隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

1、趙東平趙東平 工學(xué)博士中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司一、監(jiān)控量測(cè) 監(jiān)控量測(cè)是指在隧道施工或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的相關(guān)穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以了解和掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài)及支護(hù)結(jié)構(gòu)體系可靠程度。 施工階段：為隧道施工中圍巖級(jí)別變更、初期支護(hù)和二次襯砌的參數(shù)調(diào)整、修正及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 運(yùn)營(yíng)階段：掌握特定斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力或病害的發(fā)展趨勢(shì)，為隧道維修養(yǎng)護(hù)及加固整治提供指導(dǎo)。監(jiān) 控 量 測(cè)1、什么是監(jiān)控量測(cè)2、監(jiān)控量測(cè)工作的具體目的和意義工程實(shí)例：監(jiān) 控 量 測(cè)一、監(jiān)控量測(cè)？鄭西客專高橋隧道下穿鐵路路基下沉監(jiān)測(cè)隧道上方西安局南同蒲鐵路道床及軌道均有不同程度的下沉及變形，現(xiàn)場(chǎng)需回填道砟及整道。2、監(jiān)控量測(cè)

2、工作的具體目的和意義工程實(shí)例監(jiān) 控 量 測(cè)一、監(jiān)控量測(cè)？扣軌梁 從現(xiàn)場(chǎng)扣軌梁與既有鐵路軌面的相對(duì)位移情況來(lái)看，最大累計(jì)下沉量超過(guò)10cm。高橋隧道下穿鐵路路基沉降情況2、監(jiān)控量測(cè)工作的具體目的和意義工程實(shí)例監(jiān) 控 量 測(cè)一、監(jiān)控量測(cè)？（2）鄭西客專函谷關(guān)隧道洞頂公路路面、服務(wù)區(qū)下沉及開(kāi)裂情況最大下沉最大下沉529mm2、監(jiān)控量測(cè)工作的具體目的和意義工程實(shí)例監(jiān) 控 量 測(cè)一、監(jiān)控量測(cè)？（3）杭州地鐵車站基坑坍塌2、監(jiān)控量測(cè)工作的具體目的和意義(1) 確保施工安全(2) 修正及優(yōu)化設(shè)計(jì)(3) 彌補(bǔ)理論分析的不足(4) 對(duì)工程施工可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行全面的監(jiān)控，判斷隧道施工 對(duì)周圍環(huán)境的影響程度。

3、(5)對(duì)出現(xiàn)病害的隧道及時(shí)掌握病害的發(fā)展動(dòng)態(tài)，作為決策的依據(jù)(6) 量測(cè)數(shù)據(jù)和資料是處理工程合同糾紛的重要依據(jù)(7) 積累資料，并為隧道運(yùn)營(yíng)后的養(yǎng)護(hù)與維修提供可靠的原始數(shù)據(jù)。監(jiān) 控 量 測(cè)一、監(jiān)控量測(cè)2.1 監(jiān)控量測(cè)的管理必須科學(xué)合理，設(shè)計(jì)單位應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)， 監(jiān)控量測(cè)單位應(yīng)編制監(jiān)控量測(cè)實(shí)施細(xì)則， 施工中應(yīng)按細(xì)則實(shí)施，工程竣工后將監(jiān)控量測(cè)資料整理歸檔并納 入竣工文件中。 監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1 確定監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目； 2 確定測(cè)點(diǎn)布置原則、監(jiān)控量測(cè)斷面及監(jiān)控量測(cè)頻率； 3 確定監(jiān)控量測(cè)控制基準(zhǔn)； 4 編制概算。監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)組成二、監(jiān)控量測(cè)的基本規(guī)定2.2 承擔(dān)監(jiān)控量測(cè)工作的單位應(yīng)擁有

4、專業(yè)的監(jiān)控量測(cè)人員和設(shè)備，掌握成熟可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)。2.3 監(jiān)控量測(cè)單位應(yīng)成立現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)小組，建立相應(yīng)的質(zhì)量保證體系，負(fù)責(zé)及時(shí)將監(jiān)控量測(cè)信息反饋于施工和設(shè)計(jì)。 監(jiān)控量測(cè)人員要求相對(duì)穩(wěn)定，以確保監(jiān)控量測(cè)工作的連續(xù)性。監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)組成二、監(jiān)控量測(cè)的基本規(guī)定2.4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工作應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：1 現(xiàn)場(chǎng)情況的初始調(diào)查；2 編制實(shí)施細(xì)則；3 布設(shè)測(cè)點(diǎn)并取得初始監(jiān)測(cè)值；4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)及分析；5 提交監(jiān)控量測(cè)成果。監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)組成二、監(jiān)控量測(cè)的基本規(guī)定2.5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工作實(shí)施細(xì)則應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：1 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目；2 人員組織；3 元器件及設(shè)備；4 監(jiān)控量測(cè)斷面、測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)控

