隧道施工監(jiān)控量測技術

1、隧道施工監(jiān)控量測技術一、現(xiàn)場量測內容(一)量測目的(1)掌握圍巖力學形態(tài)的變化和規(guī)律；(2)掌握支護結構的工作狀態(tài)；(3)為理論解析、數(shù)據(jù)分析提供計算數(shù)據(jù)與對比指標； (4)為隧道工程設計與施工積累資料。(二)監(jiān)測項目與內容1.地質和支護狀態(tài)現(xiàn)場觀察：開挖面附近的圍巖穩(wěn)定性，圍巖構造情況，支護變形與穩(wěn)定情況，準確掌握圍巖情況。2.巖體(巖石)力學參數(shù)測試：抗壓強度，變形模量E，粘聚力C，內摩擦角，泊松比。3.應力應變測試：巖體原巖應力，圍巖應力、應變，支護結構的應力、應變。4.壓力測試：支護上的圍巖壓力，滲水壓力。5.位移測試：圍巖位移(含地表沉降)，支護結構位移。6.溫度測試：巖體(圍巖)溫

2、度，洞內溫度，洞外溫度。7.物理探測：彈性波(聲波)測試，即縱波速度vp 、橫波速度vs、.動彈性模量Ed、動泊松比dp。以上監(jiān)測項目，一般分為應測項目和選測項目。應測項目是現(xiàn)場量測的核心，它是設計、施工所必需進行的經(jīng)常性量測。選測項目是由于不同地質、工程性質等具體條件和對現(xiàn)場量測要取得的數(shù)據(jù)類型而選擇的測試項目。由于條件的不同和要取得的信息不同，在不同的隧道工程中往往采用不同的測試項目。但對于一個具體隧道工程來說，對上述列舉的項目不會全部應用，只是有目的地選用其中的幾項。隧道工程的量測項目如表7-5-1所示。表中l(wèi)4項為應測項目，511項為選測項目。二、量測方法這里介紹幾項主要量測項目的量測

3、方法。(一)地質素描與隧道施工進展同步進行的洞內圍巖地質(和支護狀況)的觀察及描述，通常稱為地質素描。它是隧道設計和施工過程中不可缺少的一項重要地質詳勘工作，是圍巖工程地質特性和支護措施的合理性的最直觀、最簡單、最經(jīng)濟的描述和評價。配合量測工作對代表性斷面的地質描述，應詳細準確，如實反映情況。一般應包括對以下內容的描述：l.代表性測試斷面的位置、形狀、尺寸及編號；2.巖石名稱、結構、顏色；表7-5-1 隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測項目及量測方法序號項目名稱方法及工具布置量測間隔時間115d16d1個月13個月3個月以上1地質和支護狀態(tài)觀察巖性、結構面產(chǎn)狀及支護裂縫觀察和描述，地質羅盤等開挖后及初期支護后進

4、行每次爆破后進行2周邊位移各種類型收斂計每5100m一個斷面，每斷面23對測點12次/d1次/2d12次/周13次/月3拱頂下沉水準儀、水準尺、鋼尺或測桿每5100m一個斷面12次/d1次/2d12次/周13次/月4地表下沉水準儀、水準尺每5100m一個斷面，每斷面至少11個測點，每隧道至少2個斷面。中線每520m一個測點開挖面距量測斷面前后2B時，12次/d開挖面距量測斷面前后5B時，1次/2d開挖面距量測斷面前后2B時，1次/周5圍巖內部位移(地表設點)地面鉆孔中安設各類位移計每代表性地段一個斷面，每斷面35個鉆孔同上6圍巖內部位移(洞內設點)洞內鉆孔中安設單點、多點桿式或鋼絲式位移計每5

5、100m一個斷面，每斷面211個測點12次/d1次/2d12次/周13次/月7圍巖壓力及兩層支護間壓力各種類型壓力盒每代表性地段一個斷面，每斷面宜為1520個鉆孔1次/d1次/2d12次/周13次/月8鋼支撐內力及外力支柱壓力計或其它測力計每10榀鋼拱支撐一對測力計1次/d1次/2d12次/周13次/月9支護、襯砌內應力、表面應力及裂縫測量各類混凝土內應變計、應力計、測縫計及表面應力解除法每5100m一個斷面，每斷面宜為11個測點1次/d1次/2d12次/周13次/月10錨桿或錨索內力及抗拔力各類電測錨桿、錨桿測力計及拉拔計必要時進行11圍巖彈性波測試各種聲波儀及配套探頭在代表性地段設置3.層

6、理、片理、節(jié)理裂隙、斷層等各種軟弱面的產(chǎn)狀、寬度、延伸情況、連續(xù)性、間距等；各結構面的成因類型、力學屬性、粗糙程度、充填的物質成分和泥化、軟化情況；4.巖脈穿插情況及其與圍巖接觸關系，軟硬程度及破碎程度；5.巖體風化程度、特點、抗風化能力；6.地下水的類型、出露位置、水量大小及噴錨支護施工的影響等；7.施工開挖方式方法、錨噴支護參數(shù)及循環(huán)時間；8.圍巖內鼓、彎折、變形、巖爆、掉塊，坍塌的位置、規(guī)模、數(shù)量和分布情況，圍巖的自穩(wěn)時間等；9.溶洞等特殊地質條件描述；10.噴層開裂起鼓、剝落情況描述；11.地質斷面展示圖(1:201:100)或縱橫剖面圖(1:501:100)。必要時應附彩色照片。(二

