地下工程監(jiān)控量測(cè)及新支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀課件

地下工程監(jiān)控量測(cè)及

新支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

徐干成

空軍工程設(shè)計(jì)研究局

12/15/20221提綱

地下工程監(jiān)控量測(cè)及

新支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

本講主要內(nèi)容第一部分地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展第二部分地下工程新材料技術(shù)的發(fā)展12/15/20222提綱本講主要內(nèi)容第一部分地下工程監(jiān)控技術(shù)第一部分

地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

12/15/20223提綱第一部分

地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

12

一.引論1.地下工程（或地下空間）的定義*介質(zhì)力學(xué)的角度——凡是處于千變?nèi)f化的地質(zhì)體之中，其結(jié)構(gòu)本身與地層（圍巖）緊密接觸和相互傳遞作用的工程建筑物。*典型實(shí)例——交通隧道、地下鐵道、水電輸水隧洞、城市地下商場(chǎng)與車庫、軍用洞室、大型建筑物的地下室（深基坑）等等。12/15/20224提綱一.引論1.地下工程（或地下空間）的定義12.地下工程的受力特點(diǎn)

（1）地下工程是在自然狀態(tài)下的巖土地質(zhì)體內(nèi)開挖的，地質(zhì)環(huán)境對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著決定性意義；（2）地下工程周圍的地質(zhì)體不僅對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，同時(shí)它本身又是承載體；（3）作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載受到施工方法和施工時(shí)機(jī)的影響；（4）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖會(huì)不會(huì)失穩(wěn)；（5）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于充分發(fā)揮圍巖自承力。

12/15/20225提綱2.地下工程的受力特點(diǎn)12/14/20225提綱

3.地下工程施工的復(fù)雜力學(xué)過程

*開挖

*地質(zhì)體原始地應(yīng)力體系被打破

*形成二次地應(yīng)力發(fā)生變形

*初期支護(hù)

*抑制地層的變形

*變形收斂

*后期支護(hù)

*形成三次地應(yīng)力并達(dá)到力學(xué)平衡12/15/20226提綱

3.地下工程施工的復(fù)雜力學(xué)過程

12/15/20227提綱12/14/20227提綱

3.地面工程與地下工程的基本區(qū)別

*作用體系——

地面工程：一般只與地基相互作用，

是空間自由狀態(tài)的作用體系。

地下工程：與周圍地層密切相關(guān)，

是二者共同作用體系。

*外荷——

地面工程：已知的，明確的。

地下工程：由于地質(zhì)體和圍巖的千

變?nèi)f化性，迄今仍是有待解決的不

確定性問題。12/15/20228提綱

3.地面工程與地下工程的地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無論在設(shè)計(jì)原理還是計(jì)算參數(shù)的選用上都比地面工程復(fù)雜，仿效地面結(jié)構(gòu)，按假設(shè)荷載和巖塊試件的力學(xué)參數(shù)作為計(jì)算依據(jù)，不可能獲得精確的計(jì)算結(jié)果。目前，還沒有一種很合理的地下支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法。一般地，地下支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都是采用以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的工程類比設(shè)計(jì)方法，再輔助以量測(cè)為手段的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)計(jì)和計(jì)算為依據(jù)的理論分析法。如新奧法就是典型的代表。4.地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法12/15/20229提綱地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無論在設(shè)計(jì)原理還是計(jì)算參數(shù)的選新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段及時(shí)地進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道和地下工程設(shè)計(jì)和施工的方法和原則。新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱，英文為NewAustrianTunnellingMethod(NATM)。法國稱為收斂約束法，有些國家稱為動(dòng)態(tài)觀測(cè)設(shè)計(jì)施工法。5.新奧法的基本要點(diǎn)12/15/202210提綱新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下：

(1)開挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破，并盡量采用大斷面或較大的斷面開挖，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；(2)隧道開挖后，盡量利用圍巖的自承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用；(3)根據(jù)圍巖特征采用不同的支護(hù)類型和參數(shù)，及時(shí)施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護(hù)，以控制圍巖的變形和松弛；(4)在軟弱破碎圍巖地段，使斷面及早閉合，以有效地發(fā)揮支護(hù)體系的作用，保證隧道的穩(wěn)定；(5)二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，12/15/202211提綱新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下：12/14/202211提綱因而提高了支護(hù)體系的安全度，并不增加襯砌厚度；(6)盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處應(yīng)力集中；

