-地下工程監(jiān)測技術(shù)

第十二章地下工程監(jiān)測技術(shù)

1一、概述

二、地下工程監(jiān)測的目的和內(nèi)容三、山嶺隧道工程監(jiān)測儀器與方法

五、地下工程監(jiān)測方案設(shè)計主要內(nèi)容六、地下工程監(jiān)測實例分析2四、城市地下工程監(jiān)測儀器與方法第一節(jié)概述一、地下工程的概念二、地下工程的特點3一、地下工程的概念地下工程：指在地面以下土層或巖體中修建各種類型的地下建筑物或者結(jié)構(gòu)的總稱。地下工程通常包括：地鐵、隧道、地下停車場、地下商場、水電工程中的地下廠房等等。4通常我們所說的地下工程大致主要包括山嶺隧道和城市地下工程兩大類。二、地下工程的特點地下工程往往具有以下幾個特點：5〔1〕為城市規(guī)模擴展提供了十分豐富的空間資源,是城市可持續(xù)開展的必然途徑；(2)具有良好的密閉性與穩(wěn)定的溫度環(huán)境,適宜掩蔽及對環(huán)境溫度有較高要求的工程,如指揮中心、精密儀器貯存室、生產(chǎn)用房等；二、地下工程的特點6(3)節(jié)約城市用地,保護農(nóng)田及環(huán)境,節(jié)約資源,改善城市交通,減輕城市污染等,如地下交通工程可將廢氣統(tǒng)一處理而不污染空氣；(4)地下空間建筑有較強的防災(zāi)減災(zāi)優(yōu)越性,可有效地防御包括核武器在內(nèi)的各種武器的殺傷破壞作用,對地震、風(fēng)、雪等自然災(zāi)害及爆炸、火災(zāi)等災(zāi)害抵御能力較強,如對爆炸、火災(zāi)的蔓延控制較容易;二、地下工程的特點7(5)地下空間建筑由于處在巖土中,因此施工難度大且復(fù)雜,一次性投資本錢高,但使用壽命長.其封閉的特性對設(shè)備要求較高,人們對其適應(yīng)性較差;(6)缺點是自然光線缺乏,與室外環(huán)境隔絕,對防水防潮要求較高等.長期居住應(yīng)選擇地下巖土式或窯洞式建筑,全埋式地下空間建筑等適宜工業(yè)、國防公共場所、民防、交通與貯存等建筑.第二節(jié)地下工程監(jiān)測的目的和內(nèi)容一、地下工程監(jiān)測的目的二、地下工程監(jiān)測的內(nèi)容8監(jiān)測的目的是掌握圍巖穩(wěn)定與支護受力、變形的動態(tài)或信息，并以此判斷設(shè)計、施工的平安等。⒈提供監(jiān)控設(shè)計的依據(jù)和信息；⒉指導(dǎo)施工，預(yù)報險情；⒊作為工程運營時的監(jiān)視手段；⒋用作理論研究及校核理論，并為工程類比提供依據(jù)；⒌為地下工程設(shè)計與施工積累資料。一、地下工程監(jiān)測的目的9二、地下工程監(jiān)測的內(nèi)容1.現(xiàn)場監(jiān)測包括掌子面附近的圍巖穩(wěn)定性、圍巖構(gòu)造情況、支護變形與穩(wěn)定情況及校核圍巖分類。102.應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)試包括巖體原巖應(yīng)力，圍巖應(yīng)力、應(yīng)變，支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變及圍巖與支護和各種支護間的接觸應(yīng)力。3.壓力監(jiān)試包括支撐上的圍巖壓力和滲水壓力。4.位移監(jiān)試包括圍巖位移〔含地表沉降〕、支護結(jié)構(gòu)位移及圍巖與支護傾斜度。二、地下工程監(jiān)測的內(nèi)容115.溫度監(jiān)試包括巖體溫度、洞內(nèi)溫度及氣溫。地下工程監(jiān)測的工程序號項目名稱方法及工具布置量測間隔時間1～15d16d～1月1～3月大于3月1地質(zhì)和支護狀況觀察巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及支護裂縫觀察或描述，地質(zhì)羅盤等開挖后及初期支護后進行每次爆破后進行2周邊位移各種類型收斂計每10～50m一個斷面，每斷面2～3對測點1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月3拱頂下沉水平儀、水準(zhǔn)尺、鋼尺或測桿每10～50m一個斷面1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月4錨桿及錨索內(nèi)力及抗拔力各類電測錨桿、錨桿測力計及拉拔器每10m一個斷面，每個斷面至少做3根錨桿————12序號項目名稱方法及工具布置量測間隔時間1～15d16d～1月1～3月大于3月5地表下沉水平儀、水準(zhǔn)尺每5～50m一個斷面，每斷面至少7對測點；第隧道至少兩個斷面；中線每5～20m一個測點開挖面距量測斷面前后<2B時，1～2次/d開挖面距量測斷面前后<5B時，1次/2d開挖面距量測斷面前后>5B時，1次/周6圍巖體內(nèi)位移（洞內(nèi)設(shè)點）洞內(nèi)鉆孔中安設(shè)單點、多點桿式或鋼絲式位移計每5～100m一個斷面，每斷面2～11個測點1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月7圍巖體內(nèi)位移（地表設(shè)點）地面鉆孔中安設(shè)各類位移計每代表性地段一個斷面，每斷面3～5個鉆孔同地表下沉要求8圍巖壓力及兩層支護間壓力各種類型壓力盒每代表性地段一個斷面，每斷面宜為15～20個測點1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月地下工程監(jiān)測的工程13序號項目名稱方法及工具布置量測間隔時間1～15d16d～1月1～3月大于3月9鋼支撐內(nèi)力及外力支柱壓力計或其他測力計每10榀鋼拱支撐一對測力計1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月10支護、襯砌內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力及表面裂縫量測各類混凝土內(nèi)應(yīng)變計、應(yīng)力計、測縫計及表面應(yīng)力解除法每代表性地段一個斷面，每斷面宜為11個測點1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月11圍巖彈性波測試各種聲波儀及配套探頭在有代表性地段設(shè)置————注：B為隧道開挖寬度；1～4項為必測工程，5～11工程為選測工程。地下工程監(jiān)測的工程14第三節(jié)山嶺隧道工程監(jiān)測儀器與方法一、位移監(jiān)測二、收斂位移監(jiān)測三、壓力監(jiān)測15單點位移計多點位移計滑動式位移計洞周外表或圍巖不同深度的位移地表和拱頂下沉一、位移監(jiān)測精密水準(zhǔn)儀量測161.單點位移計所測位移量為洞壁與錨桿固定點間的相對位移

單點位移計裝置1—砂漿；2—錨桿體；3—連接桿；4—固定環(huán)；5—測頭；6—外殼；7—定位器；8—測環(huán)；9—百分表172．多點位移計多點位移計按位移量測儀器的不同有機械式和電測式兩類。機械式一般采用深度測微計、千分表或百分表，電測式采用的位移傳感器常用的有電阻式、電感式、差動式和鋼弦式等多種。(1)并聯(lián)式多點位移計〔機械式〕(2)串聯(lián)式多點位移計〔電測式〕

18并聯(lián)式多點位移計量測測點相對于洞壁的相對位移量錨固器位移測定器19串聯(lián)式多點位移計1—孔底固定裝置；2—電感式位移傳感器；3一鋼套管；4一彈簧片；5—連接桿；6—電纜；7—導(dǎo)向管；8—孔口固定裝置20

3.滑動式位移計21隧洞周邊或結(jié)構(gòu)物內(nèi)部凈空尺寸的變化稱為收斂位移。收斂計類型及布置示意圖1—測讀表；2—重錘；3—鋼卷尺；4—固定端；5—連接裝置；6—張拉表；7—張拉彈簧；8—微型電機；9—控制器穿孔鋼卷尺式收斂計銦鋼絲彈簧式收斂計銦鋼絲扭矩平衡式收斂計二、收斂位移量測22232425

地下洞室內(nèi)部的壓力支襯結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓力圍巖和支襯結(jié)構(gòu)間接觸壓力

