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

地下工程監(jiān)控量測(cè)與新支護(hù)技術(shù)發(fā)展第一頁，共111頁。

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)展第二頁，共111頁。

第一部分

地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

第三頁，共111頁。

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、軍用洞室、大型建筑物的地下室（深基坑）等等。第四頁，共111頁。2.地下工程的受力特點(diǎn)

（1）地下工程是在自然狀態(tài)下的巖土地質(zhì)體內(nèi)開挖的，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。

第五頁，共111頁。

3.地下工程施工的復(fù)雜力學(xué)過程

*開挖

*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)平衡第六頁，共111頁。第七頁，共111頁。

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

確定性問題。第八頁，共111頁。

地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無論在設(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)方法第九頁，共111頁。

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，并通過對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控來指導(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稱，英文為NewAustrianTunnellingMethod(NATM)。法國稱為收斂約束法，有些國家稱為動(dòng)態(tài)觀測(cè)設(shè)計(jì)施工法。5.新奧法的基本要點(diǎn)第十頁，共111頁。

新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下：

(1)開挖作業(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挖，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；

(2)隧道開挖后，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，第十一頁，共111頁。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)流程第十二頁，共111頁。

新奧法

設(shè)計(jì)流程

第十三頁，共111頁。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

第十四頁，共111頁。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*ＴB10003-2005

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*CECS22:90

土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范第十五頁，共111頁。國標(biāo)中關(guān)于

信息化設(shè)計(jì)和

施工的規(guī)定第十六頁，共111頁。第十七頁，共111頁。第十八頁，共111頁。二.地下工程信息化施工實(shí)例第十九頁，共111頁。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——

特征曲線的三階段：急劇變形階段、緩慢增長階段、基本穩(wěn)定階段。經(jīng)800天長期監(jiān)測(cè),證明噴錨網(wǎng)支護(hù)的可行性和安全性。第二十頁，共111頁。第二十一頁，共111頁。.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。該方法為國內(nèi)首次采用。*信息反饋狀況——

施工全過程監(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。

第二十二頁，共111頁。第二十三頁，共111頁。.3.北京月潭公園天外天地下商場(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。第二十四頁，共111頁。第二十五頁，共111頁。.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)長期監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到安全可靠的目標(biāo)。第二十六頁，共111頁。深南大道立交隧道施工程序第二十七頁，共111頁。深南大道立交隧道采用格柵鋼架第二十八頁，共111頁。北京前門地下通道采用蓋挖法施工第二十九頁，共111頁。三.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器及元件概述第三十頁，共111頁。

1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的基本問題

§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

第三十一頁，共111頁?！鞙y(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)試元件第三十二頁，共111頁。2.常用測(cè)試儀表及新技術(shù)發(fā)展第三十三頁，共111頁?！斐Ｓ脵C(jī)械式測(cè)試元件

第三十四頁，共111頁?！斐Ｓ檬諗坑?jì)第三十五頁，共111頁?！鞌?shù)顯式收斂計(jì)第三十六頁，共111頁。§鉆孔式

位移計(jì)第三十七頁，共111頁?！於帱c(diǎn)式鉆孔位移計(jì)的安設(shè)第三十八頁，共111頁?！炱胀y(cè)斜儀第三十九頁，共111頁?！爝b感式

測(cè)斜儀第四十頁，共111頁?！祀娮枋綉?yīng)變計(jì)（表面及埋入式）第四十一頁，共111頁?！熹摻顪y(cè)力計(jì)（弦式及電阻式）第四十二頁，共111頁?！煜沂酵翂汉系谒氖?，共111頁?！煜沂絿妼訅毫τ?jì)第四十四頁，共111頁?！煜沂綕B壓計(jì)第四十五頁，共111頁?！戾^桿預(yù)應(yīng)力測(cè)力計(jì)第四十六頁，共111頁?！戾^索測(cè)力計(jì)第四十七頁，共111頁?！齑鸥袘?yīng)分層沉降儀第四十八頁，共111頁。§智能應(yīng)變傳感器第四十九頁，共111頁?！旒す鈸隙葍x第五十頁，共111頁?！熹摻钗恢眉氨Ｗo(hù)層測(cè)試儀第五十一頁，共111頁?！彀纬鍪交炷翉?qiáng)度儀第五十二頁，共111頁?！彀纬鍪交炷翉?qiáng)度儀（國產(chǎn)）第五十三頁，共111頁?！旎炷翉?qiáng)度回彈儀第五十四頁，共111頁?！旒す鉁y(cè)距儀第五十五頁，共111頁?！鞌?shù)顯式收斂計(jì)第五十六頁，共111頁?！焓殖质綉?yīng)變儀第五十七頁，共111頁。§鉆孔狀況測(cè)定儀第五十八頁，共111頁?！於嘤猛咀x數(shù)儀第五十九頁，共111頁?！煦@孔多點(diǎn)位移計(jì)第六十頁，共111頁?！於帱c(diǎn)位移計(jì)在隧道中的應(yīng)用實(shí)例第六十一頁，共111頁?！鞂?shí)測(cè)數(shù)據(jù)的通訊監(jiān)控第六十二頁，共111頁?！霨PS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第六十三頁，共111頁?！爝b感自動(dòng)光學(xué)掃描儀第六十四頁，共111頁?！爝b感自動(dòng)光學(xué)掃描儀（獨(dú)眼巨人）第六十五頁，共111頁?！爝b感自動(dòng)光學(xué)掃描儀現(xiàn)場(chǎng)（沉降掃描）第六十六頁，共111頁?！斐两颠b測(cè)第六十七頁，共111頁?！斓乇韮A斜遙測(cè)第六十八頁，共111頁?！旃饫w傳感器及其二次儀表第六十九頁，共111頁。§光纖傳感器原理第七十頁，共111頁?！焖淼罍y(cè)試布置第七十一頁，共111頁?！於軜?gòu)隧道測(cè)試布置第七十二頁，共111頁?！旎聹y(cè)試布置第七十三頁，共111頁?！鞓痘鶛z測(cè)

布置第七十四頁，共111頁。

第二部分地下工程中新材料技術(shù)的發(fā)展第七十五頁，共111頁。

一.自鉆式錨桿新技術(shù)第七十六頁，共111頁。第七十七頁，共111頁。不同直徑的自鉆式錨桿桿體第七十八頁，共111頁。自鉆式錨桿組成（未含附件）第七十九頁，共111頁。

各類鉆頭第八十頁，共111頁。

各類釬尾第八十一頁，共111頁。預(yù)加應(yīng)力測(cè)定器第八十二頁，共111頁。

自鉆式錨桿的不同用途第八十三頁，共111頁。第八十四頁，共111頁。

在卵石中的效果第八十五頁，共111頁。

隧道中用風(fēng)鉆鉆孔第八十六頁，共111頁。隧道中用液壓鉆鉆孔第八十七頁，共111頁。

隧道中自鉆式錨桿效果第八十八頁，共111頁。

隧道中錨桿布置第八十九頁，共111頁。

新奧法隧道縱斷面第九十頁，共111頁。第九十一頁，共111頁。隧道中的應(yīng)用實(shí)例第九十二頁，共111頁。全斷面施工的縱剖面第九十三頁，共111頁。軟弱破碎圍巖中的超前支護(hù)第九十四頁，共111頁。自鉆式錨桿用于隧道洞口支護(hù)第九十五頁，共111頁。自鉆式錨桿用于地鐵基坑支護(hù)第九十六頁，共111頁。

基坑施工中應(yīng)用第九十七頁，共111頁。