn)圍巖條件惡化時，應立即采取相應處理措施；及時繪制開挖工作面地質(zhì)素描圖（或數(shù)碼拍照），填寫開挖工作面地質(zhì)狀況記錄表和施工階段圍巖級別判定卡，并與勘察資料進行對比。 已施工地段觀察每天至少應進行一次

17、，記錄噴射混凝土是否發(fā)生裂隙和剝離現(xiàn)象 、錨桿的受力變形情況、鋼架是否壓曲變形和二次襯砌的工作狀態(tài)等。 洞外觀察重點應在洞口段和洞身淺埋段，記錄地表開裂、變形、邊坡及仰坡穩(wěn)定狀態(tài)、地表水滲漏情況等，同時還應對地面建(構)筑物進行觀察。隧道施工監(jiān)控量測技術第24頁/共71頁l 周邊位移量測 周邊位移量測目的周邊位移量測目的 收斂量測是隧道施工監(jiān)控量測的重要項目。周邊位移是隧道圍巖應力狀態(tài)變化最直觀的反映，通過周邊位移量測可以達到以下目的： 判斷隧道空間的穩(wěn)定性； 根據(jù)變位速度判斷圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時機； 指導現(xiàn)場的施工。 隧道施工監(jiān)控量測技術第25頁/共71頁 周邊位移量測方法及要

18、求周邊位移量測方法及要求 收斂量測的主要內(nèi)容包括儀器選擇、斷面間距、量測頻率、測線布置、量測點埋設時間等。 收斂量測的間距與測點數(shù)量 必測項目量測斷面間距和每斷面測點數(shù)量 圍巖類別斷面間距（m）VVI5IV10III3050注:級圍巖視具體情況確定間距。隧道施工監(jiān)控量測技術第26頁/共71頁量測頻率：量測頻率可根據(jù)位移速度和量測斷面距開挖面距離確定： 按位移速度位移速度（mm/d）量測頻率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d 按距開挖面距離(注：b為隧道開挖寬度)量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率(01)b2次/d(12)b1次/d(25)b1次/2

19、3d5b1次/7d 由位移速度決定的監(jiān)控量測頻率和由距開挖面的距離決定的監(jiān)控量測頻率之中，原則上采用較高原則上采用較高的頻率值的頻率值。出現(xiàn)異常情況或不良地質(zhì)時，應增大監(jiān)控量測頻率。 第27頁/共71頁量測儀器 目前隧道施工中常用的收斂計為機械式的收斂計和數(shù)顯式收斂計。 測試原理：測試中讀得初始數(shù)值X0；間隔時間t后，用同樣的方法可讀得t時刻的值Xt，則t時刻的周邊收斂值Ut即為的兩次讀數(shù)差。即 UtL0LtXt1Xt0式中：L0初讀數(shù)時所用尺孔刻度值； Ltt時刻時所用尺孔刻度值； Xt1t時刻時經(jīng)溫度修正后的讀數(shù)值，Xt1Xtt Xt0初讀數(shù)時經(jīng)溫度修正后的讀數(shù)值，Xt0X0to Xtt時

20、刻量測時讀數(shù)值； X0初始時刻讀數(shù)值； t溫度修正值；t（T0T）L 鋼尺線膨脹系數(shù)； T0鑒定鋼尺的標準溫度， T0 =20 T每次量測時的平均氣溫； L鋼尺長度。第28頁/共71頁l拱頂下沉量測拱頂下沉量測 拱頂下沉量測目的 確認圍巖的穩(wěn)定性，判斷支護效果，指導施工工序，預防拱頂崩塌，保證施工質(zhì)量和安全。 拱頂下沉量測儀器 精密水準儀或全站儀 隧道施工監(jiān)控量測技術第29頁/共71頁（3） 拱頂下沉量測原理第一次讀數(shù)后視點讀數(shù)為A1，前視讀數(shù)為B1；第二次后視點讀數(shù)為A2，前視讀數(shù)為B2。拱頂變位計算方法如下：差值計算法：鋼尺和標尺均正立（即讀數(shù)上小下大）。后視讀數(shù)差 A=A2-A1 前視讀

