1、市政工程隧道監(jiān)控量測與數(shù)據(jù)分析,1、量測目的 （1）掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化規(guī)律； （2）掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)； （3）為理論解析、數(shù)據(jù)分析提供計(jì)算數(shù)據(jù)與對比指標(biāo)； （4）為隧道工程設(shè)計(jì)與施工積累資料。,一、現(xiàn)場量測,2、監(jiān)測項(xiàng)目與內(nèi)容 （1）地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)現(xiàn)場觀察：開挖面附近的圍巖穩(wěn)定性，圍巖構(gòu)造情況，支護(hù)變形與穩(wěn)定情況，準(zhǔn)確掌握圍巖情況。 （2）巖體（巖石）力學(xué)參數(shù)測試：抗壓強(qiáng)度、變形模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角、泊松比等。 （3）應(yīng)力應(yīng)變測試：巖體原巖應(yīng)力、圍巖應(yīng)力、應(yīng)變、支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變。,（4）壓力測試：支護(hù)體上的圍巖壓力、滲水壓力。 （5）位移測試：圍巖位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)位移。 （6）溫

2、度測試：巖體溫度，洞內(nèi)、洞外溫度。 （7）物理探測：彈性波測試（縱波和橫波速度）、動彈性模量和動泊松比。,二、量測方法,（一）地質(zhì)素描 是對洞內(nèi)圍巖地質(zhì)和支護(hù)狀況的觀察及描述，地質(zhì)素描是隧道設(shè)計(jì)和施工過程中不可缺少的一項(xiàng)重要地質(zhì)詳勘工作，是圍巖工程地質(zhì)特性和支護(hù)措施的合理性的最直觀、最簡單、最經(jīng)濟(jì)的描述和評價(jià)。 描述的內(nèi)容見（P-118），共11項(xiàng)內(nèi)容。,（二）拱頂下沉和地表沉降 （1）使用精度較高的水準(zhǔn)儀，利用已知高程的臨時(shí)或永久水準(zhǔn)點(diǎn)（通常借用隧道高程控制點(diǎn)），就可觀測隧道拱頂?shù)南鲁亮浚淼郎戏降乇砀鼽c(diǎn)的下沉量，以及隨時(shí)間的變化情況。 （2）用收斂計(jì)測拱頂相對于隧道底的相對位移。,（三）坑

3、道周邊相對位移 1、量測概述 隧道開挖后，圍巖向坑道方向的位移最能反映圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性。為量測方便起見，除了拱頂、地表下沉及底鼓量測絕對位移外，坑道周邊其它各點(diǎn)一般均用收斂計(jì)量測其中兩點(diǎn)之間的相對位移值。,2、收斂計(jì) （1）量測原理：在相同的收緊程度或張拉應(yīng)力下，隔一定時(shí)間的兩次讀數(shù)的差值，即為坑道周邊兩點(diǎn)的相對位移值。 （2）組成：一般由帶孔鋼尺、測微百分表、張力調(diào)節(jié)器、測點(diǎn)連接器組成。 帶孔鋼尺粗讀位移值 測微百分表細(xì)讀位移值 張力調(diào)節(jié)器保證相同收緊程度的裝置,數(shù) 顯 收 斂 計(jì),（3）測試方法及注意事項(xiàng) 1）開挖后盡快埋設(shè)測點(diǎn)，并測取初讀數(shù)，要求12h內(nèi)完成； 2）測點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近開挖

4、面，要求在2m以內(nèi)； 3）讀數(shù)應(yīng)在重錘穩(wěn)定或張力調(diào)節(jié)器指針穩(wěn)定，指示規(guī)定的張力值時(shí)讀取。 4）當(dāng)相對位移值較大時(shí)，要注意消除換孔誤差；,5）測試頻率應(yīng)視圍巖條件、工程結(jié)構(gòu)條件及施工情況而定，一般應(yīng)按表6-1的要求而定； 6）整個(gè)量測過程中，應(yīng)作好詳細(xì)記錄，并隨時(shí)檢查有沒有錯(cuò)誤。記錄內(nèi)容應(yīng)包括斷面位置、測點(diǎn)編號、初始讀數(shù)、各次測試讀數(shù)、當(dāng)時(shí)溫度以及開挖面距量測斷面的距離等（列表）。,（4）坑道周邊相對位移計(jì)算 式中 初始觀測值； 第i次觀測值； 第i次量測時(shí)，該兩測點(diǎn)之間相對位移,（四）圍巖內(nèi)部位移,1、量測原理 圍巖內(nèi)部各點(diǎn)的位移同坑道周邊位移一樣，是圍巖動態(tài)的表現(xiàn)，它不僅反映了圍巖內(nèi)部的松弛