三、壓力量測261.液壓枕

液壓枕構(gòu)造

1—放氣螺釘；

2—鋼球；

3一放氣嘴；

4—枕殼；

5—紫銅管；

6—壓力表；

7—注油三通；

8—六角螺母；

9—小管座27結(jié)構(gòu)簡單、防潮防震、穩(wěn)定性好，不受干擾2829

2．錨桿應(yīng)力量測

支護錨桿的應(yīng)力量測原理通常是：錨桿受力后發(fā)生變形，采用應(yīng)變片或應(yīng)變計測量錨桿的應(yīng)變，得出與應(yīng)變成比例的電阻或頻率的變化，然后通過標(biāo)定曲線或公式將電測信號換算成錨桿應(yīng)力。量測錨桿應(yīng)力用的應(yīng)變計主要有電阻式、差動電阻式和鋼弦式幾種應(yīng)變計。30第四節(jié)城市地下工程監(jiān)測儀器與方法一、城市地下工程的特點與施工方法二、城市地下工程監(jiān)測的儀器與方法31一、城市地下工程特點與施工方法1.地下工程的主要特點地質(zhì)條件差周邊環(huán)境復(fù)雜結(jié)構(gòu)埋深淺、與臨近結(jié)構(gòu)相互影響圍巖穩(wěn)定性難于判斷2、地下工程的主要施工方法隨著施工技術(shù)的不斷進步和開展，地下工程開的施工方法越來越豐富，根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件、機械設(shè)備配備等情況，城市地下工程施工方法一般可分為三大類，即：明挖、暗挖及沉管法。具體分類見以下圖。3.城市地下工程監(jiān)測的主要目的通過監(jiān)測了解地層在施工過程中的動態(tài)變化，明確工程施工對地層的影響程度及可能產(chǎn)生失穩(wěn)的薄弱環(huán)節(jié)。通過監(jiān)測了解支護結(jié)構(gòu)及周邊建〔構(gòu)〕筑物的變形及受力狀況，并對其平安穩(wěn)定性進行評價。通過監(jiān)測了解施工方法的實際效果，并對其進行適用性評價。及時反響信息，調(diào)整相應(yīng)的開挖、支護參數(shù)；通過監(jiān)測，收集數(shù)據(jù)，為以后的工程設(shè)計、施工及標(biāo)準(zhǔn)修改提供參考和積累經(jīng)驗。4、城市地下工程監(jiān)測工作中存在的問題〔1〕局部工程未把監(jiān)測與信息反響作為重要工序編入施工組織設(shè)計，有的雖然作為工序編入，但實施不標(biāo)準(zhǔn)，不徹底，應(yīng)用效果較差。〔2〕施工技術(shù)人員沒能真正領(lǐng)會和掌握信息化設(shè)計與施工技術(shù)，實施過程中缺少專業(yè)人員。特別是信息反響方面，很少能結(jié)合施工情況，對監(jiān)測信息進行合理分析，進而對工程設(shè)計和施工起指導(dǎo)作用?！?〕缺乏環(huán)境的評估標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要就地下工程施工對周圍環(huán)境影響的評估程序、評估方法以及控制標(biāo)準(zhǔn)進行研究?！?〕在我國局部城市地下工程施工中，引入了第三方監(jiān)測，對促進監(jiān)測技術(shù)健康開展具有一定的積極意義，但還要近進一步標(biāo)準(zhǔn)。1、地面沉降2、建筑物監(jiān)測3、地下管線變形監(jiān)測4、凈空收斂監(jiān)測5、拱頂下沉監(jiān)測6、圍護結(jié)構(gòu)頂水平位移監(jiān)測7、圍護結(jié)構(gòu)深部水平位移監(jiān)測36二、主要監(jiān)測工程實施方法8、深層土體沉降監(jiān)測9、水位計監(jiān)測10、孔隙水壓力監(jiān)測11、巖土壓力監(jiān)測12、鋼筋軸力監(jiān)測13、混凝土應(yīng)變監(jiān)測14、爆破振動監(jiān)測1.地表沉降沉降監(jiān)測是地下工程監(jiān)測中最主要的監(jiān)測工程。在地基加固、基坑、淺埋暗挖法隧道、盾構(gòu)法隧道等工程的施工過程中都要進行地表沉降監(jiān)測。〔1〕監(jiān)測目的主要是測定隧道施工引起的地表沉降值，確保結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的平安，同時分析隧道施工引起的縱橫沉降槽曲線及最大沉降坡度、最小曲率半徑和沉降速率等，以評估盾構(gòu)施工過程中圍巖變形狀態(tài)及施工對周圍環(huán)境的影響程度?！?〕監(jiān)測儀器實際工作中，推薦一般采用瑞士WILDLeico公司的NA2002和N3或蘇州第一光學(xué)儀器廠可以附加測微器的DSZ2。如果需要進行跟蹤監(jiān)測，可采用靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)。

〔3〕監(jiān)測方法1〕水準(zhǔn)點的設(shè)置可以利用城市中的永久水準(zhǔn)點或工程施工時使用的臨時水準(zhǔn)點，作為基準(zhǔn)點或工作基點。如果附近沒有這樣的水準(zhǔn)點，那么應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的具體條件和沉降監(jiān)測的時間要求埋設(shè)專用水準(zhǔn)點。水準(zhǔn)點的型式和埋設(shè)可參照三、四等水準(zhǔn)點的要求進行〔如圖〕，其數(shù)目不少于三個，以便組成水準(zhǔn)控制網(wǎng)，對水準(zhǔn)點定期進行校核，防止其本身發(fā)生變化，以保證沉降監(jiān)測結(jié)果的正確性。水準(zhǔn)點應(yīng)在沉降監(jiān)測的初次觀測之前一個月埋設(shè)好。埋設(shè)水準(zhǔn)點應(yīng)考慮以下因素：〔1〕水準(zhǔn)點應(yīng)布設(shè)在監(jiān)測對象的沉降影響范圍〔包括埋深〕以外，保證其鞏固穩(wěn)定；〔2〕盡量遠離道路、鐵路、空壓機房等，以防受到碾壓和振動的影響；〔3〕力求通視良好，與觀測點接近，其距離不宜超過l00m，以保證監(jiān)測精度；〔4〕防止將水準(zhǔn)點埋設(shè)在低洼易積水處。同時為防止土層凍脹的影響，水準(zhǔn)點的埋設(shè)深度至少要在冰凍線以下0.5m。2〕地表沉降測點埋設(shè)用沖擊鉆在地表鉆孔，然后放入長200～300mm，直徑20～30mm的圓頭鋼筋，四周用水泥砂漿填實。3〕地表沉降計算在條件許可的情況下，盡可能布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)，以便進行平差處理，提高觀測精度。施工前，由基點通過水準(zhǔn)測點監(jiān)測出地表沉降觀測點的初始高程H0，在施工過程中測出的高程為Hn。那么高差△Ｈ＝Hn-H0即為地表沉降值。4〕地表沉降分析包括地表沉降歷時規(guī)律〔如以下圖所示〕、地表沉降歷程規(guī)律、縱向地表沉降規(guī)律、橫向地表沉降規(guī)律等。分析施工對周邊環(huán)境的影響程度及影響范圍，及與時間及開挖面之間的關(guān)系，預(yù)測最終地表沉降。2.建筑物監(jiān)測建筑物監(jiān)測包括建筑物沉降監(jiān)測、建筑物傾斜、建筑物水平位移監(jiān)測及建筑裂縫監(jiān)測等?！?〕監(jiān)測目的在城市地區(qū)修建地下工程，往往周圍有建筑物。為了保證建筑物的平安，在施工過程中需進行建筑物監(jiān)測，目的是掌握工程施工期間建筑物的變化情況，以便當(dāng)建筑物變形過大，及時采取有效的保護加固措施，確保建筑物平安。〔2〕監(jiān)測儀器用于沉降監(jiān)測水準(zhǔn)儀、全站儀、靜力水準(zhǔn)儀等；建筑物傾斜可以采用水準(zhǔn)儀〔差異沉降法〕、全站儀，垂線坐標(biāo)儀等，水平可以采用全站儀、經(jīng)緯儀等，建筑裂縫監(jiān)測可采用簡易方法進行，如貼石膏法金屬片固定法等，如果監(jiān)測精度要求較高可采用測縫計或手持應(yīng)變計等?！?〕監(jiān)測方法目前，對于建筑物監(jiān)測工程主要是沉降與傾斜〔通常采用差異沉降法〕。下面僅就建筑物沉降及采用差異沉降法進行傾斜監(jiān)測進行簡單介紹。1〕水準(zhǔn)基點埋設(shè)水準(zhǔn)基點的構(gòu)造、形式以及埋設(shè)方法地表沉降。水準(zhǔn)基點離監(jiān)測建筑物的最近允許距離見下表。

