隧道施工監(jiān)控量測與測試

隧道施工監(jiān)控量測與測試長安大學(xué)公路學(xué)院隧道與巖土系李寧軍第一節(jié)概述隧道施工過程中使用各種類型的儀表和工具，對圍巖和支護(hù)、襯砌的力學(xué)行為以及它們之間的力學(xué)關(guān)系進(jìn)行量測和觀察，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)，統(tǒng)稱為監(jiān)控量測。1、隧道監(jiān)控量測的必要性：⑴隧道工程作為工程建筑物，受力特點(diǎn)與地面工程有很大的差別。⑵隧道在開挖支護(hù)成形運(yùn)營的過程中，自始自終都存在受力狀態(tài)變化這一特性。2、施工監(jiān)控量測的目的和任務(wù)⑴通過監(jiān)控量測了解各施工階段地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，判斷圍巖的穩(wěn)定性、支護(hù)、襯砌的可靠性；⑵用現(xiàn)場實(shí)測的結(jié)果彌補(bǔ)理論分析過程中存在的不足，并把監(jiān)測結(jié)果反饋設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工，為修改施工方法，調(diào)整圍巖級別、變更支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)；⑶通過監(jiān)控量測對施工中可能出現(xiàn)的事故和險(xiǎn)情進(jìn)行預(yù)報(bào)，以便及時(shí)采取措施，防患于未然；⑷通過監(jiān)控量測，判斷初期支護(hù)穩(wěn)定性，確定二次襯砌合理的施作時(shí)間；⑸通過監(jiān)控量測了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點(diǎn)，為今后類似工程或該施工方法本身的發(fā)展提供借鑒，依據(jù)和指導(dǎo)作用。

量測項(xiàng)目圍巖種類必測項(xiàng)目選測項(xiàng)目洞內(nèi)觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內(nèi)位移錨桿軸力鋼支撐應(yīng)力接觸壓力混凝土應(yīng)變洞內(nèi)彈性波硬巖軟巖土砂量測項(xiàng)目圍巖種類必測項(xiàng)目選測項(xiàng)目洞內(nèi)觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內(nèi)位移錨桿軸力鋼支撐應(yīng)力接觸壓力混凝土應(yīng)變洞內(nèi)彈性波硬巖軟巖土砂必須實(shí)施、可以實(shí)施、必要時(shí)實(shí)施監(jiān)控量測與反饋流程圖第二節(jié)必測項(xiàng)目1、隧道內(nèi)目測觀察細(xì)致的目測觀察，對于監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性是既省事而作用又很大的監(jiān)測方法，它可以獲得與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)有關(guān)的直觀信息，應(yīng)當(dāng)予以足夠的重視，所以目測觀察是新奧法量測中的必測項(xiàng)目。1）隧道目測觀察的目的是：⑴預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件。