宋戰(zhàn)平貴陽講課之信息化施工

提要一、監(jiān)控設(shè)計(jì)的概念和原理二、隧道現(xiàn)場監(jiān)測的必要性三、隧道監(jiān)測的設(shè)計(jì)四、儀器安裝埋設(shè)與觀測五、監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析六、最新監(jiān)測進(jìn)展七、監(jiān)測的頻率、變量管理值及報(bào)警八、反饋設(shè)計(jì)和指導(dǎo)九、千島湖支線監(jiān)控量測介紹現(xiàn)在是1頁\一共有53頁\編輯于星期一一、監(jiān)控設(shè)計(jì)的概念和原理

通過現(xiàn)場監(jiān)測獲得圍巖介質(zhì)力學(xué)的動(dòng)態(tài)特性和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的有關(guān)參數(shù)或數(shù)據(jù)(信息),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)力學(xué)上的處理和分析,來預(yù)報(bào)(當(dāng)前和未來)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性及工作狀態(tài),進(jìn)一步選擇和修正支護(hù)及開挖設(shè)計(jì)參數(shù),指導(dǎo)施工,確保隧道施工及運(yùn)營的安全與可靠。現(xiàn)在是2頁\一共有53頁\編輯于星期一二、隧道現(xiàn)場監(jiān)測的必要性1.地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜、介質(zhì)材料的不確定掌握圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)性態(tài)的變化和規(guī)律2.各種力的作用(施工)和自然作用影響掌握施工方法方式進(jìn)展及外界作用力對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及其圍巖力學(xué)性態(tài)的影響3.對(duì)工程診斷的需要:

為理論解析、數(shù)值分析提供計(jì)算數(shù)據(jù)驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)施工方法技術(shù)的評(píng)估改進(jìn)現(xiàn)在是3頁\一共有53頁\編輯于星期一

對(duì)穩(wěn)定性判斷；驗(yàn)證運(yùn)營安全狀況及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情采取相應(yīng)補(bǔ)救措施；4.未來預(yù)測的需要:對(duì)未來的性態(tài)進(jìn)行預(yù)測,防患于未然5.法律的需要:確定事故責(zé)任原因6.研究需要二、隧道現(xiàn)場監(jiān)測的必要性現(xiàn)在是4頁\一共有53頁\編輯于星期一三、隧道監(jiān)測的設(shè)計(jì)1.了解隧道工程條件與概況:形式,類型,功能,尺寸,地層條件,周圍環(huán)境,服務(wù)年限等2.明確監(jiān)測目的:各階段的安全評(píng)估需要,施工穩(wěn)定性需要,驗(yàn)證設(shè)計(jì),新技術(shù)新方法或新材料的研究性需要3.監(jiān)測內(nèi)容(監(jiān)測項(xiàng)目或監(jiān)測變量)

分前期原位觀測、施工期監(jiān)測和運(yùn)營期監(jiān)測三部分現(xiàn)在是5頁\一共有53頁\編輯于星期一1).前期原位觀測:圍巖多點(diǎn)位移2).施工期監(jiān)測必測項(xiàng)目:掌子面附近的地層特性及支護(hù)狀況觀測收斂位移拱頂下沉錨桿軸力及拉拔力選測項(xiàng)目:掌子面前方的地質(zhì)探測地表下沉及分層沉降(覆蓋層小于40m)現(xiàn)在是6頁\一共有53頁\編輯于星期一

隧道內(nèi)圍巖多點(diǎn)位移圍巖壓力及兩層支護(hù)之間的壓力鋼支撐內(nèi)力及外力 支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及應(yīng)變支護(hù)結(jié)構(gòu)表面裂縫量測圍巖彈性波松動(dòng)圈測試爆破監(jiān)測滲壓和滲流及溫度測試3).運(yùn)營期觀測:變形、應(yīng)力、支護(hù)應(yīng)力和應(yīng)變、裂縫等現(xiàn)在是7頁\一共有53頁\編輯于星期一4.儀器選擇:可靠性(在特殊環(huán)境下元件與測試儀器的可行性與可靠性),儀器量程,精度等5.監(jiān)測斷面布置的原則