建筑物性質(zhì)層次水準(zhǔn)基點離觀測建筑物的最近容許距離（m）建筑物性質(zhì)層次水準(zhǔn)基點離觀測建筑物的最近容許距離（m）民用建筑6層以下≥40～30工業(yè)廠房單層廠房≥4010≥50單層廠房≥5020≥60（有吊車者）30≥70單層廠房≥6040≥80（有震動基礎(chǔ)）2〕沉降監(jiān)測點布置監(jiān)測點的位置和數(shù)量應(yīng)根據(jù)建筑物的體態(tài)特征、根底形式、結(jié)構(gòu)種類及地質(zhì)條件等因素綜合考慮。為了反映沉降特征和便于分析，測點應(yīng)埋設(shè)在沉降差異較大的地方，同時考慮施工便利和不易損壞。一般可設(shè)置在建筑物的四角〔拐角〕上，上下懸殊或新舊建筑物連接處，伸縮縫、沉降縫和不同埋深根底的兩側(cè)，框架〔排架〕結(jié)構(gòu)的主要柱基或縱橫軸線上。對于煙囪、水塔、油罐等高聳構(gòu)筑物，應(yīng)沿周邊在其根底軸線上的對稱位置布點。沉降監(jiān)測標(biāo)志〔點〕應(yīng)根據(jù)建筑物的構(gòu)造類型和建筑材料確定，一般可分為墻〔柱〕標(biāo)志、根底標(biāo)志和隱蔽式標(biāo)志〔用于賓館或商場內(nèi)〕。以下圖為監(jiān)測標(biāo)志的埋設(shè)示意圖。監(jiān)測標(biāo)志埋設(shè)完畢后，應(yīng)待其穩(wěn)固前方能使用。特殊情況下，也可采用射釘槍、沖擊鉆將射釘或膨脹螺絲固定在建筑物的外表，涂上紅漆作為監(jiān)測標(biāo)志。沉降監(jiān)測標(biāo)志埋設(shè)時應(yīng)特別注意要保證能在點上垂直置尺和良好的通視條件。3〕地表沉降計算施工前，由監(jiān)測基點通過水準(zhǔn)測量監(jiān)測出建筑物沉降監(jiān)測點的初始高程H0，在施工過程中測出的高程為Hn。那么高差△H＝Hn-H0即為建筑物沉降值。4〕傾斜計算根據(jù)建筑物相臨兩點的沉降值，在計算建筑物沉降差△s，按公式tgθ=△s/b進行傾斜計算〔一般采用差異沉降法〕，如下圖，頂部水平位移采用公式SH2=Hg×△s/b計算。式中：θ——為所求建筑物水位移產(chǎn)生的傾斜角；b——建筑物寬度；△s——建筑物的差異沉降；5〕變形規(guī)律分析繪制變形歷時曲線，如圖為某工程建筑物沉降歷時曲線圖，預(yù)測最大變形值，判斷建筑物的平安。6＃建筑物沉降歷時曲線圖右線盾構(gòu)到達前右線盾構(gòu)通過后左線盾構(gòu)到達后期沉降3.地下管線變形監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的在管線周圍設(shè)置測點，監(jiān)測地下工程施工過程中地下管線沉降情況，據(jù)以判定地下管線的平安性，以及采用的工程保護措施的可靠性?！?〕監(jiān)測儀器同地表沉降監(jiān)測?！?〕監(jiān)測實施方法1〕基準(zhǔn)點埋設(shè)同地表沉降監(jiān)測。2〕測點埋設(shè)目前地下管線測點主要有以下三種設(shè)置方法：〔1〕.抱箍式，〔2〕.直接式，〔3〕.模擬式其中模擬式，測點的特點是簡便易行，防止了道路開挖對交通的影響，但因測得的是管頂?shù)貙拥淖冃?，模擬性差，精度較低。上述三種形式的測點均可用于管線沉降監(jiān)測。抱箍式和直接式亦可用于水平位移的監(jiān)測，但應(yīng)注意抱箍式測點的測桿周圍不得回填，否那么會引起監(jiān)測誤差。3〕沉降值計算沉降值計算同地表沉降監(jiān)測。4〕沉降分析繪制沉降歷時曲線，預(yù)測最大沉降值，判斷管線的平安。4.凈空收斂監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的地下工程開挖后，凈空收斂也是圍巖與結(jié)構(gòu)和支護力學(xué)形態(tài)變化的最直接、最明顯的反映參數(shù)，通過監(jiān)測可了解圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)。〔2〕監(jiān)測儀器通常采用收斂計，收斂計是用于測量和監(jiān)控隧道周邊收斂〔變形〕的主要儀器，由連接、測力、測距三局部組成，如右圖所示。近年來開展的無尺非接觸量測系統(tǒng)，可采用全站儀進行收斂變形監(jiān)測?！?〕監(jiān)測實施1〕測點布設(shè)原那么與結(jié)構(gòu)拱頂下沉測點布置在同一個斷面上。在同一斷面內(nèi)，收斂基線的布設(shè)，應(yīng)根據(jù)斷面大小選擇不同的布置型式，通常情況下可以采用，如以下圖所示的型式。安裝測點時，在被測結(jié)構(gòu)面用鑿巖機或人工挖孔徑為40～80mm深20cm的孔，在孔中填塞水泥沙漿后插入收斂預(yù)埋件，盡量使兩預(yù)埋件軸線在基線方向上并使銷孔軸線處于垂直位置，上好保護帽，待沙漿凝固后即可進行監(jiān)測。ac----單線隧道，bd----雙線隧道2〕收斂測量與計算按下式計算凈空變化值。Un=Rn-Rn-1Un——第n次監(jiān)測的凈空變形值Rn——第n次監(jiān)測時的凈空變形值Rn-1——第n-1次監(jiān)測時凈空變形值3〕變形分析繪制收斂歷時曲線及歷程曲線〔如以下圖所示〕，預(yù)測最大收斂變形值，判斷初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況。5.拱頂下沉監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的拱頂下沉監(jiān)測值是反映地下工程結(jié)構(gòu)平安和穩(wěn)定的重要數(shù)據(jù)，是圍巖與支護系統(tǒng)力學(xué)形態(tài)變化的最直接、最明顯的的反映。通過監(jiān)測了解初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況?！?〕監(jiān)測儀器水準(zhǔn)儀、鋼掛尺或全站儀?！?〕監(jiān)測實施1〕沉降點埋設(shè)沉降點埋設(shè)原那么應(yīng)以能反映結(jié)構(gòu)平安為原那么，并盡量與地表沉降測點相對應(yīng)，以利于比照分析。拱頂下降的水準(zhǔn)基點布設(shè)在洞內(nèi)和洞外均可，要布設(shè)牢固，易于監(jiān)測。拱頂下沉降測點一般用Ф6鋼筋彎成三角形，固定在待測面上。測點大小要適中。監(jiān)測時用1把長度適宜的〔長度依據(jù)隧道高度而定〕鋼卷尺，尺端連一個掛勾，可以掛在測點上。要保護測點，使監(jiān)測數(shù)據(jù)不中斷。監(jiān)測應(yīng)在水準(zhǔn)儀及掛尺檢驗合格前方可進行；不得在測點和掛尺處有振動時進行監(jiān)測；盡量選擇在監(jiān)測環(huán)境好時進行監(jiān)測。2〕數(shù)據(jù)計算與分析對同一測點而言，拱頂沉降計算如下式。U=Ui-Ui-1式中：Ui——第i次監(jiān)測高程；Ui-1——第i-1次監(jiān)測高程；U——第i次沉降值；數(shù)據(jù)分析與處理同地表沉降，繪制沉降歷時曲線如右圖所示。6.圍護結(jié)構(gòu)頂水平位移〔1〕監(jiān)測目的1〕及時了解支護結(jié)構(gòu)的最大水平位移，必要時調(diào)整基坑開挖順序和速度，確?；雍椭車h(huán)境的平安；2〕驗算支護結(jié)構(gòu)的變形量，反算地層的水土壓力；3〕作為測斜管監(jiān)測計算的起始依據(jù)。〔2〕監(jiān)測儀器鋼尺/經(jīng)緯儀、或全站儀等?！?〕監(jiān)測實施方法1〕基準(zhǔn)點的埋設(shè)方法基準(zhǔn)點的埋設(shè)方法地表沉降監(jiān)測。2〕測點埋設(shè)支護結(jié)構(gòu)上的測點可獨立埋設(shè)，也可利用沉降監(jiān)測點，在測點端面鋸上十字刻痕或鑿出中心位置。監(jiān)測同一條邊所用的測點應(yīng)盡量埋設(shè)在一直線上，以便監(jiān)測。每次監(jiān)測時應(yīng)對其基準(zhǔn)點和測點進行檢查，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠。3〕測量方法與位移計算圍護結(jié)構(gòu)頂水平位移的監(jiān)測方法很多，可根據(jù)現(xiàn)場情況和工程要求靈活應(yīng)用，下面介紹幾種常用的監(jiān)測方法。直接丈量法該方法類似隧道收斂變形量測，適用于邊長不大于50rn的小型基坑?；娱_挖前，在監(jiān)測部位埋設(shè)測點，其差值即為測點間的相對位移，假設(shè)基坑是對稱的，可取其值的1/2分別作為測點的位移量。用此方法測量直接得到的雖是相對位移值，但使用器具單一，操作簡便、直觀。只要每次測量時，對每一測線重復(fù)測量兩次，假設(shè)兩次測量的誤差值不大于1/20000，那么可取其平均值作為測量結(jié)果，精度可滿足工程要求。視準(zhǔn)線法該方法適用于基坑直線邊及直線支撐桿體的水平位移的監(jiān)測，如以下圖所示。場地有條件者，可沿基坑某一測量邊向后二倍開挖深度距離外設(shè)置測站。當(dāng)經(jīng)緯儀架設(shè)調(diào)平后，在基坑相反方向找一個固定的目標(biāo)作為后視方向，用帶有刻劃的讀數(shù)艦牌或T型尺，以后每次監(jiān)測結(jié)果與初始值比較，求得測點的水平位移量。A、B——基坑兩端的工作基點a、b、c、d一位移監(jiān)測點小角度法該方法適用于監(jiān)測點零亂、不在同一直線上的情況，如以下圖所示。在離基坑兩倍開挖深度距離的地方，選設(shè)測站A，假設(shè)測站至監(jiān)測點T的距離為S，那么在不小于2S的范圍之外，選設(shè)前方向點A′。為方便起見，一般可選用建筑物棱邊或避雷針等作為固定目標(biāo)A′用J2級經(jīng)緯儀測定轉(zhuǎn)角，角度測量的測回數(shù)可根據(jù)距離S及監(jiān)測點的精度要求而定，一般用2～4測回測定，并丈量監(jiān)測站點A至監(jiān)測點T的距離。為保證β角初始值的正確性，要二次測定。以后每次測定β角的變動量，按式下計算T的位移量：