5、程度，而且更能反映圍巖松弛范圍的大小，也是判斷圍巖穩(wěn)定性的一個(gè)重要參考指標(biāo)。在實(shí)際量測工作中，先是向圍巖鉆孔，然后用位移計(jì)測量鉆孔內(nèi)各點(diǎn)相對于孔口一點(diǎn)的相對位移。,2、位移計(jì) （1）類型：位移計(jì)有兩種類型，一類是機(jī)械式，另一類是電測式。其構(gòu)造由定位裝置、位移傳遞裝置、孔口固定裝置、百分表或讀數(shù)儀等部分組成。,定位裝置,位移傳遞裝置,孔口固定裝置,百分表,（2）定位裝置是將位移傳遞裝置固定于鉆孔中的某一點(diǎn)，則定位裝置的位移就代表該點(diǎn)的位移。定位裝置多采用機(jī)械式錨頭，其形式有楔縫式、支撐式壓縮木式等。 （3）位移傳遞裝置是將錨固點(diǎn)的位移以某種方式傳遞至孔口外，以便測取讀數(shù)。 （4）孔口固定裝置：一

6、般測試的是孔內(nèi)各點(diǎn)相對于孔口一點(diǎn)的相對位移，所以需要在孔口設(shè)固定點(diǎn)或基準(zhǔn)面。,2、位移計(jì),數(shù)字 顯示 配接 1 支 傳感 器位 移計(jì),位移計(jì)是由差動變壓器式位移傳感器和數(shù)顯儀組成，數(shù)顯儀內(nèi)部由振蕩電路、整流電路、放大電路組成，既可為傳感器初級線圈提供穩(wěn)幅正弦波激勵(lì)，又可將傳感器次級線圈輸出交流電壓信號進(jìn)行整流放大，把信號輸送到數(shù)字表頭顯示, 可以顯示當(dāng)前值,也可以根據(jù)要求設(shè)定上下限報(bào)警功能.設(shè)定顯示最大值,最小值.多支傳感器可以通過琴鍵開關(guān)進(jìn)行通道轉(zhuǎn)換，滿量程由用戶設(shè)定，可以顯示位移值，也可以顯示電壓值或體積值，一臺變送器最多可以配接20支位移傳感器，相互之間不干擾，具有傳輸距離遠(yuǎn)（最長可以達(dá)

7、到500m）等優(yōu)點(diǎn)。,產(chǎn)品名稱：振弦式多點(diǎn)位移計(jì) 產(chǎn)品型號：BGK-A3/A6；GK-A3/A6(進(jìn)口) 應(yīng)用范圍：公路橋梁及民用建筑、水利水電工程,BGK-A3/A6型單點(diǎn)、多點(diǎn)位移計(jì)可直接安裝在鉆孔里，灌漿錨固施工便捷。在孔徑76mm的孔中，最多可在不同深度安裝6個(gè)錨頭，以監(jiān)測不同深度多個(gè)滑動面和區(qū)域的變形或沉降位移。 配套BGK-4450型振弦式位移傳感器可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測。基座內(nèi)的溫度傳感器可同時(shí)監(jiān)測該處的環(huán)境溫度。 振弦式位移計(jì)具有很高的精度和靈敏度、卓越的防水性能和長期穩(wěn)定性，適合在惡劣的環(huán)境下長期監(jiān)測建筑物、地基、邊坡的分層位移變化。 BGK-A3-B在傳感器端裝有一個(gè)沉降盤，適用于

