地下工程監(jiān)控量測(cè)及新支護(hù)技術(shù)發(fā)展

1、地下工程監(jiān)控量測(cè)及新支護(hù)技術(shù)發(fā)展第一頁(yè)，共111頁(yè)。 本講主要內(nèi)容第一部分 地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展第二部分 地下工程新材料技術(shù)的發(fā)展10/9/20222第二頁(yè)，共111頁(yè)。 第一部分 地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展10/9/20223第三頁(yè)，共111頁(yè)。 一.引 論1.地下工程（或地下空間）的定義 * 介質(zhì)力學(xué)的角度凡是處于千變?nèi)f化的地質(zhì)體之中，其結(jié)構(gòu)本身與地層（圍巖）緊密接觸和相互傳遞作用的工程建筑物。 * 典型實(shí)例交通隧道、地下鐵道、水電輸水隧洞、城市地下商場(chǎng)與車庫(kù)、軍用洞室、大型建筑物的地下室（深基坑）等等。10/9/20224第四頁(yè)，共111頁(yè)。2.地下工程的受力特點(diǎn) （1）地下工程是在自然狀

2、態(tài)下的巖土地質(zhì)體內(nèi)開(kāi)挖的，地質(zhì)環(huán)境對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著決定性意義； （2）地下工程周圍的地質(zhì)體不僅對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，同時(shí)它本身又是承載體； （3）作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載受到施工方法和施工時(shí)機(jī)的影響； （4）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖會(huì)不會(huì)失穩(wěn)； （5）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于充分發(fā)揮圍巖自承力。 10/9/20225第五頁(yè)，共111頁(yè)。 3.地下工程施工的復(fù)雜力學(xué)過(guò)程 * 開(kāi)挖 * 地質(zhì)體原始地應(yīng)力體系被打破 * 形成二次地應(yīng)力發(fā)生變形 * 初期支護(hù) * 抑制地層的變形 * 變形收斂 * 后期支護(hù) * 形成三次地應(yīng)力并達(dá)到力學(xué)平衡10/9/20226

3、第六頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/20227第七頁(yè)，共111頁(yè)。 3. 地面工程與地下工程的基本區(qū)別 * 作用體系 地面工程： 一般只與地基相互作用， 是空間自由狀態(tài)的作用體系。 地下工程： 與周圍地層密切相關(guān)， 是二者共同作用體系。 * 外荷 地面工程： 已知的，明確的。 地下工程： 由于地質(zhì)體和圍巖的千 變?nèi)f化性，迄今仍是有待解決的不 確定性問(wèn)題。10/9/20228第八頁(yè)，共111頁(yè)。 地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無(wú)論在設(shè)計(jì)原理還是計(jì)算參數(shù)的選用上都比地面工程復(fù)雜，仿效地面結(jié)構(gòu)，按假設(shè)荷載和巖塊試件的力學(xué)參數(shù)作為計(jì)算依據(jù)，不可能獲得精確的計(jì)算結(jié)果。目前，還沒(méi)有一種很合理的地下支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算和設(shè)計(jì)方

4、法。 一般地，地下支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都是采用以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的工程類比設(shè)計(jì)方法，再輔助以量測(cè)為手段的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)計(jì)和計(jì)算為依據(jù)的理論分析法。如新奧法就是典型的代表。4.地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法10/9/20229第九頁(yè)，共111頁(yè)。 新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段及時(shí)地進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控來(lái)指導(dǎo)隧道和地下工程設(shè)計(jì)和施工的方法和原則。 新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱，英文為New Austrian Tunnelling Method (NATM)。法國(guó)稱為收斂約束

5、法，有些國(guó)家稱為動(dòng)態(tài)觀測(cè)設(shè)計(jì)施工法。5.新奧法的基本要點(diǎn)10/9/202210第十頁(yè)，共111頁(yè)。 新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下： (1)開(kāi)挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破，并盡量采用大斷面或較大的斷面開(kāi)挖，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)； (2)隧道開(kāi)挖后，盡量利用圍巖的自承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用； (3)根據(jù)圍巖特征采用不同的支護(hù)類型和參數(shù)，及時(shí)施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護(hù)，以控制圍巖的變形和松弛； (4)在軟弱破碎圍巖地段，使斷面及早閉合，以有效地發(fā)揮支護(hù)體系的作用，保證隧道的穩(wěn)定； (5)二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，