△β——角的變動量〔″〕；β一一換算常數(shù)，ρ=3600×180/π=206265；S一一測站至觀測點的距離〔mm〕。如果按ρ角測定中誤差為±2″，S為l00m，代入上式，那么位移值的中誤差約為±lmm。小角度法觀測示意圖控制網(wǎng)法該方法適用于要求測出基坑整體絕對位移量的情況?？刂凭W(wǎng)的建立可根據(jù)施工現(xiàn)場的通視條件、工程的精度要求，采用角邊交會法、基準(zhǔn)線法或附合導(dǎo)線法等。各種布網(wǎng)均應(yīng)考慮圖形強度，長短邊不宜懸殊。先采用平面控制網(wǎng)求出基坑各角點的位移值，再疊加用前述方法求得各監(jiān)測點的相對位移值，即是基坑的整體絕對位移值。采用此方法對儀器的精度要求高，監(jiān)測工作量大，但可求得前述三種不易求出的角點絕對位移量。工程中可視需要選用。4〕數(shù)據(jù)計算分析繪制水平位移歷時曲線，分析基坑開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)變形情況。架設(shè)第一道支撐7.圍護結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的了解施工過程中基坑周圍不同深度土體的水平變形情況，確保施工平安?！?〕監(jiān)測儀器測斜儀，測斜管?！?〕監(jiān)測實施方法1〕測點布置布置在基坑平面上撓曲計算值最大的位置，如懸臂式結(jié)構(gòu)的長邊中心，設(shè)置水平支撐結(jié)構(gòu)的兩道支撐之間；基坑周圍有重點監(jiān)護對象〔如建筑物、地下管線〕時，離其最近的圍護段；基坑局部挖深加大或基坑開挖時圍護暴露最早、得到監(jiān)測結(jié)果后可指導(dǎo)后繼施工的區(qū)段；測斜管中有一對槽口應(yīng)自上而下始終垂直于基坑邊線，以保證測得圍護結(jié)構(gòu)撓曲的最大值；淺埋暗挖法或盾構(gòu)法施工的隧道土體測斜孔布置在地質(zhì)條件比較典型地段；因測斜儀的探頭在管內(nèi)每隔0.5m測一讀數(shù)，故對測斜管的接口位置應(yīng)精確計算，防止接口設(shè)在探頭滑輪停留處。2〕測量監(jiān)測開始前，測斜儀應(yīng)按規(guī)定進行嚴格標(biāo)定，以后根據(jù)使用情況，每隔三個月至半年標(biāo)定一次。測斜管應(yīng)在工程開挖2～4星期前埋設(shè)完畢，在開挖前的3～5日內(nèi)重復(fù)監(jiān)測2～3次，待判明測斜管己處于穩(wěn)定狀態(tài)后，將其作為初始值，開始正式測試工作。每次監(jiān)測時，將探頭導(dǎo)輪對準(zhǔn)與所測位移方向一致的槽口，緩緩放至管底，待探頭與管內(nèi)溫度根本一致、顯示儀讀數(shù)穩(wěn)定后開始監(jiān)測。一般以管口作為起算點，按探頭電纜上的刻度分劃，均速提升，每隔一定距離〔500mm或1000mm〕進行儀表讀數(shù)，并作紀錄。待探頭提升至管口處，旋轉(zhuǎn)180。后，再按上述方法測量一次，以消除測斜儀自身的誤差。3〕數(shù)據(jù)計算測試時沿預(yù)先埋好的測斜管沿垂直于隧道軸線方向〔A向〕導(dǎo)槽〔自下而上每隔1m測讀一次直至孔口，得各測點位置上讀數(shù)Ai〔+〕、Ai〔-〕。其中“+〞向與“-〞向為探頭繞導(dǎo)管軸旋轉(zhuǎn)180°位置。水平位移值計算：第i次監(jiān)測值=Ai〔+〕-Ai〔-〕；變量δ=本次監(jiān)測值-上次監(jiān)測值；本次位移△S=K×δ〔K=0.02〕單位以mm計；第i點的絕對位移=各測點相對于孔底測點的位移。4〕數(shù)據(jù)分析繪制水平位移曲線圖〔如右圖所示〕，分析施工對圍護結(jié)構(gòu)的影響，判斷結(jié)構(gòu)的平安。8.深層土體位移監(jiān)測深層土體水平位移監(jiān)測同圍護結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測。這里說明深層土體垂直位移〔分層沉降〕監(jiān)測。〔1〕監(jiān)測目的了解施工過程中對周圍地層擾動情況，研究不同深度的土體垂直位移變化規(guī)律，確保施工及周邊環(huán)境平安。〔2〕監(jiān)測儀器分層沉降儀，磁環(huán)、沉降導(dǎo)管〔如右圖所示〕、水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)尺〔磁環(huán)沉降標(biāo)〕/磁錘、水準(zhǔn)儀、測桿〔磁錘沉降標(biāo)〕?！?〕監(jiān)測實施方法1〕測點埋設(shè)磁錘式〔測桿式〕標(biāo)志的埋設(shè)方法是用鉆機在預(yù)定位置鉆孔至欲測土層的標(biāo)高后，將護筒放入孔內(nèi)，以防孔壁坍塌，再將標(biāo)頭放入孔底，壓入土層內(nèi)，隨后放入測桿〔僅測桿式用〕，并使其底面與標(biāo)志頂部緊密接觸，上部的水準(zhǔn)氣泡居中，最后用三個定位螺絲將測桿在護筒中定位，見圖右圖所示。

