《隧道工程》實驗教學大綱2012培訓資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。隧道工程實驗教學大綱2012-河南城建學院隧道工程實驗教學大綱課程名稱隧道工程適用專業(yè)城市地下空間工程交通運輸工程學院隧道工程實驗教學大綱課程編碼0703206課程名稱隧道工程實驗適用專業(yè)城市地下空間工程學分考核形式查學時6先修課程隧道工程開課學期6一、課程簡介隧道工程實驗是城市地下空間工程專業(yè)一門重要的技術基礎課程。通過實驗課程項目的設置，介紹隧道工程施工控制和質量檢測實驗的基本測試技術和實驗方法，使學生獲得專業(yè)所必需的實驗基本技能，具備解決一般隧道施工監(jiān)控和質量檢測所要求的基本素質和能力，并對學生進

2、行科學研究隧道科學實驗能力的培養(yǎng)。二、課程實驗教學目的與要求通過實驗，能更好地掌握實驗理論和方法，鞏固和充實課堂教學效果，培養(yǎng)實驗技能，為將來在實際工作中進行隧道工程方面科學研究和結構檢驗打下基礎。三、實驗項目實驗1土木工程監(jiān)控量測常用傳感器原理、使用與標定1、實驗目的、任務與基本要求（1）初步了解土木工程監(jiān)控量測常用傳感器原理和使用方法。（2）了解鋼弦式土壓力盒、鋼筋計、混凝土應變計、錨桿計及位移的埋設方法。（3）掌握頻率接收儀的使用、數(shù)據(jù)記錄與處理。（4）掌握常用傳感器的標定。2、鋼弦式傳感器的工作原理鋼弦式傳感器的工作原理是由鋼弦內應力的變化轉變?yōu)殇撓艺駝宇l率的變化。根據(jù)數(shù)學物理方程中有

3、關弦的振動的微分方程可推導出鋼弦應力與鋼弦振動頻率的關系：式中：f鋼弦的的振動頻率；L鋼弦長度；鋼弦的密度；鋼弦所受的張拉應力。以壓力盒為例，壓力盒加工完成后，L、已為定值，所以，鋼弦的振動頻率只取決于鋼弦上的張拉應力，而鋼弦上的張拉應力又取決于外來壓力P，從而使鋼弦頻率與薄膜所受壓力P的關系是：式中：f壓力盒受壓后鋼弦的頻率；f0壓力盒未受壓時鋼弦的頻率；P壓力盒底部薄膜所受的壓力；K標定系數(shù)，與壓力壓力和構造等有關，各壓力盒各不相同。鋼弦式壓力盒構造簡單，測試結果比較穩(wěn)定，受溫度影響小，測試方便，易于防潮，可做長期觀測。故在土木工程現(xiàn)場測試和監(jiān)測得到廣泛的應用。其缺點是靈敏度受壓力盒尺寸的

4、限制，并且不能用于動態(tài)測試。圖1至圖5為鋼弦式土壓力盒、鋼筋計、表面應變計、埋入式應變計、位移計的常見形狀圖。圖6為頻率接收儀和分線盒圖。土壓力傳感器主要用于鐵路、公路、市政道路、機場跑道基礎、房屋基礎，樁基礎，船塢、橋臺、墩臺基礎，壩體，擋土墻地下連續(xù)墻以及隧道、地下鐵道、地下熱力管道等工程接觸壓力的長期觀測中。鋼筋應力傳感器除用于量測鋼筋混凝土結構中的鋼筋應力外還可以將其串接起來用于量測隧道及地下結構錨桿的應力分布，主要用于地下洞室、邊坡、大壩、高層建筑的巖層之間、土層之間、巖土之間受壓后產(chǎn)生的位移量。鋼弦式表面應變傳感器主要用于量測混凝土、鋼筋混凝土、鋼結構、網(wǎng)狀鋼結構的表面應變；也可用

