隧道監(jiān)控量測 (選測)課件

任務(wù)三隧道監(jiān)控量測儀器的認(rèn)知隧道監(jiān)控量測(選測)壓力盒應(yīng)變計隧道監(jiān)控量測(選測)教學(xué)目標(biāo)學(xué)會安裝壓力盒、應(yīng)變計能夠?qū)α繙y數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行初步分析，可以對施工和設(shè)計進(jìn)行簡單的優(yōu)化。隧道監(jiān)控量測(選測)一、壓力盒的使用

主要用于長期監(jiān)測土石壩、高層建筑、擋土墻、橋墩、地鐵、鐵路、隧道、路面等土木工程所受到的巖土體壓應(yīng)力。在隧道中，壓力盒主要測量圍巖與初期支護(hù)間、初期支護(hù)與二次襯砌間、仰拱與圍巖之間的壓力及其隨時間變化；

隧道監(jiān)控量測(選測)

測點(diǎn)布設(shè)：應(yīng)把壓力盒測點(diǎn)布設(shè)在具有代表性的斷面的關(guān)鍵部位上，如拱頂、拱腰、拱腳等，并對各測點(diǎn)逐一進(jìn)行編號。量測：采用頻率計采集壓力盒頻率，根據(jù)壓力盒的頻率，將量測數(shù)據(jù)直接換算成相應(yīng)的接觸壓力。

隧道監(jiān)控量測(選測)隧道監(jiān)控量測(選測)圍巖初期支護(hù)與二次襯砌接觸壓力隧道監(jiān)控量測(選測)圍巖圍巖與初期支護(hù)接觸壓力隧道監(jiān)控量測(選測)壓力盒埋設(shè)隧道監(jiān)控量測(選測)二、應(yīng)變計的使用

適用于長期埋設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)的梁、擋土墻、柱襯砌、樁基、水工建筑物、支撐、墩與底腳中，監(jiān)測其應(yīng)力大小與應(yīng)變量。

在隧道中，應(yīng)變計主要測量鋼拱架的應(yīng)變和應(yīng)力及其隨時間變化；測量初支噴射混凝土、二襯和仰拱中混凝土的應(yīng)變和應(yīng)力及其隨時間變化。

隧道監(jiān)控量測(選測)

鋼支撐應(yīng)力量測隧道監(jiān)控量測(選測)隧道監(jiān)控量測(選測)鋼支撐應(yīng)力量測

隧道監(jiān)控量測(選測)二襯應(yīng)力量測隧道監(jiān)控量測(選測)隧道監(jiān)控量測(選測)隧道監(jiān)控量測(選測)傳感器導(dǎo)線的引用埋設(shè)隧道監(jiān)控量測(選測)引線隧道監(jiān)控量測(選測)隧道監(jiān)控量測(選測)隧道監(jiān)控量測(選測)隧道監(jiān)控量測(選測)高坎隧道傳感器導(dǎo)線盒隧道監(jiān)控量測(選測)根據(jù)瑤寨隧道斷層破碎帶現(xiàn)場實(shí)際圍巖條件，選取了YK47+232斷面，此斷面圍巖以充填型黃土為主，局部夾有塊碎狀強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，整體呈泥夾石狀，巖體整體穩(wěn)定性差，局部有小坍塌。測試斷面掌子面照片如下圖所示?，幷淼罃鄬悠扑閹Я繙y受力測試方案測試斷面掌子面圍巖隧道監(jiān)控量測(選測)現(xiàn)場測試元件埋設(shè)情況隧道監(jiān)控量測(選測)瑤寨隧道斷層破碎帶YK47+232斷面結(jié)構(gòu)受力現(xiàn)場測試從2011年8月開始至2012年1月，歷時6個月的時間，通過半年的現(xiàn)場觀測，獲得了大量數(shù)據(jù)。斷層破碎帶結(jié)構(gòu)受力結(jié)果分析隧道監(jiān)控量測(選測)本次測試元件全部采用鋼弦式傳感器。其工作原理是由鋼弦的應(yīng)力變化轉(zhuǎn)變?yōu)殇撓艺饎宇l率的變化，通過頻率儀來測定鋼弦震動頻率，從而測出鋼弦應(yīng)力的變化。其計算公式為：現(xiàn)場測試元件及其工作原理

