隧道監(jiān)控量測(選測)

1、項目二項目二任務三任務三 隧道監(jiān)控量測儀器的認知隧道監(jiān)控量測儀器的認知壓力盒壓力盒應變計應變計教學目標教學目標v學會安裝壓力盒、應變計學會安裝壓力盒、應變計v能夠對量測數(shù)據(jù)進行處理，并進行初步分析，可能夠對量測數(shù)據(jù)進行處理，并進行初步分析，可以對施工和設計進行簡單的優(yōu)化。以對施工和設計進行簡單的優(yōu)化。一、壓力盒的使用一、壓力盒的使用 主要用于長期監(jiān)測土石壩、高層建筑、擋土墻、橋墩、地鐵、鐵路、隧道、路面等土木工程所受到的巖土體壓應力。 在隧道中，壓力盒主要測量圍巖與初期支護間、初期支護與二次襯砌間、仰拱與圍巖之間的壓力及其隨時間變化； 測點布設：應把壓力盒測點布設在具有代表性的斷面測點布設：應

2、把壓力盒測點布設在具有代表性的斷面的關鍵部位上，如拱頂、拱腰、拱腳等，并對各測點逐一的關鍵部位上，如拱頂、拱腰、拱腳等，并對各測點逐一進行編號。進行編號。 量測：采用頻率計采集壓力盒頻率，根據(jù)壓力盒的頻量測：采用頻率計采集壓力盒頻率，根據(jù)壓力盒的頻率，將量測數(shù)據(jù)直接換算成相應的接觸壓力。率，將量測數(shù)據(jù)直接換算成相應的接觸壓力。 圍巖圍巖初期支護與二次襯砌接觸壓力初期支護與二次襯砌接觸壓力圍巖圍巖圍巖與初期支護接觸壓力圍巖與初期支護接觸壓力壓壓力力盒盒埋埋設設二、應變計的使用二、應變計的使用 適用于長期埋設在混凝土結構的梁、擋土墻、柱襯砌、樁基適用于長期埋設在混凝土結構的梁、擋土墻、柱襯砌、樁基

3、、水工建筑物、支撐、墩與底腳中，監(jiān)測其應力大小與應變量。、水工建筑物、支撐、墩與底腳中，監(jiān)測其應力大小與應變量。 在隧道中，應變計主要測量鋼拱架的應變和應力及其隨時間在隧道中，應變計主要測量鋼拱架的應變和應力及其隨時間變化變化 ；測量初支噴射混凝土、二襯和仰拱中混凝土的應變和應力；測量初支噴射混凝土、二襯和仰拱中混凝土的應變和應力及其隨時間變化。及其隨時間變化。 鋼支撐應力量測鋼支撐應力量測 鋼支撐應力量測鋼支撐應力量測 二襯應力量測二襯應力量測傳感器導線的引用埋設傳感器導線的引用埋設引線引線高坎隧道傳感器導線盒高坎隧道傳感器導線盒 根據(jù)瑤寨隧道斷層破碎帶現(xiàn)場實際圍巖條件，選取了YK47+23

4、2斷面，此斷面圍巖以充填型黃土為主，局部夾有塊碎狀強風化灰?guī)r，整體呈泥夾石狀，巖體整體穩(wěn)定性差，局部有小坍塌。測試斷面掌子面照片如下圖所示。 瑤寨隧道斷層破碎帶量測受力測試方案瑤寨隧道斷層破碎帶量測受力測試方案測試斷面掌子面圍巖現(xiàn)場測試元件埋設情況 瑤寨隧道斷層破碎帶YK47+232斷面結構受力現(xiàn)場測試從2011年8月開始至2012年1月，歷時6個月的時間，通過半年的現(xiàn)場觀測，獲得了大量數(shù)據(jù)。斷層破碎帶結構受力結果分析斷層破碎帶結構受力結果分析 本次測試元件全部采用鋼弦式傳感器。其工作原理是由鋼弦的應力變化轉變?yōu)殇撓艺饎宇l率的變化，通過頻率儀來測定鋼弦震動頻率，從而測出鋼弦應力的變化。其計算公

5、式為：現(xiàn)場測試元件及其工作原理現(xiàn)場測試元件及其工作原理 )(202ffKP 式中 ：f 測試元件受力后鋼弦的頻率； f。 測試元件未受力時鋼弦的頻率； K 標定系數(shù)，與傳感器構造有關，各傳感器均不相同； P 測試元件所受的力。壓力盒數(shù)據(jù)處理學習任務壓力盒數(shù)據(jù)處理學習任務v監(jiān)控量測監(jiān)控量測.doc壓力分布圖（單位：kPa）圍巖與初期支護之間壓力測試結果分析圍巖與初期支護之間壓力測試結果分析A1A2A3A4A530.6105.634.588.828.8 圍巖與初期支護之間的接觸壓力呈不均勻分布，總體看兩側基本對稱，其中左拱腰和右拱腰壓力相對較大，分別為105.6KPa和88.8KPa；拱頂?shù)膲毫ο?/p>

6、對較小，為34.5KPa，這是由于拱頂應力充分釋放的原因，而左、右邊墻的壓力相對較小，分別為30.6 KPa和28.8 KPa，總體呈貓耳朵狀分布。 從時態(tài)曲線可知，拱頂和邊墻位置的壓力起始變化幅度都不大，隨時間也是緩慢小幅度增長，相比較而言，襯砌拱腰位置的壓力隨時間逐漸大幅度增大，直到72天二襯施作后圍巖與初期支護的接觸壓力才逐漸穩(wěn)定下來，說明二襯結構已經開始受力，發(fā)揮作用。圍巖與初期支護之間壓力測試結果分析圍巖與初期支護之間壓力測試結果分析時態(tài)曲線壓力分布圖（單位：kPa）圍巖與仰拱之間壓力測試結果分析圍巖與仰拱之間壓力測試結果分析時態(tài)曲線 仰拱與圍巖的接觸壓力隨時間變化逐漸增大，特別是B