磁環(huán)式標(biāo)志的埋設(shè)方法之一是用鉆機在預(yù)定孔位上鉆孔，孔深由沉降管長度而定，孔徑以能恰好放入磁環(huán)為佳。然后放入沉降管，沉降管聯(lián)接時要用內(nèi)接頭或套接式螺紋，使外殼光滑，不影響磁環(huán)的上、下移動。在沉降管和孔壁間用膨潤土球充填并搗實，至底部第一個磁環(huán)的標(biāo)高，再用專用工具將磁環(huán)套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定壓力，使磁環(huán)上的三個鐵爪插入土中，然后再用膨潤土球充填并搗實至第二個磁環(huán)的標(biāo)高，按上述方法安裝第二個磁環(huán)，直至完成整個鉆孔中的磁環(huán)埋設(shè)。埋設(shè)磁環(huán)的方法之二是在沉降管下孔前將磁環(huán)按設(shè)計距離埋設(shè)在導(dǎo)管上，磁環(huán)之間可利用沉降管外接頭進行隔離，成孔后將帶磁環(huán)的沉降管插入孔內(nèi)，磁環(huán)在接頭處遇阻后被迫隨導(dǎo)管送至設(shè)計標(biāo)高，然后將沉降管向上拔起1m，這樣可使磁環(huán)在上、下各1m范圍內(nèi)移動時不受阻，然后用細砂在導(dǎo)管和孔壁之間進行填充至管口標(biāo)高。2〕測量磁錘式分層標(biāo)是通過鋼尺和水準(zhǔn)儀進行監(jiān)測，見以下圖?？變?nèi)重錘靠底部磁塊的吸力與標(biāo)頭緊密接觸，孔外重錘利用自重通過滑輪將鋼尺拉直，用水準(zhǔn)儀監(jiān)測基準(zhǔn)點與分層標(biāo)之間的高差，計算出深層土體的沉降值，所用鋼尺在監(jiān)測前應(yīng)進行尺長檢定，同時要考慮拉力、尺長、溫度變化的影響。磁環(huán)式分層標(biāo)監(jiān)測時應(yīng)先用水準(zhǔn)儀測出沉降管的管口高程，然后將分層沉降儀的探頭緩緩放入沉降管中，當(dāng)接收儀發(fā)生蜂鳴或指針偏轉(zhuǎn)最大時，就是磁環(huán)的位置，自上而下依次逐點測出孔內(nèi)各磁環(huán)至管口的距離，換算出各點的沉降量，如以下圖所示。磁錘式磁環(huán)式3〕沉降計算監(jiān)測時將探頭沿管內(nèi)壁由下而上緩慢提升測尺，當(dāng)通過測點磁環(huán)位置時，蜂鳴器發(fā)出聲響，此時讀取孔口標(biāo)志〔基點〕處測尺的讀數(shù)，即為：各測點相對于孔口標(biāo)志點〔基點〕處的距離。本次位移值=本次監(jiān)測平均值-上次監(jiān)測平均值累計位移值=Σ各次監(jiān)測位移值各測點絕對位移=相對位移值+孔口標(biāo)志點〔基點〕位移4〕數(shù)據(jù)處理與分析每次監(jiān)測后應(yīng)繪制孔深――沉降對應(yīng)關(guān)系曲線及沉降歷時曲線。不同深度地層的沉降值9.水位計監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的1〕檢驗降水方案的實際效果，如降水速率和降水深度；2〕控制地下工程施工降水對周圍地下水位下降的影響范圍和程度；3〕防止地下工程施工中的水土流失?！?〕監(jiān)測儀器水位管、水位計〔如右圖所示〕等?！?〕監(jiān)測實施1〕水位管埋設(shè)檢驗降水效果的水位孔布置在降水區(qū)內(nèi)，采用輕型井點管時可布置在總管的兩側(cè)，采用深井降水時應(yīng)布置在兩孔深井之間，水位孔的深度應(yīng)在最低設(shè)計水位之下。保護周圍環(huán)境的水位孔應(yīng)圍繞圍護結(jié)構(gòu)和被保護對象〔如建筑物、地下管線等〕或在兩者之間進行布置，其深度應(yīng)在允許最低地下水位之下或根據(jù)不透水層的位置而定。水位孔一般用小型鉆機成孔，孔徑應(yīng)略大于水位管的直徑，孔徑過小會導(dǎo)致下管困難，孔徑過大會使觀測產(chǎn)生一定的滯后效應(yīng)。成孔至設(shè)計標(biāo)高后，放入裹有濾網(wǎng)的水位管，管壁與孔壁之間用凈砂回填至離地表0.5m處，再用粘土進行封填，以防地表水流入。2〕水位計算在施工前由水位計測出初始水位H0，在施工過程中測出的高程為Hn。那么高差△Ｈ＝Hn-H0即為水位變化值。3〕數(shù)據(jù)分析繪制水位歷時曲線〔如以下圖所示〕。分析水位變化規(guī)律。水位變化曲線圖10.孔隙水壓力監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的孔隙水壓力監(jiān)測在控制各種打入樁引起的地表隆起、隧道開挖導(dǎo)致的地表沉降等方面起著十分重要的作用，其原因在于飽和土受荷后首先產(chǎn)生的是孔隙水壓力的變化或遷移，隨后才是顆粒的固結(jié)變形，孔隙水壓力的變化是土體運動的前兆。通過監(jiān)測孔隙水壓力在施工過程中的變化情況，及時為控制沉樁速率和開挖、掘進速度等提供可靠依據(jù)，從而到達為施工效勞的目的。同時結(jié)合土壓力監(jiān)測，可以進行土體有效應(yīng)力分析，作為土體穩(wěn)定計算的依據(jù)。〔2〕監(jiān)測儀器孔隙水壓計及VW-1型頻率接收儀〔如右圖所示〕?！?〕監(jiān)測實施1〕測點埋設(shè)孔隙水壓監(jiān)測一般采用孔隙水壓計，其埋設(shè)方法采用掛布法、頂入法、彈入法、埋置法和鉆孔法。無論采用哪一種方法埋設(shè)，都要擾動地層，使初始孔隙水壓力發(fā)生變化。為使這一變化對后期測量數(shù)據(jù)的影響減小到最低限度，一般應(yīng)在正式測量開始前一個月進行埋設(shè)。2〕監(jiān)測計算根據(jù)每次所測得的各測點頻率，可依據(jù)孔隙水壓計的頻率-壓力標(biāo)定曲線直接換算出相應(yīng)的壓力值。3〕數(shù)據(jù)分析根據(jù)孔隙水壓力值繪制壓力-時間曲線圖〔如以下圖所示〕?？紫端畨毫v時曲線開挖面到達測點11.巖土壓力監(jiān)測〔1〕監(jiān)測的目的1〕監(jiān)測擋土或支護結(jié)構(gòu)在各種施工工況下的受力狀況，以便及時采取相應(yīng)的措施，確保施工平安；2〕找出地下工程施工引起的不同距離和深度上地層土壓力的變化規(guī)律；為驗正理論計算、提高理論分析水平積累資料?！?〕監(jiān)測儀器壓力盒及接收儀。〔3〕監(jiān)測實施1〕測點埋設(shè)其埋設(shè)方法采用掛布法、頂入法、彈入法、埋置法和鉆孔法。在平面上，土壓力盒應(yīng)緊貼監(jiān)測對象布置，在不同性質(zhì)的土層中布置土壓力盒，監(jiān)測擋土結(jié)構(gòu)接觸面土壓力時，可選擇在支撐處和圍檁的中點，以及水平位移最大處，初期支護土壓力盒布置應(yīng)使壓力盒的受壓面向著圍巖。當(dāng)測圍巖施加給噴混凝土層的徑向壓力時，先用水泥砂漿或石膏把壓力盒固定在巖面上。采用鉆孔法埋設(shè)的土壓力盒，應(yīng)向孔內(nèi)回填細砂堆至孔口。采用鉆孔法埋設(shè)的土壓力盒的前期數(shù)據(jù)偏小，只有當(dāng)回填材料充分固結(jié)后才能較為準(zhǔn)確地反映實際土壓力。所以在正式監(jiān)測前一個月左右進行埋設(shè)。測讀到的主動土壓力值偏大，被動土壓力值偏小。監(jiān)測基底反力或地下室側(cè)墻的回填土壓力可用埋置法?？上葘⑵渎裨O(shè)在預(yù)制的混凝土塊內(nèi)，整平地表，然后將土壓力盒放上，并將預(yù)制塊澆筑在基底內(nèi)。在結(jié)構(gòu)物側(cè)面安裝土壓力盒時，應(yīng)在混凝土澆筑到預(yù)定標(biāo)高處，將土壓力盒固定到測量位置上，壓力膜必需與結(jié)構(gòu)外外表平齊。采用埋置法施工時，應(yīng)注意盡量減少對原有土體的擾動，土壓力盒周圍回填土的性狀要與附近土體一致，否那么會引起應(yīng)力重分布。2〕測量與計算根據(jù)每次所測得的各測點頻率，可依據(jù)壓力盒的頻率——壓力標(biāo)定曲線來直接換算出相應(yīng)的壓力值。3〕數(shù)據(jù)分析在監(jiān)測橫斷面圖上按不同的施工階段，以一定的比例把壓力值點畫在各壓盒分布位置，并以連線的形式將各點連接起來，成為結(jié)構(gòu)圍巖壓力分布形態(tài)圖，如以下圖為某隧道圍巖壓力分布圖。同時還可以繪制壓力歷曲線圖，分析其變化規(guī)律。圍巖壓力分布形態(tài)圖12.鋼筋軸力〔1〕監(jiān)測目的主要采用鋼筋計監(jiān)測鋼筋的應(yīng)力，然后通過鋼筋與混凝土共同工作、變形協(xié)調(diào)條件反算圍護〔支護〕結(jié)構(gòu)的軸力與彎距。檢驗結(jié)構(gòu)是否平安及設(shè)計是否合理〔2〕監(jiān)測儀器鋼筋計〔及接受儀〔鋼筋計主要有如以下圖所示的鋼弦式和電阻應(yīng)變式二種〕。鋼弦式鋼筋計應(yīng)與支撐主筋串聯(lián)焊接；應(yīng)變式鋼筋計可與主筋串接，也可與主筋保持平行，綁扎或點焊在箍筋上〕?！?〕監(jiān)測實施1〕測點埋設(shè)監(jiān)測斷面應(yīng)選在圍護結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)彎矩極值的部位。在平面上，可選擇圍護結(jié)構(gòu)位于兩支撐的跨中部位、開挖深度較大以及水土壓力或地表超載較大的地方。在立面上，可選擇支撐處和每層支撐的中間，此處往往發(fā)生極大負彎矩和極大正彎矩。鋼筋計一般在綁扎鋼筋籠的同時進行焊接，焊接時應(yīng)采取降溫措施，并注意測點保護。2〕鋼筋應(yīng)力計算鋼筋計的監(jiān)測應(yīng)力鋼筋計應(yīng)力計算公式為：。鋼弦式：應(yīng)變式：式中σi一一第i個鋼筋計的監(jiān)測應(yīng)力；k1i——鋼弦式鋼筋計的常數(shù)；k2i——應(yīng)變式鋼筋計系數(shù)；f0一一鋼筋計埋設(shè)后的初始自振頻率；f——鋼筋計的監(jiān)測自振頻率；ε0——鋼筋計埋設(shè)后的初始應(yīng)變值；ε一一鋼筋計的監(jiān)測應(yīng)變值。換算成彎矩〔近似公式〕根據(jù)監(jiān)測應(yīng)力按下式近似計算構(gòu)件的彎矩。