7、)拱頂下沉和地表沉降由己知高程的臨時或永久水準點(通常借用隧道高程控制點)，使用較高精度的水準儀，就可觀測出隧道拱頂或隧道上方地表各點的下沉量及其隨時間的變化情況。隧道底鼓也可用此法觀測。通常這個值是絕對位移值。另外也可以用收斂計測拱頂相對于隧道底的相對位移。值得注意的是，拱頂點是坑道周邊上的一個特殊點，其位移情況具有較強的代表性。(三)坑道周邊相對位移1.量測原理隧道開挖后，圍巖向坑道方向的位移是圍巖動態(tài)的最顯著表現(xiàn)，最能反映出圍巖(或圍巖加支護)的穩(wěn)定性。因此對坑道周邊位移的量測是最直接、最直觀、最有意義、最經(jīng)濟和最常用的量測項目。為量測方便起見，除對拱頂、地表下沉及底鼓可以量測絕對位移值

8、外，坑道周邊其它各點，一般均用收斂計量測其中兩點之間的相對位移值，來反映圍巖位移動態(tài)。2.收斂計(l)收斂計一般由帶孔鋼尺，測微百分表，張力調節(jié)器，測點連接器組成；(2)測點連接器有單向連接銷式及球形鉸接式等多種。(3)測點是將帶銷孔或圓球測頭長度為2030cm的鋼筋錨固于巖壁內，錨固方式同早強水泥砂漿錨桿。測頭的位移即可代表巖壁表面該測點的位移；(4)張力調節(jié)器有重錘式(如SWJ-8型、美國SINCO-518115型)、彈簧式(如SLJ-80型、QJ-81型)、應力環(huán)式( 如GSL型、WRM-4型)。其中應力環(huán)式張力調節(jié)器須經(jīng)標準實驗室標定，其測試精度較高。圖7-5-1是QJ-81型球鉸連接

9、彈簧式收斂計。圖7-5-1 QJ81型球鉸連接彈簧式收斂計1-百分表；2-收斂計架；3-鋼球；4-彈簧秤；5-內滑管；6-帶孔鋼尺；7-連接掛鉤；8-羊眼螺栓；9-連接銷；10-預埋件鋼尺架絲杠拉繩微調螺杠觸頭水準氣泡壓尺螺釘定位銷123946783.測試方法及注意事項(l)開挖后盡快埋設測點，并測取初讀數(shù)，要求12h內完成；(2)測點(測試斷面)應盡可能靠近開挖面，要求在2m以內；(3)讀數(shù)應在重錘穩(wěn)定或張力調節(jié)器指針穩(wěn)定指示規(guī)定的張力值時讀??；(4)當相對位移值較大時，要注意消除換孔誤差；(5)測試頻率應視圍巖條件、工程結構條件及施工情況而定，一般應按表7-5-1的要求而定。(6)整個量測

10、過程中，應作好詳細記錄，并隨時檢查有無錯誤。記錄內容應包括斷面位置、測點(測線)編號、初始讀數(shù)、各次測試讀數(shù)、當時溫度以及開挖面距量測斷面的距離等。兩測點的連線稱為測線。4.數(shù)據(jù)整理量測數(shù)據(jù)整理包括數(shù)據(jù)計算、列表或繪圖表示各種關系。(1)坑道周邊相對位移計算式為 (7-5-1)式中：R0初始觀測值； Ri第i次觀測值；ui第i次量測時，該兩測點之間的相對位移值。(2)測尺為普通鋼尺時，要消除溫度影響尤其當洞徑大(測線長)、溫度變化大時，應進行溫度改正。其計算式為： (7-5-2) (7-5-3)式中 鋼尺的線膨脹系數(shù)(一般取1210-6/) L量測基線長； t0、ti分別為初始量測時溫度和第i

11、次量測時溫度。(3)量測過程應及時計算出各測線的相對位移值，相對位移速率，及其與時間和開挖斷面距離之間的關系，并列表或繪圖，直觀表示。常用的幾種關系曲線圖形式如圖7-5-2、圖7-5-3、圖7-5-4。圖7-5-2 位移時間關系曲線0初期支護二次支護下臺階開挖位移時間圖7-5-3 位移-開挖面距離關系曲線位移距離上、下臺階開挖錨桿噴混凝土(四)圍巖內部位移 1.量測原理圍巖內部各點的位移同坑道周邊位移一樣是圍巖動態(tài)表現(xiàn)。它不僅反映了圍巖內部的松弛程度，而且更能反映圍巖松弛范圍的大小，這也是判斷圍巖穩(wěn)定性的一個重要參考指標。在實際量測工作中，先是向圍巖鉆孔，然后用位移計量測鉆孔內(圍巖內部)各點

12、相對于孔口(巖壁)一點的相對位移。位移速度0時間圖7-5-4 位移速度-時間關系曲線 2.位移計(1)位移計有兩種類型，一類是機械式，另一類是電測式。其構造是由定位裝置、位移傳遞裝置、孔口固定裝置、百分表或讀數(shù)儀等部分組成。(2)定位裝置是將位移傳遞裝置固定于鉆孔中的某一點，則其位移代表圍巖內部該點位移。定位裝置多采用機械式錨頭，其形式有楔縫式、支撐式、壓縮木式等。(3)位移傳遞裝置是將錨固點的位移以某種方式傳遞至孔口外，以便測取讀數(shù)。傳遞的方式有機械式和電測式兩類。其中機械式位移傳遞構件有直桿式、鋼帶式、鋼絲式；電測式位移傳感器有電磁感應式、差動電阻式、電阻式。直桿式位移計結構簡單，安裝方便

13、，穩(wěn)定可靠，價格低廉；但觀測精度較低，觀測不太方便，一般單孔只能觀測l2個測點的位移(圖7-5-5)。鋼帶式和鋼絲式位移計則可單孔觀測多個測點，如DWJ-1型深孔鋼絲式位移計可同時觀測到單孔中不同深度的 6個點位。電測式位移計的傳感器須有讀數(shù)儀來配合輸送、接收電信號，并讀取讀數(shù)。電測式位移計多用于進行深孔多點位移測試，其觀測精度較高，測讀方便，且能進行遙測，但受外界影響較大，穩(wěn)定性較差，費用較高(圖7-5-6)。(4)孔口固定裝置。一般測試的是孔內各點相對于孔口一點的相對位移，故須在孔口設固定點或基準面。3.測試方法及注意事項圍巖內部位移測試方法及注意事項基本上與坑道周邊相對位移測試方法相同。