6、10/9/202211第十一頁(yè)，共111頁(yè)。因而提高了支護(hù)體系的安全度，并不增加襯砌厚度； (6)盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處應(yīng)力集中； (7)通過(guò)施工中對(duì)圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)觀察、量測(cè)，合理安排施工順序、進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及日常的施工管理。 (1)施工前預(yù)設(shè)計(jì)階段 施工前預(yù)設(shè)計(jì)是在認(rèn)真研究測(cè)定資料基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在這一階段，一般很難完全詳細(xì)地掌握實(shí)際的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，常常會(huì)有一定幅度的變動(dòng)，故需要在施工中進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，確認(rèn)和修正預(yù)設(shè)計(jì)。6.新奧法隧道設(shè)計(jì)程序 (2)信息反饋修改設(shè)計(jì)階段 (3)新奧法設(shè)計(jì)流程10/9/202212第十二頁(yè)，共111頁(yè)。 新奧法 設(shè)計(jì)流程

7、 10/9/202213第十三頁(yè)，共111頁(yè)。7.信息化數(shù)據(jù)的理論計(jì)算處理 反分析技術(shù)（測(cè)試計(jì)算探索外荷） * 地下工程現(xiàn)場(chǎng)位移測(cè)試值的獲取 * 初步分析得到一般規(guī)律 * 假定幾種外荷的組成形式和分配值 * 應(yīng)用正常計(jì)算方法（如FEM法）計(jì)算 * 以計(jì)算位移值與測(cè)試位移值最近的1-2 組外荷為選定值 * 經(jīng)分析得到最理想的結(jié)果和特性曲線10/9/202214第十四頁(yè)，共111頁(yè)。8.信息化技術(shù)的法規(guī)性文件 * GB50086-2001 錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù) 規(guī)范 *B10003-2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 * GB50021-94 巖土工程勘察規(guī)范 * TB2035-88 鐵路隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量

8、測(cè) 技術(shù)條件 * TB10108-2001 鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù) 規(guī)范 * CECS 22:90 土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范10/9/202215第十五頁(yè)，共111頁(yè)。國(guó)標(biāo)中關(guān)于信息化設(shè)計(jì)和施工的規(guī)定10/9/202216第十六頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202217第十七頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202218第十八頁(yè)，共111頁(yè)。二.地下工程信息化施工實(shí)例10/9/202219第十九頁(yè)，共111頁(yè)。1.下坑鐵路單線隧道施工 * 特點(diǎn) 軟弱破碎圍巖，覆蓋層5-20m， 全隧道采用噴射混凝土、錨桿、鋼 筋網(wǎng)支護(hù)，突破了隧道設(shè)計(jì)規(guī)范必 須至少采用一層模筑混凝土襯砌的 規(guī)定。 * 信息反饋狀況 特征曲線

9、的三階段： 急劇變形階段、緩慢增長(zhǎng)階段、基 本穩(wěn)定階段。經(jīng)800天長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),證 明噴錨網(wǎng)支護(hù)的可行性和安全性。 10/9/202220第二十頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202221第二十一頁(yè)，共111頁(yè)。. 2. 北京地鐵永安里車站施工 * 特點(diǎn) 采用中樁支護(hù)體系的蓋挖逆 作法施工，三跨剛架式三層立體結(jié) 構(gòu)，跨度20.3m。該方法為國(guó)內(nèi)首 次采用。 * 信息反饋狀況 施工全過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)為：中樁最大下沉4，邊樁最 大下沉小于19，側(cè)向位移6-8， 均小于安全允許值，證明工程安全 可靠。 10/9/202222第二十二頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202223第二十三頁(yè)，共111頁(yè)。. 3.北京月潭公

10、園天外天地下商場(chǎng)施工 * 特點(diǎn) 為5連拱曲墻式結(jié)構(gòu)， 總跨度25.8m，覆蓋層3.5m， 復(fù)合式襯砌。 * 信息反饋狀況 施工全過(guò)程地表 下沉值一般為1-2，只在5號(hào)洞 地表由于大量澆水造成23下沉， 均小于安全允許值。10/9/202224第二十四頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202225第二十五頁(yè)，共111頁(yè)。.4. 深圳深南大道大跨度立交隧道施工 * 特點(diǎn) 4連拱直墻結(jié)構(gòu)，總跨度45.4m， 覆蓋層厚僅2-4m。拱部采用濕噴混 凝土一次成型技術(shù)，國(guó)內(nèi)首次采用 該項(xiàng)技術(shù)。 * 信息反饋狀況 地表下沉一般均為 10-20，最大為30，拱部最大跨 度處鋼筋應(yīng)力為50-80Mpa，經(jīng)長(zhǎng)期 監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)