式中：f——測試元件受力后鋼弦的頻率；

f?！獪y試元件未受力時鋼弦的頻率；

K——標(biāo)定系數(shù)，與傳感器構(gòu)造有關(guān)，各傳感器均不相同；

P——測試元件所受的力。隧道監(jiān)控量測(選測)壓力盒數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)任務(wù)監(jiān)控量測.doc隧道監(jiān)控量測(選測)壓力分布圖（單位：kPa）圍巖與初期支護(hù)之間壓力測試結(jié)果分析圍巖與初期支護(hù)之間的接觸壓力呈不均勻分布，總體看兩側(cè)基本對稱，其中左拱腰和右拱腰壓力相對較大，分別為105.6KPa和88.8KPa；拱頂?shù)膲毫ο鄬^小，為34.5KPa，這是由于拱頂應(yīng)力充分釋放的原因，而左、右邊墻的壓力相對較小，分別為30.6KPa和28.8KPa，總體呈‘貓耳朵’狀分布。隧道監(jiān)控量測(選測)從時態(tài)曲線可知，拱頂和邊墻位置的壓力起始變化幅度都不大，隨時間也是緩慢小幅度增長，相比較而言，襯砌拱腰位置的壓力隨時間逐漸大幅度增大，直到72天二襯施作后圍巖與初期支護(hù)的接觸壓力才逐漸穩(wěn)定下來，說明二襯結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始受力，發(fā)揮作用。圍巖與初期支護(hù)之間壓力測試結(jié)果分析時態(tài)曲線隧道監(jiān)控量測(選測)壓力分布圖（單位：kPa）圍巖與仰拱之間壓力測試結(jié)果分析時態(tài)曲線仰拱與圍巖的接觸壓力隨時間變化逐漸增大，特別是B1、B2、B5位置處隨時間變化接觸壓力增大幅度較大，而且仰拱整體所受壓力值相比較初支與圍巖壓力值較大，其中B1位置所受壓力為219KPa，B2位置所受壓力為88KPa，B5位置所受壓力為152KPa，這是由于仰拱與圍巖接觸壓力承受了仰拱本身的垂直壓力以及大部分隧道襯砌所受的垂直壓力所致。隧道監(jiān)控量測(選測)壓力分布圖（單位：kPa）初支與二襯之間壓力測試結(jié)果分析時態(tài)曲線初期支護(hù)與二次襯砌之間壓力分布不均勻，左側(cè)接觸壓力比右側(cè)接觸壓力略大，這與初支與圍巖接觸壓力分布基本一致，主要原因是由于破碎帶處的圍巖條件下的受力不均勻。從時態(tài)曲線上來看，初期支護(hù)與二次襯砌的接觸壓力總體變化比較平穩(wěn)，振幅變化較小，起始壓力有些小幅度的波動，直到44天后受力完全穩(wěn)定。隧道監(jiān)控量測(選測)鋼拱架應(yīng)力測試結(jié)果分析鋼拱架內(nèi)緣應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號表示受拉，正號表示受壓鋼拱架外緣應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號表示受拉，正號表示受壓鋼拱架以受壓為主，其中內(nèi)環(huán)拱頂、右拱腰、右邊墻及右拱腳處鋼拱架均受壓，而左拱腰、左邊墻和左拱腳均受拉，最大值出現(xiàn)在右邊墻E6處鋼拱架所受壓應(yīng)為59.4MPa，最小值出現(xiàn)在左邊墻E2處鋼拱架所受拉應(yīng)力為5.3MPa。外環(huán)除右邊墻外全部受壓，最大值出現(xiàn)在左拱腳F1處鋼拱架所受壓應(yīng)為58.5MPa，最小值出現(xiàn)在右拱腳F7處鋼拱架所受壓應(yīng)力為25.4MPa。在整個初期支護(hù)系統(tǒng)中鋼拱架所受應(yīng)力較大，從中可看出鋼拱架承受了圍巖較大的荷載，這樣對提高初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，起到了很好的支護(hù)效果。