14、4.數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)整理方法基本同前，可整理出：(1)孔內各測點(L1,L2,)位移(u)時間(t)關系曲線；(2)不同時間(t1，t2，)位移(u)深度(L1,L2,)關系曲線。(五)錨桿應力及錨桿抗拔力1.量測原理系統(tǒng)錨桿的主要作用是限制圍巖的松弛變形。這個限制作用的強弱，一方面受圍巖地質條件的影響，另一方面取決于錨桿的工作狀態(tài)。錨桿的工作狀態(tài)好壞主要以其受力后的應力應變來反映。因此，如果能采用某種手段測試錨桿在工作時的應力應變值，就可以知道其工作狀態(tài)的好壞，也可以由此判斷其對圍巖松弛變形的限制作用的強弱。實際量測工作中，是采用與設計錨桿強度相等，且剛度基本相等的各式鋼筋計來觀測錨桿的應力應變

15、。2.鋼筋計(1)鋼筋計多采用電測式，其傳感器有電磁感應式、差動電阻式、電阻片式幾種。(2)根據(jù)測式要求，可將幾只傳感器連接或粘貼于錨桿不同的區(qū)段，可以觀測出不同區(qū)段的應力應變。1-錨固壓縮木；2-位移傳遞桿；3-硬雜木定位器；4-WY40位移傳感器；5-位移測點；6-測試導線圖7-5-6 電阻式多點位移計123456L1L2L3圖7-5-5 機械式位移計b)DWJ1型深孔六點伸長計結構原理示意圖a)單點桿式位移計內錨頭位移傳遞桿測量百分表外錨頭1234561位移測定器；2-圓形支架；3-錨固器；4-保護套管；5-砂漿；6-定位器(3)讀數(shù)儀可自動率定接收到的電信號，并顯示應力應變值。電磁感應

16、式鋼筋計又稱鋼弦式鋼筋計，它須使用電脈沖發(fā)生器(周期儀)測試，這種鋼筋計的構造不太復雜，性能亦較穩(wěn)定，耐久性較強，其直徑能較接近設計錨桿直徑，經(jīng)濟性較好，是一種比較有發(fā)展前途的鋼筋計(圖7-5-7)。差動式鋼筋計性能較穩(wěn)定，耐久性也較強，但其直徑較大，且構造復雜，價格也較高。電阻片式鋼筋計實際上是將傳感用的電阻片粘貼于實際的錨桿上，并作好防潮處理。其構造簡單，安裝、測試方便，價格低，故工程測試中常應用。3.測試方法及注意事項(l)電感式和差動式鋼筋計，需用接長鋼筋(設計錨桿用鋼筋)將其對接于測試部位(區(qū)段)，制成測試錨桿，并測取空載讀數(shù)。對接可采用電弧對接，操作中應注意不要燒壞和損傷引出導線，

17、并注意減少焊接溫度對鋼筋計的影響。(2)電阻式鋼筋計是取設計錨桿，在測試部位兩面對稱車切、磨平后，粘貼電阻片，做好防潮處理，制成測試錨桿，并測取空載讀數(shù)。(3)測試錨桿安裝及鉆孔均按設計錨桿的同等要求進行，但應注意安裝過程中不得損壞電阻片、防潮層及引出導線等。圖7-5-7 鋼弦式量測錨桿b)JD1型鋼弦式剛勁計1-拉桿；2-殼體；3-端封板；4-橡皮墊；5-定位螺絲；6-夾線柱；7-鋼弦；8-線圈架；9-鐵蕊；10-線圈；11-支架；12-支承堵頭；13-密封圈；14-引線嘴；15-拉桿123456789101112131415a)鋼弦式量測錨桿單位：mm鋼弦式鋼筋計10002501500電纜

18、接長鋼筋300800250焊接孔口(4)測試頻率及抽樣的比例、部位應按表7-5-1執(zhí)行。(5)作好各項記錄，并及時整理。4.數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)整理應及時進行，主要應整理出：(1)不同時間錨桿軸力(N或應力)深度(l)關系曲線；(2)不同深度各測點錨桿軸力時間(t)關系曲線。5.拉拔器可檢測錨桿的抗拔力抽樣測試比例應按表7-5-1執(zhí)行，但應注意儀器調校，測試過程中應作好各項記錄，并及時整理。(六)壓力1.量測原理支護(噴射混凝土或模筑混凝土襯砌)與圍巖之間的接觸應力大小，既反映了支護的工作狀態(tài)，又反映了圍巖施加于支護的形變壓力情況，因此，圍巖壓力的量測就成為必要。這種量測可采用盒式壓力傳感器(稱壓力盒

19、)進行測試。將壓力盒埋設于混凝土內的測試部位及支護圍巖接觸面的測試部位，則壓力盒所受壓力即為該部位(測點)壓力。2.壓力盒(1)壓力盒有變磁阻調頻式、液壓式等多種形式。(2)變磁阻調頻式壓力盒的工作原理是：當壓力作用于承壓板上時，通過油層傳到傳感單元的二次膜上，使之產(chǎn)生變形，改變了磁路的氣隙，即改變了磁阻，當輸入L(振蕩電信號)時，即發(fā)生電磁感應，其輸出信號的頻率發(fā)生改變，這種頻率改變因壓力的大小而變化，據(jù)此可測出壓力的大小(圖7-5-8(a)。b) 格魯茨爾壓力盒圖7-5-8 壓力盒a) 變磁阻調頻式圖壓力傳感器磁芯氣隙荷載內膜線圈硅油外膜受壓部平衡瓣壓力管路回路泵(3)液壓式壓力盒又稱格魯

