隧道監(jiān)控量測PPT學習教案

1、會計學1隧道監(jiān)控量測隧道監(jiān)控量測第2頁/共70頁第3頁/共70頁最大下沉最大下沉529mm第4頁/共70頁第5頁/共70頁三、隧道施工監(jiān)控量測的目的三、隧道施工監(jiān)控量測的目的 1.確保安全：根據量測信息，預見事故和險情，防患于未然。 2.指導施工：分析處理量測數據，預測和確認隧道圍巖最終穩(wěn)定時間及變形量，指導施工順序、開挖預留變形量和施作二次襯砌時間。 3.修正設計：根據隧道開挖后所獲得的量測信息，進行綜合分析，修正支護參數和檢驗施工與設計措施的可靠性。 4.環(huán)境監(jiān)控：對工程施工可能產生的環(huán)境影響進行全面的監(jiān)控，判斷隧道施工對周圍環(huán)境的影響程度。第6頁/共70頁第7頁/共70頁隧道施工監(jiān)控量測

2、技術隧道施工監(jiān)控量測技術第8頁/共70頁測點的固定方向在同一斷面及水平線上。第9頁/共70頁第10頁/共70頁第11頁/共70頁施工設計監(jiān)控量測現場施工監(jiān)測設計資料調研量測結果的計算機信息分析處理必測項目的回歸分析監(jiān)測結果的綜合評價量測結果的形象化、具體化報送設計和監(jiān)理單位結構安全性、經濟性判斷經濟類比理論分析設計、規(guī)范要求選測項目的動態(tài)分析量測結果的綜合處理及反饋分析“圍巖結構”體系動態(tài)及現狀分析說明、提交修正設計意見、建議反饋設計施工是否改變設計、施工方法新設計方案調整設計參數、改變施工方法或輔助施工措施第12頁/共70頁數據數據反饋指導施工。反饋指導施工。第13頁/共70頁第14頁/共7

3、0頁變形觀測點埋設元件及標識牌變形觀測點埋設元件及標識牌全站儀要具有免棱鏡激光測距功能，采用兩次讀數取平均值的方法。第15頁/共70頁 2、施工監(jiān)控量測方案的制定、施工監(jiān)控量測方案的制定 量測方案應根據隧道地質地形條件、支護類型和參數、施工方法和其他有關條件制定。其具體內容包括： 監(jiān)控量測項目、方法及監(jiān)控量測斷面選定：斷面內測點的數量、位置、量測頻率、量測儀器和元件的選定及其精度、埋設時間等。 傳感器埋設設計：埋設方法、步驟、各部分尺寸、工藝選定及工程進度銜接等。 固定測試元件的結構設計。 量測數據記錄表格式，表達量測結果的格式，量測數據精度確認的方法。隧道施工監(jiān)控量測技術隧道施工監(jiān)控量測技術

4、第16頁/共70頁第17頁/共70頁五、隧道施工量測項目與方法五、隧道施工量測項目與方法第18頁/共70頁序號項目常用測量儀器備注1洞內、外觀察現場觀測、數碼相機、羅盤儀2拱頂下沉水準儀、鋼掛尺或全站儀3凈空變化收斂計、全站儀4地表沉降水準儀、銦鋼尺或全站儀 隧道淺埋段 監(jiān)控量測必測項目隧道施工監(jiān)控量測技術隧道施工監(jiān)控量測技術必測項目是施工的經常性量測項目，這類量必測項目是施工的經常性量測項目，這類量測項目通常測試方法簡單、費用少、可靠性高測項目通常測試方法簡單、費用少、可靠性高，對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、指導設計和施工卻具有重，對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、指導設計和施工卻具有重要的作用。要的作用。第19頁/共70

5、頁序號量測項目儀器設備1圍巖壓力 壓力盒 2鋼架內力 鋼筋計、應變計 3噴混凝土內力 混凝土應變計 4二次襯砌內力 混凝土應變計、鋼筋計 5初期支護與二次襯砌間接觸壓力 壓力盒 6錨桿軸力 鋼筋計 7圍巖內部位移 多點位移計 8隧底隆起 水準儀、錮鋼尺或全站儀 9爆破振動 振動傳感器、記錄儀 10孔隙水壓力 水壓計 11水量 三角堰、流量計 12縱向位移 多點位移計、全站儀 選測項目是對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進行監(jiān)測，以選測項目是對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進行監(jiān)測，以求更深入地掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)與錨噴支護效果，以便更好地指求更深入地掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)與錨噴支護效果，以便更好地