5、量測(cè)頻率及監(jiān)控量測(cè)基準(zhǔn)；5 數(shù)據(jù)記錄格式；6 數(shù)據(jù)處理及預(yù)測(cè)方法；7 信息反饋及對(duì)策等。監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)組成二、監(jiān)控量測(cè)的基本規(guī)定2.6 監(jiān)控量測(cè)實(shí)施細(xì)則應(yīng)報(bào)監(jiān)理、業(yè)主，經(jīng)批準(zhǔn)后實(shí)施，并作為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、檢查驗(yàn)收的依據(jù)。 監(jiān)控量測(cè)變更必須經(jīng)項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人審核，報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。 監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)組成二、監(jiān)控量測(cè)的基本規(guī)定 要完成對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的施工監(jiān)控量測(cè)，就需要建立一個(gè)比較完善的監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)，隧道施工監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)由四個(gè)子系統(tǒng)組成 (1)現(xiàn)場(chǎng)傳感器及測(cè)點(diǎn)埋設(shè)子系統(tǒng) (2)現(xiàn)場(chǎng)信息采集子系統(tǒng) (3)信息處理子系統(tǒng) (4)信息反饋及報(bào)警子系統(tǒng)監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)組成二、監(jiān)控量測(cè)的基本規(guī)定1、監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目 施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目根據(jù)

6、其重要性可分為兩大類：必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目。必測(cè)項(xiàng)目是施工的經(jīng)常性量測(cè)項(xiàng)目，這類量測(cè)項(xiàng)目通常測(cè)試方法簡(jiǎn)單、費(fèi)用少、可靠性高，對(duì)監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工卻具有重要的作用。監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目水準(zhǔn)儀、銦鋼尺或全站儀水準(zhǔn)儀、銦鋼尺或全站儀地表沉降地表沉降4收斂計(jì)、全站儀收斂計(jì)、全站儀凈空收斂?jī)艨帐諗?水準(zhǔn)儀、鋼掛尺或全站儀水準(zhǔn)儀、鋼掛尺或全站儀拱頂下沉拱頂下沉2現(xiàn)場(chǎng)觀察、數(shù)碼相機(jī)、羅盤(pán)儀現(xiàn)場(chǎng)觀察、數(shù)碼相機(jī)、羅盤(pán)儀洞內(nèi)、外觀察洞內(nèi)、外觀察1備注備注常用量測(cè)儀器常用量測(cè)儀器監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目序號(hào)序號(hào)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)開(kāi)挖面拱 頂 下 沉 觀 測(cè) 計(jì)水 準(zhǔn) 儀水

7、準(zhǔn) 點(diǎn)水 準(zhǔn) 尺銦 鋼 掛 尺 拱頂下沉量測(cè)示意圖監(jiān)控量測(cè)技術(shù)三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)埋深重要性測(cè)量與否3BH小不必要2BH3B一般最好量測(cè)BH2B重要必須量測(cè)HB非常重要必須列為主要量測(cè)項(xiàng)目注：B為隧道直徑，H為隧道埋深。地表沉降與隧道埋深 選測(cè)項(xiàng)目是對(duì)一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試，以求更深入地掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)與錨噴支護(hù)效果，以便更好地指導(dǎo)未開(kāi)挖區(qū)的設(shè)計(jì)與施工，這類量測(cè)項(xiàng)目測(cè)試較為麻煩、量測(cè)項(xiàng)目較多、費(fèi)用較大，一般只根據(jù)需要選擇其部分項(xiàng)目監(jiān)控量測(cè)選測(cè)項(xiàng)目序號(hào)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目常用量測(cè)儀器1圍巖壓力壓力盒2鋼架內(nèi)力鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)3噴混凝土內(nèi)力混凝土應(yīng)變計(jì)4錨桿軸力鋼筋計(jì)5二次襯砌內(nèi)力混凝土