5、于已產(chǎn)生微裂的混凝土、鋼筋混凝土工程裂縫變化的觀測；或用于混凝土解除和溫度應力的測量。埋入式應變傳感器多埋入混凝土（或可塑性材料）、鋼筋混凝土以及噴混凝土層中長期觀測應變量的變化，也可以用于病害工程鑿孔（槽）埋入混凝土中。觀測病害的發(fā)展情況。位移傳感器主要用于測試隧道巖層之間、土層之間及其它工程地基基礎等受壓力后產(chǎn)生的位移量。數(shù)字式鋼弦頻率接受儀主要用于鋼弦傳感器的振動頻率接受，配接分線盒可一次采集多個傳感器的振動頻率。3、實驗內容（1）隧道工程監(jiān)測中傳感器的埋設位置與埋設方法隧道工程監(jiān)測中傳感器的埋設位置見下圖，初期支護壓力盒的埋設要求與圍巖密貼且固定，二次襯砌與初期支護之間的接觸壓力同樣壓

6、力盒與初期支護密貼且固定。圍巖內部位移計和錨桿力計鉆孔埋設，鉆孔完成后壓入水泥砂漿，要求壓漿飽滿，然后裝入位移計或錨桿軸力計。當鋼筋計焊接在鋼拱架時，要求其同一點內、外緣均要焊接一只，測試鋼筋應力時，則是被測鋼筋截斷，截斷焊接鋼筋應力計。混凝土應變計要求埋設在襯砌的內側（凈空一側），環(huán)向放置固定。（2）、鋼弦式壓力盒、鋼筋計、混凝土應變計、錨桿計及位移計標定根據(jù)傳感器的量測范圍，在萬能試驗機壓（拉）至其最大荷載二次；然后從0KN開始，讀頻率接收儀頻率值，試驗機每加荷0.5KN讀頻率接收儀頻率值1次至最大荷載。根據(jù)對應的壓（拉）力、頻率值繪制壓（拉）力頻率曲線，并導出壓（拉）力頻率關系式。（3）

7、實驗報告的要求隧道工程監(jiān)測中各種傳感器的埋設位置選定；鋼弦式傳感器的工作原理；標定數(shù)據(jù)記錄與處理繪制曲線，導出關系式。4、實驗的重點與難點重點：頻率接收儀的使用、數(shù)據(jù)記錄與處理；常用傳感器的標定。難點：常用傳感器的標定。實驗2隧道襯砌混凝土強度和缺陷的無損實驗1、實驗目的與任務（1）運用超聲回彈綜合法推定襯砌混凝土強度（2）運用聲波儀測定混凝土的厚度及缺陷位置（3）運用地質雷達測定混凝土的厚度、鋼筋位置及缺陷分布。2、實驗基本要求掌握運用超聲回彈綜合法推定襯砌混凝土強度的方法，一般掌握運用聲波儀測定混凝土的厚度及缺陷位置，了解運用地質雷達測定混凝土的厚度、鋼筋位置及缺陷分布的方法。3、實驗基本

8、原理混凝土試塊的抗壓強度與無損檢測的參數(shù)之間建立起來的關系曲線，稱為測強曲線，它是無損檢測推定混凝土強度的基礎。4、實驗內容（1）實驗模型位長方體，材料為混凝土，模型缺陷含平行裂縫、鋼筋，見圖1。（2）在模型上無缺陷處選定測區(qū)進行回彈測試，各讀取16次回彈值，并記錄（記錄表格附后）。（3）在相應的回彈測區(qū)進行對測法聲波波速測試。將聲波探頭用黃油或凡士林耦合后讀取3次走時，并記錄（記錄表格附后）。圖1混凝土缺陷模型示意圖（4）運用聲波儀、鋼筋測定儀和地質雷達對含裂縫和鋼筋的區(qū)域進行測定，記錄聲波和雷達波的反射信號。（5）回彈數(shù)據(jù)的整理從16個回彈值中，各剔除3個最大值和最小值，然后將余下的10個