(7)通過施工中對(duì)圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)觀察、量測(cè)，合理安排施工順序、進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及日常的施工管理。(1)施工前預(yù)設(shè)計(jì)階段施工前預(yù)設(shè)計(jì)是在認(rèn)真研究測(cè)定資料基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在這一階段，一般很難完全詳細(xì)地掌握實(shí)際的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，常常會(huì)有一定幅度的變動(dòng)，故需要在施工中進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，確認(rèn)和修正預(yù)設(shè)計(jì)。6.新奧法隧道設(shè)計(jì)程序

(2)信息反饋修改設(shè)計(jì)階段

(3)新奧法設(shè)計(jì)流程12/15/202212提綱因而提高了支護(hù)體系的安全度，并不增加襯砌厚度；(1)施工

新奧法

設(shè)計(jì)流程

12/15/202213提綱新奧法

設(shè)計(jì)流程12/14/202213提綱7.信息化數(shù)據(jù)的理論計(jì)算處理

——反分析技術(shù)（測(cè)試計(jì)算探索外荷）

*地下工程現(xiàn)場(chǎng)位移測(cè)試值的獲取

*初步分析得到一般規(guī)律

*假定幾種外荷的組成形式和分配值

*應(yīng)用正常計(jì)算方法（如FEM法）計(jì)算

*以計(jì)算位移值與測(cè)試位移值最近的1-2

組外荷為選定值

*經(jīng)分析得到最理想的結(jié)果和特性曲線

12/15/202214提綱7.信息化數(shù)據(jù)的理論計(jì)算處理

——反分析技術(shù)（測(cè)8.信息化技術(shù)的法規(guī)性文件*GB50086-2001錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范*ＴB10003-2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范*GB50021-94巖土工程勘察規(guī)范*TB2035-88鐵路隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)條件*TB10108-2001鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范*CECS22:90土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范12/15/202215提綱8.信息化技術(shù)的法規(guī)性文件12/14/202215提綱國標(biāo)中關(guān)于

信息化設(shè)計(jì)和

施工的規(guī)定12/15/202216提綱國標(biāo)中關(guān)于

信息化設(shè)計(jì)和

施工的規(guī)定12/14/20221612/15/202217提綱12/14/202217提綱12/15/202218提綱12/14/202218提綱二.地下工程信息化施工實(shí)例12/15/202219提綱12/14/202219提綱1.下坑鐵路單線隧道施工

*特點(diǎn)——軟弱破碎圍巖，覆蓋層5-20m，全隧道采用噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)支護(hù)，突破了隧道設(shè)計(jì)規(guī)范必須至少采用一層模筑混凝土襯砌的規(guī)定。*信息反饋狀況——特征曲線的三階段：急劇變形階段、緩慢增長(zhǎng)階段、基本穩(wěn)定階段。經(jīng)800天長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),證明噴錨網(wǎng)支護(hù)的可行性和安全性。12/15/202220提綱1.下坑鐵路單線隧道施工12/14/202220提綱12/15/202221提綱12/14/202221提綱.2.北京地鐵永安里車站施工

*特點(diǎn)——采用中樁支護(hù)體系的蓋挖逆作法施工，三跨剛架式三層立體結(jié)構(gòu)，跨度20.3m。該方法為國內(nèi)首次采用。*信息反饋狀況——施工全過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為：中樁最大下沉4㎜，邊樁最大下沉小于19㎜，側(cè)向位移6-8㎜，均小于安全允許值，證明工程安全可靠。

12/15/202222提綱.2.北京地鐵永安里車站施工12/14/202222提綱12/15/202223提綱12/14/202223提綱.3.北京月潭公園天外天地下商場(chǎng)施工

*特點(diǎn)——為5連拱曲墻式結(jié)構(gòu)，總跨度25.8m，覆蓋層3.5m，復(fù)合式襯砌。*信息反饋狀況——施工全過程地表下沉值一般為1-2㎜，只在5號(hào)洞地表由于大量澆水造成23㎜下沉，均小于安全允許值。12/15/202224提綱.3.北京月潭公園天外天地下商場(chǎng)施工12/14/2022212/15/202225提綱12/14/202225提綱.4.深圳深南大道大跨度立交隧道施工

*特點(diǎn)——4連拱直墻結(jié)構(gòu)，總跨度45.4m，覆蓋層厚僅2-4m。拱部采用濕噴混凝土一次成型技術(shù)，國內(nèi)首次采用該項(xiàng)技術(shù)。*信息反饋狀況——地表下沉一般均為10-20㎜，最大為30㎜，拱部最大跨度處鋼筋應(yīng)力為50-80Mpa，經(jīng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到安全可靠的目標(biāo)。12/15/202226提綱.4.深圳深南大道大跨度立交隧道施工12/14/20222深南大道立交隧道施工程序12/15/202227提綱深南大道立交隧道施工程序12/14/202227提綱深南大道立交隧道采用格柵鋼架12/15/202228提綱深南大道立交隧道采用格柵鋼架12/14/202228提綱北京前門地下通道采用蓋挖法施工12/15/202229提綱北京前門地下通道采用蓋挖法施工12/14/202229提綱三.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器及元件概述12/15/202230提綱三.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器及元件概述12/14/202230提綱

