20101222隧道及地下工程監(jiān)控量測技術(shù)(改)

1、隧道監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報隧道監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報專題講座專題講座二一年十二月二一年十二月 四川四川綿陽綿陽專題專題一、一、 新奧法新奧法專題專題二、二、 監(jiān)控量測監(jiān)控量測專題專題三、三、 地質(zhì)超前預(yù)報地質(zhì)超前預(yù)報專題四、監(jiān)控量測、地質(zhì)預(yù)報案例專題四、監(jiān)控量測、地質(zhì)預(yù)報案例專題專題一、一、 新奧法新奧法n1、地下工程形成原理地下施工基本目的是在各類地質(zhì)體中修建長期穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)體系，這個結(jié)構(gòu)體系是周圍地質(zhì)體和各種支護結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。形成過程如下與之相適應(yīng)力學(xué)過程如下一、新奧法原始巖體毛洞支護體系穩(wěn)定洞室開挖支護時間初始應(yīng)力狀態(tài)(一次應(yīng)力狀態(tài))坑道開挖后應(yīng)力狀態(tài)(二次應(yīng)力狀態(tài))支護體系應(yīng)力狀態(tài)(三

2、次應(yīng)力狀態(tài))終極應(yīng)力狀態(tài)(四次應(yīng)力狀態(tài))開挖支護時間n 2、新奧法基本原理n新奧法新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)理論，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時的進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道施工和地下工程設(shè)計施工的方法和原則。一、新奧法n 3 、新奧法核心內(nèi)容n 充分發(fā)揮圍巖的自承能力。圍巖是承載的主體，結(jié)構(gòu)是安全貯備。一、新奧法4、新奧法施工基本流程一、新奧法 5、新奧法施工的基本原則 “少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”n少擾動少擾動：隧道開挖時，盡量減少對圍巖的擾動

3、次數(shù)、強度、范圍和持續(xù)時間。n早噴錨早噴錨：開挖后及時施作初期錨噴支護，使圍巖變形進入受控制狀態(tài)。n勤量測勤量測：以直觀、可靠的量測方法和量測數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確評價圍巖(或圍巖加支護)的穩(wěn)定狀態(tài)或動態(tài)發(fā)展趨勢，以便及時調(diào)接支護形式、開挖方法。n緊封閉緊封閉：一方面采取噴射混凝土等防護措施，避免圍巖因長時間暴露而致強度和穩(wěn)定性的衰減；另一方面要適時對圍巖施作封閉形支護。主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.監(jiān)控量測的目的和內(nèi)容監(jiān)控量測的目的和內(nèi)容2.監(jiān)控量測的項目與方法監(jiān)控量測的項目與方法3.監(jiān)控量測的管理監(jiān)控量測的管理4.監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析5.監(jiān)控量測的信息反饋監(jiān)控量測的信息反饋6.監(jiān)控量測的未來展望監(jiān)控

4、量測的未來展望1量量測測目目的的與與內(nèi)內(nèi)容容1.1 監(jiān)測目的和意義監(jiān)測目的和意義u監(jiān)測目的： 掌握圍巖穩(wěn)定和支護受力與變形的動態(tài)信息，判定隧道的安全性和經(jīng)濟性。n 確保安全確保安全：掌握圍巖和支護狀態(tài)，進行動態(tài)管理，根據(jù)量測信息，預(yù)見事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然。n 指導(dǎo)施工指導(dǎo)施工：量測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理，預(yù)測和確認隧道圍巖最終穩(wěn)定時間，指導(dǎo)施工順序和施作二次襯砌時間。n 修正設(shè)計修正設(shè)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(shè)計。n 積累資料積累資料：已有工程的量測結(jié)果可以直接應(yīng)用到后續(xù)同類圍巖中或者間接地應(yīng)用到其他類似工程中，作為設(shè)計和施工的參

5、考資料。1量量測測目目的的與與內(nèi)內(nèi)容容 監(jiān)控量測意義 對隧道在施工過程中進行監(jiān)控量測，具有重大的經(jīng)濟意義和實用對隧道在施工過程中進行監(jiān)控量測，具有重大的經(jīng)濟意義和實用價值。因為通過現(xiàn)場監(jiān)控量測，將迅速、準(zhǔn)確地獲得第一手數(shù)據(jù)資料，價值。因為通過現(xiàn)場監(jiān)控量測，將迅速、準(zhǔn)確地獲得第一手數(shù)據(jù)資料，將數(shù)據(jù)資料和現(xiàn)場量測資料進行分析，并將分析結(jié)果及時反饋給設(shè)計、將數(shù)據(jù)資料和現(xiàn)場量測資料進行分析，并將分析結(jié)果及時反饋給設(shè)計、施工單位、監(jiān)理和業(yè)主，直接服務(wù)于隧道施工；并能施工單位、監(jiān)理和業(yè)主，直接服務(wù)于隧道施工；并能及時預(yù)報和預(yù)測及時預(yù)報和預(yù)測施工過程中出現(xiàn)的險情施工過程中出現(xiàn)的險情，對可能出現(xiàn)的事故進行防范