8、應(yīng)變計(jì)、鋼筋計(jì)6初期支護(hù)與二次襯砌間接觸壓力壓力盒7圍巖內(nèi)部位移多點(diǎn)位移計(jì)8隧底隆起水準(zhǔn)儀、銦鋼尺或全站儀9爆破振動(dòng)振動(dòng)傳感器、記錄儀10孔隙水壓力水壓計(jì)11水量三角堰、流量計(jì)12縱向位移多點(diǎn)位移計(jì)、全站儀監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1、監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1.1 圍巖壓力與兩層支護(hù)間壓力測(cè)點(diǎn)布置 為了解整個(gè)斷面的接觸壓力情況，分別在隧道拱頂、左右側(cè)拱腰、左右側(cè)拱腳共五個(gè)部位布置接觸壓力測(cè)點(diǎn) 監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1.2 初期支護(hù)內(nèi)力測(cè)點(diǎn)布置 初期支護(hù)內(nèi)力量測(cè)主要是為了了解鋼支撐或格柵鋼架受力大小，為鋼支撐或格柵鋼架的選型與設(shè)計(jì)提供依據(jù)；初期支護(hù)鋼支撐或格柵鋼架應(yīng)力量測(cè)采用鋼筋計(jì)焊接在型鋼腹板上來(lái)量測(cè)鋼支撐應(yīng)力

9、，或用鋼筋計(jì)焊接在格柵鋼架的主筋上量測(cè)。監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1.3 錨桿的軸力測(cè)點(diǎn)布置: 錨桿軸力采用錨桿軸力計(jì)，每根錨桿上布置四個(gè)錨桿軸力計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試錨桿軸力計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試錨桿軸力計(jì)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1.4 二次襯砌內(nèi)力測(cè)點(diǎn)布置 為了解二次襯砌的受力特性，在模注混凝土澆注前，把鋼筋計(jì)連接在鋼筋上或埋入混凝土應(yīng)變計(jì)，以量測(cè)二次襯砌不同部位的應(yīng)力。監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1.5 測(cè)點(diǎn)布置及儀器：分層沉降分層沉降測(cè)孔隧道分層沉降管的埋設(shè)分層沉降管磁環(huán)分層沉降管磁環(huán)分層沉降測(cè)量設(shè)備 監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1.6 測(cè)點(diǎn)布置及儀器：地中水平位移水平位水平位移測(cè)孔移測(cè)孔隧道測(cè)斜管掌子面外露的測(cè)斜管 測(cè)斜管的埋設(shè)土體水平位移測(cè)試測(cè)斜管在隧道中視圖監(jiān)

10、控量測(cè)技術(shù)地面線拱頂?shù)来驳酌嫜龉暗孜灰谱畲螅ㄑ龉埃┪灰谱畲螅ㄑ龉埃┑刂兴轿灰埔?guī)律 右上圖表明：土體水平位移總體上比較小，從拱頂?shù)窖龉暗變H為525mm，遠(yuǎn)小于土體的沉降值。 監(jiān)控量測(cè)技術(shù)地表沉降測(cè)點(diǎn)地表沉降測(cè)點(diǎn)1.7 測(cè)點(diǎn)布置及儀器拱頂沉拱頂沉降測(cè)孔降測(cè)孔隧道拱頂沉降管的埋設(shè)拱頂沉降管的埋設(shè)地表與拱頂沉降測(cè)量地表與拱頂沉降測(cè)量監(jiān)控量測(cè)技術(shù)(1)地表沉降 地表沉降測(cè)點(diǎn)縱向間距510H0B1020BH02B縱向測(cè)點(diǎn)間距（m）埋深與開(kāi)挖寬度4 5 基點(diǎn)量測(cè)范圍HoB2 5 m監(jiān)控量測(cè)技術(shù)2、監(jiān)控量測(cè)斷面布置三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)隧道內(nèi)必測(cè)項(xiàng)目監(jiān)控量測(cè)斷面間距3050III1030IV510VVI斷面間距(