8、公路路基、鐵路路基、填土或其它類似結(jié)構(gòu)的土體沉降監(jiān)測。,1、量測原理 聲波測試是地球物理探測方法的一種。它是在巖體的一端激發(fā)彈性波，而在另一端接收通過巖體傳遞過來的波，彈性波通過巖體傳遞后，其波速、波幅波頻均發(fā)生改變。對于同一種激發(fā)彈性波，穿過不同的巖層后，發(fā)生的改變各不相同，這主要是由于巖體的物理力學(xué)性質(zhì)不同引起的。因此，彈性波在巖體中的傳播特征就反映了巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，如動彈性模量、巖體強(qiáng)度、完整性或破碎程度、密實(shí)度等。因此，可以進(jìn)一步判別圍巖的工程性質(zhì)、巖體的結(jié)構(gòu)特征，并對圍巖進(jìn)行工程分類。,（五）圍巖的彈性波速度,彈性波測試原理圖,1.發(fā)射換能器 2.接收換能器 3.放大器 4.聲波

9、發(fā)射儀 5.計(jì)時(shí)裝置,在工程測試中，普遍應(yīng)用聲波在巖體中傳播的縱波速度來作為評價(jià)巖體物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)。一般有以下規(guī)律： （1）巖體風(fēng)化、破碎、結(jié)構(gòu)面發(fā)育則波速低、衰減快、頻譜復(fù)雜； （2）巖體充水或應(yīng)力增加則波速高、衰減小、頻譜簡單； （3）巖體不均勻和各向異性則其波速與頻譜也相應(yīng)表現(xiàn)出不均一和各向異性。,2、聲波測試應(yīng)注意的問題 （1）探測區(qū)域的選擇要有典型性和代表性； （2）測點(diǎn)、測線、測孔的布置要有明確的目的性，要根據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)情況、巖體力學(xué)特性及建筑形式等進(jìn)行布設(shè)； （3）聲波測試一般以測縱波速度（V p）為主，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求，可測其橫波速度（V s），記錄波幅，進(jìn)行頻譜分析。,

10、三、現(xiàn)場量測計(jì)劃,（一）量測項(xiàng)目的確定及量測手段的選擇 量測項(xiàng)目包括：必測項(xiàng)目A，選測項(xiàng)目B 1、必測項(xiàng)目：指施工時(shí)必須進(jìn)行的常規(guī)量測，用來判別圍巖穩(wěn)定及襯砌受力狀態(tài)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工的經(jīng)常性量測。 主要包括：洞內(nèi)觀察、隧道凈空變形和拱頂下沉量測，淺埋隧道還應(yīng)作地表沉陷量測。,2、選測項(xiàng)目：指在重點(diǎn)和有特殊意義的隧道或區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)充的量測，用來判斷隧道開挖過程中圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、支護(hù)襯砌效果。 主要包括：圍巖內(nèi)部變形、地表沉陷、錨桿軸力和拉拔力、襯砌內(nèi)力、圍巖壓力和圍巖物理力學(xué)指標(biāo)等。 這類量測技術(shù)較復(fù)雜，費(fèi)用較高，所以通常根據(jù)實(shí)際需要，選取部分項(xiàng)目進(jìn)行量測。 量測項(xiàng)目及要求見表6-2（P-132）。

11、,3、量測手段的選擇 （1）一般應(yīng)選擇簡單、可靠、耐久、成本低的量測手段； （2）要求被測的物理量概念明確，量值顯著，量測范圍大； （3）測試數(shù)據(jù)便于分析，易于實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)、施工的反饋； （4）在通常情況下，選擇機(jī)械式手段與電測式手段相結(jié)合使用。,（二）測試斷面的確定 1、單一的測試斷面：把單項(xiàng)或常用的幾項(xiàng)量測內(nèi)容組成一個(gè)測試斷面，以了解圍巖和支護(hù)在這個(gè)斷面上各部位的變化情況，這種測試斷面稱為單一的測試斷面。 2、綜合測試斷面：把幾項(xiàng)量測內(nèi)容有機(jī)地組合在一個(gè)測試斷面里使各項(xiàng)量測內(nèi)容、各種量測手段互相校驗(yàn)，綜合分析測試斷面的變化，這種測試斷面稱為綜合測試斷面。,（三）測點(diǎn)的布置 測點(diǎn)的布置，主要是