6、和處理?？梢员?，對可能出現(xiàn)的事故進行防范和處理。可以避免由于缺乏隧道施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)和結(jié)果分析而造成施工與支護等工免由于缺乏隧道施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)和結(jié)果分析而造成施工與支護等工作安排的盲目性，盡量降低工程造價，爭取時間，保證在計劃工期內(nèi)作安排的盲目性，盡量降低工程造價，爭取時間，保證在計劃工期內(nèi)圓滿的完成隧道施工任務(wù)?？傊?，監(jiān)控是量測的目的，而量測是監(jiān)控圓滿的完成隧道施工任務(wù)。總之，監(jiān)控是量測的目的，而量測是監(jiān)控的手段。的手段。1量量測測目目的的與與內(nèi)內(nèi)容容u 監(jiān)測意義：n 提供設(shè)計依據(jù)n 指導(dǎo)施工和預(yù)報險情n 對運營工程提供安全監(jiān)視n 校核理論n 為工程類比提供依據(jù)1量量測測目目的的與與內(nèi)內(nèi)容

7、容1.2 監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測內(nèi)容u 隧道安全及環(huán)境控制監(jiān)測內(nèi)容：序號序號監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測項目監(jiān)測項目備注備注1 1地質(zhì)及水文監(jiān)測地質(zhì)及水文監(jiān)測地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)和水文地質(zhì)的預(yù)報地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)和水文地質(zhì)的預(yù)報和評價和評價超前地質(zhì)預(yù)報超前地質(zhì)預(yù)報2 2變形監(jiān)測變形監(jiān)測地表下沉地表下沉傳統(tǒng)的隧道傳統(tǒng)的隧道監(jiān)控量測項目監(jiān)控量測項目周邊位移及拱頂下沉周邊位移及拱頂下沉圍巖內(nèi)部位移圍巖內(nèi)部位移支護狀況觀察支護狀況觀察3 3受力監(jiān)測受力監(jiān)測錨桿質(zhì)量（軸力、長度和飽滿度）錨桿質(zhì)量（軸力、長度和飽滿度）接觸壓力接觸壓力鋼架內(nèi)力鋼架內(nèi)力襯砌內(nèi)力襯砌內(nèi)力孔隙水壓力孔隙水壓力4 4有害氣體監(jiān)測有害氣體監(jiān)測瓦斯?jié)舛韧?/p>

8、斯?jié)舛攘蚧瘹錆舛攘蚧瘹錆舛? 5爆破震動監(jiān)測爆破震動監(jiān)測震動速度震動速度6 6隧道周邊建（構(gòu)）筑物隧道周邊建（構(gòu)）筑物監(jiān)測監(jiān)測地表建（構(gòu)）筑物監(jiān)測地表建（構(gòu)）筑物監(jiān)測主要在城市地鐵主要在城市地鐵地下構(gòu)筑物監(jiān)測地下構(gòu)筑物監(jiān)測地下管線監(jiān)測地下管線監(jiān)測7 7其它特殊地質(zhì)隧道監(jiān)測其它特殊地質(zhì)隧道監(jiān)測高地應(yīng)力、高地溫和放射性等高地應(yīng)力、高地溫和放射性等1量量測測目目的的與與內(nèi)內(nèi)容容 監(jiān)控量測必測項目編號項目名稱儀器設(shè)備要 求 及 目 的量測類別1地質(zhì)和支護狀況觀察地質(zhì)羅盤，數(shù)碼相機巖性、巖層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面、溶洞、斷層描述，支護結(jié)構(gòu)裂縫觀察。必測2周邊收斂量測收斂計或全站儀根據(jù)位移、收斂狀況、斷面變形狀態(tài)等

9、判斷：n周邊圍巖體的穩(wěn)定性；n初期支護的設(shè)計與施工方法是否妥善；二次襯砌的澆注時間等。3拱頂下沉量測水平尺、水準(zhǔn)儀、鋼尺監(jiān)視隧道拱頂下沉，了解斷面的變形狀態(tài)，判斷隧道拱頂?shù)姆€(wěn)定性。4地表下沉量測水平尺、水準(zhǔn)儀從地表設(shè)點觀測，根據(jù)下沉位移量判定開挖對地表下沉的影響，以確定隧道支護結(jié)構(gòu)。1量量測測目目的的與與內(nèi)內(nèi)容容 監(jiān)控量測選測項目編號項目名稱儀器設(shè)備要 求 及 目 的量測類別5圍巖內(nèi)部位移量測多點位移計了解隧道圍巖的松弛區(qū)、位移量，為準(zhǔn)確判斷圍巖的變形發(fā)展提供數(shù)據(jù)選測6錨桿軸力量測鋼筋應(yīng)力計、頻率計根據(jù)錨桿所承受的拉力，判斷錨桿布置是否合理。了解圍巖內(nèi)部應(yīng)力的分布情況。7襯砌應(yīng)力量測鋼筋應(yīng)力計

