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1、隧道监控量测隧道监控量测技术技术应用讲座应用讲座 目目 录录一、一、监控量测的目的监控量测的目的二、二、监控量测的项目和量测方法监控量测的项目和量测方法 三、三、监控量测数据处理监控量测数据处理 四、信息反馈（量测成果应用）四、信息反馈（量测成果应用）五、量测管理五、量测管理 六、总结及技术展望六、总结及技术展望一、监控量测的目的一、监控量测的目的 量测量测就是通过实验和计算，在限定时间内可能正确地收集被测对象的未知信息的过程；通过对量测结果的处理，取得某个被测值的大小或取得一个变量与另一个变量的关系（变化曲线）。采用新奥法施工的隧道，监控量测对施工有重要的指导意义。通过监控量测，了解和掌握隧
2、道的动态信息，通过对量测数据经过分析处理后，可用来预测围岩变形趋势，为日常施工管理提供有关数据资料，进行信息反馈及预测预报，优化施组设计，以指导现场安全施工，确定不同地质条件下合理的开挖方法、支护方式、支护时间，为优化设计，修改支护参数，指导施工，提供直接信息。隧道监控量测的内容应根据具体工程的特点，围岩的地质条件、覆盖层厚度、支护类型和施工方法，并结合业主要求来选择。通常分为必测项目和选测项目，如地表下沉对城市地铁项目应为必测项目；但对于山地交通隧道可把地表下沉做为选测项目。公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）对复合式衬砌的隧道现场监控量测要求内容见下表：二、监控量测的内容及方法二、监
3、控量测的内容及方法1 1、地质、支护状态观察地质、支护状态观察 该项目包括对掌子面观察和支护结构的支护效果观察。掌子面工程地质和水文地质情况观察包括岩石的名称、岩层产状、断层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状。每茬炮后需要观测一次。支护状态观察包括初期支护状态和已成峒支护效果观察。如喷射砼开裂部位、宽度长度及深度。二次衬砌的整体性、防水效果等，每天观察一次。洞内状态观察是可靠性很高且最直接的判断资料。对洞外边仰坡稳定和地表渗透观察按要求进行描述；做好相关的观察记录。观察使用地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、照相机或摄像机等。2 2、周边收敛量测、周边收敛量测监控量测断面布设原则
4、监控量测断面布设原则 隧道是一个地下的狭长结构，任何一段洞室都必须是稳定、安全的，否则就会导致失稳。对于这样的狭长结构，不可能也无必要对每个断面进行监控量测，因此，隧道监控量测断面的布设应当遵循以下原则：对于洞口、浅埋地段，特别是软弱地层、地质条件差的地段，量测断面应当加密，间距应小于20m。上述原则可按下列关系描述：设计洞跨为B，埋深为h，当2Bh，量测断面间距为2050m；当Bh2B，量测截面间距为1020m；当hB,量测间距为510m。净空水平收敛和拱部下沉量测点布置在同一横断面上。测线和测点布设原则测线和测点布设原则 测线布设与开挖方式和测点的性质密切相关。全断面开挖，布设3条测线。特
5、殊地质条件下，分台阶开挖时布设测线布设6条。周边收敛量测是最基本的主要量测项目之一，布置在主测断面。先在测点处用凿岩机（或电钻）在待测部位成孔，然后将藕合剂（锚固剂）置入孔中，最后将收敛预埋件敲入，旋正收敛钩，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，以利收敛计悬挂和观测。待凝固后，周边收敛量测采用收敛计进行数据采集。BCa)测线布置图DE b)B、C、D、E测点示意图 c)A测点(拱顶）示意图围岩围岩测头测头 拱顶下沉和周边收敛测线布置图测头 根据地质条件情况布设量测断面间距，在量测断面测点埋设时，测点距开挖面应小于2米，第一次量测应在上次爆破后24小时内进行。按照有关量测频率要求做好量测工作，每次读