M——圍護〔支護〕結(jié)構(gòu)監(jiān)測斷面處計算彎矩，連續(xù)墻或地下工程襯砌以每延m計，灌注樁以單樁計；d一一一每對鋼筋計之間的中心距離；σ1、σ2——每對鋼筋計的應(yīng)力計算值，以拉為正、壓為負；Ec、Es一一混凝土、鋼筋計的彈性模量；Ic——監(jiān)測斷面的慣性距。換算成軸力一般按下式計算軸力。

NC——圍護〔支護〕結(jié)構(gòu)監(jiān)測斷面處計算軸力，連續(xù)墻或地下工程襯砌以每延m計，灌注樁以單樁計；σs——每對鋼筋計的平均應(yīng)力值；Ec、Es一一混凝土和鋼筋的彈性模量；Ac、As一一支撐〔支護〕結(jié)構(gòu)混凝土面積和鋼筋的截面面積；3〕數(shù)據(jù)分析繪制支護結(jié)構(gòu)軸力〔彎距〕分布形態(tài)圖，如以下圖所示，為某隧道初期支護外緣鋼筋除左右兩個拱腳外均受壓，而內(nèi)緣鋼筋除拱頂和左側(cè)邊墻外均受壓。結(jié)構(gòu)明顯處于受壓區(qū)域。其中最大拉應(yīng)力為15.24KN，發(fā)生在內(nèi)緣鋼筋左拱頂處。最大壓應(yīng)力為53.24KN，發(fā)生在外緣鋼筋底部。隧道支護結(jié)構(gòu)軸力分布形態(tài)圖13.鋼支撐軸力〔1〕監(jiān)測目的鋼支撐軸力監(jiān)測的目的在于及時掌握地下工程施工過程中，鋼支撐的內(nèi)力〔彎矩、軸力〕的變化情況。當(dāng)內(nèi)力超出設(shè)計最大值時，及時采取有效措施，以防止鋼支撐因內(nèi)力過大，超過材料的極限強度而導(dǎo)致破壞，引起局部支護系統(tǒng)失穩(wěn)乃至整個支護系統(tǒng)的失敗?！?〕監(jiān)測儀器根據(jù)支撐桿件所采用的材料不同，所采用的監(jiān)測傳感器和方法也有所不同。對于目前鋼筋混凝土支撐桿件，主要采用鋼筋計監(jiān)測鋼筋的應(yīng)力或采用混凝土應(yīng)變計監(jiān)測混凝土的應(yīng)變，然后通過鋼筋與混凝土共同工作、變形協(xié)調(diào)條件反算支撐的軸力〔同鋼筋應(yīng)力監(jiān)測〕，對于鋼結(jié)構(gòu)支撐桿件，目前較普遍的是采用軸力計〔亦稱反力計如以下圖所時〕直接監(jiān)測支撐軸力。下面軸力計為例說明監(jiān)測實施?！?〕監(jiān)測實施1〕測點布置軸力監(jiān)測傳感器的埋設(shè)斷面一般選擇在軸力比較大的桿件上，或在整個支撐系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的桿件上。如果支撐形式是對稱的，那么可布置在開挖較早、支撐受力較早的一半，以減少傳感器的數(shù)量，降低監(jiān)測費用。除此之外，選擇監(jiān)測斷面亦要兼顧埋設(shè)和監(jiān)測的方便、與基坑施工的交叉影響較小等。2〕軸力計算軸力計算公式為：

式中Nc——支撐桿件監(jiān)測軸力；ki——鋼弦式軸力計的常數(shù)；f0——軸力計埋設(shè)后的初始自振頻率；f——軸力計的監(jiān)測自振頻率；3〕數(shù)據(jù)分析由支撐軸力時程曲線圖〔如右圖所示〕。支撐軸力歷時曲線架設(shè)第二道支撐14.混凝土應(yīng)變監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的應(yīng)變計是用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)成承受荷載、了解結(jié)構(gòu)受力情況，判斷結(jié)構(gòu)的平安?！?〕監(jiān)測儀器外表應(yīng)變計或埋入式應(yīng)變計〔如右圖所示〕及接受儀?！?〕監(jiān)測實施1〕測點埋設(shè)埋入式應(yīng)變計是在支撐混凝土澆筑時埋設(shè)的，應(yīng)變計應(yīng)保持與支撐軸線平行，為防止混凝土振搗時的振動使應(yīng)變計轉(zhuǎn)向、位移，一般可在埋設(shè)斷面附近的一段支撐混凝土振搗完畢后，立即進行手工埋設(shè)。外表式應(yīng)變計主要用于支撐施工時來不及埋設(shè)或后來又新增的監(jiān)測斷面上，一般應(yīng)在設(shè)計的監(jiān)測斷面上設(shè)置預(yù)埋件，待基坑開挖前進行安裝。。鋼弦式表面應(yīng)變計埋人式應(yīng)變計2〕應(yīng)變值計算應(yīng)變的計算公式為：式中：εi一一第個應(yīng)變計的監(jiān)測應(yīng)變；Ki一一第i個應(yīng)變計的標(biāo)定系數(shù)；f0一一應(yīng)變計埋設(shè)后的初始自振頻率；F——應(yīng)變計的監(jiān)測自振頻率；根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，可計算軸力和彎距〔與鋼筋軸力監(jiān)測類似〕。3〕數(shù)據(jù)分析同鋼筋軸力監(jiān)測。15.爆破振動監(jiān)測〔1〕監(jiān)測目的1〕通過現(xiàn)場監(jiān)測，了解爆破振動的速度〔加速度〕大小分布規(guī)律，判斷爆破振動對結(jié)構(gòu)和周邊建筑物的振動影響；2〕通過振動速度監(jiān)測，及時調(diào)整爆破參數(shù)，為優(yōu)化爆破設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)?！?〕監(jiān)測儀器爆破振動監(jiān)測儀震動速度〔加速度〕傳感器〔如以下圖所示〕，爆破振動監(jiān)測儀的品種很多，主要有數(shù)字記錄和磁帶記錄兩種，常用的是數(shù)字記錄儀，〔3〕監(jiān)測實施1〕測點埋設(shè)一般的地表振動監(jiān)測，因振動幅值不大，頻率不很高，只需將傳感器直接置于地表，周圍用石膏粘附即可。在地下工程內(nèi)墻壁上監(jiān)測強烈爆破振動時。需用鋼釬嵌入巖體中，將傳感器固定在鋼釬上。而一般巖體外表盡可能直接安裝傳感器，不要通過釬桿安裝傳感器，它可能使振動波形失真。現(xiàn)在有些傳感器有安裝磁座，比較方便、可靠。這種情況下，可在地表下埋入〔膠結(jié)〕一塊小鐵板，將傳感器座直接吸附固定在鐵板上。2〕監(jiān)測結(jié)果與分析如某工程爆破震動振動速度監(jiān)測波形圖，根據(jù)波形圖分析最大振動速度，每段時間間隔及裝藥量是否合理等。爆破震速波形圖第四節(jié)地下工程監(jiān)測方案設(shè)計一、監(jiān)測工程確實定二、監(jiān)測手段和儀器的選擇三、監(jiān)測部位和測點確實定四、觀測周期確實定五、量測數(shù)據(jù)警戒值及圍巖穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)那么77工程監(jiān)控現(xiàn)場量測目的:了解圍巖的動態(tài)過程、穩(wěn)定情況和支護系統(tǒng)的可靠程度，為支護系統(tǒng)的設(shè)計和施工決策效勞?，F(xiàn)場量測方案設(shè)計的主要內(nèi)容如下：(1)量測工程確實定，量測手段儀表和工具的選擇；(2)施測部位和測點布置確實定；(3)實施方案的制定，包括測試頻率確實定。78確定原那么：量測簡單、結(jié)果可靠、本錢低，便于施工單位采用，量測元件要能盡量靠近工作面安設(shè)。所選擇的被測物理量要概念明確，量值顯著，數(shù)據(jù)易于分析，易于實現(xiàn)反響?！参灰?、位移+應(yīng)力和壓力〕量測工程應(yīng)根據(jù)具體工程的特點來確定，主要取決于工程規(guī)模、重要程度、地質(zhì)條件及業(yè)主財力。79一、監(jiān)測工程確實定80隧洞工程監(jiān)測：地表沉降、洞周收斂、拱頂下沉。淺埋隧道，地表沉降是主要量測工程，深埋隧洞，水平位移重要811.主要取決于圍巖工程地質(zhì)條件和測量的環(huán)境條件。(圍巖的軟硬、枯燥無水與地下水發(fā)育，引伸計安裝)2.估算各物理量變化范圍，確定儀器的精度和分辨率。(軟弱大洞室-卷尺式、硬巖洞室或小洞室-鋼絲式、斷面小變形大的洞室-桿式)位移計的選擇：人工易測讀部位—機械式位移計；反之—電測式位移計；特深孔〔精度要求高〕—串聯(lián)式多點位移計；長期監(jiān)測—精度較高的位移計。壓力和應(yīng)力測量元件選擇：優(yōu)先選用液壓枕；堅硬巖石、應(yīng)力梯度高—壓力盒〔盡量選用鋼弦式壓力盒和錨桿應(yīng)力計，枯燥隧洞可用電阻式或其他壓力盒和錨桿應(yīng)力計〕。82