21、數(shù)差 B=B2-B1拱頂變位值 C=B-A C0拱頂上移；C0 拱頂上移；C0 拱頂下沉。 第30頁/共71頁l 地表下沉量測目的：淺埋段預測地表坡面的穩(wěn)定。 根據(jù)地表建筑物類別，控制最大下沉量。設點：地表沉降測點橫向間距為25m。每個斷面設711個點，監(jiān)測范圍應在隧道開挖影響范圍以內(nèi)。在隧道中線附近測點應適當加密，隧道中線兩側量測范圍不應小于Ho + B（Ho為隧道埋深，B為隧道開挖寬度 ），地表有控制性建(構)筑物時，量測范圍應適當加寬。測點采用22螺紋鋼，深入坡體6080cm，外露5cm，表面磨平后在表面打眼作標記。地表下沉量測應在開挖工作面前方，隧道埋深及隧道開挖高度之和處開始，直到二

22、次襯砌結構封閉、下沉基本停止時為止。地表下沉量測頻率應與洞內(nèi)拱頂下沉和凈空變化的量測頻率相同。第31頁/共71頁地表沉降與隧道埋深埋深重要性測量與否3BH小不必要2BH3B一般一般最好量測最好量測BH2B重要重要必須量測必須量測HB非常重要非常重要必須列為主要量測項目必須列為主要量測項目注：B為隧道直徑，H為隧道埋深。地表沉降測點縱向間距510HB1020BH2B縱向測點間距（m）埋深與開挖寬度第32頁/共71頁 地段開挖方法 一般地段 特殊地段 全斷面法 一條水平測線 臺階法 每臺階一條水平測線 每臺階一條水平測線，兩條斜測線 分部開挖法 每分部一條水平測線 CD或CRD法上部、雙側壁導坑法

23、左右側部，每分部一條水平測線，兩條斜測線、其余分部一條水平測線 凈空變化量測測線數(shù)凈空變化量測測線數(shù) 第33頁/共71頁隧道內(nèi)必測項目監(jiān)控量測斷面間距3050III10IV5VVI斷面間距(m)圍巖級別第34頁/共71頁圖1 洞頂?shù)乇硐鲁翜y點布置圖 第35頁/共71頁圖2-1全斷面開挖隧道拱頂沉降及周邊收斂測點布置圖 第36頁/共71頁圖2-2 上下臺階及三臺階法開挖拱頂沉降及周邊收斂測點布置圖 第37頁/共71頁圖2-3 CD、CRD法開挖隧道拱頂沉降及周邊收斂測點布置圖 第38頁/共71頁圖2-4 雙側壁導坑法開挖隧道拱頂沉降及周邊收斂測點布置圖 第39頁/共71頁圖3 拱部下沉、底部上鼓

24、、填充面下沉測點布置圖 第40頁/共71頁l圍巖內(nèi)部位移量測隧道圍巖內(nèi)部位移量測的主要目的 了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛范圍。 判斷開挖后圍巖的松動區(qū)、強度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。 根據(jù)實測結果優(yōu)化錨桿參數(shù)，指導施工。量測儀器多點位移計隧道施工監(jiān)控量測選測項目第41頁/共71頁l 錨桿軸力量測量測目的了解錨桿實際工作狀態(tài)及軸向力的大小。結合位移量測，判斷圍巖發(fā)展趨勢，分析圍巖內(nèi)強度下降區(qū)的界限。修正錨桿設計參數(shù)，評價錨桿支護效果。量測方法和儀器 錨桿的軸向力測定，按其量測原理可分為電測式和機械式兩類。其中電測式又可分為電阻應變式和鋼弦式。 電阻應變式和機械式是通過量測錨桿不同深度處的應變（