⑵為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)。⑶根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠程度。2）觀察內(nèi)容：⑴掌子面地質(zhì)水文條件、巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、有無斷層，是否偏壓、圍巖類別，掌子面自穩(wěn)情況，地下水的影響情況等，并做好記錄。⑵對初期支護(hù)效果觀察包括：錨桿的錨固效果、噴層的光潔度、噴層有無裂縫，裂縫的部位、長度、寬度、深度，噴層是否把鋼支撐全部覆蓋。2、周邊座收斂素量測隧道也圍巖道周邊閱各點(diǎn)紋趨向裕隧道耍中心司的變曲形稱懸為收留斂。圓所謂遣周邊辭收斂退量測踏主要寸是隧道貓內(nèi)壁伐面兩匯點(diǎn)連吸線方那向的膀距離敲的變滔形量虛的量云測。收斂汗值為星兩次藝量測舟的距術(shù)離之寄差。1）量拐測目鼠的收斂龜量測喊是隧占道施洲工監(jiān)舒控量身測的篩重要穿項(xiàng)目羽。周核邊位槽移是曉隧道煤圍巖起應(yīng)力按狀態(tài)盯變化辨最直唯觀的轉(zhuǎn)反映脊，通蛾過周奏邊位掛移量造測可鉗以達(dá)眾到以野下目毀的。⑴判斷闊隧道紋空間提的穩(wěn)敲定性蜻；⑵根據(jù)塘變位棚速度績判斷瘋圍巖凡穩(wěn)定侄程度聽和二炊次襯劉砌施膝作的虜合理敏時(shí)機(jī)贊；⑶指導(dǎo)轟現(xiàn)場宇的施列工。2）量穗測設(shè)志計(jì)⑴收達(dá)斂量辮測的跨間距訊與測畜線必測覆項(xiàng)目浴量測雀斷面潤間距唱和每舊斷面坦測點(diǎn)叛數(shù)量圍巖類別斷面間距（m）每斷面測點(diǎn)數(shù)量凈空變化拱頂下沉Ⅰ～Ⅱ5～101～2條基線1～3點(diǎn)Ⅲ10～301條基線1點(diǎn)Ⅳ30～501條基線1點(diǎn)⑵量測矮頻率胡：量賽測頻漿率可要根據(jù)犯位移盡速度漂和量物測斷視面距賤開挖昌面距慚離按位六移速廢度位移速度（mm/d）量測頻率≥52次/d1～51次/d0.5～11次/2～3d0.2～0.51次/3d＜0.21次/7d按距成開挖功面距離(注：b為隧皇道開會(huì)挖寬充度)量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率(0～1)b2次/d(1～2)b1次/d(2～5)b1次/2～3d＞5b1次/7d3）量暗測儀求器目前粒隧道置施工售中常紡用的頁收斂瘋計(jì)為罪機(jī)械同式的責(zé)收斂毒計(jì)和角數(shù)顯秧式收磨斂計(jì)互。例需：QJ駝-8蜓5型坑依道周秧邊收態(tài)斂計(jì)弱；JS輩S3翠0A型數(shù)踐顯收龍斂計(jì)少；SW隊(duì)J－IV型隧返道隧云道收富斂計(jì)穿。4）測街試原言理測試腫中讀演得初炭始數(shù)蘇值X0；間奇隔時(shí)待間t后，遣用同材樣的炒方法科可讀殘得t時(shí)刻貞的值Xt，則t時(shí)刻盟的周定邊收調(diào)斂值Ut即為置的兩登次讀送數(shù)差命。即Ut＝L0－Lt＋Xt1－Xt0式中務(wù)：L0——初讀胳數(shù)時(shí)貼所用盟尺孔臭刻度卷值；Lt——時(shí)刻川時(shí)所扶用尺貧孔刻符度值到；Xt1——時(shí)刻剃時(shí)經(jīng)擁溫度譽(yù)修正升后的筑讀數(shù)腦值，Xt1＝Xt＋εtXt0——初讀協(xié)數(shù)時(shí)旨經(jīng)溫烏度修拘正后勻的讀挖數(shù)值軟，Xt0＝X0＋εtXt——時(shí)刻猜量測緞時(shí)讀膝數(shù)值灶；X0——初始游時(shí)刻廟讀數(shù)搭值；εt——溫度乒修正扒值；εt＝α（T0－T）Lα——鋼尺評線膨卻脹系濟(jì)數(shù)；T0——鑒定暗鋼尺獻(xiàn)的標(biāo)客準(zhǔn)溫齡度，T0=2士0℃T——每次抄量測條時(shí)的鮮平均資氣溫揭；L——鋼尺艇長度逼。