1).在綜合考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下優(yōu)化布置測試斷面和測試內(nèi)容

2).地層構(gòu)造、圍巖特性和工程形狀尺寸變化部位

3).斷面關(guān)鍵部位和關(guān)鍵施工階段的情況

現(xiàn)在是8頁\一共有53頁\編輯于星期一4).在少數(shù)點(diǎn)或斷面安裝較全面的測試項(xiàng)目,即最重要的斷面進(jìn)行最詳細(xì)的觀測,其他斷面進(jìn)行一種或幾種不同內(nèi)容的觀測

5).在少量測試元件情況下,不要在大區(qū)域內(nèi)均勻分散布置,應(yīng)集中布置獲取盡可能多的詳細(xì)資料以分析

6).不宜限制埋設(shè)的元件數(shù)量和觀測頻率,應(yīng)留有隨機(jī)布置的數(shù)量和余地,適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化現(xiàn)在是9頁\一共有53頁\編輯于星期一四、儀器安裝埋設(shè)與觀測1.接觸壓力是通過埋設(shè)壓力盒來測試的2.襯砌內(nèi)力通過埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)或混凝土應(yīng)力計(jì)測試3.沉降和收斂變形觀測點(diǎn)(隧道的三維變形觀測)4.圍巖深層位移或沉降通過埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)觀測5.爆破震動(dòng)監(jiān)測是通過布設(shè)的震動(dòng)傳感器量測震動(dòng)時(shí)的震速現(xiàn)在是10頁\一共有53頁\編輯于星期一五、最新監(jiān)測進(jìn)展

1）、傳感器的發(fā)展：由大向小、精度高、抗各種因素高（水、磁、振動(dòng)等）、耐久性強(qiáng)、光纖傳感器（比喻為神經(jīng)）的應(yīng)用

2）、由監(jiān)測設(shè)備發(fā)展到自動(dòng)監(jiān)測儀器：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集儀、全站儀、電子水平尺、自動(dòng)沉降儀、自動(dòng)測斜儀等，以及超前地質(zhì)雷達(dá)及TSP的應(yīng)用；

3）、監(jiān)測模式發(fā)生變化：手動(dòng)發(fā)展到自動(dòng)采集、電話傳真到網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送文字和圖像多媒體等、實(shí)時(shí)（RealTime）監(jiān)測、遠(yuǎn)程（遠(yuǎn)距離）遙控監(jiān)測現(xiàn)在是11頁\一共有53頁\編輯于星期一六、監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理、分析和預(yù)測一）、數(shù)據(jù)的取舍1、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析1）平均值（表示變量分布的集中位置）算術(shù)平均值、幾何平均值及加權(quán)平均值2）標(biāo)準(zhǔn)差或方差（表示變量的分散程度）3）變異系數(shù)（表示變量的相對(duì)偏差程度）現(xiàn)在是12頁\一共有53頁\編輯于星期一2、異常數(shù)據(jù)舍棄的數(shù)學(xué)方法

1）3方法根據(jù)誤差理論，誤差絕對(duì)值大于3的概率為0.3%，即300次才出現(xiàn)一次，應(yīng)將該值剔除。試驗(yàn)中采用偏差代替誤差，計(jì)算偏差的標(biāo)準(zhǔn)差

2）Chauvennet方法認(rèn)為誤差分布遵循正態(tài)分布，當(dāng)誤差出現(xiàn)的概率小于1/2n時(shí)，剔除該數(shù)據(jù)。

3）Grubbs方法以t分布為基礎(chǔ)，按照置信率為95%和測量次數(shù)n求得臨界值，依此判斷某個(gè)測試數(shù)據(jù)的是否需剔除?，F(xiàn)在是13頁\一共有53頁\編輯于星期一3、異常數(shù)據(jù)舍棄的工程方法