9、回彈值求平均值得到測區(qū)回彈值。進行碳化、測試角度和頂?shù)酌嫘拚?，得到回彈修正值。?）波速數(shù)據(jù)的整理將測得的三個聲波走時t1、t2和t3求取平均值，再利用式（1）計算混凝土的聲波波速vp，式中L為測距。vp=3L/(t1+t2+t3)（1）（7）混凝土強度的推定若粗骨料為卵石時，按式（2）推定測區(qū)混凝土強度f=0.0038vp1.23R1.95（2）粗骨料為碎石時，按式（3）推定測區(qū)混凝土強度。f=0.008vp1.72R1.57（3）（8）聲波法對襯砌厚度或裂縫位置的確定根據(jù)波形測得反射波的走時tp和混凝土的波速vp，由公式（4）可求得裂縫的深度D。Dp=tpvp/2（4）（9）地質雷達對襯砌

10、厚度或裂縫位置的確定據(jù)雷達波波形測得反射波的走時te，再根據(jù)混凝土的電磁波波速ve，由公式（5）可求得裂縫的深度De。De=teve/2（5）（10）地質雷達或鋼筋儀對鋼筋位置和數(shù)量的確定對鋼筋反射波波形進行識別后，可直接由波形圖讀出鋼筋數(shù)量，并可按式（5）對鋼筋位置進行計算。5、實驗重難點實驗的重點為：混凝土強度的推定。實驗的難點為：聲波法對襯砌厚度或裂縫位置的確定、地質雷達對襯砌厚度或裂縫位置的確定。實驗3錨桿拉拔試驗1、實驗目的與基本要求（1）掌握錨桿拉拔計的使用方法。（2）測定全長膠結錨桿在拉拔過程中應力分布情況。（3）掌握隧道開挖過程中圍巖松動圈、塑性圈的確定方法。2、實驗任務（1）

11、原始記錄、最大拉拔力，應變和百分表讀數(shù)；（2）畫出不同拉拔力P的條件下，桿內各點的應力圖；（3）畫出不同拉拔力p時桿端位移圖；（4）實驗結論（不作回歸分析）。3、實驗內容（1）將試件上各點按半橋連接到靜態(tài)應變儀，并將儀器調平。（2）將錨桿拉力計和反力扳套在錨桿上，尾部用螺母擰緊，連接油泵和壓力表（見圖1）。（3）應變儀初讀數(shù)后，油泵加壓，每隔1噸拉力即30kg/cm2,應變儀讀一次各點應變值和百分表讀數(shù)，直到錨桿拉破壞。注意接力計應與錨桿外露部分平行，加力時應勻速緩慢。（4）錨桿拉出時，記錄拉拔力和最大應變點的應變值，以及百分表讀數(shù)，取下拉力計復位。1錨桿；2.充填砂漿；3.噴射混凝土；4.反

12、力板；5.油壓千斤頂；6.千分表；7.固定梁；8.支座；9.油壓泵4、實驗重點與難點重點：錨桿拉拔計的使用方法。難點：隧道開挖過程中圍巖松動圈、塑性圈的確定方法。四、實驗項目學時分配表序號實驗項目實驗類別學時1土木工程監(jiān)控量測常用傳感器原理、使用與標定演示性22隧道襯砌混凝土強度和缺陷的無損實驗綜合性23錨桿拉拔實驗綜合性2合計6五、實驗報告格式1、題目與要求2、實驗內容（原理、步驟等）3、掌握情況（原始記錄、計算結果等）4、問題分析（結果討論）六、成績評定辦法及標準1、成績評定方法：1）正常情況下的學生的實驗成績應按學生的實驗操作、紀律、實驗報告三個方面綜合評定，各項所占比例情況見下表。項目實驗操作紀律實驗報告百分比4020402）實驗成績按優(yōu)、良、中、及格、不及格評定，3）有下列情況之一者，沒有實驗成績或成績不及格。A不參加實驗者B沒有完成試驗報告者C報告內容過于簡單、錯誤顯著者；或抄襲者。4）課內實驗，其學生的實驗成績可識為平時（作業(yè)）成績。2、評定標準A操作認真、無誤；遵守紀律；實驗報告格式標準、內容翔實、語言規(guī)范；問題分析透徹、明了；對實驗掌握好?？山o優(yōu)。B操作認真、無誤；遵守紀律；實驗報告格式標準、內容翔實、語言規(guī)范；問題分析比較透徹