3、拱頂坑下沉航量測埋深墨較淺是、固尺結(jié)程城度低員的地勵(lì)層，卵水平槍成層拜的場鑒合，糧這項(xiàng)賤量測姨比收虛斂量岔測更翼為重叉要。1）量金測目成的量測仇數(shù)據(jù)飽是確窮認(rèn)圍赤巖的濃穩(wěn)定瘡性，該判斷曾支護(hù)敏效果數(shù)，指盡導(dǎo)施議工工塑序，降預(yù)防饒拱頂廳崩塌握，保準(zhǔn)證施輔工質(zhì)德量和耗安全緣瑞的最鋤基本緩的資怠料。2）量押測儀固器精密英水準(zhǔn)香儀3）量堡測原遮理第一趴次讀古數(shù)后潔視點(diǎn)損讀數(shù)嫩為A1，前糟視讀醋數(shù)為B1；第駛二次販后視樓點(diǎn)讀由數(shù)為A2，前聯(lián)視讀偽數(shù)為B2。拱寇頂變烈位計(jì)鳴算方提法如摩下：⑴差章值計(jì)能算法您：鋼幸尺和疊標(biāo)尺攝均正等立（憤即讀填數(shù)上袍小下乞大）貪。后視煉讀數(shù)膨差A(yù)=葬A2杠-A蠟1前視看讀數(shù)寺差B=側(cè)B2睬-B厘1拱頂嗎變位地值C=攻B-客A歲C迫>0拱頂吃上移煮；C<闖0拱頂尿下沉華。⑵水勻準(zhǔn)計(jì)煙算法羽：通夸過計(jì)煩算前邀后兩喬次拱慕頂測揭點(diǎn)的渠高程環(huán)差來習(xí)求拱毯頂?shù)墓抛兾粠r值。乏鋼尺絮讀數(shù)熱上小漆下大消，標(biāo)荷尺讀局?jǐn)?shù)下貸小上致大，卷標(biāo)尺醒基準(zhǔn)鐘點(diǎn)標(biāo)康高假悄定為K0。第一叮次拱著頂標(biāo)油高Kd轟1=轉(zhuǎn)K0爬+A詞1+寬B1第二塊次拱崇頂標(biāo)住高Kd汁2=禍K0沙+A詞2+叉B2拱頂址變位飯值C=斧Kd杯2-擺Kd咳1=爽A2倍-A巷1+名B2倘-B壁1C>裂0拱頂侵上移銳；C<棄0拱頂劉下沉乘。1、圍巖翠內(nèi)部僵位移訂量測1）隧廣道圍彩巖內(nèi)枕部位驚移量慶測的憲主要盞目的防是：⑴了涼解隧樂道圍缸巖的配徑向置位移錘分布胃和松抽弛范盼圍。⑵判施斷開唐挖后估圍巖媽的松頭動(dòng)區(qū)康、強(qiáng)割度下濟(jì)降區(qū)按以及目彈性鉛區(qū)的悄范圍使。⑶根繡據(jù)實(shí)壩測結(jié)握果優(yōu)對化錨愈桿參厚數(shù)，卻指導(dǎo)鳳施工授。2）量否測儀廣器：膊多點(diǎn)押位移暖計(jì)3）測義量原雕理第二溪節(jié)選修測項(xiàng)警目2、錨紹桿軸妨力量韻測1）量剪測目斥的⑴了解梯錨桿等實(shí)際魯工作建狀態(tài)炕及軸哪向力壩的大協(xié)小。⑵結(jié)合等位移肌量測峰，判鍬斷圍約巖發(fā)約展趨恢勢，抵分析基圍巖罷內(nèi)強(qiáng)射度下帝降區(qū)事的界蒼限⑶修正消錨桿秧設(shè)計(jì)毒參數(shù)陪，評刻價(jià)錨麥桿支蒜護(hù)效賣果。2）量問測方炕法和駕儀器錨桿車的軸能向力究測定嗚，按晴其量暖測原歡理可短分為電測蛋式和機(jī)械幸式兩類辨。其中津電測搜式又挎可分施為電免阻應(yīng)館變式勁和鋼劫弦式滋。電阻掠應(yīng)變?nèi)枋胶团D機(jī)械雄式是絞通過揀量測匹錨桿未不同導(dǎo)深度斗處的幅應(yīng)變巾（或盈變形綠），鄙然后引按有別關(guān)計(jì)牽算方終法轉(zhuǎn)蹈求應(yīng)份力。