20、茨爾(Gbozel)壓力盒，其傳感器為一扁平油腔，通過油壓泵加壓，由油泵表可直接測讀出內應力或接觸應力(圖7-5-8(b)。(4)變磁阻調頻式壓力盒的抗干擾能力強，靈敏度高，適于遙測，但在硬質介質中應用，存在著與介質剛度匹配的問題，效果不太理想。液壓式壓力盒減少了應力集中的影響，其性能比較穩(wěn)定可靠，是較理想的壓力盒，國內已有單位研制出機械式油腔壓力盒。3.測試方法及注意事項(1)將壓力傳感器按測試應力的方向埋設于測試部位，在噴射混凝土或模筑混凝土振搗過程中，應注意不要損傷導線或導管。(2)液壓式壓力盒系統(tǒng)還應在適當部位安設管路連接頭及閥門。(3)測試頻率應按表7-5-1要求執(zhí)行。4.數(shù)據(jù)整理測

21、試過程中應隨時作好各項記錄，并及時整理出有關圖表，如接觸應力分布圖。(七)圍巖的彈性波速度l.量測原理聲波測試是地球物理探測方法的一種。它是在巖體的一端激發(fā)彈性波，而在另一端接收通過巖體傳遞過來的波，彈性波通過巖體傳遞后，其波速、波幅、波頻均發(fā)生改變。對于同一種激發(fā)彈性波，穿過不同的巖層后，發(fā)生的改變各不相同，這主要是由于巖體的物理力學性質各不相同所致。因此，彈性波在巖體中的傳播特征就反映了巖體的物理力學性質，如動彈性模量、巖體強度、完整性或破碎程度、密實度等。據(jù)此可以判別圍巖的工程性質，如穩(wěn)定性，并對圍巖進行工程分類。其原理見圖7-5-9。目前，在工程測試中，普遍應用聲波在巖體中傳播的縱波速

22、度(vP)來作為評價巖體物理力學性質的指標。一般有以下規(guī)律：圖7-5-9 聲波測試原理示意圖1-振蕩器；2-發(fā)射換能器；3-接收換能器；4-放大器；5-顯示器12345巖石(體)(1)巖體風化、破碎、結構面發(fā)育則波速低、衰減快、頻譜復雜；(2)巖體充水或應力增加則波速高、衰減小、頻譜簡化；(3)巖體不均勻和各向異性則其波速與頻譜也相應表現(xiàn)出不均一和各向異性。2.測試方法及注意事項聲波測試方法較多，從換能器的布置方式、波的傳播方式、換能器的組合形式等三個方面分為：聲波測試應注意以下幾點：探測區(qū)域的選擇要有典型性和代表性；測點、測線、測孔的布置要有明確的目的性，要根據(jù)實際工程地質情況、巖體力學特性

23、及建筑形式等進行布設；聲波測試一般以測縱波速度(vP)為主，但應根據(jù)實際要求，可測其橫波速度(vS)，記錄波幅，進行頻譜分析。3.數(shù)據(jù)整理隧道工程中多采用單孔平透折射波法測試圍巖在拱頂、拱腳、墻腰幾個部位的徑向縱波速度。根據(jù)測試記錄應及時整理出每個測孔的vPL曲線。常見的曲線形式可以歸納為以下四種類型(圖7-5-10)。“一”型“L”型“凸”型圖7-5-10 波速與孔深關系曲線類型P(km/s)Lm)vP(km/s)L(m)vP(km/s)vP(km/s)L(m)L(m)112233445534523423451223454545IIIIIIIIIIIIIIIIII66“”型，無明顯分帶，表示

24、圍巖較完整；”L”型，無松弛帶，有應力升高帶，表示圍巖較堅硬；“廠”型，有松弛帶，應分析區(qū)別是由于爆破引起的松動還是圍巖進入塑性后的松動；“凸”型，松弛帶、應力升高帶均有。以上所述只是一般情形。但有時波速高并不反映巖體完整性好，如有些破碎硬巖的波速就高于完整性較好的軟巖，因此，國家標準錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范中還采用了巖體完整性系數(shù)來反映巖體的完整性(巖體的縱波速度，巖塊的縱波速度)。Kv越接近1，表示巖體越完整。另外，在軟巖與極其破碎的巖體中，有時無法取出原狀巖塊，不能測出其縱波速度，這時可用相對完整系數(shù)Kx代替Kv。三、現(xiàn)場量測計劃現(xiàn)場量測計劃是現(xiàn)場量測的藍圖和依據(jù)。它必須在初步調查的基

25、礎上，依據(jù)隧道所處的地質條件、工程概況、量測目的、施工方法、工期和經(jīng)濟效果而編制。(一)量測項目的確定及量測手段的選擇量測項目的確定主要是依據(jù)圍巖條件、工程規(guī)模及支護方式。量測項目通常分為必測項目A和選測項目B。必測項目指施工時必須進行的常規(guī)量測，用來判別圍巖穩(wěn)定及襯砌受力狀態(tài)，指導設計施工的經(jīng)常性量測。A類量測主要包括洞內觀察、隧道凈空變形和拱頂下沉量測等。淺埋隧道尚應作地表沉陷量測。這類量測方法簡單、可靠，對修改設計和指導施工起重要作用。選測項目是指在重點和有特殊意義的隧道或區(qū)段進行補充的量測，用來判斷隧道開挖過程中圍巖的應力狀態(tài)、支護襯砌效果。B類量測主要包括圍巖內部變形、地表沉陷、錨桿

26、軸力和拉拔力、襯砌內力、圍巖壓力和圍巖物理力學指標等。這類量測技術較復雜，費用較高，通常根據(jù)實際需要，選取部分項目進行量測。量測項目及其要求見表7-5-2。表7-5-2 量測項目及要求序號量測項目類別要求掌握的主要內容1觀察A1.開挖面圍巖的自立性(無支護時圍巖的穩(wěn)定性)；2.巖質、斷層破碎帶、褶皺等情況；3.支護襯砌變形、開裂情況；4.核對圍巖類別；5.洞口淺埋段地表建筑物變形、下沉、開裂情況2凈空變形A根據(jù)變形值、變形速度、變形收斂情況等判斷：1.圍巖穩(wěn)定性；2.初期支護設計和施工方法的合理性；3.模筑二次襯砌時間3拱頂下沉A監(jiān)視拱頂?shù)慕^對下沉值，了解斷面變化情況，判斷拱頂?shù)姆€(wěn)定性，防止塌