6、指導未開挖區(qū)的設計與施工，這類量測項目較多、費用較大，一般導未開挖區(qū)的設計與施工，這類量測項目較多、費用較大，一般由設計文件規(guī)定在局部地段進行。由設計文件規(guī)定在局部地段進行。第20頁/共70頁 量測 項目圍巖種類必測項目選測項目洞內外觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內位移錨桿軸力鋼支撐應力接觸壓力混凝土應變洞內彈性波硬巖軟巖土砂必須實施、 可以實施、 必要時實施第21頁/共70頁2、隧道施工量測內容及方法、隧道施工量測內容及方法l 洞內外觀察（必測項目）目測觀察的目的 預測開挖面前方的地質條件。（超前地質預報） 為判斷圍巖的穩(wěn)定性提供地質依據。 根據噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析

7、支護結構的可靠程度。 隧道施工監(jiān)控量測技術隧道施工監(jiān)控量測技術第22頁/共70頁第23頁/共70頁l 周邊位移量測 周邊位移量測目的周邊位移量測目的 收斂量測是隧道施工監(jiān)控量測的重要項目。周邊位移是隧道圍巖應力狀態(tài)變化最直觀的反映，通過周邊位移量測可以達到以下目的： 判斷隧道空間的穩(wěn)定性； 根據變位速度判斷圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時機； 指導現場的施工。 隧道施工監(jiān)控量測技術隧道施工監(jiān)控量測技術第24頁/共70頁 周邊位移量測方法及要求周邊位移量測方法及要求 收斂量測的主要內容包括儀器選擇、斷面間距、量測頻率、測線布置、量測點埋設時間等。 收斂量測的間距與測點數量 必測項目量測斷面間距

8、和每斷面測點數量 圍巖類別斷面間距（m）VVI5IV10III3050注注:級圍巖視具體情況確定間距。級圍巖視具體情況確定間距。隧道施工監(jiān)控量測技術隧道施工監(jiān)控量測技術第25頁/共70頁量測頻率：量測頻率可根據位移速度和量測斷面距開挖面距離確定： 按位移速度位移速度（mm/d）量測頻率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d 按距開挖面距離(注：b為隧道開挖寬度)量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率(01)b2次/d(12)b1次/d(25)b1次/23d5b1次/7d 由位移速度決定的監(jiān)控量測頻率和由距開挖面的距離決定的監(jiān)控量測頻率之中，原則上采用原則上

9、采用較高的頻率值較高的頻率值。出現異常情況或不良地質時，應增大監(jiān)控量測頻率。 第26頁/共70頁量測儀器 目前隧道施工中常用的收斂計為機械式的收斂計和數顯式收斂計。 測試原理：測試中讀得初始數值X0；間隔時間t后，用同樣的方法可讀得t時刻的值Xt，則t時刻的周邊收斂值Ut即為的兩次讀數差。即 UtL0LtXt1Xt0式中：L0初讀數時所用尺孔刻度值； Ltt時刻時所用尺孔刻度值； Xt1t時刻時經溫度修正后的讀數值，Xt1Xtt Xt0初讀數時經溫度修正后的讀數值，Xt0X0to Xtt時刻量測時讀數值； X0初始時刻讀數值； t溫度修正值；t（T0T）L 鋼尺線膨脹系數； T0鑒定鋼尺的標準