10、、頻率計量測二次襯砌內(nèi)應(yīng)力、噴混凝土內(nèi)軸向應(yīng)力。了解支護襯砌內(nèi)的受力狀態(tài)。8圍巖壓力及層間支護壓力壓力盒、頻率計判斷復(fù)合式襯砌中圍巖荷載大小，判斷初期支護與二次襯砌各自分擔(dān)圍巖壓力情況。1量量測測目目的的與與內(nèi)內(nèi)容容 監(jiān)控量測選測項目編號項目名稱儀器設(shè)備要 求 及 目 的量測類別9鋼拱架應(yīng)力量測鋼筋應(yīng)力計、頻率計量測鋼拱架應(yīng)力，推斷作用在鋼拱架上的壓力大小。判斷鋼拱架尺寸、間距及設(shè)置鋼拱架的必要性。選測10錨桿拉拔力檢測錨桿拉拔計檢查錨桿的抗拔能力。2監(jiān)監(jiān)測測項項目目與與方方法法2.1 地質(zhì)及支護狀況觀察地質(zhì)及支護狀況觀察u 內(nèi)容1.掌子面地質(zhì)素描 巖性，產(chǎn)狀，節(jié)理（斷層）性質(zhì)，地下水狀態(tài)等。

11、2.支護狀況的觀察n噴層表面的觀測及裂縫狀況的描述與記錄n有無錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象n噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞n鋼拱架有無被壓曲現(xiàn)象2監(jiān)監(jiān)測測項項目目與與方方法法地質(zhì)和支護狀況觀察p觀察內(nèi)容：(1)巖石種類和產(chǎn)狀；(2)巖性特征：巖石的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造；(3)節(jié)理性質(zhì)、組數(shù)、間距、規(guī)模；(4)斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀、破碎帶寬度、特征；(5)地下水類型，涌水量大小、涌水位置、涌水壓力等；(6)開挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)；(7)開挖后支護段初期支護是否有異?，F(xiàn)象。p觀察目的：(1)預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件；(2)為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)；(3)根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分

12、析支護結(jié)構(gòu)的可靠程度。2監(jiān)監(jiān)測測項項目目與與方方法法2.1 地質(zhì)及支護狀況觀察地質(zhì)及支護狀況觀察n 測試儀器 地質(zhì)羅盤、地質(zhì)錘、放大鏡、數(shù)碼相機或攝像機n 測試頻率 目測在隧道開挖工作面爆破后及初期支護后立即進行，每個監(jiān)測斷面繪制隧道開挖工作面及兩幫素描剖面圖2監(jiān)監(jiān)測測項項目目與與方方法法2.2 地表下沉量測地表下沉量測n 監(jiān)測的內(nèi)容 淺埋隧道洞口開挖成形后，地表巖土下沉量。n 監(jiān)測的目的 地表下沉量的多少和下沉的快慢，判斷分析隧道洞口圍巖是否穩(wěn)定，為設(shè)計優(yōu)化支護參數(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)，保證施工安全。2監(jiān)監(jiān)測測項項目目與與方方法法2.2 地表下沉量測地表下沉量測n 測試方法：水準(zhǔn)測量和三角高程測量

13、u 監(jiān)測儀器與測點布設(shè)： 水準(zhǔn)測量：水準(zhǔn)儀和標(biāo)尺 三角高程：全站儀、反射片(棱鏡）、鋼尺等儀器2.3 拱頂下沉和周邊位移量測拱頂下沉和周邊位移量測n 量測內(nèi)容:拱頂下沉量量測，是指對隧道拱頂?shù)膶嶋H位移值進行量測，是相對于不動點的絕對位移n 量測目的：了解斷面的變形狀態(tài)，判斷隧道拱頂?shù)姆€(wěn)定性；根據(jù)變位速度判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機n 測試方法：水準(zhǔn)測量和三角高程測量u 監(jiān)測儀器與測點布設(shè)： 水準(zhǔn)測量：水準(zhǔn)儀和標(biāo)尺 三角高程：全站儀、反射片(棱鏡）、鋼尺等儀器2.3 拱頂下沉和周邊位移量測拱頂下沉和周邊位移量測n 監(jiān)測斷面布置n 測點布置：根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、量測斷面

14、所在位置、隧道埋置深度等條件確定級以下圍巖監(jiān)測點布置型式雙側(cè)壁導(dǎo)坑法監(jiān)測點布置型式級以上圍巖監(jiān)測點布置型式CRD法監(jiān)測點布置型式2.3 拱頂下沉和周邊位移量測拱頂下沉和周邊位移量測n 監(jiān)測頻率n 管理等級2.4 拱頂下沉和周邊位移量測拱頂下沉和周邊位移量測n 接觸量測法n 非接觸量測法2.4 錨桿質(zhì)量檢查錨桿質(zhì)量檢查-錨桿軸力量測錨桿軸力量測n 錨桿應(yīng)力量測測點布設(shè)n 量測目的了解錨桿受力狀態(tài)及軸力的大小，為確定合理的錨桿參數(shù)提供依據(jù)；判斷圍巖變形的發(fā)展趨勢，概略判斷圍巖內(nèi)強度下降區(qū)的界限；評價錨桿的支護效果；掌握圍巖內(nèi)應(yīng)力重分布的過程2.4 錨桿質(zhì)量檢查錨桿質(zhì)量檢查-錨桿軸力量測錨桿軸力量測