鋼弦福式則套是通掉過測亞定不蛇同深覆度處畫傳感器器受橋力后隱的鋼蘇弦振汪動(dòng)頻健率變鞠化，努轉(zhuǎn)求河應(yīng)力奶，其嚇工作來原理介見本酬章的怨弦測哥法原聚理。3、圍巖嚼壓力舒及兩鬧層支缸護(hù)間悲壓力李量測隧道憲開挖提后，濫圍巖回要向磁凈空鳳方向耍變形贊，而行支護(hù)旨結(jié)構(gòu)歇要阻盟止這漏種變勉形，籃這樣邁就會(huì)農(nóng)產(chǎn)生培圍巖逢作用晨與支沉護(hù)結(jié)爹構(gòu)上吹的圍俊巖壓檢力。儲(chǔ)圍巖庭壓力似量測較，通盡常情泛況下類是指小圍巖硬與支柄護(hù)或?yàn)閲妼铀着c二畫次襯齡砌混闖凝土厭間的京接觸宋壓力薄的測爹試。1）目幸的：山了解注圍巖蚊壓力授的量勵(lì)值及恥分布助狀態(tài)閣；判霉斷圍酷巖和嫂支護(hù)各的穩(wěn)惕定性高，分番析二跨次襯鞏砌的復(fù)穩(wěn)定怨性和兔安全恰度。2）量跑測儀察器與具原理接觸貝壓力設(shè)量測才儀器叫根據(jù)躬測試枝原理鼻和測階力計(jì)艘結(jié)構(gòu)常不同衰分為液壓印式測劑力計(jì)和電測脖式測堡力計(jì)。目前銹隧道踩中多濕用電蛙測式集，弦測冠法原頌理：毀在傳易感器折中有面一根遠(yuǎn)張緊摧的鋼鹽弦，提當(dāng)傳疫感器考受外鐵力作煙用時(shí)角，弦弊的內(nèi)肚應(yīng)力沒發(fā)生穩(wěn)變化露，隨鹿著弦享的內(nèi)遠(yuǎn)應(yīng)力兩改變旋，自緒振頻悔率也難相應(yīng)調(diào)地發(fā)融生變章化，斧弦的賀張力柳越大唉，自蝴振頻需率越晌高，倒反之杰，自造振頻睛率越妻低。圖6－14鋼弦喜式雙屬膜壓翼力盒洪構(gòu)造機(jī)圖1－剛羨性板粘；2－彈痕性板冷；3－傳統(tǒng)力軸允；4－弦渠夾；5－鋼偉弦鋼弦揮式壓廟力盒罰布置度圖4、鋼支炒撐應(yīng)亦力量教測一般償在Ⅵ、Ⅴ級圍翼巖中夢常采嫩用型勞鋼支約撐；Ⅳ級圍登巖中獵常采衰用格揀柵支撒撐。吹通過馬對鋼拿支撐覽的應(yīng)取力量暮測，袋可知朱鋼支浮撐的架實(shí)際闊工作洪狀態(tài)庸，從敗鋼支殼撐的石性能授曲線岔上可商以確猜定在飛此壓星力作趴用下之鋼支則撐所爽具有獸的安便全系儀數(shù)，攻視具低體情允況確途定是閑否需瞞要采搬用加腐固措掩施。1）量盟測目唯的⑴了解株鋼支濃撐應(yīng)家力的稍大小墊，為兔鋼支倆撐選鉗型與酬設(shè)計(jì)閃提供克依據(jù)火。⑵根據(jù)希鋼支競撐的割受力谷狀態(tài)粉，判文斷隧破道空襪間和庭支護(hù)差結(jié)構(gòu)已的穩(wěn)安定性好。⑶了解蘭鋼支歷撐的替實(shí)際販工作齒狀態(tài)合，保錦證隧疫道施峰工安刷全。2）量感測元仔件目前囑使用梁較普自遍的守型鋼踏支撐扯應(yīng)力梨量測肚多采英用鋼弦唱式表士面應(yīng)魄變計(jì)，格柵完支撐波應(yīng)力垮量測蘭多采忌用鋼弦忙式鋼友筋應(yīng)辛力計(jì)。鋼弦尾式表絞面應(yīng)裝變計(jì)膠結(jié)構(gòu)持圖鋼弦芹式鋼縮慧筋應(yīng)塞力計(jì)5、混凝枯土應(yīng)授力量感測混凝洽土應(yīng)奴力量趴測包構(gòu)括噴依射混寸凝土添和二蕩次襯防砌模醒筑混溜凝土計(jì)應(yīng)力水量測則。其常目的俗是了翼解混蚊凝土蹦層的武變形緣瑞特性面以及浮混凝扎土的眠應(yīng)力德狀態(tài)葵；掌孔握噴號層所異受應(yīng)過力的錘大小豆，判露斷噴抖射混憲凝土含層的柳穩(wěn)定必狀況足；判嶄斷支李護(hù)結(jié)調(diào)構(gòu)長類期使票用的誘可靠燭性以受及安供全程腳度；責(zé)檢驗(yàn)外二次州襯砌息設(shè)計(jì)隊(duì)的合丙理性柏，積茫累資商料。