10、溫度， T0 =20 T每次量測時的平均氣溫； L鋼尺長度。第27頁/共70頁l 拱頂下沉量測拱頂下沉量測 拱頂下沉量測目的 確認圍巖的穩(wěn)定性，判斷支護效果，指導施工工序，預防拱頂崩塌，保證施工質量和安全。 拱頂下沉量測儀器 精密水準儀或全站儀 隧道施工監(jiān)控量測技術隧道施工監(jiān)控量測技術第28頁/共70頁（3） 拱頂下沉量測原理第一次讀數后視點讀數為A1，前視讀數為B1；第二次后視點讀數為A2，前視讀數為B2。拱頂變位計算方法如下：差值計算法：鋼尺和標尺均正立（即讀數上小下大）。后視讀數差 A=A2-A1 前視讀數差 B=B2-B1拱頂變位值 C=B-A C0拱頂上移；C0 拱頂上移；C0 拱頂

11、下沉。 第29頁/共70頁l 地表下沉量測目的：淺埋段預測地表坡面的穩(wěn)定。 根據地表建筑物類別，控制最大下沉量。設點：地表沉降測點橫向間距為25m。每個斷面設711個點，監(jiān)測范圍應在隧道開挖影響范圍以內。在隧道中線附近測點應適當加密，隧道中線兩側量測范圍不應小于Ho + B（Ho為隧道埋深，B為隧道開挖寬度 ），地表有控制性建(構)筑物時，量測范圍應適當加寬。測點采用22螺紋鋼，深入坡體6080cm，外露5cm，表面磨平后在表面打眼作標記。地表下沉量測應在開挖工作面前方，隧道埋深及隧道開挖高度之和處開始，直到二次襯砌結構封閉、下沉基本停止時為止。地表下沉量測頻率應與洞內拱頂下沉和凈空變化的量測

12、頻率相同。第30頁/共70頁埋深重要性測量與否3BH小不必要2BH3B一般一般最好量測最好量測BH2B重要重要必須量測必須量測HB非常重要非常重要必須列為主要量測項目必須列為主要量測項目注：B為隧道直徑，H為隧道埋深。地表沉降測點縱向間距510HB1020BH2B縱向測點間距（縱向測點間距（m）埋深與開挖寬度埋深與開挖寬度第31頁/共70頁 地段開挖方法 一般地段 特殊地段 全斷面法 一條水平測線 臺階法 每臺階一條水平測線 每臺階一條水平測線，兩條斜測線 分部開挖法 每分部一條水平測線 CD或CRD法上部、雙側壁導坑法左右側部，每分部一條水平測線，兩條斜測線、其余分部一條水平測線 凈空變化量

13、測測線數凈空變化量測測線數 第32頁/共70頁隧道內必測項目監(jiān)控量測斷面間距3050III10IV5VVI斷面間距(m)圍巖級別第33頁/共70頁第34頁/共70頁第35頁/共70頁第36頁/共70頁第37頁/共70頁第38頁/共70頁第39頁/共70頁l 圍巖內部位移量測隧道圍巖內部位移量測的主要目的 了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛范圍。 判斷開挖后圍巖的松動區(qū)、強度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。 根據實測結果優(yōu)化錨桿參數，指導施工。量測儀器多點位移計隧道施工監(jiān)控量測選測項目隧道施工監(jiān)控量測選測項目第40頁/共70頁l 錨桿軸力量測量測目的了解錨桿實際工作狀態(tài)及軸向力的大小。結合位移量測，判斷圍

14、巖發(fā)展趨勢，分析圍巖內強度下降區(qū)的界限。修正錨桿設計參數，評價錨桿支護效果。量測方法和儀器 錨桿的軸向力測定，按其量測原理可分為電測式和機械式兩類。其中電測式又可分為電阻應變式和鋼弦式。 電阻應變式和機械式是通過量測錨桿不同深度處的應變（或變形），然后按有關計算方法轉求應力。 鋼弦式則是通過測定不同深度處傳感器受力后的鋼弦振動頻率變化，轉求應力。第41頁/共70頁l 圍巖壓力及兩層支護間壓力量測 隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護結構要阻止這種變形，這樣就會產生圍巖作用與支護結構上的圍巖壓力。圍巖壓力量測，通常情況下是指圍巖與支護或噴層與二次襯砌混凝土間的接觸壓力的測試。 量測目的 了解