二、監(jiān)測手段和儀器的選擇1.量測部位確實定(1)圍巖穩(wěn)定監(jiān)控：重點監(jiān)測圍巖質(zhì)量差及局部不穩(wěn)定塊體;(2)反響設(shè)計、評價支護參數(shù)合理性：在代表性的地段設(shè)置觀測斷面；(3)在特殊的工程部位(如洞口和分叉處)，應(yīng)設(shè)置觀測斷面。(4)觀測點的安裝埋設(shè)應(yīng)盡可能靠近掌子面，最好不超過2m.(5)洞周收斂、拱頂下沉、多點位移計及地表沉降量測點應(yīng)盡量布置在同一斷面上。83三、監(jiān)測部位和測點確實定

(6)錨桿應(yīng)力和襯砌應(yīng)力等測點最好布置在同一斷面上，以使測量結(jié)果互相對照、相互檢驗。(7)斷面間距視工程長度、地質(zhì)條件而定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件情況良好或開挖過程中地質(zhì)條件連續(xù)不變時，間距可加大，地質(zhì)變化顯著時，間距應(yīng)縮小。在施工初期階段，要縮小量測間距。取得一定數(shù)據(jù)資料后，可適當(dāng)加大量測間距。在洞口及埋深較小地段，亦應(yīng)適當(dāng)縮小量測間距。84

在一般的鐵路和公路隧道中，洞周收斂和拱頂下沉量測的斷面間距根據(jù)圍巖類別而定。Ⅱ類5-20m，Ⅲ類20-40m，Ⅳ類40m以上地表沉降量測的斷面間距與隧洞埋深和地表狀況有關(guān)，當(dāng)?shù)乇硎巧綆X田野時，根據(jù)埋深斷面間距定為：埋深h>2D：20~50m；h=1~2D：10~20m；h<1D：5~10m。

錨桿應(yīng)力和襯砌應(yīng)力等，其量測斷面的縱向間距可定為200~500m。85

2．測點的布置形式收斂位移計的布置

底部施工根本完成，測試內(nèi)部收斂位移校核數(shù)據(jù)頂部有施工隧洞較大或進行參數(shù)反分析86圍巖均一位移計的布置：拱頂、邊墻和拱腳部位梯度大的部位要加密，孔口和孔底布置測點，在軟弱面、接觸面兩側(cè)各設(shè)置一個測點87

壓力盒和錨桿應(yīng)力計的布置應(yīng)在典型區(qū)段選擇應(yīng)力變化最大或地質(zhì)最不利的部位，并根據(jù)位移變化梯度和圍巖應(yīng)力狀態(tài)，在不同的圍巖深度內(nèi)布測點，觀測錨桿的長度應(yīng)與工程錨桿相同。用于埋設(shè)壓力盒的鉆孔和觀測錨桿的鉆孔的布置形式與多點位移計的相似，通常在鉆孔中布置3個或更多的測點。

8889整個觀測期間．應(yīng)設(shè)立值班記錄，詳細記載值班期間的一切情況，包括施工進展情況、施工部位、施工工藝流程情況、氣候環(huán)境、對隧洞的觀察、隧洞內(nèi)滲流水情況、噴射混凝土和襯砌上的裂縫開展情況等。各量測工程通常的觀測頻度為：在洞室開挖或支護后的半個月內(nèi)，每天應(yīng)觀測1~2次；半個月后到一個月內(nèi)，或掌子面推進到距觀測斷面大于2倍洞徑的距離后，每2天觀測一次；一到三個月，每周測讀1~2次：三個月以后，每月測讀1~3次。假設(shè)設(shè)計有特殊要求，那么可按設(shè)計要求進行，遇突發(fā)事件，那么應(yīng)加強觀測。90四、監(jiān)測周期確實定各量測工程原那么上應(yīng)根據(jù)其變化的大小來確定觀測頻度。如洞周收斂位移和拱頂下沉的量測頻度可根據(jù)位移速度及離開挖面的距離而定，往往不同的基線和測點位移速度不同，因此，應(yīng)以產(chǎn)生最大位移者來決定量測頻度。整個斷面內(nèi)各基線或測點應(yīng)采用相同的量測頻度。91

1．容許位移量

容許位移量是指在保證隧洞不產(chǎn)生有害松動和保證地表不產(chǎn)生有害下沉量的條件下，自隧洞開挖起到變形穩(wěn)定為止,在起拱線位置的隧洞壁面間水平位移總量的最大容許值，或拱頂?shù)淖畲笕菰S下沉量。容許位移量與巖體條件、隧洞埋深、斷面尺寸及地表建筑物等因素有關(guān)，例如城市地鐵通過建筑群時，一般要求地表下沉不超過5~10mm；對于山嶺隧道，地表沉降的容許位移量可由圍巖的穩(wěn)定性確定。五、監(jiān)測數(shù)據(jù)警戒值及圍巖穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)那么929394

2．容許位移速率

容許位移速率是指在保證圍巖不產(chǎn)生有害松動的條件下，隧洞壁面間水平位移速度的最大容許值。它同樣與巖體條件、隧洞埋深及斷面尺寸等因素有關(guān)。容許位移速率目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般都根據(jù)經(jīng)驗選定。

例如美國某些工程對容許位移速率的規(guī)定：第一天的位移量不超過容許位移量的1/5~1/4(約2.54~3.18mm)，第一周內(nèi)平均每天的位移量應(yīng)小于容許位移量的1/20(約0.63mm)。南嶺隧道、大瑤山隧道、下坑隧道、金川礦區(qū)運輸平巷、張家港鐵礦的穩(wěn)定變形速度為0.1mm/d，引灤入津輸水隧洞在開挖后一個月的穩(wěn)定變形速度大于10mm/30d。95(1)根本穩(wěn)定段(I)。變形速率不斷下降，即變形加速度小于0；圍巖穩(wěn)定(2)過渡段(II)。變形速度長時間保持不變，即變形加速度等于0;蠕變，加強支護(3)破壞段(III)。變形速率漸增，即變形加速度大于0停工，進行加固。3.根據(jù)位移—時間曲線判斷圍巖穩(wěn)定性

96注意：在隧洞施工險情預(yù)報中，應(yīng)同時考慮收斂或變形速度，相對收斂量或變形量及位移時程曲線，結(jié)合洞周圍巖噴射混凝土和襯砌的外表狀況等綜合因素作出預(yù)報。全斷面開挖分步開挖97第五節(jié)地下工程監(jiān)測實例一、地下廠房監(jiān)測實例二、盾構(gòu)法施工隧道監(jiān)測實例三、城市地鐵工程監(jiān)測實例98一、某水電站地下廠房監(jiān)測實例