27、方4地表、地層內部沉陷A、B判斷隧道開挖對地表產(chǎn)生的影響及防止沉陷措施的效果，推測作用在隧道上的荷載范圍5圍巖內部變形B了解隧道周邊圍巖松弛區(qū)范圍，判斷錨桿設計參數(shù)的合理性6錨桿軸力B根據(jù)錨桿應變分布狀態(tài)，確定錨桿軸力大小，用以判斷錨桿長度和直徑是否合適7圍巖壓力和兩層襯砌間壓力B了解圍巖形變壓力和兩層襯砌間接觸壓力的大小和分布規(guī)律，檢驗支護襯砌受力情況8襯砌、鋼架應力B根據(jù)襯砌和鋼架應力情況，判斷襯砌和鋼架設計參數(shù)是否正確，進一步推求圍巖壓力大小和分布規(guī)律9錨桿拉拔試驗B根據(jù)拉拔力確認錨桿錨固方法及其長度的合理性10底部鼓起量測B判斷是否需要仰拱和仰拱的效能11圍巖彈性波測試B1.校核圍巖類

28、別2.了解松弛區(qū)范圍3.探明巖體強度、節(jié)理裂隙和斷層情況、巖石變質程度量測手段的選用，應根據(jù)量測項目和國內儀器的現(xiàn)狀來選用。一般應選擇簡單、可靠、耐久、成本低的量測手段，并要求被測的物理量概念明確，量值顯著，量測范圍大，測試數(shù)據(jù)便于分析，易于實現(xiàn)對設計、施工的反饋。在通常的情況下，選擇機械式手段與電測式手段相結合使用。(二)測試斷面的確定進行測試的斷面有兩種，一是單一的測試斷面，二是綜合的測試斷面。在隧道工程測試中各項量測內容與手段，不是隨意布設的。把單項或常用的幾項量測內容組成一個測試斷面，了解圍巖和支護在這個斷面上各部位的變化情況，這種測試斷面即為單一的測試斷面。另一種，把幾項量測內容有機

29、地組合在一個測試斷面里，使各項量測內容、各種量測手段互相校驗，綜合分析測試斷面的變化，這種測試斷面稱為綜合測試斷面。應測項目按一定間隔設置量測斷面，常稱為一般量測斷面。由于各量測項目要求不同，其量測斷面間隔亦不相同，在應測項目中，原則上凈空位移與拱頂下沉量測應布置在同一斷面上。量測斷面間距視隧道長度、地質條件和施工方法等確定，具體可參考表7-5-3。對于土砂、軟巖地段的淺埋隧道要進行地表下沉量測，沿隧道縱向布置測點的間距可視地質、覆蓋層厚度、施工方法和周圍建筑物的情況確定。其量測斷面間距可按表7-5-4選用。表7-5-3 凈空位移、拱頂下沉的測試斷面間距條件量測斷面間距(m)洞口附近10埋深小

30、于2B10施工進展200m前20(土砂圍巖減小到10m)施工進展200m后30(土砂圍巖減小到10m)注：B為隧道開挖寬度。 表7-5-4 地表下沉測試斷面間距 覆蓋層厚度H測點間距(m)H2B20502BHB1020HB510注：當施工初期、地質變化大、下沉量大、周圍有建筑物時取最低值；B為隧道開挖寬度。(三)測點的布置在測試斷面上測點的布置，主要是依據(jù)斷面形狀、圍巖條件、開挖方式、支護類型等因素進行布置。在量測中，可根據(jù)具體情況決定布設數(shù)量，進行適當?shù)恼{整。1.凈空位移量測的測線布置由于觀測斷面形狀、圍巖條件、開挖方式的不同，測線位置、數(shù)量亦有所不同，沒有統(tǒng)一的規(guī)定，具體實施中可參考表7-

31、5-3和圖7-5-11。拱頂下沉量測的測點，一般可與凈空位移測點共用，這樣既節(jié)省了安設工作量，更重要的是使測點統(tǒng)一，測試結果能夠互相校驗。(a)一條測線(b)兩條測線(c)三條測線(e)六條測線(f)七條測線圖7-5-11 凈空位移測線布置(d)五條測線2.圍巖內部位移測孔的布置圍巖內部位移測孔布置，除應考慮地質、隧道斷面形狀、開挖等因素外，一般應與凈空位移測線相應布設，以便使兩項測試結果能夠相互印證，協(xié)同分析與應用。一般每100500m設一個量測斷面，測孔布置見圖7-5-12。3.錨桿軸力量測的布置量測錨桿要依據(jù)具體工程中支護錨桿的安設位置、方式而定，如局部加強錨桿，要在加強區(qū)域內有代表性的

32、位置設量測錨桿。全斷面系統(tǒng)錨桿(不包括仰拱)，量測錨桿在斷面上布置可參見圖7-5-12方式進行。4.噴層(襯砌)應力量測布置噴層應力量測，除應與錨桿受力量測孔相對應布設外，還要在有代表性部位設測點，如拱頂、拱腰、拱腳、墻腰、墻腳等部位，并應考慮與錨桿應力量測作對應布置。另外，在有偏壓、底鼓等特殊情況下，則應視具體情形，調整測點位置和數(shù)量。以便了解噴層(襯砌)在整個斷面上的受力狀態(tài)和支護作用，見圖7-5-13。表7-5-5 凈空位移量測的測線數(shù)開挖方法地段一般地段特殊地段洞口附近埋深小于2B有膨脹壓力或偏壓地段實施B項量測位置全斷面開挖一條水平測線三條或五條三條或五條、七條短臺階法兩條水平測線三