1）施工工況及周圍環(huán)境擾動(dòng)等因素分析

2）在時(shí)間上數(shù)據(jù)的變化規(guī)律

3）在空間上臨近同一變量數(shù)據(jù)的變化

4）幾個(gè)測試變量的對(duì)比分析

5）測試人員、儀器的因素分析綜合之后可以判定是否舍棄，如仍不能明顯決定，則加強(qiáng)測試頻率，觀測數(shù)據(jù)變化，并力求在最短時(shí)間內(nèi)決定是否舍棄數(shù)據(jù)還是真實(shí)的性態(tài)反映?，F(xiàn)在是14頁\一共有53頁\編輯于星期一二）、數(shù)據(jù)的分析模式“風(fēng)”式整理與分析模型（因果關(guān)系）開挖導(dǎo)致的效果和因果關(guān)系“林”式整理與分析模型（空間關(guān)系）開挖引起的空間效應(yīng)“河”式整理與分析模型（時(shí)間關(guān)系）開挖引起變量的過去、現(xiàn)在、將來等關(guān)系“山”

式整理與分析模型（周邊、相關(guān)問題）開挖引起周邊環(huán)境、相關(guān)因素現(xiàn)在是15頁\一共有53頁\編輯于星期一三）、數(shù)據(jù)分析的方式表格：匯總表格及關(guān)系表格圖像:曲線、形態(tài)圖、直方圖、餡餅圖、立體圖函數(shù)方式：單變量：直線、雙曲線、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、S型（Logistic）函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)；兩個(gè)變量或以上變量時(shí)：非線性動(dòng)態(tài)模式現(xiàn)在是16頁\一共有53頁\編輯于星期一四）、監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)測

1、測點(diǎn)在時(shí)間軸上的變化及預(yù)測簡單回歸方法、經(jīng)驗(yàn)方法、時(shí)間序列分析、非線性動(dòng)態(tài)模式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粘彈性或塑性分析

2、測點(diǎn)在空間上的變化及預(yù)測經(jīng)驗(yàn)函數(shù)法、多項(xiàng)式、模糊隨機(jī)、信息擴(kuò)散理論

3、基于各種假設(shè)的解析解

4、有限元及邊界元的數(shù)值分析

5、基于數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫的人工智能或?qū)＜蚁到y(tǒng)等軟科學(xué)方法現(xiàn)在是17頁\一共有53頁\編輯于星期一五）、監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析1.測試變量的轉(zhuǎn)換2.測試數(shù)據(jù)的整理與分析

1).變形直線上升

u(t)=a+bt2).變形以其速率遞增而上升,其速率是當(dāng)前變形值的函數(shù)