概況某抽水蓄能電站地下廠房埋深200m+，設(shè)計規(guī)模為長145m、寬23m、高46.6m，拱座部位開挖寬度為27.5m。廠區(qū)巖體為侏羅系礫巖，層理不清，略有沉積韻律，呈巨厚層狀，產(chǎn)狀為NE40o、SE<40o左右，總厚達500m+，廠房選在最厚的部位。廠房洞室布置在巖性單一的礫巖內(nèi)，巖石強度中等，彈性模量較高，滲透性較弱，涌水量不大，裂隙不甚發(fā)育，地應(yīng)力不高。廠區(qū)斷層主要有三組，與廠房軸線呈大角度相交，其影響僅限于斷層寬度的范圍內(nèi)，但有一組走向近直立的裂隙與廠房軸線交角甚小，對高邊墻的穩(wěn)定極為不利。99監(jiān)測方案設(shè)計根據(jù)廠區(qū)內(nèi)工程結(jié)構(gòu)及支護特點、工程地質(zhì)條件、施工工序及方法等，該工程采取了系統(tǒng)監(jiān)測斷面和隨機監(jiān)測點相結(jié)合的設(shè)計原那么；為了監(jiān)測地下廠房圍巖的位移、應(yīng)力、地下水壓力、溫度及頂拱混凝土內(nèi)的應(yīng)變、應(yīng)力、溫度變化，主要布置鉆孔多點位移計、錨桿應(yīng)力計(鋼筋計)、預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力計，此外，還布置了其他7項觀測工程，具體情況見下頁表。100101地下廠房位移計和錨桿應(yīng)力計觀測布置圖M—位移計MC—錨桿應(yīng)力計102系統(tǒng)觀測斷面3個，斷面間距36~50m；觀測斷面到端墻距離33~35m；各斷面觀測點布置在頂拱、拱腳、邊墻中部及中下部。鉆孔多點位移計長14~24m〔預(yù)埋或后埋〕。錨桿應(yīng)力計，頂拱長6m，邊墻長8m，其長度和施工支護錨桿同。鉆孔多點位移計每孔4只，距洞壁2m、5m、10m、20m(20m孔)和2m、4m、8m、15m(15m孔)。錨桿應(yīng)力計每孔3只，距洞壁為1.0m、2.5m、4.0m(拱頂5m錨桿)、1.0m、2.5m、5.0m(邊墻6m長錨桿)和1.0m、3.0m、7.0m(邊墻8m長的錨桿)。觀測儀器為鋼弦式儀器。6個孔的觀測元件是利用排水廊道預(yù)埋的。其余均為后埋的。后埋元件是當(dāng)掌子面超過設(shè)計觀測斷面(點)1.5~2.0m時安裝埋沒的(停掘)。103104二、盾構(gòu)法施工隧道監(jiān)測實例

地外表以下暗挖隧道的一種施工方法，應(yīng)用于水底公路隧道、地鐵、大型市政工程105盾構(gòu)法施工隧道時所需的監(jiān)測內(nèi)容可分為兩大類：巖土介質(zhì)和周圍環(huán)境的監(jiān)測、隧道(包括盾構(gòu))結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。1．巖土介質(zhì)和周圍環(huán)境的監(jiān)測巖土介質(zhì)和周圍環(huán)境的監(jiān)測內(nèi)容包括：盾構(gòu)正面土壓力、地表沉降和位移、土體沉降和位移、土體應(yīng)力和孔隙水壓力、構(gòu)筑物沉陷和傾斜等工程。106(1)地表沉降地表沉降測量是在沉陷測量區(qū)域埋設(shè)地表樁，采取常規(guī)的水準(zhǔn)測量方法。地表樁設(shè)置一般沿盾構(gòu)隧道的軸線每隔3~5m設(shè)一測點，適當(dāng)布置幾排橫向地表樁，測量盾構(gòu)施工引起的橫向沉降槽的變化。道路沉降必須將地表樁埋入道面下的土層里，才能比較真實地測量道路的沉降。鐵路的沉降測量必須同時監(jiān)測路基和鐵軌的沉降。地下管線的沉降測量，對重點保護的管線，應(yīng)將測點設(shè)在管線上，并砌筑保護并蓋，一般管線那么可在其周圍設(shè)置地表樁進行監(jiān)測。在盾構(gòu)切口到達前3m和盾尾過后三天內(nèi)，應(yīng)加密監(jiān)測頻率。107(2)土中沉降和位移監(jiān)測盾構(gòu)施工引起的深層土體沉降和位移量可了解土層被擾動的范圍和影響程度，土體沉降測量采用分層沉降儀，土體深層位移那么采用測斜儀，兩者可共用一個測孔和測管。當(dāng)測管理設(shè)深度低于隧道底部標(biāo)高時，可把管底作為初始不動點，埋設(shè)在隧道頂部的測管一般以管頂為不動點，但必須測量管頂?shù)乃轿灰浦颠M行修正。108(3)土中應(yīng)力和孔隙水壓力量測元件采取鉆孔埋設(shè)方法，測點埋設(shè)在隧道外圍。盾構(gòu)掘進對土體的擠壓作用破壞了土體結(jié)構(gòu)，便士中應(yīng)力和孔隙水壓力增大，對土應(yīng)力和超孔隙水壓力的量測，能了解盾構(gòu)的施工性能，對土層的擾動程度及預(yù)測固結(jié)沉降量，量測數(shù)據(jù)反響后，可及時調(diào)整施工參數(shù)，減少對土層的擾動。

109(4)鄰近構(gòu)筑物的保護監(jiān)測對盾構(gòu)直接穿越和影響范圍內(nèi)的房屋、橋梁等構(gòu)筑物必須進行保護監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容主要是構(gòu)筑物的沉降、傾斜和裂縫。沉降測點設(shè)在根底上或墻體上，在構(gòu)筑物外的地表上和構(gòu)筑物底板上也設(shè)一些測點，用水準(zhǔn)儀量測。構(gòu)筑物傾斜監(jiān)測可采用經(jīng)緯儀測量方法，也可在墻體上設(shè)置傾斜儀，連續(xù)監(jiān)測墻體的傾斜。構(gòu)筑物的裂縫可用裂縫觀測儀測得。110

2.隧道(包括盾構(gòu))結(jié)構(gòu)的監(jiān)測隧道(包括盾構(gòu))結(jié)構(gòu)的主要監(jiān)測內(nèi)容如下：(1)隧道應(yīng)變的量測，包括用應(yīng)變計量測結(jié)果計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸力和彎矩;(2)隧道收斂位移量測；(3)預(yù)制管片凹凸接縫處法向應(yīng)力的量測。111螺栓軸力測試鋼筋應(yīng)力測試土壓力測試112113廣州地鐵一號線某區(qū)間隧道工程1．工程概況該區(qū)間隧道工程位于中山路東端南側(cè)，周邊環(huán)境復(fù)雜，天河自來水廠和天河村密集居民區(qū)，隧道穿越I~III類圍巖，主要為強中風(fēng)化帶巖層及殘積土層，地下水豐富。區(qū)間內(nèi)有極易液化的流砂層，穿越常年流水的楊淇涌。為廣州地鐵一號線地層最復(fù)雜，施工難度最大的區(qū)間之一。隧道埋深12．2～18．5m，左右線雙洞隧道，左右隧道中線間距為13．3~16．2m，隧道斷面為鵝卵形，采用淺埋暗挖法施工，采用復(fù)合式襯砌支護結(jié)構(gòu)，即初期支護為噴錨支護，永久襯砌為C30防水混凝土。2．監(jiān)測工程及控制基準(zhǔn)〔1〕監(jiān)測工程序號監(jiān)測項目監(jiān)測儀器監(jiān)測目的監(jiān)測頻率1地表沉降水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺了解施工過程中地表沉降情況開挖面距監(jiān)測斷面前后＜2B時1～2次/d開挖面距監(jiān)測斷面前后＜5B時1次/2d開挖面距監(jiān)測斷面前后＞5B時1次/周2地表建筑沉降與傾斜水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺了解施工過程中建筑物沉降與傾斜情況，評估建筑物建筑物是否安全3拱頂下沉水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺計了解施工過程中初期支護結(jié)構(gòu)變形情況4周邊凈空收斂收斂計了解施工過程中初期支護結(jié)構(gòu)變形情況5地中土體垂直位移NC－50型分層沉降儀，沉降管了解施工過程中地層不同深度的垂直變形情況6地中土體水平位移SINCO測斜儀、測斜管等了解施工過程中地層不同深度的水平變形情況7圍巖壓力壓力傳感器了解施工過程中初期支護結(jié)構(gòu)的荷載分布情況8鋼筋格柵拱架應(yīng)力支柱壓力或其他測力計了解施工過程中初期支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況9地下水位水位計、水位管等了解施工對地下水位影響10爆破振動速度聲波儀及測振儀了解爆破引