33、條或六條三條或六條三條或六條三條或五條、六條多臺階法每臺階一條水平測線每臺階三條每臺階三條每臺階三條每臺階三條注：B為隧道開挖寬度。圖7-5-12 圍巖內部位移測孔布置(a)三測孔(b)五測孔(c)七測孔圖7-5-13 噴層應力量測點布置(a)三測點(b)六測點5.地表、地中沉降測點布置圖7-5-14地表下沉量測范圍及地中沉降測點布置25m間隔地中沉陷計不動點傾斜計450地表、地中沉降測點，原則上主要測點應布置在隧道中心線上，并在與隧道軸線正交平面的一定范圍內布設必要數(shù)量的測點，見圖7-5-14。并在有可能下沉的范圍外設置不會下沉的固定測點。6.圍巖壓力量測測點布置圍巖壓力量測的測點一般埋設在

34、拱頂、拱腳和仰拱的中間，其量測斷面一般和支護襯砌間壓力以及支護、襯砌應力的測點布置在一個斷面上，以便將量測結果相互印證。7.聲波測孔布置聲波測孔宜布置在有代表性的部位(圖7-5-15)。另外，還要考慮到圍巖層理、節(jié)理的方向與測孔方向的關系?？刹捎脝慰住㈦p孔兩種測試方法；或在同一部位，呈直角相交布置三個測孔，以便充分掌握圍巖結構對聲波測試結果的影響。(四)量測儀器(測點)的安設與量測頻率各項量測內容的儀器(測點)安設，一要快，二要近。快要求在開挖爆破后24h(最好圖7-5-15 聲波測試孔布置(a)五測孔(b)九測孔(c)十三測孔12h)內，在下一循環(huán)爆破前完成全都埋設，并測取初讀數(shù)。在安設由多

35、項內容、多種手段組成的綜臺測試斷面時，互相干擾大，時間要拖長，對施工與量測結果都有不利影響；這時可把綜合量測斷面分為幾個亞斷面分開設置，只要圍巖沿隧道軸線方向變化不大，基本不會影響測試結果的綜合分析與應用。近儀器(測點)埋設，要盡量靠近開挖掌子面，要求不超過2m，有的安設在距開挖掌子面0.5m左右的斷面上，觀測效果更好，不過需要加強儀器(測點)的保護。儀器(測點)安設后的量測頻率，是由變化速度(時間效應)與距工作面距離(空間效應)確定的。表7-5-5給出了凈空變形與拱頂下沉的量測頻率與位移速度、距工作面距離的關系。表7-5-5 收斂與拱頂下沉量測頻率變形速度距開挖面距離量測頻率10mm/d(0

36、1)B12次/d510 mm/d(12)B1次/d15mm/d(25)B1次/d1mm/d5B1次/d注：B為隧道開挖寬度。在由位移速度決定的量測頻率和由距開挖掌子面距離決定的量測頻率中，原則上應采取頻率高的。當變形穩(wěn)定時，可不按照表7-5-5的要求。當同一個量測斷面內各測線變形速度不同時，要以產(chǎn)生最大變形速度的測線確定全斷面的量測頻率。量測期間的確定：在變形量小的隧道中(開挖后一個月內收斂)，因變形收斂快，在變形收斂至一定值后，再以每天測一次的頻率測一周時間，觀察其穩(wěn)定狀態(tài)。在變形量大的隧道中(開挖后經(jīng)兩個月以上，變形仍不收斂)，直至變形量收斂至一定數(shù)值后，再以每天測一次的頻率測兩周時間，以

37、確認變形是否穩(wěn)定。見圖7-5-16。在塑性流變巖體中，如變形長期(兩個月以上)不收斂，量測要進行到1mm/30d為止。在選測項目中，地表沉降量測頻率，在量測區(qū)間內原則上12d一次，見圖7-5-17。圖7-5-17 地表沉降量測區(qū)間量測區(qū)間上半上半下半下半(25)DH+h3D450Hh1h2圍巖位移量測、錨桿軸力量測、噴層(襯砌)應力量測、圍巖壓力量測、格柵應力量測等的量測頻率，原則上與同一斷面內的應測項目量測頻率相同。圖7-5-16 確定量測期間的方法經(jīng)過日數(shù)(d)(變形量大)(變形量小)1周2周變形量(mm)四、量測數(shù)據(jù)分析與反饋量測數(shù)據(jù)反饋于設計、施工是監(jiān)控設計的重要一環(huán)，但目前尚未形成完

38、整的設計體系。當前采用的量測數(shù)據(jù)反饋設計的方法主要是定性的，即依據(jù)經(jīng)驗和理論上的推理來建立一些準則。根據(jù)量測的數(shù)據(jù)和這些準則即可修正設計支護參數(shù)和調整施工措施。量測數(shù)據(jù)反饋設計、施工的理論法，目前正在蓬勃興起，那就是將監(jiān)控量測與理論計算相結合的反分析計算法，這里，簡要介紹根據(jù)對量測數(shù)據(jù)的分析來修正設計參數(shù)和調整施工措施的一些準則。(一)地質預報地質預報就是根據(jù)地質素描來預測預報開挖面前方圍巖的地質狀況，以便考慮選擇適當?shù)氖┕し桨刚{整各項施工措施。包括：(1) 在洞內直觀評價當前已暴露圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，檢驗和修正初步的圍巖分類；(2) 根據(jù)修正的圍巖分類，檢驗初步設計的支護參數(shù)是否合理，如不恰當，