1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的基本問題

§監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的若干基本概念和名詞

-非電量的電測(cè)法-一次、二次儀表

-傳感器-測(cè)試元件

-遙測(cè)-率定

-誤差-精度

-靈敏度-穩(wěn)定性

-重復(fù)性-非線性偏差

12/15/202231提綱

1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的基本問題

§監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中§測(cè)試元件的基本原理-機(jī)械式原理-液壓式原理-光彈式原理-光纖傳感器原理-電阻式原理-振弦式原理-電感式原理§地下工程中常用的測(cè)試元件-鉆孔式測(cè)試元件-相對(duì)位移式測(cè)試元件-結(jié)構(gòu)頂部下沉式測(cè)試元件12/15/202232提綱§測(cè)試元件的基本原理12/14/202232提綱2.常用測(cè)試儀表及新技術(shù)發(fā)展12/15/202233提綱2.常用測(cè)試儀表及新技術(shù)發(fā)展12/14/202233提綱§常用機(jī)械式測(cè)試元件

12/15/202234提綱§常用機(jī)械式測(cè)試元件

12/14/202234提綱§常用收斂計(jì)12/15/202235提綱§常用收斂計(jì)12/14/202235提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/15/202236提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/14/202236提綱§鉆孔式

位移計(jì)12/15/202237提綱§鉆孔式

位移計(jì)12/14/202237提綱§多點(diǎn)式鉆孔位移計(jì)的安設(shè)12/15/202238提綱§多點(diǎn)式鉆孔位移計(jì)的安設(shè)12/14/202238提綱§普通測(cè)斜儀12/15/202239提綱§普通測(cè)斜儀12/14/202239提綱§遙感式

測(cè)斜儀12/15/202240提綱§遙感式

測(cè)斜儀12/14/202240提綱§電阻式應(yīng)變計(jì)（表面及埋入式）12/15/202241提綱§電阻式應(yīng)變計(jì)（表面及埋入式）12/14/202241提§鋼筋測(cè)力計(jì)（弦式及電阻式）12/15/202242提綱§鋼筋測(cè)力計(jì)（弦式及電阻式）12/14/202242提§弦式土壓合12/15/202243提綱§弦式土壓合12/14/202243提綱§弦式噴層壓力計(jì)12/15/202244提綱§弦式噴層壓力計(jì)12/14/202244提綱§弦式滲壓計(jì)12/15/202245提綱§弦式滲壓計(jì)12/14/202245提綱§錨桿預(yù)應(yīng)力測(cè)力計(jì)12/15/202246提綱§錨桿預(yù)應(yīng)力測(cè)力計(jì)12/14/202246提綱§錨索測(cè)力計(jì)12/15/202247提綱§錨索測(cè)力計(jì)12/14/202247提綱§磁感應(yīng)分層沉降儀12/15/202248提綱§磁感應(yīng)分層沉降儀12/14/202248提綱§智能應(yīng)變傳感器12/15/202249提綱§智能應(yīng)變傳感器12/14/202249提綱§激光撓度儀12/15/202250提綱§激光撓度儀12/14/202250提綱§鋼筋位置及保護(hù)層測(cè)試儀12/15/202251提綱§鋼筋位置及保護(hù)層測(cè)試儀12/14/202251提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀12/15/202252提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀12/14/202252提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀（國產(chǎn)）12/15/202253提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀（國產(chǎn)）12/14/202253提綱§混凝土強(qiáng)度回彈儀12/15/202254提綱§混凝土強(qiáng)度回彈儀12/14/202254提綱§激光測(cè)距儀12/15/202255提綱§激光測(cè)距儀12/14/202255提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/15/202256提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/14/202256提綱§手持式應(yīng)變儀12/15/202257提綱§手持式應(yīng)變儀12/14/202257提綱§鉆孔狀況測(cè)定儀12/15/202258提綱§鉆孔狀況測(cè)定儀12/14/202258提綱§多用途讀數(shù)儀12/15/202259提綱§多用途讀數(shù)儀12/14/202259提綱§鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)12/15/202260提綱§鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)12/14/202260提綱§多點(diǎn)位移計(jì)在隧道中的應(yīng)用實(shí)例12/15/202261提綱§多點(diǎn)位移計(jì)在隧道中的應(yīng)用實(shí)例12/14/202261提綱§實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的通訊監(jiān)控12/15/202262提綱§實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的通訊監(jiān)控12/14/202262提綱§GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)12/15/202263提綱§GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)12/14/202263提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀12/15/202264提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀12/14/202264提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀（獨(dú)眼巨人）12/15/202265提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀（獨(dú)眼巨人）12/14/202265提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀現(xiàn)場(chǎng)（沉降掃描）12/15/202266提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀現(xiàn)場(chǎng)（沉降掃描）12/14/202266§沉降遙測(cè)12/15/202267提綱§沉降遙測(cè)12/14/202267提綱§地表傾斜遙測(cè)12/15/202268提綱§地表傾斜遙測(cè)12/14/202268提綱§光纖傳感器及其二次儀表12/15/202269提綱§光纖傳感器及其二次儀表12/14/202269提綱§光纖傳感器原理12/15/202270提綱§光纖傳感器原理12/14/202270提綱§隧道測(cè)試布置12/15/202271提綱§隧道測(cè)試布置12/14/202271提綱§盾構(gòu)隧道測(cè)試布置12/15/202272提綱§盾構(gòu)隧道測(cè)試布置12/14/202272提綱§滑坡測(cè)試布置12/15/202273提綱§滑坡測(cè)試布置12/14/202273提綱§樁基檢測(cè)