11、數(shù)據(jù)均達(dá)到安全可靠的 目標(biāo)。10/9/202226第二十六頁(yè)，共111頁(yè)。深南大道立交隧道施工程序10/9/202227第二十七頁(yè)，共111頁(yè)。深南大道立交隧道采用格柵鋼架10/9/202228第二十八頁(yè)，共111頁(yè)。北京前門(mén)地下通道采用蓋挖法施工10/9/202229第二十九頁(yè)，共111頁(yè)。三. 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器及元件概述10/9/202230第三十頁(yè)，共111頁(yè)。 1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的基本問(wèn)題 監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的若干基本概念和名詞 -非電量的電測(cè)法 -一次、二次儀表 -傳感器 -測(cè)試元件 -遙測(cè) -率定 -誤差 -精度 -靈敏度 -穩(wěn)定性 -重復(fù)性 -非線性偏差10/9/202231第三十一

12、頁(yè)，共111頁(yè)。 測(cè)試元件的基本原理 -機(jī)械式原理 -液壓式原理 -光彈式原理 -光纖傳感器原理 -電阻式原理 -振弦式原理 -電感式原理 地下工程中常用的測(cè)試元件 -鉆孔式測(cè)試元件 -相對(duì)位移式測(cè)試元件 -結(jié)構(gòu)頂部下沉式測(cè)試元件10/9/202232第三十二頁(yè)，共111頁(yè)。2.常用測(cè)試儀表及新技術(shù)發(fā)展10/9/202233第三十三頁(yè)，共111頁(yè)。 常用機(jī)械式測(cè)試元件10/9/202234第三十四頁(yè)，共111頁(yè)。 常用收斂計(jì)10/9/202235第三十五頁(yè)，共111頁(yè)。 數(shù)顯式收斂計(jì)10/9/202236第三十六頁(yè)，共111頁(yè)。 鉆孔式 位移計(jì)10/9/202237第三十七頁(yè)，共111頁(yè)。 多

13、點(diǎn)式鉆孔位移計(jì)的安設(shè)10/9/202238第三十八頁(yè)，共111頁(yè)。普通測(cè)斜儀10/9/202239第三十九頁(yè)，共111頁(yè)。 遙感式 測(cè)斜儀10/9/202240第四十頁(yè)，共111頁(yè)。 電阻式應(yīng)變計(jì)（表面及埋入式）10/9/202241第四十一頁(yè)，共111頁(yè)。 鋼筋測(cè)力計(jì) （弦式及電阻式）10/9/202242第四十二頁(yè)，共111頁(yè)。 弦式土壓合10/9/202243第四十三頁(yè)，共111頁(yè)。 弦式噴層壓力計(jì)10/9/202244第四十四頁(yè)，共111頁(yè)。 弦式滲壓計(jì)10/9/202245第四十五頁(yè)，共111頁(yè)。 錨桿預(yù)應(yīng)力測(cè)力計(jì)10/9/202246第四十六頁(yè)，共111頁(yè)。 錨索測(cè)力計(jì)10/9/2

14、02247第四十七頁(yè)，共111頁(yè)。 磁感應(yīng)分層沉降儀10/9/202248第四十八頁(yè)，共111頁(yè)。 智能應(yīng)變傳感器10/9/202249第四十九頁(yè)，共111頁(yè)。激光撓度儀10/9/202250第五十頁(yè)，共111頁(yè)。鋼筋位置及保護(hù)層測(cè)試儀10/9/202251第五十一頁(yè)，共111頁(yè)。 拔出式混凝土強(qiáng)度儀10/9/202252第五十二頁(yè)，共111頁(yè)。拔出式混凝土強(qiáng)度儀（國(guó)產(chǎn)）10/9/202253第五十三頁(yè)，共111頁(yè)?；炷翉?qiáng)度回彈儀10/9/202254第五十四頁(yè)，共111頁(yè)。 激光測(cè)距儀10/9/202255第五十五頁(yè)，共111頁(yè)。 數(shù)顯式收斂計(jì)10/9/202256第五十六頁(yè)，共111頁(yè)。