15、圍巖壓力的量值及分布狀態(tài)；判斷圍巖和支護的穩(wěn)定性，分析二次襯砌的穩(wěn)定性和安全度。 量測儀器與原理 接觸壓力量測儀器根據測試原理和測力計結構不同分為液壓式測力計和電測式測力計，目前隧道中多用電測式。 弦測法原理：在傳感器中有一根張緊的鋼弦，當傳感器受外力作用時，弦的內應力發(fā)生變化，隨著弦的內應力改變，自振頻率也相應地發(fā)生變化，弦的張力越大，自振頻率越高，反之，自振頻率越低。 第42頁/共70頁l 鋼支撐應力量測 一般在、級圍巖中常采用型鋼支撐；級圍巖中常采用格柵支撐。通過對鋼支撐的應力量測，可知鋼支撐的實際工作狀態(tài)，從鋼支撐的性能曲線上可以確定在此壓力作用下鋼支撐所具有的安全系數，視具體情況確定

16、是否需要采用加固措施。量測目的了解鋼支撐應力的大小，為鋼支撐選型與設計提供依據。根據鋼支撐的受力狀態(tài)，判斷隧道空間和支護結構的穩(wěn)定性。了解鋼支撐的實際工作狀態(tài)，保證隧道施工安全。隧道施工監(jiān)控量測技術隧道施工監(jiān)控量測技術第43頁/共70頁 量測元件 目前使用較普遍的型鋼支撐應力量測多采用鋼弦式表面應變計，格柵支撐應力量測多采用鋼弦式鋼筋應力計。 鋼弦式表面應變計結構圖 鋼弦式鋼筋應力計 第44頁/共70頁l 混凝土應力量測 混凝土應力量測包括噴射混凝土和二次襯砌模筑混凝土應力量測。其目的是了解混凝土層的變形特性以及混凝土的應力狀態(tài)；掌握噴層所受應力的大小，判斷噴射混凝土層的穩(wěn)定狀況；判斷支護結構

17、長期使用的可靠性以及安全程度；檢驗二次襯砌設計的合理性。第45頁/共70頁六、隧道施工量測數據處理及應用六、隧道施工量測數據處理及應用1、隧道施工監(jiān)控量測數據處理、隧道施工監(jiān)控量測數據處理 由于現場量測所得的原始數據，不可避免具有一定的離散性，其中包含著測量誤差甚至測試錯誤。 數學處理的目的 將同一量測斷面的各種量測數據進行分析對比、相互印證，以確認量測結果的可靠性； 探求圍巖變形或支護系統(tǒng)的受力隨時間變化規(guī)律、空間分布規(guī)律，判定圍巖和支護系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。 量測數據處理的內容（可用Excel軟件編制程序進行） 繪制位移、應力、應變隨時間變化的曲線時態(tài)曲線； 繪制位移速率、應力速率、應變速率隨時間

18、變化的曲線； 繪制接觸壓力、支護結構應力在隧道橫斷面上分布圖。第46頁/共70頁第47頁/共70頁第48頁/共70頁 由于量測誤差所造成的離散性，按實測數據所繪制的位移等物理量隨時間或空間變化的散點圖上下波動，很不規(guī)則，難以用來分析。因此，需要采用數學處理的方法，將實測數據采用經驗公式進行分析。 回歸分析是目前量測數據處理的主要方法，通過對量測數據回歸分析可以預測最終值和各階段的變化速率。回歸分析使用的函數如下：對數函數)1ln(/tBAu指數函數雙曲函數tBAeu/)/(BtAtu分析方法見課件附件分析方法見課件附件回歸分析計算回歸分析計算。（指南上公式不對）第49頁/共70頁3.2.1 指

19、數函數指數函數：)/(TBeAu 求導：2)/(teAButB 將其轉化為直線函數：將其轉化為直線函數：tBAu1)(lnln 極限公式：極限公式： Atft)(lim 3.2.2 對數函數對數函數：)1lg(/tBAu 求導：21lg10ln)1 (1ttBu 將其轉化為直線函數：將其轉化為直線函數：)1lg(1tBAu 極限公式：極限公式： Atft)(lim 3.2.3 雙曲函數雙曲函數：tBAtu 求導：2BtAAu 將其轉化為直線函數：將其轉化為直線函數：tABu11 極限公式：極限公式： Btft1)(lim 第50頁/共70頁 2、隧道施工監(jiān)控量測數據的應用、隧道施工監(jiān)控量測數據