布置12/15/202274提綱§樁基檢測(cè)

布置12/14/202274提綱

第二部分地下工程中新材料技術(shù)的發(fā)展12/15/202275提綱第二部分12/14/20227一.自鉆式錨桿新技術(shù)12/15/202276提綱一.自鉆式錨桿新技術(shù)12/14/202276提綱12/15/202277提綱12/14/202277提綱不同直徑的自鉆式錨桿桿體12/15/202278提綱不同直徑的自鉆式錨桿桿體12/14/202278提綱自鉆式錨桿組成（未含附件）12/15/202279提綱自鉆式錨桿組成（未含附件）12/14/202279提綱各類鉆頭12/15/202280提綱各類鉆頭12/14/202280提綱各類釬尾12/15/202281提綱各類釬尾12/14/202281提綱預(yù)加應(yīng)力測(cè)定器12/15/202282提綱預(yù)加應(yīng)力測(cè)定器12/14/202282提綱自鉆式錨桿的不同用途12/15/202283提綱自鉆式錨桿的不同用途12/14/202283提綱12/15/202284提綱12/14/202284提綱在卵石中的效果12/15/202285提綱在卵石中的效果12/14/202285提綱隧道中用風(fēng)鉆鉆孔12/15/202286提綱隧道中用風(fēng)鉆鉆孔12/14/202286提綱隧道中用液壓鉆鉆孔12/15/202287提綱隧道中用液壓鉆鉆孔12/14/202287提綱隧道中自鉆式錨桿效果12/15/202288提綱隧道中自鉆式錨桿效果12/14/202288提綱隧道中錨桿布置12/15/202289提綱隧道中錨桿布置12/14/202289提綱新奧法隧道縱斷面12/15/202290提綱新奧法隧道縱斷面12/14/202290提綱12/15/202291提綱12/14/202291提綱隧道中的應(yīng)用實(shí)例12/15/202292提綱隧道中的應(yīng)用實(shí)例12/14/202292提綱全斷面施工的縱剖面12/15/202293提綱全斷面施工的縱剖面12/14/202293提綱軟弱破碎圍巖中的超前支護(hù)12/15/202294提綱軟弱破碎圍巖中的超前支護(hù)12/14/202294提綱自鉆式錨桿用于隧道洞口支護(hù)12/15/202295提綱自鉆式錨桿用于隧道洞口支護(hù)12/14/202295提綱自鉆式錨桿用于地鐵基坑支護(hù)12/15/202296提綱自鉆式錨桿用于地鐵基坑支護(hù)12/14/202296提綱基坑施工中應(yīng)用12/15/202297提綱基坑施工中應(yīng)用12/14/202297提綱基坑施工中應(yīng)用12/15/202298提綱基坑施工中應(yīng)用12/14/202298提綱無黏結(jié)土層中極限荷載曲線12/15/202299提綱無黏結(jié)土層中極限荷載曲線12/14/202299提綱自鉆式錨桿錨固力計(jì)算12/15/2022100提綱自鉆式錨桿錨固力計(jì)算12/14/2022100提綱二.其他錨桿12/15/2022101提綱二.其他錨桿12/14/2022101提綱V型封閉式摩擦錨桿12/15/2022102提綱V型封閉式摩擦錨桿12/14/2022102提綱V型摩擦錨桿斷面12/15/2022103提綱V型摩擦錨桿斷面12/14/2022103提綱開縫及膨脹型錨桿12/15/2022104提綱開縫及膨脹型錨桿12/14/2022104提綱回收式錨索12/15/2022105提綱回收式錨索12/14/2022105提綱三.隧道防水技術(shù)的發(fā)展12/15/2022106提綱三.隧道防水技術(shù)的發(fā)展12/14/2022106提綱