15、手持式應(yīng)變儀10/9/202257第五十七頁(yè)，共111頁(yè)。鉆孔狀況測(cè)定儀10/9/202258第五十八頁(yè)，共111頁(yè)。多用途讀數(shù)儀10/9/202259第五十九頁(yè)，共111頁(yè)。鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)10/9/202260第六十頁(yè)，共111頁(yè)。多點(diǎn)位移計(jì)在隧道中的應(yīng)用實(shí)例10/9/202261第六十一頁(yè)，共111頁(yè)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的通訊監(jiān)控10/9/202262第六十二頁(yè)，共111頁(yè)。 GPS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10/9/202263第六十三頁(yè)，共111頁(yè)。 遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀10/9/202264第六十四頁(yè)，共111頁(yè)。遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀（獨(dú)眼巨人）10/9/202265第六十五頁(yè)，共111頁(yè)。遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀現(xiàn)場(chǎng)

16、（沉降掃描）10/9/202266第六十六頁(yè)，共111頁(yè)。沉降遙測(cè)10/9/202267第六十七頁(yè)，共111頁(yè)。地表傾斜遙測(cè)10/9/202268第六十八頁(yè)，共111頁(yè)。 光纖傳感器及其二次儀表10/9/202269第六十九頁(yè)，共111頁(yè)。 光纖傳感器原理10/9/202270第七十頁(yè)，共111頁(yè)。 隧道測(cè)試布置10/9/202271第七十一頁(yè)，共111頁(yè)。 盾構(gòu)隧道測(cè)試布置10/9/202272第七十二頁(yè)，共111頁(yè)。 滑坡測(cè)試布置10/9/202273第七十三頁(yè)，共111頁(yè)。 樁基檢測(cè) 布置10/9/202274第七十四頁(yè)，共111頁(yè)。 第 二 部 分地下工程中新材料技術(shù)的發(fā)展10/9/2

17、02275第七十五頁(yè)，共111頁(yè)。 一. 自鉆式錨桿新技術(shù)10/9/202276第七十六頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202277第七十七頁(yè)，共111頁(yè)。不同直徑的自鉆式錨桿桿體10/9/202278第七十八頁(yè)，共111頁(yè)。自鉆式錨桿組成（未含附件）10/9/202279第七十九頁(yè)，共111頁(yè)。 各類鉆頭10/9/202280第八十頁(yè)，共111頁(yè)。 各類釬尾10/9/202281第八十一頁(yè)，共111頁(yè)。預(yù)加應(yīng)力測(cè)定器10/9/202282第八十二頁(yè)，共111頁(yè)。 自鉆式錨桿的不同用途10/9/202283第八十三頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202284第八十四頁(yè)，共111頁(yè)。 在卵石中的效果10/9

18、/202285第八十五頁(yè)，共111頁(yè)。 隧道中用風(fēng)鉆鉆孔10/9/202286第八十六頁(yè)，共111頁(yè)。隧道中用液壓鉆鉆孔10/9/202287第八十七頁(yè)，共111頁(yè)。 隧道中自鉆式錨桿效果10/9/202288第八十八頁(yè)，共111頁(yè)。 隧道中錨桿布置10/9/202289第八十九頁(yè)，共111頁(yè)。 新奧法隧道縱斷面10/9/202290第九十頁(yè)，共111頁(yè)。10/9/202291第九十一頁(yè)，共111頁(yè)。隧道中的應(yīng)用實(shí)例10/9/202292第九十二頁(yè)，共111頁(yè)。全斷面施工的縱剖面10/9/202293第九十三頁(yè)，共111頁(yè)。軟弱破碎圍巖中的超前支護(hù)10/9/202294第九十四頁(yè)，共111頁(yè)。自鉆式錨桿用于隧道洞口支護(hù)10/9/202295第九十五頁(yè)，共111頁(yè)。自鉆式錨桿用于地鐵基坑支護(hù)10/9/202296第九十六頁(yè)，共111頁(yè)。 基坑施工中應(yīng)用10/9/202297第九十七頁(yè)，共111頁(yè)。 基坑施工中應(yīng)用10/9/202298第九十八頁(yè)，共111頁(yè)。無(wú)黏結(jié)土層中極限荷載曲線10/9