25、或變形），然后按有關計算方法轉求應力。 鋼弦式則是通過測定不同深度處傳感器受力后的鋼弦振動頻率變化，轉求應力。第42頁/共71頁l 圍巖壓力及兩層支護間壓力量測 隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護結構要阻止這種變形，這樣就會產(chǎn)生圍巖作用與支護結構上的圍巖壓力。圍巖壓力量測，通常情況下是指圍巖與支護或噴層與二次襯砌混凝土間的接觸壓力的測試。 量測目的 了解圍巖壓力的量值及分布狀態(tài)；判斷圍巖和支護的穩(wěn)定性，分析二次襯砌的穩(wěn)定性和安全度。 量測儀器與原理 接觸壓力量測儀器根據(jù)測試原理和測力計結構不同分為液壓式測力計和電測式測力計，目前隧道中多用電測式。 弦測法原理：在傳感器中有一根張緊的鋼弦，

26、當傳感器受外力作用時，弦的內(nèi)應力發(fā)生變化，隨著弦的內(nèi)應力改變，自振頻率也相應地發(fā)生變化，弦的張力越大，自振頻率越高，反之，自振頻率越低。 第43頁/共71頁l 鋼支撐應力量測 一般在、級圍巖中常采用型鋼支撐；級圍巖中常采用格柵支撐。通過對鋼支撐的應力量測，可知鋼支撐的實際工作狀態(tài)，從鋼支撐的性能曲線上可以確定在此壓力作用下鋼支撐所具有的安全系數(shù)，視具體情況確定是否需要采用加固措施。量測目的了解鋼支撐應力的大小，為鋼支撐選型與設計提供依據(jù)。根據(jù)鋼支撐的受力狀態(tài)，判斷隧道空間和支護結構的穩(wěn)定性。了解鋼支撐的實際工作狀態(tài)，保證隧道施工安全。隧道施工監(jiān)控量測技術第44頁/共71頁 量測元件 目前使用較

27、普遍的型鋼支撐應力量測多采用鋼弦式表面應變計，格柵支撐應力量測多采用鋼弦式鋼筋應力計。 鋼弦式表面應變計結構圖 鋼弦式鋼筋應力計 第45頁/共71頁l 混凝土應力量測 混凝土應力量測包括噴射混凝土和二次襯砌模筑混凝土應力量測。其目的是了解混凝土層的變形特性以及混凝土的應力狀態(tài)；掌握噴層所受應力的大小，判斷噴射混凝土層的穩(wěn)定狀況；判斷支護結構長期使用的可靠性以及安全程度；檢驗二次襯砌設計的合理性。第46頁/共71頁六、隧道施工量測數(shù)據(jù)處理及應用六、隧道施工量測數(shù)據(jù)處理及應用1、隧道施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理、隧道施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理 由于現(xiàn)場量測所得的原始數(shù)據(jù)，不可避免具有一定的離散性，其中包含著測量

28、誤差甚至測試錯誤。 數(shù)學處理的目的 將同一量測斷面的各種量測數(shù)據(jù)進行分析對比、相互印證，以確認量測結果的可靠性； 探求圍巖變形或支護系統(tǒng)的受力隨時間變化規(guī)律、空間分布規(guī)律，判定圍巖和支護系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。 量測數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容（可用Excel軟件編制程序進行） 繪制位移、應力、應變隨時間變化的曲線時態(tài)曲線； 繪制位移速率、應力速率、應變速率隨時間變化的曲線； 繪制接觸壓力、支護結構應力在隧道橫斷面上分布圖。第47頁/共71頁量測數(shù)據(jù)整理、分析與反饋應符合下列要求： 1. 每次量測后應及時進行數(shù)據(jù)整理，并繪制量測數(shù)據(jù)時態(tài)曲線。 2. 選擇回歸曲線，對初期的時態(tài)曲線應進行回歸分析，預測可能出現(xiàn)的最大值和