15、n 量測方法：采用ZX-425BT型鋼筋應(yīng)力計連接而成的量測錨桿；沿錨桿不同長度上布置原件，量測沿錨桿長度各點的軸力。2.4 錨桿質(zhì)量檢查錨桿質(zhì)量檢查-錨桿長度和飽滿度量測錨桿長度和飽滿度量測n 量測方法：采用錨桿質(zhì)量檢測儀進行無損檢測。系統(tǒng)由震源發(fā)射器、主機、檢波器和分析處理軟件組成。2.4 錨桿質(zhì)量檢查錨桿質(zhì)量檢查-錨桿長度和飽滿度量測錨桿長度和飽滿度量測質(zhì)量質(zhì)量分類分類波形特征波形特征注漿錨固注漿錨固狀態(tài)狀態(tài)注漿飽滿度注漿飽滿度百分比百分比長度長度指標(biāo)指標(biāo)評價評價結(jié)果結(jié)果優(yōu)優(yōu)波形規(guī)則，只有較微弱的底部反波形規(guī)則，只有較微弱的底部反射波或沒有底部反射波。射波或沒有底部反射波。密實密實90%

16、95%合格合格良良波形較規(guī)則，有底部反射波和局波形較規(guī)則，有底部反射波和局部有較微弱的反射波。部有較微弱的反射波。局部欠密實局部欠密實80%80%90%95%合格合格波形欠規(guī)則，有底部反射波和局波形欠規(guī)則，有底部反射波和局部有較強的反射波。部有較強的反射波。局部不密實局部不密實或空漿或空漿75%75%80%95%不合不合格格波形不規(guī)則，底部有較強的反射波形不規(guī)則，底部有較強的反射波或底部反射波提前（錨桿欠波或底部反射波提前（錨桿欠長），或有多處較強的反射波。長），或有多處較強的反射波。多處不密實多處不密實或空漿或空漿75%95%不合不合格格n 檢測評價標(biāo)準(zhǔn)2.4 錨桿質(zhì)量檢查錨桿質(zhì)量檢查-錨桿

17、長度和飽滿度量測錨桿長度和飽滿度量測n 不同質(zhì)量的波形2.5 圍巖內(nèi)部位移量測圍巖內(nèi)部位移量測n 量測目的：了解徑向位移分布；判斷開挖后圍巖的松動區(qū)和強度下降區(qū)；判斷錨桿長度是否適宜；判斷相鄰隧道施工對既有隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。n 地中位移量測測點布設(shè)2.5 圍巖內(nèi)部位移量測圍巖內(nèi)部位移量測n 測量儀器多點位移常使用的是四點鉆孔伸長計進行量測。它由四個鉆孔錨頭、四根量測鋼絲、一個測筒、四個電感式傳感器和它的量測儀器數(shù)字位移計組成2.6 圍巖壓力量測圍巖壓力量測n 測量目的圍巖壓力量測目的是了解初期支護實際受荷情況；了解初期支護對圍巖的支護效果；保證施工安全，優(yōu)化支護參數(shù)。n 量測方法：壓軸弦式

18、雙膜數(shù)碼壓力盒2.7 初期支護與二襯間的層間壓力量測初期支護與二襯間的層間壓力量測n 測量目的研究二次襯砌的作用與二次襯砌的實際受荷情況；了解初期支護傳遞給二次襯砌的力的大??；保證施工安全，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。 n 量測方法：壓軸弦式雙膜數(shù)碼壓力盒2.8 鋼支撐應(yīng)力量測鋼支撐應(yīng)力量測n 測量目的了解鋼支撐與噴射混凝土對圍巖的組合支護效果；了解鋼支撐的實際工作狀態(tài)；判斷初期支護承載能力，保證施工安全，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。 n 量測方法：表面弦式數(shù)碼應(yīng)變計2.9 二次襯砌應(yīng)變量測二次襯砌應(yīng)變量測n 測量目的了解二次襯砌的受力條件，判斷支護結(jié)構(gòu)長期使用的可靠性以及安全程度；檢驗二次襯砌設(shè)計的合理性，積累資料為類

19、似工程的設(shè)計提供經(jīng)驗 。 n 量測方法：混凝土應(yīng)變計3 3監(jiān)監(jiān)控控量量測測的的管管理理3.1 監(jiān)控量測組織機構(gòu)監(jiān)控量測組織機構(gòu)n成立監(jiān)測項目組，項目組由相關(guān)專業(yè)人員組成成立監(jiān)測項目組，項目組由相關(guān)專業(yè)人員組成3.2 監(jiān)控量測的量測處理系統(tǒng)監(jiān)控量測的量測處理系統(tǒng)4.1 監(jiān)測成果的整理與分析監(jiān)測成果的整理與分析n 在監(jiān)測過程中，監(jiān)測斷面多，監(jiān)測布設(shè)項目復(fù)雜，采集到的數(shù)據(jù)可以用海量來形容，如何在大量的數(shù)據(jù)中尋找有用的信息，進行數(shù)據(jù)分析，對隧道的穩(wěn)定性作出正確的判斷，就成為監(jiān)測的重中之中。n 以拱頂下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析為例簡要介紹現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與判斷。4監(jiān)監(jiān)測測數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理(a