第三喊節(jié)假量測逝數(shù)據(jù)隨處理再及應(yīng)甚用1、碑量測昂數(shù)據(jù)跡處理瘋的目陷的由于延現(xiàn)場夫量測膚所得書的原倡始數(shù)顧據(jù)，慎不可頂避免臉具有葬一定階的離瘋散性神，其摘中包校含著惡測量憂誤差鋒甚至關(guān)測試條錯(cuò)誤妻。不葡經(jīng)過匠整理艙和數(shù)扁學(xué)處光理的傍量測夠數(shù)據(jù)跨一時(shí)遠(yuǎn)難以難直接違利用其。數(shù)狹學(xué)處教理的閣目的咳是：⑴將挨同一衛(wèi)量測亞斷面嚷的各悉種量板測數(shù)努據(jù)進(jìn)高行分盤析對葡比、肅相互則印證轎，以乖確認(rèn)尊量測失結(jié)果倒的可巾靠性樓；⑵探全求圍柴巖變勤形或育支護(hù)雨系統(tǒng)質(zhì)的受急力隨諒時(shí)間欣變化傅規(guī)律鐘、空分間分航布規(guī)夢律，昆判定菠圍巖燃和支特護(hù)系州統(tǒng)穩(wěn)駕定狀哥態(tài)。2、量肝測數(shù)婆據(jù)處搜理的跌內(nèi)容⑴繪拌制位拋移、嗚應(yīng)力丸、應(yīng)資變隨倍時(shí)間捷變化雀的曲伍線－倉時(shí)態(tài)畫曲線駐；⑵繪循制位燃移速磚率、厲應(yīng)力涂速率頌、應(yīng)朽變速儀率隨外時(shí)間心變化緞的曲伸線；⑶繪絹制位結(jié)移、蓄應(yīng)力堂、應(yīng)景變隨傳開挖柱面推扶進(jìn)變嘩化的疑曲線辱－空砌間曲咱線；⑷繪腥制位槳移、柜應(yīng)力款、應(yīng)每變隨相圍巖撲深度哥變化循的曲代線；⑸繪百制接謹(jǐn)觸壓瓜力、垮支護(hù)欣結(jié)構(gòu)怨應(yīng)力專在隧例道橫軋斷面刑上分防布圖森。3、量跳測數(shù)輸據(jù)的雁應(yīng)用從維睜護(hù)圍泥巖穩(wěn)裂定性拋和支祖護(hù)系維統(tǒng)的舞可靠奶性出撒發(fā)，州現(xiàn)場祖測試毒人員固關(guān)心岔圍巖割變形怠量的屯大小騎，是嫩否侵帶入隧逗道設(shè)引計(jì)斷隊(duì)面的蝴限界鋤，是酸否對瓜施工絨人員休的安湊全構(gòu)舌成威脾脅。貫以便排及時(shí)毯調(diào)整絮設(shè)計(jì)滿參數(shù)艘和進(jìn)鑄行施然工決蔬策。1）初黑期支脆護(hù)階羞段圍幼巖穩(wěn)赴定性烈的判搖據(jù)和允施工巨管理⑴根訴據(jù)最復(fù)大位辱移值獄進(jìn)行欺施工黎管理a.當(dāng)量住測位假移U小于Un擴(kuò)/3，表否明圍切巖穩(wěn)講定，撈可以艘正常楊施工大。b.當(dāng)量宏測位沈移U大于Un似/3并小怠于2U傾n/這3時(shí)，池表明牧圍巖辛變形敞偏大爽，應(yīng)巴密切寄注意續(xù)圍巖站動(dòng)向棒，可綱采取賤一定邊的加炒強(qiáng)措陶施，揉如加杏密、已加長果錨桿得等措箱施。c.當(dāng)量幻玉測位轉(zhuǎn)移U大于2U閱n/怪3時(shí)，狐表明木圍巖堵變形串很大借，應(yīng)釋先停污止掘福進(jìn)，申并采縫取特在殊的素加固蓬措施游，如預(yù)超前啄支護(hù)樹、注擺漿加齊固等玩。d.實(shí)測鐵最大冰位移刃值或柔預(yù)測航最大宗位移固值不閥大于2U劈燕n/玩3時(shí)，真可認(rèn)搶為初弊期支童護(hù)達(dá)浴到基矩本穩(wěn)興定。⑵根茄據(jù)位革移速座率進(jìn)想行施艙