7、1、B2、B5位置處隨時間變化接觸壓力增大幅度較大，而且仰拱整體所受壓力值相比較初支與圍巖壓力值較大，其中B1位置所受壓力為219KPa，B2位置所受壓力為88KPa，B5位置所受壓力為152KPa，這是由于仰拱與圍巖接觸壓力承受了仰拱本身的垂直壓力以及大部分隧道襯砌所受的垂直壓力所致。壓力分布圖（單位：kPa）初支與二襯之間壓力測試結果分析初支與二襯之間壓力測試結果分析時態(tài)曲線 初期支護與二次襯砌之間壓力分布不均勻，左側接觸壓力比右側接觸壓力略大，這與初支與圍巖接觸壓力分布基本一致，主要原因是由于破碎帶處的圍巖條件下的受力不均勻。 從時態(tài)曲線上來看，初期支護與二次襯砌的接觸壓力總體變化比較平

8、穩(wěn)，振幅變化較小，起始壓力有些小幅度的波動，直到44天后受力完全穩(wěn)定。鋼拱架應力測試結果分析鋼拱架應力測試結果分析鋼拱架內緣應力分布圖（單位：MPa）負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓E1E2E3E4E5-16.5-48.529.146.452.5E6E7-5.359.4F1F2F3F4F558.535.341.953.225.4F6F752.5-36.5鋼拱架外緣應力分布圖（單位：MPa）負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓 鋼拱架以受壓為主，其中內環(huán)拱頂、右拱腰、右邊墻及右拱腳處鋼拱架均受壓，而左拱腰、左邊墻和左拱腳均受拉，最大值出現(xiàn)在右邊墻E6處鋼拱架所

9、受壓應為59.4MPa，最小值出現(xiàn)在左邊墻E2處鋼拱架所受拉應力為5.3 MPa。外環(huán)除右邊墻外全部受壓，最大值出現(xiàn)在左拱腳F1處鋼拱架所受壓應為58.5MPa，最小值出現(xiàn)在右拱腳F7處鋼拱架所受壓應力為25.4 MPa。在整個初期支護系統(tǒng)中鋼拱架所受應力較大，從中可看出鋼拱架承受了圍巖較大的荷載，這樣對提高初期支護結構的整體強度，起到了很好的支護效果。鋼拱架應力測試結果分析鋼拱架應力測試結果分析鋼拱架內緣時態(tài)曲線（單位：MPa）負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓鋼拱架外緣時態(tài)曲線（單位：MPa）負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓 鋼拱架應力隨時間變化波動較

10、大，大部分測點處的應力隨時間逐漸增大，個別測點處應力隨時間逐漸減小，直到72天施作二次襯砌后，鋼拱架應力走勢明顯出現(xiàn)轉折，之后均有不同程度的減小并逐步趨于穩(wěn)定，說明二次襯砌分擔了初期支護的一部分應力，初期支護系統(tǒng)中鋼拱架的支護效果比較明顯，對于斷層破碎帶處隧道來說，施作鋼拱架是很有必要的，鋼拱架在整個初期支護系統(tǒng)中起到了很好的支護作用。應力分布圖（單位：MPa）負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓二襯混凝土應力測試結果分析二襯混凝土應力測試結果分析時態(tài)曲線負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓 由二次襯砌應力分布圖可以看出，隧道不同位置測點處的混凝土應力差別較大，

11、二次襯砌以拉應力為主，只有左拱腰是壓應力，其余部位都是拉應力，拱頂G3位置處拉應力最大，為3.13MPa，左邊墻G1位置處拉應力最小，為0.02MPa，在G2、G3位置出現(xiàn)了較大應力，整體左側受力大于右側受力，這與二襯與初支接觸壓力基本一致。從時態(tài)曲線可以看出，二次襯砌中的混凝土應力除左拱腰外基本都是隨時間逐漸減小，相對來說應力增幅較小。應力分布圖（單位：MPa）負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓仰拱混凝土應力測試結果分析仰拱混凝土應力測試結果分析時態(tài)曲線負號表示受拉，正號表示受壓負號表示受拉，正號表示受壓 由仰拱混凝土應力分布圖可以看出，不同位置混凝土的應力差別較大，仰拱在

12、H1和H3位置處的應力比拱底H2位置處的應力相對較大，H1位置處的混凝土壓應力最大，為3.07MPa，拱底H2位置處應力最小，為1.72MPa，仰拱左側受壓，右側受拉，這與仰拱與圍巖接觸壓力分布基本一致。 從仰拱時態(tài)曲線可以看出，仰拱混凝土應力基本隨時間逐漸減小，應力變化較小，應力走勢曲線波動較小，大約在61天后應力逐漸趨于穩(wěn)定。一次襯砌與二次襯砌所受荷載分擔比一次襯砌與二次襯砌所受荷載分擔比初襯與二襯荷載分擔比測試結果分析初襯與二襯荷載分擔比測試結果分析 從表中可以看出：初期支護荷載分擔比為83.9%，二次襯砌荷載分擔比為16.1%；這說明在斷層破碎帶處隧道施工中，以噴射混凝土、鋼拱架和錨桿為系統(tǒng)的初期支護作為主要的隧道支護結構承擔了絕大部分的荷載，與二次襯砌結合有效的提高了支護系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在斷層破碎帶地質條件下修筑隧道時，初支應該按照主要的承載結構來設計，而二次襯砌在設計時，不能僅僅作為