29、變化速度。 3. 對支護及圍巖狀態(tài)、工法、工序進行評價。 4.數(shù)據(jù)異常時，應根據(jù)具體情況及時采取增加臨時支撐、加厚噴層、加密或加長錨桿、增加鋼架等加固措施。并按公司有關規(guī)定程序報告。第48頁/共71頁當發(fā)現(xiàn)隧道穩(wěn)定性出現(xiàn)問題時，應對隧道施工方法進行調(diào)整，一般包括以下幾個方面：采取穩(wěn)定開挖工作面的措施；斷面的早期閉合；開挖進尺的改變；開挖分部尺寸的改變；開挖方法的變更；支護結構的變更； 增加輔助工法（超前支護、臨時支撐、注漿加固等）；第49頁/共71頁 由于量測誤差所造成的離散性，按實測數(shù)據(jù)所繪制的位移等物理量隨時間或空間變化的散點圖上下波動，很不規(guī)則，難以用來分析。因此，需要采用數(shù)學處理的方法

30、，將實測數(shù)據(jù)采用經(jīng)驗公式進行分析。 回歸分析是目前量測數(shù)據(jù)處理的主要方法，通過對量測數(shù)據(jù)回歸分析可以預測最終值和各階段的變化速率?；貧w分析使用的函數(shù)如下：對數(shù)函數(shù))1ln(/tBAu指數(shù)函數(shù)雙曲函數(shù)tBAeu/)/(BtAtu分析方法見課件附件分析方法見課件附件回歸分析計算回歸分析計算。（指南上公式不對）第50頁/共71頁3.2.1 指數(shù)函數(shù)指數(shù)函數(shù)：)/(TBeAu 求導：2)/(teAButB 將其轉化為直線函數(shù)：將其轉化為直線函數(shù)：tBAu1)(lnln 極限公式：極限公式： Atft)(lim 3.2.2 對數(shù)函數(shù)對數(shù)函數(shù)：)1lg(/tBAu 求導：21lg10ln)1 (1ttBu

31、 將其轉化為直線函數(shù)：將其轉化為直線函數(shù)：)1lg(1tBAu 極限公式：極限公式： Atft)(lim 3.2.3 雙曲函數(shù)雙曲函數(shù)：tBAtu 求導：2BtAAu 將其轉化為直線函數(shù)：將其轉化為直線函數(shù)：tABu11 極限公式：極限公式： Btft1)(lim 第51頁/共71頁 2、隧道施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的應用、隧道施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的應用 從維護圍巖穩(wěn)定性和支護系統(tǒng)的可靠性出發(fā)，現(xiàn)場測試人員關心圍巖變形量的大小，是否侵入隧道設計斷面的限界，是否對施工人員的安全構成威脅。以便及時調(diào)整設計參數(shù)和進行施工決策。 初期支護階段圍巖穩(wěn)定性的判斷和施工管理 根據(jù)最大位移值進行施工管理 a.當量測位移U

32、小于Uo /3，表明圍巖穩(wěn)定，可以正常施工。 b.當量測位移U大于Uo /3并小于2 Uo /3時，表明圍巖變形偏大，應密切注意圍巖動向。可采取一定的加強措施，如加密、加長錨桿等措施。（ U -位移實測值；Uo -極限相對位移值。 ） c.當量測位移U大于2 Uo /3時，表明圍巖變形很大，應先停止掘進，并采取特殊的加固措施，如超前支護、注漿加固等。 d.實測最大位移值或預測最大位移值不大于2 Uo /3時，可認為初期支護達到基本穩(wěn)定。第52頁/共71頁 根據(jù)位移速率進行施工管理 a.凈空變化速度持續(xù)大于5.0mm/d時，表明圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應加強初期支護系統(tǒng)。 b.當位移速度在10.2