20、)當(dāng)位移速率很快變小，時態(tài)曲線很快平緩，表明圍巖穩(wěn)定性良好，可適當(dāng)減弱襯砌；(b)當(dāng)位移速率逐漸減小，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(dāng)位移速率不變，則表明圍巖變形急劇增長，無穩(wěn)定趨勢，應(yīng)及時加強支護，必要時暫停掘進；(d)當(dāng)位移速率逐步增大，時態(tài)曲線出現(xiàn)反彎點，則表明圍巖已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)立即停止掘進，盡快采取加固措施。4.1 監(jiān)測成果的整理與分析監(jiān)測成果的整理與分析n 正常型：初期位移速度最大，以后日趨減少，下沉逐漸收斂。當(dāng)在出現(xiàn)收斂趨勢后，某一時間段內(nèi)拱頂位移趨近于零時，判定圍巖達到穩(wěn)定狀態(tài)。此類曲線占拱頂下沉監(jiān)測曲線的大部分。4.1 監(jiān)測成果的整理與分析監(jiān)測

21、成果的整理與分析n 反復(fù)型：此種曲線屬于比較安全范疇，一般是由于測量誤差和施工擾動引起的。此時圍巖比較穩(wěn)定，沒有發(fā)生內(nèi)部位移等。4.1 監(jiān)測成果的整理與分析監(jiān)測成果的整理與分析n 突變型：此類曲線是關(guān)注的重點。曲線一旦有突變發(fā)生，并且排除測量誤差、操作錯誤和測點松動破壞所引起的突變可能后，一般該點就是隧道穩(wěn)定與否的節(jié)點。4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的回歸分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的回歸分析n 測試數(shù)據(jù)散點分布規(guī)律，可選用下列之一函數(shù)式進行回歸分析4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的回歸分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的回歸分析n 采用對數(shù)函數(shù)回歸分析5監(jiān)控量測的信息反饋5.1 信息反饋流程信息反饋流程5.2監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗反饋方法監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗反饋方法n 在

22、復(fù)雜多變的隧道施工條件如何進行準(zhǔn)確的信息在復(fù)雜多變的隧道施工條件如何進行準(zhǔn)確的信息反饋與可靠的預(yù)測預(yù)報是監(jiān)控量測的主要內(nèi)容。反饋與可靠的預(yù)測預(yù)報是監(jiān)控量測的主要內(nèi)容。迄今為止，信息反饋與預(yù)測預(yù)報通過兩個途徑來迄今為止，信息反饋與預(yù)測預(yù)報通過兩個途徑來實現(xiàn)。實現(xiàn)。n 經(jīng)驗反饋法和理論反演分析法。經(jīng)驗反饋法和理論反演分析法。5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗反饋方法監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗反饋方法n 工程經(jīng)驗反饋法工程經(jīng)驗反饋法 建立在現(xiàn)場量測的基礎(chǔ)之上的，其核心是根據(jù)經(jīng)驗建立一些判斷標(biāo)準(zhǔn)來直接根據(jù)量測結(jié)果或回歸分析數(shù)據(jù)來判斷圍巖的穩(wěn)定性和支護系統(tǒng)的工作狀態(tài)。n 根據(jù)位移速率來判斷：根據(jù)位移速率來判斷： 當(dāng)位移速率小于

23、0.2mm/d時，則認為位移達到基本穩(wěn)定； 當(dāng)位移速率0.21mm/d時，表明位移大，應(yīng)加強觀測； 當(dāng)位移速率大于1mm/d時，應(yīng)報警，采取及時的安全措施。5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗反饋方法監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗反饋方法n 根據(jù)變形時態(tài)曲線的形態(tài)來判斷根據(jù)變形時態(tài)曲線的形態(tài)來判斷: : 當(dāng)變形速率不斷下降時（du2/d2t0），表明圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)； 當(dāng)變形速率保持不變時（du2/d2t =0），表明圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)考慮加強支護； 當(dāng)變形速率不斷上升時（du2/d2t0），表示圍巖進入危險狀態(tài)，必須立即停止開挖，加強支護。 圍巖穩(wěn)定綜合判斷1、實測位移值不應(yīng)大于隧道的極限位移。一般情況下，宜將隧道設(shè)計的預(yù)留

24、變形量作為極限位移，而設(shè)計變形量應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)構(gòu)不斷修正。 管理等級管理等級管理位移管理位移(mm)工狀態(tài)工狀態(tài)U(U0/3)可正常施工(U0/3)U(2U0/3)應(yīng)加強支護U(2U0/3)應(yīng)采取特殊措施注：注：U-實測位移值；實測位移值； U0 設(shè)計極限位移值。設(shè)計極限位移值。 圍巖穩(wěn)定綜合判斷2、根據(jù)位移速率判斷：速率大于、根據(jù)位移速率判斷：速率大于1mm/d時，圍巖處于急劇變化狀時，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，應(yīng)加強初期支護；速率變化在態(tài)，應(yīng)加強初期支護；速率變化在0.21.0mm/d時，應(yīng)加強觀測，時，應(yīng)加強觀測，做好加固的準(zhǔn)備；速率小于做好加固的準(zhǔn)備；速率小于0.2mm/d時，圍巖達到基本穩(wěn)