6、数时读三次读数，并测量出隧道内量测断面处的环境气温，并填写好量测记录。收敛计 收敛计使用 数据采集 用测线布置图中的BC和DE边的值变化来实现对净空水平收敛的量测。周边收敛数据处理：回归分析时，一般同时采用下面的三种函数，通过对比，推算最终位移时采用三个函数中回归精度（拟合程度）较高的一个函数，不同测点的回归函数可能不同。3 3、拱顶下沉量测、拱顶下沉量测 拱顶下沉量测数据，主要用于确认围岩的稳定性。测点布设方法是在拱顶中心位置，常与周边量测点布设在一起，即布在主量测断面。用凿岩机钻孔，然后将藕合剂（锚固剂）置入孔中，最后将收敛预埋件敲入，旋正收敛钩，以利收敛计悬挂和观测。待凝固后，拱顶下沉量
7、测采用收敛计进行数据采集。拱顶下沉量测的方法常有三种：（1）用收敛计量测 该方法投入较少，用收敛计量测来获取数据，操作简单，且仪器设备投入少；但后期的数据处理较多，可用计算机编程来实现电算，提高工作效率。（首推方法）（2）用水准仪量测 该方法用一测量钢尺和高精度的水准仪配合测量来实现对拱顶下沉的量测。测量时把钢尺挂在预埋的测点上，下挂一1Kg的垂球保持钢尺牵直，有水准仪读取钢尺上的读数，来实现数据的采集。但该方法的设备投入较大（主要为水准仪的投入）。（3）用全站仪量测 该方法用一全站仪来来实现对拱顶下沉的量测。测量时在拱顶测点位置贴一个反光膜，用全站仪测量测点处的标高，来实现数据的采集。但该方
8、法的设备投入较大（主要为全站仪的投入）。综合评定后，本文重点介绍采用收敛计来量测的方法。其数据采集及数据处理方法如下：根据测线布置图，由于ABC在同一垂直面内，其计算方法如下：令BC=L、AB=m、AC=n、BH=Xb、CH=Xc、AH=h。由勾股定理：Xa2+h2=m2、Xb2+h2=n2、Xc+Xb=L解方程得：Xb=（L2+m2-n2）/2L、Xc=（L2+n2-m2）/2L、h2=m2-Xb2=n2-Xc2 我们用h值的变化来实现对拱顶下沉的量测。拱顶下沉数据处理：回归分析时，与周边收敛的数据方法相同。BC4 4、地表下沉量测、地表下沉量测 监测断面布设原则监测断面布设原则地表下沉量测
9、，在隧道设计浅埋地段布设；每个隧道至少2个断面，若出现不良地质情况时，加设监测断面；当现场地形陡峭及有树木遮挡时，作适当的调整；每个断面上测线与隧道中心线垂直，埋设测点时中心监测点设在隧道轴线的地表位置，其它监测点沿中心线对称布置，测点间距由中心监测点开始至距离地表隧道轴线最远一点由密至疏布置，具体距离按25m布置，宽度范围为：W=B（开挖宽度）+H/2（两侧埋深的一半）；参照标准水准点埋设方法，埋设2个临时水准基点临时水准基点应埋设在通视条件良好的隧道两侧稍远区域、不受隧道开挖下沉的影响稳固地点，所有测点应和基点联测以取得原始高程。测点埋设与监测测点埋设与监测基点埋设在隧道开挖纵、横向（35
10、）倍洞径外的区域，参照标准水准点埋设方法，埋设2个基点，以便互相校核，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程。在测点位置，开挖成长、宽、深均为200mm的坑，然后，放入地表测点预埋件（自制），测点四周用混凝土填实，待混凝土固结后即可量测。地表下沉用高精度水准仪进行观测。观测时坚持四固定原则，即施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定。从地表设点观测，根据下沉位移量判定开挖对地表下沉的影响，以确定隧道支护结构5 5、围岩内部位移量测、围岩内部位移量测 围岩体内位移监测用于监测隧道围岩的径向位移分布和松弛区域范围，通过监测及分析，用来验证隧道施工时设计锚杆长度是否能够确保施工及结
11、构安全。采用4点式多点位移计来监测，隧道每一量测断面布设3组测点，考虑现场的测量条件，拱顶测点采用钢弦式四点位移计（1.5米、2.0米、2.5米、3.0米），边墙测点采用机械式四点位移计分别为（0.9米、1.8米、2.7米、3.5米）。测点安装程序如下：测点安装程序如下：在预定量测部位，用直径40mm钻头，钻孔深由设计锚杆长度确定（等于锚杆长度），钻孔要求平直，并用水冲洗干净。然后给钻孔中装入锚固剂，装入深度约为孔深的1/2，然后装入多点位移计，多点位移计外露基岩面约40cm(应大于喷射砼的厚度约10cm),在喷射砼时注意对测头的保护，拱顶钢弦式多点位移计 的电缆注意采取保护措施，喷射砼完工后