12、依據(jù)斷面形狀、圍巖條件、開挖方式、支護(hù)類型等因素進(jìn)行布置。在量測中，可根據(jù)具體情況決定布設(shè)數(shù)量，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 1、凈空位移量測的測線布置 由于觀測斷面形狀、圍巖條件、開挖方式的不同，測線位置、數(shù)量亦有所不同，也未作統(tǒng)一的規(guī)定，具體實(shí)施中可參考表6-3和圖6-11（P-133）。,2、圍巖內(nèi)部位移測孔的布置 圍巖內(nèi)部位移測孔布置，除應(yīng)考慮地質(zhì)、隧道斷面形狀、開挖等因素外，一般應(yīng)與凈空位移測線相應(yīng)布設(shè)，以便使兩項(xiàng)測試結(jié)果能夠相互印證，協(xié)同分析與應(yīng)用，一般每100500m設(shè)一個(gè)量測斷面，測孔布置見圖6-12（P-135）。 3、錨桿軸力量測的布置 4、噴層（襯砌）應(yīng)力量測布置 5、地表、地中沉降

13、測點(diǎn)布置 6、圍巖壓力量測測點(diǎn)布置 7、聲波測孔布置,（四）量測儀器（測點(diǎn)）的安設(shè)與量測頻率 各項(xiàng)量測內(nèi)容儀器（測點(diǎn)）安設(shè)，一要快，二要近 快要求在爆破開挖后24h（最好12h）內(nèi)，在下一循環(huán)爆破前，完成全部埋設(shè)，并測取初讀數(shù)。在安設(shè)由多項(xiàng)內(nèi)容、多種手段組成的綜合測試斷面時(shí)，可把綜合量測斷面分為幾個(gè)亞斷面分開設(shè)置，只要圍巖沿隧道軸線方向變化不大，基本不會影響測試結(jié)果。 近儀器（測點(diǎn)）埋設(shè)，要盡量靠近掌子面，要求不超過2m，有的安設(shè)在距開挖掌子面0.5m左右的斷面上，觀測效果更好，不過需要加強(qiáng)儀器保護(hù),量測頻率是根據(jù)變化速度（時(shí)間效應(yīng)）與距工作面距離（空間效應(yīng)）確定的。表6-4可作為量測頻率確定

14、的參考（P-137）。 量測期間的確定： 在變形量小的隧道中（開挖后一個(gè)月內(nèi)收斂），因變形收斂快，在變形收斂至一定值后，再以每天測一次的頻率測一周時(shí)間，觀察其穩(wěn)定狀態(tài)。 在變形量大的隧道中（開挖后經(jīng)兩個(gè)月以上，變形仍不收斂），直至變形量收斂至一定數(shù)值后，再以每天測一次的頻率測兩周時(shí)間，以確認(rèn)變形是否穩(wěn)定。,四、量測數(shù)據(jù)分析與反饋,量測數(shù)據(jù)反饋于設(shè)計(jì)、施工是監(jiān)控的重要一環(huán)，但目前還沒有形成完整的體系。當(dāng)前采用的量測數(shù)據(jù)反饋設(shè)計(jì)的方法主要是定性的，也就是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論上的推理來建立一些準(zhǔn)則。根據(jù)量測的數(shù)據(jù)和這些準(zhǔn)則就可修正設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)和調(diào)整施工措施。,（一）地質(zhì)預(yù)報(bào) 地質(zhì)預(yù)報(bào)就是根據(jù)地質(zhì)素描來預(yù)測

15、預(yù)報(bào)開挖面前方圍巖的地質(zhì)狀況，以便考慮選擇適當(dāng)?shù)氖┕し桨刚{(diào)整各項(xiàng)施工措施，包括： （1）直觀評價(jià)洞內(nèi)當(dāng)前已暴露圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，檢驗(yàn)和修正初步的圍巖分類； （2）根據(jù)修正的圍巖分類，檢驗(yàn)初步設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)是否合理，如不恰當(dāng)，予以修正；,（3）直觀檢驗(yàn)初期支護(hù)的實(shí)際工作狀態(tài)； （4）根據(jù)當(dāng)前圍巖的地質(zhì)特征，推斷前方一定范圍內(nèi)圍巖的地質(zhì)特征，進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，防范不良地質(zhì)突然出現(xiàn)； （5）根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)，并結(jié)合對已作初期支護(hù)實(shí)際工作狀態(tài)的評價(jià)，預(yù)先確定下循環(huán)的支護(hù)參數(shù)和施工措施； （6）配合量測工作進(jìn)行測試位置選取和量測成果的分析。,（二）凈空位移分析與反饋 凈空位移是圍巖動態(tài)的最顯著表現(xiàn)，所以隧道工程現(xiàn)

