隧道監(jiān)控量測

1、隧道監(jiān)控量測隧道監(jiān)控量測北京交通大學隧道中心北京交通大學隧道中心劉保國教授劉保國教授2006年年2月月16日日1大變形預防與處理大變形預防與處理隧道監(jiān)控量測隧道監(jiān)控量測一一 監(jiān)控量測目的監(jiān)控量測目的二二 監(jiān)控量測內容監(jiān)控量測內容3 斷面與測點布置斷面與測點布置4 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集五五 資料分析與信息反饋資料分析與信息反饋六六 監(jiān)測管理體系與保證措施監(jiān)測管理體系與保證措施一一 監(jiān)控量測目的監(jiān)控量測目的 （1）通過圍巖內部位移和彈性波的測試，了解）通過圍巖內部位移和彈性波的測試，了解圍巖松動破壞范圍，對圍巖穩(wěn)定性做出評價；圍巖松動破壞范圍，對圍巖穩(wěn)定性做出評價； （2）通過圍巖壓力和支護結構內力測

2、定，了解）通過圍巖壓力和支護結構內力測定，了解支護結構的受力狀況和應力分布，對原支護結構支護結構的受力狀況和應力分布，對原支護結構形式、支護參數(shù)和支護時間做出評價；形式、支護參數(shù)和支護時間做出評價； （3）通過測定錨桿內力，了解錨桿的工作狀態(tài)。）通過測定錨桿內力，了解錨桿的工作狀態(tài)。 了達到以上的監(jiān)控量測目的，量測工作需貫了達到以上的監(jiān)控量測目的，量測工作需貫穿隧道施工的全過程。量測數(shù)據(jù)及其分析結果可穿隧道施工的全過程。量測數(shù)據(jù)及其分析結果可立即與事先預設計支護參數(shù)相比較，并對預設計立即與事先預設計支護參數(shù)相比較，并對預設計做出正確評價，如量測結果與原設計有較大出入，做出正確評價，如量測結果與

3、原設計有較大出入，有必要對支護作加強和減弱的修正，使隧道的設有必要對支護作加強和減弱的修正，使隧道的設計和施工納入動態(tài)的科學管理中。計和施工納入動態(tài)的科學管理中。二二 監(jiān)控量測內容監(jiān)控量測內容三三 斷面與測點布置斷面與測點布置3.1 斷面設置斷面設置必測項目：必測項目：每每10105050米設一個斷面。米設一個斷面。選測項目：選測項目：代表性地段設置斷面，各選測代表性地段設置斷面，各選測項目盡可能布置在同一個斷面上。項目盡可能布置在同一個斷面上。錨桿拉拔：錨桿拉拔：每每300300根作為一組，每組抽檢根作為一組，每組抽檢3 3根。根。3.2 測點布置與測試儀器測點布置與測試儀器（1 1）拱頂下

4、沉與水平收斂）拱頂下沉與水平收斂設計標高拱頂下沉測樁隧道中心線水平收斂測樁ACEO1O2O2（a） 全斷面開挖時1.5m拱頂下沉測樁隧道中心線B水平收斂測樁AO2設計標高O1CO21.5m2.0mED（b） 上下臺階開挖時JSS30A20m型型收斂計（數(shù)顯式）收斂計（數(shù)顯式）精度：精度：0.01mm銦鋼尺水準儀普通鋼卷尺拱頂測樁（倒三角環(huán)）標準高程點圖13 拱頂下沉測試示意圖DSZ2型精密水準儀FS1平板測微器精度：0.01mm（2 2）錨桿內力）錨桿內力A、分離式隧道、分離式隧道1.5mO2O1O2234114 3 21 2 3 423411 2 3 4隧道中心線設計標高0.37m1.10m

5、1.83m2.56m分離式隧道測力錨桿布置斷面14 3 22341234114 3 21 2 3 41 2 3 43214123O1O2設計標高設計標高O1O2初支二襯0.37m1.10m1.83m2.56m連拱隧道測力錨桿布置斷面B、連拱式隧道、連拱式隧道（3 3）錨桿拉拔）錨桿拉拔錨桿初期支護油缸錨具油管壓力指示器手柄ZY30最大拉拔最大拉拔力力300KN（4 4）地表下沉）地表下沉454510m525m1535m10m1035m5m5m不動點不動點測點地表下沉測點布置隧道中心線O1O2O2設計標高（5 5）其它選測）其它選測A、分離式隧道、分離式隧道設計標高O2O1O2隧道中心線1.5m

6、壓力盒鋼筋計應力計ABCDE設計標高O2O1設計標高O1O2初支二襯壓力盒鋼筋計應力計ABDDCBACB、連拱式隧道、連拱式隧道初期支護鋼弦式壓力傳感器圍巖壓力傳感器布置示意圖XYJ40.2MPa 初噴與二襯之間接觸壓力傳感器布置示意圖二襯鋼弦式壓力傳感器初期支護XYJ40.2MPa 鋼拱架內力傳感器布置示意圖初期支護鋼拱架鋼弦式鋼筋計XJG222 初期支護鋼弦式應力計初襯內應力傳感器布置示意圖XJH220MPa 二襯初期支護二襯內應力傳感器布置示意圖鋼弦式應力計XJH220MPa 四四 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理1 周邊位移、拱頂下沉周邊位移、拱頂下沉1111 nnnnnnnnLT