§隧道防水技術(shù)發(fā)展的過程

第一階段防水混凝土

（混凝土配比、工藝、干硬性混凝土等）

第二階段外貼式防水層

（油氈—聚酯卷材—橡膠卷材等等）12/15/2022107提綱

§隧道防水技術(shù)發(fā)展的過程

第一階段防水混第三階段噴涂一般防水材料

（改性瀝青—聚氨酯等噴涂材料）

第四階段滲透型防水技術(shù)

12/15/2022108提綱第三階段噴涂一般防水材料

（改性瀝青—§滲透型防水技術(shù)

1，XYPEX（賽派司）防水劑

2，U-Seal（優(yōu)止水）防水劑

3，Excel滲透型防水劑12/15/2022109提綱§滲透型防水技術(shù)

1，XYPEX（賽派司）防水劑

§滲透型材料防水機(jī)理

混凝土切片的顯微觀察表明，經(jīng)

滲透型材料處理的混凝土內(nèi)部的微細(xì)縫隙均被滲透型材料的結(jié)晶體所充滿，一般能達(dá)到3-5cm深，起到防水作用。12/15/2022110提綱§滲透型材料防水機(jī)理

混凝土切片的顯微觀察表明，經(jīng)

§地下工程應(yīng)用實(shí)例12/15/2022111提綱§地下工程應(yīng)用實(shí)例12/14/2022111提綱演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！

地下工程監(jiān)控量測(cè)及

新支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

徐干成

空軍工程設(shè)計(jì)研究局

12/15/2022113提綱

地下工程監(jiān)控量測(cè)及

新支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

本講主要內(nèi)容第一部分地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展第二部分地下工程新材料技術(shù)的發(fā)展12/15/2022114提綱本講主要內(nèi)容第一部分地下工程監(jiān)控技術(shù)第一部分

地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

12/15/2022115提綱第一部分

地下工程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

12

一.引論1.地下工程（或地下空間）的定義*介質(zhì)力學(xué)的角度——凡是處于千變?nèi)f化的地質(zhì)體之中，其結(jié)構(gòu)本身與地層（圍巖）緊密接觸和相互傳遞作用的工程建筑物。*典型實(shí)例——交通隧道、地下鐵道、水電輸水隧洞、城市地下商場(chǎng)與車庫、軍用洞室、大型建筑物的地下室（深基坑）等等。12/15/2022116提綱一.引論1.地下工程（或地下空間）的定義12.地下工程的受力特點(diǎn)

（1）地下工程是在自然狀態(tài)下的巖土地質(zhì)體內(nèi)開挖的，地質(zhì)環(huán)境對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著決定性意義；（2）地下工程周圍的地質(zhì)體不僅對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，同時(shí)它本身又是承載體；（3）作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載受到施工方法和施工時(shí)機(jī)的影響；（4）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖會(huì)不會(huì)失穩(wěn)；（5）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于充分發(fā)揮圍巖自承力。

12/15/2022117提綱2.地下工程的受力特點(diǎn)12/14/20225提綱

3.地下工程施工的復(fù)雜力學(xué)過程

*開挖

*地質(zhì)體原始地應(yīng)力體系被打破

*形成二次地應(yīng)力發(fā)生變形

*初期支護(hù)

*抑制地層的變形

*變形收斂

*后期支護(hù)