隧道監(jiān)控量測(選測)鋼拱架應(yīng)力測試結(jié)果分析鋼拱架內(nèi)緣時態(tài)曲線（單位：MPa）負(fù)號表示受拉，正號表示受壓鋼拱架外緣時態(tài)曲線（單位：MPa）負(fù)號表示受拉，正號表示受壓鋼拱架應(yīng)力隨時間變化波動較大，大部分測點(diǎn)處的應(yīng)力隨時間逐漸增大，個別測點(diǎn)處應(yīng)力隨時間逐漸減小，直到72天施作二次襯砌后，鋼拱架應(yīng)力走勢明顯出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，之后均有不同程度的減小并逐步趨于穩(wěn)定，說明二次襯砌分擔(dān)了初期支護(hù)的一部分應(yīng)力，初期支護(hù)系統(tǒng)中鋼拱架的支護(hù)效果比較明顯，對于斷層破碎帶處隧道來說，施作鋼拱架是很有必要的，鋼拱架在整個初期支護(hù)系統(tǒng)中起到了很好的支護(hù)作用。隧道監(jiān)控量測(選測)應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號表示受拉，正號表示受壓二襯混凝土應(yīng)力測試結(jié)果分析時態(tài)曲線負(fù)號表示受拉，正號表示受壓由二次襯砌應(yīng)力分布圖可以看出，隧道不同位置測點(diǎn)處的混凝土應(yīng)力差別較大，二次襯砌以拉應(yīng)力為主，只有左拱腰是壓應(yīng)力，其余部位都是拉應(yīng)力，拱頂G3位置處拉應(yīng)力最大，為3.13MPa，左邊墻G1位置處拉應(yīng)力最小，為0.02MPa，在G2、G3位置出現(xiàn)了較大應(yīng)力，整體左側(cè)受力大于右側(cè)受力，這與二襯與初支接觸壓力基本一致。從時態(tài)曲線可以看出，二次襯砌中的混凝土應(yīng)力除左拱腰外基本都是隨時間逐漸減小，相對來說應(yīng)力增幅較小。隧道監(jiān)控量測(選測)應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號表示受拉，正號表示受壓仰拱混凝土應(yīng)力測試結(jié)果分析時態(tài)曲線負(fù)號表示受拉，正號表示受壓由仰拱混凝土應(yīng)力分布圖可以看出，不同位置混凝土的應(yīng)力差別較大，仰拱在H1和H3位置處的應(yīng)力比拱底H2位置處的應(yīng)力相對較大，H1位置處的混凝土壓應(yīng)力最大，為3.07MPa，拱底H2位置處應(yīng)力最小，為1.72MPa，仰拱左側(cè)受壓，右側(cè)受拉，這與仰拱與圍巖接觸壓力分布基本一致。從仰拱時態(tài)曲線可以看出，仰拱混凝土應(yīng)力基本隨時間逐漸減小，應(yīng)力變化較小，應(yīng)力走勢曲線波動較小，大約在61天后應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。隧道監(jiān)控量測(選測)一次襯砌與二次襯砌所受荷載分擔(dān)比初襯與二襯荷載分擔(dān)比測試結(jié)果分析

荷載測點(diǎn)圍巖與初期支護(hù)的接觸壓力(KPa)荷載分擔(dān)比（%）荷載分擔(dān)比平均值（%）初支與二次襯砌的接觸壓力(KPa)荷載分擔(dān)比（%）荷載分擔(dān)比平均值（%）左邊墻30.669.383.913.630.716.1左拱腰105.689.112.910.9拱頂34.576.310.723.7右拱腰88.890.79.19.3右邊墻28.875.89.224.2

從表中可以看出：初期支護(hù)荷載分擔(dān)比為83.9%，二次襯砌荷載分擔(dān)比為16.1%；這說明在斷層破碎帶處隧道施工中，以噴射混凝土、鋼拱架和錨桿為系統(tǒng)的初期支護(hù)作為主要的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)了絕大部分的荷載，與二次襯砌結(jié)合有效的提高了支護(hù)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在斷層破碎帶地質(zhì)條件下修筑隧道時，初支應(yīng)該按照主要的承載結(jié)構(gòu)來設(shè)計，而二次襯砌在設(shè)計時，不能僅僅作為安全儲備考慮