7、TDLDLu)()()( niiuu0拱頂下沉按以下公式進行預處理拱頂下沉按以下公式進行預處理)()(12110210 nnnnnHHHHHHH周邊位移按以下公式進行預處理周邊位移按以下公式進行預處理 niiHH0然后采用以下的負指數(shù)方程進行非線性回歸，然后采用以下的負指數(shù)方程進行非線性回歸，ktbeau 000 tktbeau以上回歸采用以上回歸采用Origin 6.0軟件完成。軟件完成。 根據(jù)以下的邊值條件，可推斷得出初測前的累根據(jù)以下的邊值條件，可推斷得出初測前的累計位移計位移u u0 0和時間趨向無窮時的最大位移和時間趨向無窮時的最大位移 umaxmaxmaxubeautkt 0 根據(jù)

8、上述公式可進一步得到根據(jù)上述公式可進一步得到t t= =T T（以天為單位）（以天為單位）時刻的位移速度時刻的位移速度v和之前的累積位移占最大推斷位和之前的累積位移占最大推斷位移的百分比移的百分比Iu Ttktbkev %/ )(max1000 ubeauITtktu2 錨桿內力、選測項目錨桿內力、選測項目 錨桿內力和選測項目均采用鋼弦式傳感器，原錨桿內力和選測項目均采用鋼弦式傳感器，原始實測數(shù)據(jù)為傳感器鋼弦震動頻率，根據(jù)每個傳感始實測數(shù)據(jù)為傳感器鋼弦震動頻率，根據(jù)每個傳感器出廠率定表，可按以下公式轉換為力或應力器出廠率定表，可按以下公式轉換為力或應力)(202ffKP K為率定系數(shù)，為率定系

9、數(shù)，f0為初頻（為初頻（Hz），），f為實測頻率（為實測頻率（Hz）四四 資料分析與反饋資料分析與反饋 隧道圍巖周邊位移是圍巖動態(tài)的顯著表現(xiàn)，是隧道圍巖周邊位移是圍巖動態(tài)的顯著表現(xiàn)，是判定圍巖穩(wěn)定性的最主要現(xiàn)場量測項目。根據(jù)我國判定圍巖穩(wěn)定性的最主要現(xiàn)場量測項目。根據(jù)我國現(xiàn)行公路隧道施工技術規(guī)范（現(xiàn)行公路隧道施工技術規(guī)范（JTJ04294）規(guī)定，）規(guī)定，隧道周邊允許相對位移值如下表。隧道周邊允許相對位移值如下表。 1 周邊位移、拱頂下沉周邊位移、拱頂下沉 二次襯砌的施作需滿足：二次襯砌的施作需滿足： （1）周邊位移明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定；）周邊位移明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定； （2）已發(fā)生的位移達

10、到預計總位移的）已發(fā)生的位移達到預計總位移的8090%； （3）周邊位移速率小于）周邊位移速率小于0.1 0.2mm/d，或拱頂下，或拱頂下沉速率小于沉速率小于0.07 0.15mm/d隧道周邊允許相對位移值隧道周邊允許相對位移值(%) 覆覆蓋蓋層層厚厚度度 圍圍巖巖類類別別 50m 50300m 300m 0.10.3 0.20.5 0.41.2 0.150.5 0.41.2 0.82.0 0.20.8 0.61.6 1.03.0 注注： 相相對對位位移移值值是是指指實實測測位位移移值值與與兩兩側側點點距距離離之之比比，或或拱拱頂頂下下沉沉與與隧隧道道寬寬度度比比； 脆脆性性圍圍巖巖取取表表

11、中中較較小小值值，塑塑性性圍圍巖巖取取表表中中較較大大值值； 類類圍圍巖巖可可按按工工程程類類比比初初步步選選定定允允許許值值范范圍圍； 本本表表所所列列數(shù)數(shù)值值可可在在施施工工過過程程中中通通過過實實測測和和資資料料積積累累作作適適當當修修正正。 2 錨桿軸力錨桿軸力 錨桿軸向力是檢驗錨桿效果與錨桿強度的依據(jù)，錨桿軸向力是檢驗錨桿效果與錨桿強度的依據(jù)，可根據(jù)錨桿極限抗拉強度與錨桿應力的比值可根據(jù)錨桿極限抗拉強度與錨桿應力的比值K（安（安全系數(shù)）做出判斷。通常應保證全系數(shù)）做出判斷。通常應保證K1。否則應。否則應增加增加錨桿數(shù)量或加粗錨桿直徑錨桿數(shù)量或加粗錨桿直徑。3 圍巖壓力圍巖壓力 圍巖壓