*形成三次地應(yīng)力并達(dá)到力學(xué)平衡12/15/2022118提綱

3.地下工程施工的復(fù)雜力學(xué)過程

12/15/2022119提綱12/14/20227提綱

3.地面工程與地下工程的基本區(qū)別

*作用體系——

地面工程：一般只與地基相互作用，

是空間自由狀態(tài)的作用體系。

地下工程：與周圍地層密切相關(guān)，

是二者共同作用體系。

*外荷——

地面工程：已知的，明確的。

地下工程：由于地質(zhì)體和圍巖的千

變?nèi)f化性，迄今仍是有待解決的不

確定性問題。12/15/2022120提綱

3.地面工程與地下工程的地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無論在設(shè)計(jì)原理還是計(jì)算參數(shù)的選用上都比地面工程復(fù)雜，仿效地面結(jié)構(gòu)，按假設(shè)荷載和巖塊試件的力學(xué)參數(shù)作為計(jì)算依據(jù)，不可能獲得精確的計(jì)算結(jié)果。目前，還沒有一種很合理的地下支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法。一般地，地下支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都是采用以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的工程類比設(shè)計(jì)方法，再輔助以量測(cè)為手段的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)計(jì)和計(jì)算為依據(jù)的理論分析法。如新奧法就是典型的代表。4.地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法12/15/2022121提綱地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無論在設(shè)計(jì)原理還是計(jì)算參數(shù)的選新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段及時(shí)地進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道和地下工程設(shè)計(jì)和施工的方法和原則。新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱，英文為NewAustrianTunnellingMethod(NATM)。法國稱為收斂約束法，有些國家稱為動(dòng)態(tài)觀測(cè)設(shè)計(jì)施工法。5.新奧法的基本要點(diǎn)12/15/2022122提綱新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下：

(1)開挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破，并盡量采用大斷面或較大的斷面開挖，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；(2)隧道開挖后，盡量利用圍巖的自承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用；(3)根據(jù)圍巖特征采用不同的支護(hù)類型和參數(shù)，及時(shí)施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護(hù)，以控制圍巖的變形和松弛；(4)在軟弱破碎圍巖地段，使斷面及早閉合，以有效地發(fā)揮支護(hù)體系的作用，保證隧道的穩(wěn)定；(5)二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，12/15/2022123提綱新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下：12/14/202211提綱因而提高了支護(hù)體系的安全度，并不增加襯砌厚度；(6)盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處應(yīng)力集中；

(7)通過施工中對(duì)圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)觀察、量測(cè)，合理安排施工順序、進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及日常的施工管理。(1)施工前預(yù)設(shè)計(jì)階段施工前預(yù)設(shè)計(jì)是在認(rèn)真研究測(cè)定資料基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在這一階段，一般很難完全詳細(xì)地掌握實(shí)際的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，常常會(huì)有一定幅度的變動(dòng)，故需要在施工中進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，確認(rèn)和修正預(yù)設(shè)計(jì)。6.新奧法隧道設(shè)計(jì)程序

(2)信息反饋修改設(shè)計(jì)階段

(3)新奧法設(shè)計(jì)流程12/15/2022124提綱因而提高了支護(hù)體系的安全度，并不增加襯砌厚度；(1)施工

新奧法

設(shè)計(jì)流程

12/15/2022125提綱新奧法

設(shè)計(jì)流程12/14/202213提綱7.信息化數(shù)據(jù)的理論計(jì)算處理

——反分析技術(shù)（測(cè)試計(jì)算探索外荷）

*地下工程現(xiàn)場(chǎng)位移測(cè)試值的獲取

*初步分析得到一般規(guī)律

*假定幾種外荷的組成形式和分配值

*應(yīng)用正常計(jì)算方法（如FEM法）計(jì)算

*以計(jì)算位移值與測(cè)試位移值最近的1-2

組外荷為選定值

*經(jīng)分析得到最理想的結(jié)果和特性曲線

12/15/2022126提綱7.信息化數(shù)據(jù)的理論計(jì)算處理

——反分析技術(shù)（測(cè)8.信息化技術(shù)的法規(guī)性文件*GB50086-2001錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范*ＴB10003-2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范*GB50021-94巖土工程勘察規(guī)范*TB2035-88鐵路隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)條件*TB10108-2001鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范*CECS22:90土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范12/15/2022127提綱8.信息化技術(shù)的法規(guī)性文件12/14/202215提綱國標(biāo)中關(guān)于

信息化設(shè)計(jì)和

施工的規(guī)定12/15/2022128提綱國標(biāo)中關(guān)于

信息化設(shè)計(jì)和

施工的規(guī)定12/14/20221612/15/2022129提綱12/14/202217提綱12/15/2022130提綱12/14/202218提綱二.地下工程信息化施工實(shí)例12/15/2022131提綱12/14/202219提綱1.下坑鐵路單線隧道施工

*特點(diǎn)——軟弱破碎圍巖，覆蓋層5-20m，全隧道采用噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)支護(hù)，突破了隧道設(shè)計(jì)規(guī)范必須至少采用一層模筑混凝土襯砌的規(guī)定。*信息反饋狀況——特征曲線的三階段：急劇變形階段、緩慢增長(zhǎng)階段、基本穩(wěn)定階段。經(jīng)800天長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),證明噴錨網(wǎng)支護(hù)的可行性和安全性。12/15/2022132提綱1.下坑鐵路單線隧道施工12/14/202220提綱12/15/2022133提綱12/14/202221提綱.2.北京地鐵永安里車站施工