16、場量測主要以凈空位移作為圍巖穩(wěn)定性評價(jià)及圍巖狀態(tài)判斷的指標(biāo)。 一般而言，坑道開挖后，若圍巖位移量小，持續(xù)時(shí)間短，其穩(wěn)定性就好；若位移量大，持續(xù)時(shí)間長，其穩(wěn)定性就差。 1、用圍巖的位移來判斷其穩(wěn)定狀態(tài)，關(guān)鍵是要確定一個(gè)“判斷標(biāo)準(zhǔn)”（或稱為收斂標(biāo)準(zhǔn)），也就是確定圍巖穩(wěn)定不穩(wěn)定的界限。判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括三個(gè)方面：位移量（絕對和相對）、位移速率、位移加速度。,2、根據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，可做如下處理： （1）如果圍巖位移速度不超過允許值，并且不出現(xiàn)蠕變趨勢，那么就可以認(rèn)為圍巖是穩(wěn)定的，初期支護(hù)是成功的，此時(shí)可考慮適當(dāng)加大循環(huán)進(jìn)尺； （2）如果位移值超過允許值不多，并且初期支護(hù)中的噴射混凝土未出現(xiàn)明顯開裂，一般可不予

17、補(bǔ)強(qiáng)； （3）如果位移值超過允許值較多，則應(yīng)采取處理措施，比如在支護(hù)參數(shù)方面，可以增強(qiáng)錨桿、加鋼筋網(wǎng)噴混凝土、加鋼支撐等；施工措施方面，可以縮短從開挖到支護(hù)的時(shí)間，提前打錨桿，縮短開挖臺階長度和臺階數(shù)目，增設(shè)超前支護(hù)等。,3、二次襯砌（內(nèi)層襯砌）的施作時(shí)間，按新奧法施工原則，當(dāng)圍巖或圍巖加初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，就可以進(jìn)行二次襯砌。 （三）圍巖內(nèi)位移及松動區(qū)分析與反饋 如果實(shí)測圍巖的松動區(qū)超過了允許的最大松動區(qū)，則表明圍巖已出現(xiàn)松動破壞，此時(shí)必須加強(qiáng)支護(hù)或調(diào)整施工措施以控制松動范圍，比如加強(qiáng)錨桿（加長、加密或加粗）等。,（四）錨桿軸力分析與反饋 根據(jù)量測錨桿測得的應(yīng)變，就能算出錨桿的軸力 式中 錨

18、桿軸力； 錨桿直徑； 錨桿的彈性模量； 測試部位對稱的一組應(yīng)變片量得的兩個(gè) 應(yīng)變值。,錨桿軸力是檢驗(yàn)錨桿效果與錨桿強(qiáng)度的依據(jù)，根據(jù)錨桿極限強(qiáng)度 與錨桿應(yīng)力 的比值 ，就能作出判斷：錨桿軸應(yīng)力越大，則K值越小。一般認(rèn)為錨桿局部段的K值稍小于1是允許的，因?yàn)殇摬挠幸欢ǖ难有浴?（五）圍巖壓力分析與反饋 由圍巖壓力分布曲線可知道圍巖壓力的大小及分布狀況。圍巖壓力的大小與圍巖位移量及支護(hù)剛度密切相關(guān)，圍巖壓力大，也就是作用于初期支護(hù)的壓力大，這可能有兩種情況：一是圍巖壓力大但變形量不大，這表明支護(hù)時(shí)機(jī)，尤其是支護(hù)的封底時(shí)間可能過早或支護(hù)剛度太大，可作適當(dāng)調(diào)整，讓圍巖釋放較多的應(yīng)力；另一種情況是圍巖壓力大且變形量也很大，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，限制圍巖變形，控制圍巖壓力的增長。當(dāng)測得的圍巖壓力很小但變形量很大時(shí)，則應(yīng)考慮可能會出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)。,（六）噴層應(yīng)力分析與反饋 噴層應(yīng)力是指切向應(yīng)力，因?yàn)閲妼拥膹较驊?yīng)力總是不大的。噴層應(yīng)力與圍巖壓力及位移有密切關(guān)系。噴層應(yīng)力