25、定。在高時，圍巖達到基本穩(wěn)定。在高地應(yīng)力、巖溶地層和擠壓地層等不良地質(zhì)中，應(yīng)根據(jù)具體情況制定地應(yīng)力、巖溶地層和擠壓地層等不良地質(zhì)中，應(yīng)根據(jù)具體情況制定判斷標(biāo)準(zhǔn)。判斷標(biāo)準(zhǔn)。3、根據(jù)位移速率變化趨勢判斷：當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時，圍、根據(jù)位移速率變化趨勢判斷：當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)圍巖位移速率變化保持不變時，圍巖尚不穩(wěn)定，巖處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)圍巖位移速率變化保持不變時，圍巖尚不穩(wěn)定，應(yīng)加強支護；當(dāng)圍巖位移速率變化上升時，圍巖處于危險狀態(tài)，必應(yīng)加強支護；當(dāng)圍巖位移速率變化上升時，圍巖處于危險狀態(tài)，必須立即停止掘進，采取應(yīng)急措施。須立即停止掘進，采取應(yīng)急措施。 圍巖穩(wěn)定綜合判斷4

26、、初期支護承受壓力、應(yīng)變、壓力實測值與允許值之比大于或等、初期支護承受壓力、應(yīng)變、壓力實測值與允許值之比大于或等于于0.8時，圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)加強初期支護；初期支護承受的應(yīng)力、時，圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)加強初期支護；初期支護承受的應(yīng)力、應(yīng)變、壓力實測值與允許值之比小于應(yīng)變、壓力實測值與允許值之比小于0.8時，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。時，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。 u計算機軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，為隧道監(jiān)控量測技計算機軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，為隧道監(jiān)控量測技術(shù)開辟了新的方向。數(shù)據(jù)庫技術(shù)和術(shù)開辟了新的方向。數(shù)據(jù)庫技術(shù)和Web技術(shù)相結(jié)合運用到技術(shù)相結(jié)合運用到量控監(jiān)測已經(jīng)成為一個新的發(fā)展趨勢。量控監(jiān)測已經(jīng)成為一個新的發(fā)展

27、趨勢。6.1 遠程監(jiān)控遠程監(jiān)控u光纖光柵（光纖光柵（FBG）傳感器的使用：測量多個物理量。包）傳感器的使用：測量多個物理量。包括應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等。括應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等。u數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與隧道管理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與隧道管理系統(tǒng)，通過相關(guān)數(shù)據(jù)處理得出隧道安全預(yù)警等級。相關(guān)數(shù)據(jù)處理得出隧道安全預(yù)警等級。6.2 隧道安全預(yù)警隧道安全預(yù)警專題三：超前地質(zhì)預(yù)報專題三：超前地質(zhì)預(yù)報三、超前預(yù)報 地質(zhì)超前預(yù)報定義 隧道工程施工階段的地質(zhì)超前預(yù)報是根據(jù)隧道開挖揭示的洞身圍巖條件的變化趨勢和采用各種地球物理探測手段對隧道施工掌子面前方地質(zhì)情況的探測結(jié)果，結(jié)合洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查、掌

28、子面素描結(jié)果和預(yù)報人員地質(zhì)經(jīng)驗，對隧道施工掌子面前方可能遇到的不良地質(zhì)體及由此可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害的性質(zhì)、分布位置、規(guī)模的預(yù)測。三、超前預(yù)報 地質(zhì)超前預(yù)報必要性 大量的隧道工作建設(shè)實踐表明，由于地質(zhì)勘察精度、經(jīng)費等諸多條件的限制，根據(jù)地質(zhì)勘察資料做出的設(shè)計與實際不符的情況屢有發(fā)生，由此而來的隧道洞內(nèi)塌方、涌水、涌泥、涌沙、巖爆、瓦斯爆炸等災(zāi)害時有發(fā)生，從而給隧道施工造成極大的危害。因此，在隧道施工期間，采用各種技術(shù)、手段和方法對隧道掌子面前方地質(zhì)條件進行及時準(zhǔn)確的預(yù)測，是提前采取預(yù)防措施、避免災(zāi)害的發(fā)生或在一定程度上減少因災(zāi)害造成的損失、保證隧道施工安全的需要。三、超前預(yù)報 地質(zhì)超前預(yù)報目的 進

29、一步查清隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)進一步查清隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，指導(dǎo)工程施工的順利進行。條件，指導(dǎo)工程施工的順利進行。降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率和危害程度。降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率和危害程度。為優(yōu)化工程設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)。為優(yōu)化工程設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)。三、超前預(yù)報 地質(zhì)超前預(yù)報主要內(nèi)容 地層巖性預(yù)測預(yù)報，特別是對軟弱夾層、破碎地層、煤層及特殊巖土的預(yù)測預(yù)報。地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測預(yù)報，特別是對斷層、節(jié)理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構(gòu)造發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報。不良地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，特別是對巖溶、人為坑洞、瓦斯等發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報。地下水預(yù)測預(yù)報，特別是對巖溶管道水及富水地層中的裂隙水