*特點(diǎn)——采用中樁支護(hù)體系的蓋挖逆作法施工，三跨剛架式三層立體結(jié)構(gòu)，跨度20.3m。該方法為國內(nèi)首次采用。*信息反饋狀況——施工全過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為：中樁最大下沉4㎜，邊樁最大下沉小于19㎜，側(cè)向位移6-8㎜，均小于安全允許值，證明工程安全可靠。

12/15/2022134提綱.2.北京地鐵永安里車站施工12/14/202222提綱12/15/2022135提綱12/14/202223提綱.3.北京月潭公園天外天地下商場(chǎng)施工

*特點(diǎn)——為5連拱曲墻式結(jié)構(gòu)，總跨度25.8m，覆蓋層3.5m，復(fù)合式襯砌。*信息反饋狀況——施工全過程地表下沉值一般為1-2㎜，只在5號(hào)洞地表由于大量澆水造成23㎜下沉，均小于安全允許值。12/15/2022136提綱.3.北京月潭公園天外天地下商場(chǎng)施工12/14/2022212/15/2022137提綱12/14/202225提綱.4.深圳深南大道大跨度立交隧道施工

*特點(diǎn)——4連拱直墻結(jié)構(gòu)，總跨度45.4m，覆蓋層厚僅2-4m。拱部采用濕噴混凝土一次成型技術(shù)，國內(nèi)首次采用該項(xiàng)技術(shù)。*信息反饋狀況——地表下沉一般均為10-20㎜，最大為30㎜，拱部最大跨度處鋼筋應(yīng)力為50-80Mpa，經(jīng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到安全可靠的目標(biāo)。12/15/2022138提綱.4.深圳深南大道大跨度立交隧道施工12/14/20222深南大道立交隧道施工程序12/15/2022139提綱深南大道立交隧道施工程序12/14/202227提綱深南大道立交隧道采用格柵鋼架12/15/2022140提綱深南大道立交隧道采用格柵鋼架12/14/202228提綱北京前門地下通道采用蓋挖法施工12/15/2022141提綱北京前門地下通道采用蓋挖法施工12/14/202229提綱三.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器及元件概述12/15/2022142提綱三.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器及元件概述12/14/202230提綱

1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的基本問題

§監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的若干基本概念和名詞

-非電量的電測(cè)法-一次、二次儀表

-傳感器-測(cè)試元件

-遙測(cè)-率定

-誤差-精度

-靈敏度-穩(wěn)定性

-重復(fù)性-非線性偏差

12/15/2022143提綱

1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中的基本問題

§監(jiān)控量測(cè)技術(shù)中§測(cè)試元件的基本原理-機(jī)械式原理-液壓式原理-光彈式原理-光纖傳感器原理-電阻式原理-振弦式原理-電感式原理§地下工程中常用的測(cè)試元件-鉆孔式測(cè)試元件-相對(duì)位移式測(cè)試元件-結(jié)構(gòu)頂部下沉式測(cè)試元件12/15/2022144提綱§測(cè)試元件的基本原理12/14/202232提綱2.常用測(cè)試儀表及新技術(shù)發(fā)展12/15/2022145提綱2.常用測(cè)試儀表及新技術(shù)發(fā)展12/14/202233提綱§常用機(jī)械式測(cè)試元件

12/15/2022146提綱§常用機(jī)械式測(cè)試元件

12/14/202234提綱§常用收斂計(jì)12/15/2022147提綱§常用收斂計(jì)12/14/202235提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/15/2022148提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/14/202236提綱§鉆孔式

位移計(jì)12/15/2022149提綱§鉆孔式

位移計(jì)12/14/202237提綱§多點(diǎn)式鉆孔位移計(jì)的安設(shè)12/15/2022150提綱§多點(diǎn)式鉆孔位移計(jì)的安設(shè)12/14/202238提綱§普通測(cè)斜儀12/15/2022151提綱§普通測(cè)斜儀12/14/202239提綱§遙感式