12、，及时清理测头的砼，以便测量。当测点离开挖面很近时，必须采取防护措施，以防止爆破飞石损坏电缆及测筒。开始初读数（如果用百分表测读，应每次打开盖板）。为保证读数的稳定性，第一次读数的建立应不小于24小时。开始阶段，每天应至少进行一次测读，随着开挖面的远离，测读间隔时间可以酌情延长。机械式多点位移计量测与计算：量测与计算：钢弦式的多点位移计采用频率计读数，机械式的多点位移计采用百分表测读。然后根据实际位移与读数的标定数字回归方程，即可算出钻孔伸缩计四个测点的实际位移,量测断面的测点布置 见图。6 6、围岩压力量测、围岩压力量测 测点布设测点布设：压力盒布设在围岩与初衬之间，即测得围岩压力。应把测点
13、布设在具有代表性的断面的关键部位上，如拱顶、拱腰、拱脚等，并对各测点逐一进行编号。埋设压力盒时，要使压力盒的受压面向着围岩。在隧道壁面，当所测围岩施加给喷混凝土层的径向压力时，先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上，再谨慎施作喷混凝土层，不要使喷混凝土与压力盒之间有间隙，保证围岩与压力盒受压面贴紧。记下压力盒编号，并将压力盒编号用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。量测量测：采用频率计采集压力盒频率，根据压力盒的频率压力标定曲线，将量测数据直接换算成相应的接触压力。压力盒振弦仪7 7、钢支撑应力量测、钢支撑应力量测 测点布设：测点布设：钢
14、筋计分别沿钢架的内外边缘对应布设。安装前，在钢拱架待测部位并联焊接钢弦式钢筋计，在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温，然后将钢格栅或钢拱架由工人搬至洞内安装或立好，记下钢筋计型号，并将钢筋计编号，用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。对于型钢拱架，用钢表面应变计或钢筋应力计量测，其他与格栅钢拱架的钢筋计量测法相同。量测：量测：根据钢筋计的频率轴力标定 曲线可将量测数据来直接换算出 相应的轴力值，然后根据钢筋混 凝土结构有关计算方法可算出钢 筋轴力计所在的拱架断面的弯矩，并在隧道横断面上按一定的比例把 轴力、弯矩值点画在各钢筋计分布 位置，并将
15、各点连接形成隧道钢拱 架轴力及弯矩分布图。8、二衬砼应力量测二衬砼应力量测 测点布设：测点布设：每个断面设5个测点，每个测点安设1个传感器。对于设计配有钢筋的砼衬砌，砼应力计安装前，在主筋待测部位并联焊接砼应力计，在焊接过程中注意对其淋水降温；对于没有配筋的砼，传感器埋设时要做一个专用的支架，把传感器固定在支架上，再把支架点焊在砼模板台车表面，以实现传感器的固定。记下传感器编号，并将其编号，用透明胶布（热缩管）将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏，在浇注砼施工时，在边墙部位用PVC管包住电缆引到边墙基础砼以外，以便砼施工后进行测量。量测：量测：根据
16、砼应力计的频率轴力标定曲线可将量测数据来直接换算出相应的轴力值，然后根据钢筋混凝土结构有关计算方法可算出应力计所在断面的轴力、弯矩，并在隧道横断面上按一定的比例把轴力、弯矩值点画在各应力计分布位置，并将各点连接形成隧道轴力及弯矩分布图。砼应变传感器9 9、锚杆内力及抗拔力量测、锚杆内力及抗拔力量测锚杆内力、应力量测锚杆内力、应力量测 锚杆锚索内力、应力量测采用钢筋计焊接组成量测锚杆来实现。测点安装前，在锚杆待测部位并联焊接钢弦式钢筋计，在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温，然后将锚杆按设计进行安装和注浆，记下钢筋计型号，并将钢筋计编号，用热缩管或透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。测试时根据设计锚杆长度，把钢筋计焊接在一起，组成一个长度比设计锚杆长度长约20cm的量测锚杆，钻孔后先塞入锚固剂，然后植入量测锚杆，待锚固剂凝固后就可进行测量。测试时采用振弦仪测得量测锚杆上每个钢筋计在受力状态下的频率化，根据标定时的频率变化与应力的对应关系，可反推算出锚杆和锚索的内力及应力分布情况。a)钢弦式钢筋计b)振弦仪测试断面布置：测试断面布置：锚杆