12、力大小與圍巖變形及支護結構的剛度密切圍巖壓力大小與圍巖變形及支護結構的剛度密切相關。分三種情況：相關。分三種情況： （1）圍巖壓力大變形量也大，此時應加強支護，）圍巖壓力大變形量也大，此時應加強支護，以限制圍巖變形和控制圍巖壓力的增長；以限制圍巖變形和控制圍巖壓力的增長； （3）圍巖壓力很小，但其變形量卻很大時，則）圍巖壓力很小，但其變形量卻很大時，則圍巖將會失去穩(wěn)定，此時應立即停止開挖，加強圍圍巖將會失去穩(wěn)定，此時應立即停止開挖，加強圍巖支護和采取輔助施工措施進行加固處理。巖支護和采取輔助施工措施進行加固處理。 （2）圍巖壓力大，但變形量并不很大，這表明）圍巖壓力大，但變形量并不很大，這表明

13、支護時機和支護的封底時間可能過早或支護尺寸及支護時機和支護的封底時間可能過早或支護尺寸及剛度太大，這時應作適當修正支護設計參數(shù)。剛度太大，這時應作適當修正支護設計參數(shù)。4 噴層內應力噴層內應力 噴射混凝土層應力是指其切向應力。噴層應力噴射混凝土層應力是指其切向應力。噴層應力值與圍巖壓力值及位移量大小有密切關系。噴層應值與圍巖壓力值及位移量大小有密切關系。噴層應力大的原因是圍巖壓力和位移量大及支護力度小。力大的原因是圍巖壓力和位移量大及支護力度小。 若噴層應力太大，或出現(xiàn)明顯裂損或剝落、起若噴層應力太大，或出現(xiàn)明顯裂損或剝落、起鼓等現(xiàn)象，則應作處理，一般是適當增加初始噴層鼓等現(xiàn)象，則應作處理，一

14、般是適當增加初始噴層厚度。如果噴層厚度已較厚時，仍然出現(xiàn)明顯裂損、厚度。如果噴層厚度已較厚時，仍然出現(xiàn)明顯裂損、起鼓等，則應增強錨桿支護、改變封底時間、調整起鼓等，則應增強錨桿支護、改變封底時間、調整施工措施，選擇二次支護襯砌的最佳時機等，并要施工措施，選擇二次支護襯砌的最佳時機等，并要繼續(xù)加強監(jiān)控量測。繼續(xù)加強監(jiān)控量測。 5 淺埋隧道地表下沉淺埋隧道地表下沉 若量測結果表明地表下沉量較大，或出現(xiàn)增加的若量測結果表明地表下沉量較大，或出現(xiàn)增加的趨勢，則應采取加強支護和調整施工措施，可考慮趨勢，則應采取加強支護和調整施工措施，可考慮適當加噴混凝土、增設錨桿、加掛鋼筋網(wǎng)、加鋼支適當加噴混凝土、增設

15、錨桿、加掛鋼筋網(wǎng)、加鋼支撐、超前支護、或縮短開挖循環(huán)進尺、提前封閉仰撐、超前支護、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。拱、甚至預注漿加固圍巖等。 另外，在淺埋偏壓地段隧道可能發(fā)生橫向地表另外，在淺埋偏壓地段隧道可能發(fā)生橫向地表位移加下沉，處理較為復雜，應加強量測分析與治位移加下沉，處理較為復雜，應加強量測分析與治理淺埋偏壓隧道工程的對策與量測的研究。理淺埋偏壓隧道工程的對策與量測的研究。 51015202530350.00.51.01.52.0數(shù)數(shù)據(jù)據(jù): : y yk k2 21 10 0+ +8 85 50 0公公式式: : u u= =2 2. .0 05 5- -7

16、7. .7 79 9e ex xp p( (- -3 3. .9 92 2t t) )水水平平位位移移( (m mm m) )時時 間間( (d d) )1 周邊位移周邊位移0510152025300.00.51.01.52.02.53.03.5數(shù)數(shù)據(jù)據(jù): : Y YK K2 22 22 2+ +4 41 10 0公公式式: : u u= =3 3. .2 24 4- -4 4. .5 58 8e ex xp p( (- -4 4. .9 98 8t t) )拱拱 頂頂下下沉沉 ( (m mm m) )時時 間間 ( (d d) )2 拱頂下沉拱頂下沉各測點至11月30日累計沉降量9.2631.8717.015.495.84.9405101520253035H1H2H3H4H5H6測點（沿洞口橫斷面布置）沉降量(mm)3 地表下沉地表下沉4 錨桿內力錨桿內力設計標高18.0219.8012.32AO220.18B19.5520.7919.67EO1O219.3812.8619.9520.6819.8317.11隧道中心線CD19.1420.0020.0118.60AO2BEO1壓力盒O2DC隧道中心線0.020.030.010.06-0.015 圍巖壓力圍巖壓力A-1.25O29