測(cè)斜儀12/15/2022152提綱§遙感式

測(cè)斜儀12/14/202240提綱§電阻式應(yīng)變計(jì)（表面及埋入式）12/15/2022153提綱§電阻式應(yīng)變計(jì)（表面及埋入式）12/14/202241提§鋼筋測(cè)力計(jì)（弦式及電阻式）12/15/2022154提綱§鋼筋測(cè)力計(jì)（弦式及電阻式）12/14/202242提§弦式土壓合12/15/2022155提綱§弦式土壓合12/14/202243提綱§弦式噴層壓力計(jì)12/15/2022156提綱§弦式噴層壓力計(jì)12/14/202244提綱§弦式滲壓計(jì)12/15/2022157提綱§弦式滲壓計(jì)12/14/202245提綱§錨桿預(yù)應(yīng)力測(cè)力計(jì)12/15/2022158提綱§錨桿預(yù)應(yīng)力測(cè)力計(jì)12/14/202246提綱§錨索測(cè)力計(jì)12/15/2022159提綱§錨索測(cè)力計(jì)12/14/202247提綱§磁感應(yīng)分層沉降儀12/15/2022160提綱§磁感應(yīng)分層沉降儀12/14/202248提綱§智能應(yīng)變傳感器12/15/2022161提綱§智能應(yīng)變傳感器12/14/202249提綱§激光撓度儀12/15/2022162提綱§激光撓度儀12/14/202250提綱§鋼筋位置及保護(hù)層測(cè)試儀12/15/2022163提綱§鋼筋位置及保護(hù)層測(cè)試儀12/14/202251提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀12/15/2022164提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀12/14/202252提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀（國產(chǎn)）12/15/2022165提綱§拔出式混凝土強(qiáng)度儀（國產(chǎn)）12/14/202253提綱§混凝土強(qiáng)度回彈儀12/15/2022166提綱§混凝土強(qiáng)度回彈儀12/14/202254提綱§激光測(cè)距儀12/15/2022167提綱§激光測(cè)距儀12/14/202255提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/15/2022168提綱§數(shù)顯式收斂計(jì)12/14/202256提綱§手持式應(yīng)變儀12/15/2022169提綱§手持式應(yīng)變儀12/14/202257提綱§鉆孔狀況測(cè)定儀12/15/2022170提綱§鉆孔狀況測(cè)定儀12/14/202258提綱§多用途讀數(shù)儀12/15/2022171提綱§多用途讀數(shù)儀12/14/202259提綱§鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)12/15/2022172提綱§鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)12/14/202260提綱§多點(diǎn)位移計(jì)在隧道中的應(yīng)用實(shí)例12/15/2022173提綱§多點(diǎn)位移計(jì)在隧道中的應(yīng)用實(shí)例12/14/202261提綱§實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的通訊監(jiān)控12/15/2022174提綱§實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的通訊監(jiān)控12/14/202262提綱§GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)12/15/2022175提綱§GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)12/14/202263提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀12/15/2022176提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀12/14/202264提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀（獨(dú)眼巨人）12/15/2022177提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀（獨(dú)眼巨人）12/14/202265提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀現(xiàn)場(chǎng)（沉降掃描）12/15/2022178提綱§遙感自動(dòng)光學(xué)掃描儀現(xiàn)場(chǎng)（沉降掃描）12/14/202266§沉降遙測(cè)12/15/2022179提綱§沉降遙測(cè)12/14/202267提綱§地表傾斜遙測(cè)12/15/2022180提綱§地表傾斜遙測(cè)12/14/202268提綱§光纖傳感器及其二次儀表12/15/2022181提綱§光纖傳感器及其二次儀表12/14/202269提綱§光纖傳感器原理12/15/2022182提綱§光纖傳感器原理12/14/202270提綱§隧道測(cè)試布置12/15/2022183提綱§隧道測(cè)試布置12/14/202271提綱§盾構(gòu)隧道測(cè)試布置12/15/2022184提綱§盾構(gòu)隧道測(cè)試布置12/14/202272提綱§滑坡測(cè)試布置12/15/2022185提綱§滑坡測(cè)試布置12/14/202273提綱§樁基檢測(cè)

布置12/15/2022186提綱§樁基檢測(cè)

布置12/14/202274提綱

第二部分地下工程中新材料技術(shù)的發(fā)展12/15/2022187提綱第二部分12/14/20227一.自鉆式錨桿新技術(shù)12/15/2022188提綱一.自鉆式錨桿新技術(shù)12/14/202276提綱12/15/2022189提綱12/14/202277提綱不同直徑的自鉆式錨桿桿體12/15/2022190提綱不同直徑的自鉆式錨桿桿體12/14/202278提綱自鉆式錨桿組成（未含附件）12/15/2022191提綱自鉆式錨桿組成（未含附件）12/14/202279提綱各類鉆頭12/15/2022192提綱各類鉆頭12/14/202280提綱各類釬尾12/15/2022193提綱各類釬尾12/14/202281提綱預(yù)加應(yīng)力測(cè)定器12/15/2022