u(t)=k+abt現(xiàn)在是18頁\一共有53頁\編輯于星期一3).變形按其速率遞增到遞減而變化,最后趨于穩(wěn)定

u(t)=a+b/t4).變形以其速率遞增趨勢上升

u(t)=k+abt5).變形服從S形曲線,即Logistic曲線

1/u(t)=1/k+abt現(xiàn)在是19頁\一共有53頁\編輯于星期一七、監(jiān)測的頻率、變量管理值及報(bào)警1.測試的頻率應(yīng)根據(jù)測試物理量的累積值和速率值以及距離掌子面的距離共同考慮。2.測試變量的管理值及報(bào)警可參看隧道施工技術(shù)規(guī)范,但必須綜合考慮施工進(jìn)度、施工參數(shù)、外界因素和周圍環(huán)境等。現(xiàn)在是20頁\一共有53頁\編輯于星期一八、反饋設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工1.預(yù)報(bào)圍巖失穩(wěn)的警報(bào)。2.根據(jù)測試數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)修正原始設(shè)計(jì)和調(diào)整支護(hù)及整個(gè)施工方案(噴層增厚、錨桿加密或加長、改變高強(qiáng)鋼材錨桿、增加鋼支撐、縮短開挖臺(tái)階長度和臺(tái)階數(shù)、提前錨噴支護(hù)或仰拱設(shè)置時(shí)間、掌子面加固或超前支護(hù)等)。3.利用測試及預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)信息,反饋圍巖及支護(hù)力學(xué)參數(shù)及模型,進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。4.對(duì)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性作出定量的評(píng)價(jià),驗(yàn)證理論計(jì)算及模型試驗(yàn)結(jié)果。現(xiàn)在是21頁\一共有53頁\編輯于星期一洞內(nèi)觀察是在施工過程中，對(duì)掌子面、噴混凝土及錨桿等情況進(jìn)行的日常觀察。在狗子灘隧道施工中，由于支護(hù)措施得當(dāng)，在噴混凝土和錨桿的觀察中均未出現(xiàn)異常情況，而在對(duì)掌子面的觀察中及時(shí)了解到出現(xiàn)溶洞的情況，并采取了相應(yīng)的措施，詳見論文表4-2。洞內(nèi)觀察九、必測項(xiàng)目現(xiàn)在是22頁\一共有53頁\編輯于星期一現(xiàn)在是23頁\一共有53頁\編輯于星期一現(xiàn)在是24頁\一共有53頁\編輯于星期一現(xiàn)在是25頁\一共有53頁\編輯于星期一（一）圍巖壓力、鋼筋（鋼支撐）應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)變十、其他監(jiān)測項(xiàng)目現(xiàn)在是26頁\一共有53頁\編輯于星期一（一）圍巖壓力、鋼筋（鋼支撐）應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)變現(xiàn)在是27頁\一共有53頁\編輯于星期一（一）圍巖壓力、鋼筋（鋼支撐）應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)變現(xiàn)在是28頁\一共有53頁\編輯于星期一（二）二次襯砌鋼筋應(yīng)力、混凝土應(yīng)變現(xiàn)在是29頁\一共有53頁\編輯于星期一（二）二次襯砌鋼筋應(yīng)力、混凝土應(yīng)變現(xiàn)在是30頁\一共有53頁\編輯于星期一（二）二次襯砌鋼筋應(yīng)力、混凝土應(yīng)變現(xiàn)在是31頁\一共有53頁\編輯于星期一（三）錨桿軸力現(xiàn)在是32頁\一共有53頁\編輯于星期一（三）錨桿軸力現(xiàn)在是33頁\一共有53頁\編輯于星期一（四）爆破振動(dòng)現(xiàn)在是34頁\一共有53頁\編輯于星期一（四）爆破振動(dòng)現(xiàn)在是35頁\一共有53頁\編輯于星期一（四）爆破振動(dòng)現(xiàn)在是36頁\一共有53頁\編輯于星期一（四）爆破振動(dòng)現(xiàn)在是37頁\一共有53頁\編輯于星期一IDTS3850-4爆破振動(dòng)記錄儀現(xiàn)在是38頁\一共有53頁\編輯于星期一獅子嶺隧道爆破時(shí)的最大振速。測爆破時(shí)噪音的最大值?，F(xiàn)在是39頁\一共有53頁\編輯于星期一現(xiàn)在是40頁\一共有53頁\編輯于星期一測爆破時(shí)最大的振動(dòng)速度現(xiàn)在是41頁\一共有53頁\編輯于星期一現(xiàn)在是42頁\一共有53頁\編輯于星期一波形圖以及合成圖譜現(xiàn)在是43頁\一共有53頁\編輯于星期一現(xiàn)在是44頁\一共有53頁\編輯于星期一（五）建筑物沉降現(xiàn)在是45頁\一共有53頁\編輯于星期一（五）建筑物沉降現(xiàn)在是46頁\一共有53頁\編輯于星期一