39、則應予修正；(3) 直觀檢驗初期支護的實際工作狀態(tài)；(4) 根據(jù)當前圍巖的地質特征，推斷前方一定范圍內圍巖的地質特征，進行地質預報；防范不良地質突然出現(xiàn)。(5) 根據(jù)地質預報，并結合對已作初期支護實際工作狀態(tài)的評價，預先確定下循環(huán)的支護參數(shù)和施工措施；(6) 配合量測工作進行測試位置選取和量測成果的分析。(二)凈空位移分析與反饋如前所述，凈空位移是圍巖動態(tài)的最顯著表現(xiàn)，所以隧道工程現(xiàn)場量測主要以凈空位移作為圍巖穩(wěn)定性評價及圍巖穩(wěn)定狀態(tài)判斷的指標。一般而言，坑道開挖后，若圍巖位移量小，持續(xù)時間短，其穩(wěn)定性就好；若位移量大，持續(xù)時間長，其穩(wěn)定性就差。以圍巖位移作為指標來判斷其穩(wěn)定狀態(tài)，則有賴于對實

40、際工程經(jīng)驗的總結和對位移量測數(shù)據(jù)的分析。1.判斷標準用圍巖的位移來判斷其穩(wěn)定狀態(tài)，關鍵是要確定一個“判斷標準”(或稱為“收斂標推”)，即是判斷圍巖穩(wěn)定與否的界限。它包括三個方面：位移量(絕對或相對)、位移速率、位移加速度，見第五章第三節(jié)有關內容。2.根據(jù)以上判斷標準，如果圍巖位移速度不超過允許值，且不出現(xiàn)蠕變趨勢，則可以認為圍巖是穩(wěn)定的，初期支護是成功的。若表現(xiàn)出穩(wěn)定性較好，則可以考慮適當加大循環(huán)進尺。淺埋隧道暗挖法施工時，應特別注意對拱頂下沉及地表下沉量的控制，其控制標準可參見表7-5-6。表7-5-6 量測數(shù)據(jù)管理基準參考值指標內容日本、法國、德國規(guī)范綜合值推薦基準值城市地鐵山嶺隧道地面最

41、大沉陷50mm30mm60mm地面沉陷槽拐點曲率1/3001/5001/300地層損失系數(shù)5%5%5%洞內邊墻水平收斂2040mm20mm(0.10.2)B%洞內拱頂下沉75229mm50mm(0.30.4) B%注：B開挖洞室最大跨度(m) 如果位移值超過允許值不多，且初期支護中的噴射混凝土未出現(xiàn)明顯開裂，一般可不予補強。如果位移與上述情況相反，則應采取處理措施，如在支護參數(shù)方面，可以增強錨桿，加鋼筋網(wǎng)噴混凝上、加鋼支撐、增設臨時仰拱等；施工措施方面，可以縮短從開挖到支護的時間，提前打錨桿，提前設仰拱，縮短開挖臺階長度和臺階數(shù)，增設超前支護等。3.二次襯砌(內層襯砌)的施作時間。按新奧法施工

42、原則，當圍巖或圍巖加初期支護后基本達成穩(wěn)定后，就可以施作二次襯砌。應當特別指出的是，在流變性和膨脹性強烈的地層中，單靠初期支護不能使圍巖位移收斂時，就宜于在位移收斂以前，施作模筑混凝土二次襯砌，做到有效地約束圍巖位移。(三)圍巖內位移及松動區(qū)分析與反饋與凈空位移同理，如果實測圍巖的松動區(qū)超過了允許的最大松動區(qū)(該允許松動區(qū)半徑與允許位移量相對應)，則表明圍巖已出現(xiàn)松動破壞，此時必須加強支護或調整施工措施以控制松動范圍。如加強錨桿(加長、加密或加粗)等，一般要求錨桿長度大于松動區(qū)范圍。如果與以上情形相反，甚至錨桿后段的拉應力很小或出現(xiàn)壓應力時，則可適當縮短錨桿長度或縮小錨桿直徑或減小錨桿數(shù)量等。

43、(四)錨桿軸力分析與反饋根據(jù)量測錨桿測得的應變，即能算出錨桿的軸力。 (7-5-4)式中：N錨桿軸力； 錨桿直徑； E桿的彈性模量； 1、2測試部位對稱的一組應變片量得的兩個應變值。錨桿軸力是檢驗錨桿效果與錨桿強度的依據(jù)，根據(jù)錨桿極限強度與錨桿應力的比值K(安全系數(shù))即能作出判斷。錨桿軸應力越大，則K值越小。一般認為錨桿局部段的K值稍小于1是允許的，因為鋼材有一定的延性。根據(jù)實際調查發(fā)現(xiàn)錨桿軸應力在洞室斷面各部位是不同的，表現(xiàn)為：1.同一斷面內，錨桿軸應力最大者多數(shù)在拱部45附近到起拱線之間；2.拱頂錨桿，不管凈空位移值大小如何，出現(xiàn)壓應力的情況是不少的。錨桿的局部段K值稍小于1的允許程度應該

44、是不超過錨桿的屈服強度。若錨桿軸應力超過屈服強度時，則應優(yōu)先考慮改變錨桿材料，采用高強鋼材。當然，增加錨桿數(shù)量或錨桿直徑也可獲得降低錨桿軸應力的效果。(五)圍巖壓力分析與反饋由圍巖壓力分布曲線可知圍巖壓力的大小及分布狀況。圍巖壓力的大小與圍巖位移量及支護剛度密切相關。圍巖壓力大，即作用于初期支護的壓力大。這可能有兩種情況：一是圍巖壓力大但變形量不大，這表明支護時機，尤其是支護的封底時間可能過早或支護剛度太大，可作適當調整，讓圍巖釋放較多的應力；另一種情況是圍巖壓力大且變形量也很大，此時應加強支護，限制圍巖變形，控制圍巖壓力的增長。當測得的圍巖壓力很小但變形量很大時，則應考慮可能會出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)。