33、mm/d之間時，表明圍巖處于緩慢變形階段。 c.當位移速度小于0.2mm/d時，拱頂下沉速度小于0.15mm/d時，表明圍巖已達到基本穩(wěn)定。 在淺埋地段以及膨脹性和擠壓性圍巖等情況下，應采用其他指標判別。第53頁/共71頁 根據(jù)位移時態(tài)曲線進行施工管理 每次量測后應及時整理數(shù)據(jù)，繪制時態(tài)曲線。 a.當位移速率很快變小，時態(tài)曲線很快平緩，表明圍巖穩(wěn)定性好，可適當減弱支護。 b.當位移速率逐漸變小，即d2u/dt20，時態(tài)曲線趨于平緩，表明圍巖變形趨于穩(wěn)定，可正常施工。 c.當位移速率不變，即d2u/dt2=0，時態(tài)曲線直線上升，表明圍巖變形急劇增長，無穩(wěn)定趨勢，應及時加強支護，必要時暫停掘進。

34、d.當位移速率逐步增大，即d2u/dt20，時態(tài)曲線出現(xiàn)反彎點，表明圍巖已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應停止掘進，采取加固措施。第54頁/共71頁隧道施工監(jiān)控量測控制基準 監(jiān)控量測控制基準包括隧道內(nèi)位移、地表沉降、爆破振動等，應根據(jù)地質(zhì)條件、隧道施工安全性、隧道結構的長期穩(wěn)定性，以及周圍建(構)筑物特點和重要性等因素制定 。 隧道初期支護極限相對位移可參照下表選用。 圍巖級別 隧道埋深h (m) h50 50h300300h500 拱腳水平相對凈空變化(%) 0. 20 0. 60 0. 10 0. 50 0. 40 0. 70 0. 601. 50 0. 20 0. 70 0. 50 2. 60 2.

35、40 3. 50 V 0. 301. 00 0. 803. 50 3. 00 5. 00 拱頂相對下沉(%) 0. 010. 05 0. 04 0. 08 0. 0 1 0. 04 0. 03 0. 11 0. 10 0. 25 0. 03 0. 070. 06 0. 15 0. 10 0. 60 V 0. 06 0. 12 0. 10 0. 60 0. 50 1. 20 跨度B7m隧道初期支護極限相對位移 第55頁/共71頁圍巖級別 隧道埋深h (m) h50 50h300300h500 拱腳水平相對凈空變化(%) 0. 0l 0. 03 0. 0 10. 08 0. 030. 10 0.

36、08 0. 40 0. 300. 60 0.100.30 0. 200. 80 0. 701. 20 V 0. 200. 50 0. 402. 00 1. 803. 00 拱頂相對下沉(%) 0. 030. 06 0. 05 0. 12 0. 03 0. 06 0. 040. 15 0. 12 0. 30 0. 06 0. 10 0. 080. 40 0. 300. 80 V 0. 08 0. 16 0. 141. 10 0. 801. 40 跨度7mB12m隧道初期支護極限相對位移 注：1. 本表適用于復合式襯砌的初期支護，硬質(zhì)圍巖隧道取表中較小值，軟質(zhì)圍巖隧道取表中較大值。表列數(shù)值可在施工

37、中通過實測資料積累作適當修正。 2.拱腳水平相對凈空變化指兩拱腳測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變化值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極限值乘以1.2-1.3后采用。第56頁/共71頁位移控制基準應根據(jù)測點距開挖面的距離，由初期支護極限相對位移按下表要求確定。類別 距開挖面1B( U1B ) 距開挖面2B( U2B ) 距開挖面較遠 允許值 65% Uo 90% Uo 100% Uo 注:B為隧道開挖寬度，U。為極限相對位移值。根據(jù)位移控制基準，可按下表分為三個管理等級。 對于跨度大于對于跨度大于12米的鐵路隧道，目前還沒有統(tǒng)一的位移米的鐵路隧道，目前還沒有統(tǒng)一的位移判斷標準。判斷標準。第57頁/共71頁 （4）隧道二次襯砌的施作條件 各測試項目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定； 已產(chǎn)生的各項位移已達預計總位移量的80%90%。 周邊位移收斂速率小于0.10.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.070.15mm/d。 從安