30、等發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報。三、超前預(yù)報 地質(zhì)超前預(yù)報分類 目前常用的超前地質(zhì)預(yù)報方法較多，主要可分為目前常用的超前地質(zhì)預(yù)報方法較多，主要可分為地質(zhì)地質(zhì)分析方法分析方法和和地球物理探測方法地球物理探測方法兩大類。兩大類。p地質(zhì)分析方法主要有地質(zhì)分析方法主要有地面地質(zhì)調(diào)查法、掌子面地質(zhì)調(diào)查地面地質(zhì)調(diào)查法、掌子面地質(zhì)調(diào)查法、超前水平鉆孔法、超前導(dǎo)坑法法、超前水平鉆孔法、超前導(dǎo)坑法等。等。p地球物探探測方法主要有地球物探探測方法主要有地質(zhì)雷達法、地質(zhì)雷達法、TSP地震反射波地震反射波法、瞬變電磁法、法、瞬變電磁法、 Beam超前預(yù)報法、陸地聲納法、紅外超前預(yù)報法、陸地聲納法、紅外輻射測溫法、聲波發(fā)射法輻射

31、測溫法、聲波發(fā)射法等。等。三、超前預(yù)報 地面地質(zhì)調(diào)查法地面地質(zhì)調(diào)查法 地面地質(zhì)調(diào)查法是隧道地質(zhì)預(yù)報中使用最早的方法。該方法通過地面地質(zhì)調(diào)查法是隧道地質(zhì)預(yù)報中使用最早的方法。該方法通過調(diào)查與分析地表工程地質(zhì)條件調(diào)查與分析地表工程地質(zhì)條件，了解隧道所處地段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，了解隧道所處地段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，推斷前方的地質(zhì)情況。調(diào)查的內(nèi)容包括地層與巖性的產(chǎn)出特征、斷裂推斷前方的地質(zhì)情況。調(diào)查的內(nèi)容包括地層與巖性的產(chǎn)出特征、斷裂構(gòu)造與節(jié)理的發(fā)育規(guī)律、巖溶帶發(fā)育的部位、走向、形態(tài)等，預(yù)測隧構(gòu)造與節(jié)理的發(fā)育規(guī)律、巖溶帶發(fā)育的部位、走向、形態(tài)等，預(yù)測隧道掌子面前方的不良地質(zhì)體可能的類型、出露部位、規(guī)模大小等，以

32、道掌子面前方的不良地質(zhì)體可能的類型、出露部位、規(guī)模大小等，以便隧道施工中采取合理的工藝與措施，避免事故。這種預(yù)報方法在隧便隧道施工中采取合理的工藝與措施，避免事故。這種預(yù)報方法在隧道埋深較淺、構(gòu)造不太復(fù)雜的情況下有很高的準(zhǔn)確性，但是在構(gòu)造比道埋深較淺、構(gòu)造不太復(fù)雜的情況下有很高的準(zhǔn)確性，但是在構(gòu)造比較復(fù)雜地區(qū)和隧道深埋較大的情況下，該方法工作難度較大，準(zhǔn)確性較復(fù)雜地區(qū)和隧道深埋較大的情況下，該方法工作難度較大，準(zhǔn)確性較差。較差。地質(zhì)分析法三、超前預(yù)報 掌子面地質(zhì)調(diào)查法 掌子面素描的主要內(nèi)容包括巖性、產(chǎn)狀、巖體結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙情況、風(fēng)化卸荷特征、地下水特征、圍巖變形破壞特征等。通過對掌子面進行詳細

33、的地質(zhì)素描，我們可以對掌子面前方510范圍內(nèi)的地層巖性、地下水狀況、地應(yīng)力大小、圍巖級別以及其所處的構(gòu)造環(huán)境做出定性判斷；通過斷層前兆預(yù)測法以及地應(yīng)力定性判斷標(biāo)志，對掌子面前方510m范圍內(nèi)是否出現(xiàn)斷層和地應(yīng)力高低能做出宏觀上的判斷。 地質(zhì)分析法三、超前預(yù)報 超前水平鉆孔法 超前水平鉆孔法是在隧道掌子面進行超前水平鉆探，通過鉆進速度測試、巖芯采取率統(tǒng)計、鉆孔巖芯鑒定等手段來確定掌子面前方地層的展布、地層巖石的軟硬程度、巖體完整性及可能存在的斷層、孔洞的分布位置。 超前鉆探是超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)體系的主要組成部分，占有重要的地位，具有不可缺少、不可替代的作用。特別是在巖溶、瓦斯隧道的超前地質(zhì)預(yù)報中，

34、更是起著突出的作用。也是對TSP隧道地震波預(yù)報、地質(zhì)雷達探報及紅外預(yù)報等手段探測到的不良地質(zhì)體的驗證，是用水平鉆機直接揭露掌子面前方巖體來了解掌子面地質(zhì)情況的一種可靠的方法。地質(zhì)分析法三、超前預(yù)報 地質(zhì)雷達法 地質(zhì)雷達（地質(zhì)雷達（Ground penetrating Ground penetrating RadarRadar，簡稱，簡稱GPRGPR）法是一種用于探測地下）法是一種用于探測地下介質(zhì)的電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達法是利用高頻介質(zhì)的電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達法是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，由掌子面電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，由掌子面通過發(fā)射天線向前發(fā)射，當(dāng)遇到異常地質(zhì)通過發(fā)射天線向前發(fā)射，當(dāng)遇