20、的應用 從維護圍巖穩(wěn)定性和支護系統(tǒng)的可靠性出發(fā)，現場測試人員關心圍巖變形量的大小，是否侵入隧道設計斷面的限界，是否對施工人員的安全構成威脅。以便及時調整設計參數和進行施工決策。 初期支護階段圍巖穩(wěn)定性的判斷和施工管理 根據最大位移值進行施工管理 a.當量測位移U小于Uo /3，表明圍巖穩(wěn)定，可以正常施工。 b.當量測位移U大于Uo /3并小于2 Uo /3時，表明圍巖變形偏大，應密切注意圍巖動向?？刹扇∫欢ǖ募訌姶胧?，如加密、加長錨桿等措施。（ U -位移實測值；Uo -極限相對位移值。 ） c.當量測位移U大于2 Uo /3時，表明圍巖變形很大，應先停止掘進，并采取特殊的加固措施，如超前支護

21、、注漿加固等。 d.實測最大位移值或預測最大位移值不大于2 Uo /3時，可認為初期支護達到基本穩(wěn)定。第51頁/共70頁 根據位移速率進行施工管理 a.凈空變化速度持續(xù)大于5.0mm/d時，表明圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應加強初期支護系統(tǒng)。 b.當位移速度在10.2mm/d之間時，表明圍巖處于緩慢變形階段。 c.當位移速度小于0.2mm/d時，拱頂下沉速度小于0.15mm/d時，表明圍巖已達到基本穩(wěn)定。 在淺埋地段以及膨脹性和擠壓性圍巖等情況下，應采用其他指標判別。第52頁/共70頁 根據位移時態(tài)曲線進行施工管理 每次量測后應及時整理數據，繪制時態(tài)曲線。 a.當位移速率很快變小，時態(tài)曲線很快平緩，

22、表明圍巖穩(wěn)定性好，可適當減弱支護。 b.當位移速率逐漸變小，即d2u/dt20，時態(tài)曲線趨于平緩，表明圍巖變形趨于穩(wěn)定，可正常施工。 c.當位移速率不變，即d2u/dt2=0，時態(tài)曲線直線上升，表明圍巖變形急劇增長，無穩(wěn)定趨勢，應及時加強支護，必要時暫停掘進。 d.當位移速率逐步增大，即d2u/dt20，時態(tài)曲線出現反彎點，表明圍巖已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應停止掘進，采取加固措施。第53頁/共70頁隧道施工監(jiān)控量測控制基準 監(jiān)控量測控制基準包括隧道內位移、地表沉降、爆破振動等，應根據地質條件、隧道施工安全性、隧道結構的長期穩(wěn)定性，以及周圍建(構)筑物特點和重要性等因素制定 。 隧道初期支護極限相對位

23、移可參照下表選用。 圍巖級別 隧道埋深h (m) h50 50h300300h500 拱腳水平相對凈空變化(%) 0. 20 0. 60 0. 10 0. 50 0. 40 0. 70 0. 601. 50 0. 20 0. 70 0. 50 2. 60 2. 40 3. 50 V 0. 301. 00 0. 803. 50 3. 00 5. 00 拱頂相對下沉(%) 0. 010. 05 0. 04 0. 08 0. 0 1 0. 04 0. 03 0. 11 0. 10 0. 25 0. 03 0. 070. 06 0. 15 0. 10 0. 60 V 0. 06 0. 12 0. 10 0. 60 0. 50 1. 20 跨度B7m隧道初期支護極限相對位移 第54頁/共70頁圍巖級別 隧道埋深h (m) h50 50h300300h500 拱腳水平相對凈空變化(%) 0. 0l 0. 03 0. 0 10. 08 0. 030. 10 0. 08 0. 40 0. 300. 60 0.100.30 0. 200. 80 0. 701. 20 V 0. 200. 50 0. 402. 00 1. 803. 00 拱頂相對下沉(%) 0. 030. 06 0. 05 0. 12 0. 03 0. 06 0. 040. 15 0. 12 0. 30 0. 06