45、(六)噴層應力分析與反饋噴層應力是指切向應力，因為噴層的徑向應力總是不大的。噴層應力與圍巖壓力及位移有密切關系。噴層應力大的原因有二個方面，一是圍巖壓力和位移大；二是由于支護不足。在實際工程中，一般允許噴層有少量局部裂紋，但不能有明顯的裂損，或剝落、起鼓等。如果噴層應力過大，或出現(xiàn)明顯裂損，則應適當增加初始噴層厚度。如果噴層厚度已較厚時，則不應再增加噴層厚度，而應增強錨桿、調整施工措施、改變封底時間等。(七)地表下沉分析與反饋對于淺埋隧道，可能由于隧道的開挖而引起上覆巖體的下沉，致使地面建筑的破壞和地面環(huán)境的改變。因此，地表下沉的量測監(jiān)控對于地面有建筑物的淺埋隧道和城市地下通道尤為重要。如果量

46、測結果表明地表下沉量不大，能滿足限制性更求，則說明支護參數(shù)和施工措施是適當?shù)模蝗绻乇硐鲁亮看蠡虺霈F(xiàn)增加的趨勢，則應加強支護和調整施工措施，如適當加噴混凝土、增設錨桿、加鋼筋網(wǎng)、加鋼支撐、超前支護等，或縮短開挖循環(huán)進尺、提前封閉仰拱、甚至預注漿加固圍巖等。另外，還應注意對淺埋隧道的橫向地表位移觀測，橫向地表位移帶發(fā)生在淺埋偏壓隧道工程中，其處理較為復雜，應加強治理偏壓的對策研究。(八)聲波速度分析與反饋圍巖的聲波速度綜合地反映了巖體的物理力學特征和動態(tài)變化。根據(jù)vPL曲線可以確定圍巖松動區(qū)的范圍，工程中應注意將此結果與圍巖內位移量測資料相對照，綜合分析和判斷圍巖的松弛情況，以便給修正支護參數(shù)和

47、調整施工措施提供依據(jù)和指導。五、三維位移監(jiān)測及應用烏鞘嶺隧道嶺脊段開展了三維變形監(jiān)測。在F7斷層共布置13個三維位移量測斷面，左線隧道5個，分別為DK177+150、+192、+235、+270、+318；右線隧道共6個，分別為YDK177+140、+185、+220、+278、+323、+400；右線迂回導坑2個，分別為YyK0+188、+193。量測結果如表3-4-13所示。實測三維變形最大值和均值如表3-4-14所示。由表3-4-13、3-4-14，F(xiàn)7斷層地段的三維位移十分明顯，右線隧道豎直位移歷時10天左右達到350mm；橫向位移歷時10天左右為150mm，歷時近50天超過240mm

48、；縱向位移歷時10天左右為90mm，歷時近50天達到125mm。左線隧道歷時10天左右豎直位移達到160mm，橫向位移超過100mm，縱向位移達到70mm。縱向位移均背離隧道開挖面方向發(fā)展，且在相距開挖面約2.0倍洞室跨度后才逐漸趨于穩(wěn)定發(fā)展。表3-4-13 F7斷層地段隧道拱部豎直位移和縱向位移量測值施工地段測試里程位移方向拱部位移/mm位移均值測試斷面相距開挖面拱頂左拱腰右拱腰/mm/m與洞跨比F7斷層右線隧道YDK177+400豎直-289.00 -233.10 -143.80 -221.97 9.7 0.82 縱向78.60 66.20 27.17 57.32 YDK177+323豎直

49、-121.90 -121.90 11.8 0.99 縱向28.50 28.50 YDK177+278豎直-258.30 -258.30 12.5 1.05 縱向66.00 66.00 YDK177+220豎直-57.80 -57.80 11.3 0.95 縱向19.30 19.30 右線隧道YDK177+185豎直-110.17 -110.17 10.4 0.88 縱向17.61 17.61 YDK177+140豎直-54.96 -50.17 -40.37 -48.50 12.3 1.04 縱向7.91 6.71 4.92 6.51 左線隧道DK177+270豎直-24.50 -24.50 1

50、1.0 0.93 縱向8.40 8.40 DK177+235豎直-33.51 -33.51 11.0 0.93 縱向12.70 12.70 DK177+192豎直-77.88 -77.88 10.5 0.89 縱向16.43 16.43 DK177+150豎直-72.21 -72.21 10.0 0.84 縱向12.79 12.79 表3-4-14 三維位移最大值及平均值(mm)位移方向最大值平均值右線左線拱頂拱腳邊墻中豎直位移350160-109.7-139.8-49.7橫向位移150100-9.660.250.2縱向位移907020.534.610.1用隧道縱向位移與豎直位移L/S的比值（

51、如圖3-4-16）來計算其位移向量方位角（），如表3-4-15所示。其中，B為開挖洞室的跨度，L表示測試斷面相距開挖面約1.0B時的縱向位移Sy（平均值），S表示測試斷面相距開挖面約1.0B時的豎直位移Sz（平均值），則為Sy與Sz的合位移S與鉛垂線的夾角。L1B處的縱向位移SyS1B處的豎直位移SzSSy+Sz圖3-4-16 隧道位移向量方位角表3-4-15 F7斷層地段位移向量方位角F7斷層-右線正洞F7斷層-左線平導里程角度（）里程角度（）YDK177+400-14.48YDK177+323-13.17YDK177+278-14.33DK177+270-18.92YDK177+220-18.47DK177+235-20.75YDK177+185-9.08DK177+192-11.91YDK177+140-7.65DK177+150-10.05通過F7斷層區(qū)段迂回導坑和正洞三維變形監(jiān)測，其三維位移變化呈現(xiàn)出不對稱狀態(tài)，如表3-4-19和表3-4-20所示。表3-4-19 F7斷層各洞室兩側橫向水平位移和比值隧道里程橫向水平位移/mm左邊墻/右邊墻左拱腳/右拱腳左右倍數(shù)均值平均倍數(shù)左邊墻右邊墻左拱腳右拱腳迂導YyK0+188113.0053.10116.4017.102.