35、到異常地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時發(fā)生反射并返回，被接體或介質(zhì)分界面時發(fā)生反射并返回，被接收天線接收，并由主機記錄下來，形成雷收天線接收，并由主機記錄下來，形成雷達剖面圖。通過雷達圖像的處理和分析，達剖面圖。通過雷達圖像的處理和分析，可確定掌子面前方界面或目標(biāo)體的空間位可確定掌子面前方界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)特征。置或結(jié)構(gòu)特征。地球物理探測法地質(zhì)雷達探測示意圖三、超前預(yù)報 地質(zhì)雷達法地球物理探測法地質(zhì)雷達探測工作照片三、超前預(yù)報 TSP地震反射波法 TSP地震反射波法是瑞士Amberg測量技術(shù)公司于20世紀(jì)90年代初期研制開發(fā)的一套隧道地震超前預(yù)報系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用地震波反射原理，利用地震波在不均勻

36、地質(zhì)構(gòu)造中產(chǎn)生的反射波特性來準(zhǔn)確預(yù)報隧道施工前方150m范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和巖石特性變化；同時，還可以提供楊氏模量、泊松比等巖石力學(xué)參數(shù)，也可預(yù)測圍巖級別，從而更清晰地反映前方的地質(zhì)狀況。地球物理探測法三、超前預(yù)報 TSP地震反射波法地球物理探測法TSP探測工作照片三、超前預(yù)報 瞬變電磁法 瞬變電磁法是一種時間域電磁法，它是利用階躍波形電磁脈沖激發(fā)，利用不接地回線向地下發(fā)射一次場，在一次場的激勵下在地質(zhì)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，其大小取決于該地質(zhì)體的導(dǎo)電能力，導(dǎo)電能力強則感應(yīng)渦流強。一次場消失后，渦流不能立即消失，它將有一個過渡過程（衰減過程），該過渡過程又產(chǎn)生一個衰減的二次場向地下傳播。在地表用接收線圈接

37、收二次場，該二次場的變化，將反映地下介質(zhì)的電性情況，在接收機中按不同的延遲時間測量二次感應(yīng)電動勢，得到二次場隨時間衰減特性，從而達到尋找各種地質(zhì)目標(biāo)的一種物理勘探方法。地球物理探測法三、超前預(yù)報 瞬變電磁法地球物理探測法瞬變電磁儀三、超前預(yù)報綜合預(yù)報原則 超前預(yù)報綜合分析的目的是為了綜合多種優(yōu)勢互補的預(yù)報方法，利用反映介質(zhì)不同物理特性的不同方法之間的綜合解釋，最大限度地消除物探解釋的非唯一性，分析及推斷前方的不良地質(zhì)情況，預(yù)測可能發(fā)生的施工地質(zhì)災(zāi)害及等級。隧道超前綜合預(yù)報應(yīng)“以地質(zhì)分析為核心，綜合物探分析，洞內(nèi)外結(jié)合、長短預(yù)測結(jié)合，物性參數(shù)互補”為原則。其中： “以地質(zhì)分析為核心，綜合物探分析

38、”是指以地面地質(zhì)調(diào)查和掌子面地質(zhì)調(diào)查為核心，結(jié)合TSP、地質(zhì)雷達、瞬變電磁法等物探方法。三、超前預(yù)報綜合預(yù)報原則 “洞內(nèi)外結(jié)合”是指洞外預(yù)報和洞內(nèi)預(yù)報相結(jié)合，并以洞內(nèi)預(yù)報為主，如地面地質(zhì)調(diào)查是洞外預(yù)報，掌子面素描、超前鉆探和各種物探方法是洞內(nèi)預(yù)報。 “長短預(yù)測結(jié)合”是指在長距離預(yù)報的指導(dǎo)下，進行短距離精確預(yù)報，如地面地質(zhì)調(diào)查和TSP是長距離預(yù)報，掌子面素描、地質(zhì)雷達、超前鉆探等是短距離預(yù)報。 “物性參數(shù)互補”是指選取的物探預(yù)報方法其預(yù)報物性參數(shù)應(yīng)相互補充配合，如TSP探測和地質(zhì)雷達探測配合、TSP探測和瞬變電磁法探測配合等。三、超前預(yù)報綜合預(yù)報原則 在上述地質(zhì)分析和物理探測的基礎(chǔ)上，對掌子面前方基本地質(zhì)情況（包括巖性、巖體強度、圍巖完整性、斷層破碎帶、地下水情況、圍巖類別等）進行綜合分析預(yù)報，判斷是否存在不良地質(zhì)體。若不存在不良地質(zhì)體，則按照通常方式繼續(xù)施工；若存在不良地質(zhì)體，結(jié)合地質(zhì)綜合分析，應(yīng)判斷是否會演變成地質(zhì)災(zāi)害。此時，如果預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害強度低，危險性不高，則直接采取常規(guī)措施處理后繼續(xù)施工；如果預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害強度高、危險性大，則需采用超前鉆探、超前導(dǎo)洞等方法進行驗證。如果確認地質(zhì)災(zāi)害危險性高，應(yīng)采取其相應(yīng)的防治措施對策。專題四專題四 監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報案例監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報案例n 監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報案例