11、m)圍巖級(jí)別監(jiān)控量測(cè)技術(shù)(2)隧道內(nèi)沉降2、監(jiān)控量測(cè)斷面布置三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)凈空收斂量測(cè)測(cè)線數(shù)地段開(kāi)挖方法一般地段特殊地段全斷面法一條水平測(cè)線臺(tái)階法每臺(tái)階一條水平測(cè)線每臺(tái)階一條水平測(cè)線,兩條斜測(cè)線分部開(kāi)挖法每分部一條水平測(cè)線CD或CRD法上部、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法左右側(cè)部，每分部一條水平測(cè)線，兩條斜測(cè)線，其余分部一條水平測(cè)線監(jiān)控量測(cè)技術(shù)（3）凈空收斂量測(cè)測(cè)線2、監(jiān)控量測(cè)斷面布置三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)3、監(jiān)控量測(cè)頻率 拱頂下沉量測(cè)頻率主要根據(jù)位移速度及距工作面開(kāi)挖距離而定，具體見(jiàn)下表 ：1次/7d5B1次/23d（25）B1次/d（12）B2次/d（01）B監(jiān)控量測(cè)頻率監(jiān)控量測(cè)斷面距開(kāi)挖面距離（m）注： B隧

12、道開(kāi)挖寬度。位移速度（mm/d）監(jiān)控量測(cè)頻率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d按距開(kāi)挖面距離確定的監(jiān)控量測(cè)頻率按位移速度確定的監(jiān)控量測(cè)頻率監(jiān)控量測(cè)技術(shù)三、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)1、地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察方法對(duì)掌子面進(jìn)行目測(cè)，主要了解掌子面的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。掌子面目測(cè)觀察內(nèi)容序 號(hào)目測(cè)觀察內(nèi)容1地質(zhì)種類和分布狀態(tài)2巖性特征(巖石的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造)3地層時(shí)代及產(chǎn)狀4節(jié)理性質(zhì)、組數(shù)、間距、規(guī)模，節(jié)理裂隙的發(fā)育程度和方向性，斷面狀態(tài)特征，充填物的類型和產(chǎn)狀5斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀，破碎帶寬度、特征6涌水量大小、涌水位置、涌水壓力7開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂板有無(wú)

13、剝落現(xiàn)象 將目測(cè)觀察到的有關(guān)情況和現(xiàn)象，詳細(xì)記錄并繪制成圖冊(cè)：每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面繪制一張隧道開(kāi)挖工作面素描圖，圖中包括剖面位置及間距監(jiān)控量測(cè)方法四、監(jiān)控量測(cè)方法初期支護(hù)目測(cè)觀察內(nèi)容序號(hào)目測(cè)觀察內(nèi)容1初期支護(hù)完成后對(duì)噴層表面的觀察以及裂縫狀況的描述和記錄2有無(wú)錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象3噴射混凝土是否產(chǎn)生裂縫或剝離，要特別注意噴射混凝土是否發(fā)生剪切破壞4有無(wú)錨桿和噴射混凝土施工質(zhì)量問(wèn)題5鋼拱架有無(wú)被壓屈現(xiàn)象6是否有底鼓現(xiàn)象監(jiān)控量測(cè)方法1、地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察方法四、監(jiān)控量測(cè)方法2、位移量測(cè)方法監(jiān)控量測(cè)方法四、監(jiān)控量測(cè)方法精密水準(zhǔn)儀對(duì)拱頂下沉進(jìn)行量測(cè)，采用收斂計(jì)對(duì)洞周位移收斂進(jìn)行量測(cè)2）非接觸量測(cè)

14、方法： 全站儀或數(shù)值相機(jī)1）接觸量測(cè)方法： 根據(jù)量測(cè)方式的不同，位移量測(cè)可大體分為兩大類，即接觸量測(cè)方法和非接觸量測(cè)方法。2、位移量測(cè)方法各工法位移測(cè)點(diǎn)預(yù)埋件埋設(shè)圖(反射膜片) (a)臺(tái)階法或全斷面法 (b) 雙側(cè)壁法(c) CRD法 (d) CD法不同工法預(yù)埋件布置圖監(jiān)控量測(cè)方法四、監(jiān)控量測(cè)方法 監(jiān)控量測(cè)方法2、位移量測(cè)方法四、監(jiān)控量測(cè)方法1、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析處理1.1 量測(cè)數(shù)據(jù)的整理1.2 位移量測(cè)數(shù)據(jù)分析 繪制位移時(shí)程曲線圖和距離位移曲線圖。如果位移的變化隨時(shí)間(或距掌子面距離)而漸趨穩(wěn)定，說(shuō)明圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，支護(hù)系統(tǒng)是有效、可靠的。反常曲線中，出現(xiàn)了反彎點(diǎn)，這說(shuō)明位移出現(xiàn)反常的急驟增

15、長(zhǎng)現(xiàn)象，表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加密監(jiān)視，并適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)應(yīng)立即停止開(kāi)挖并進(jìn)行施工處理。位 移 （位 移 （反 常 曲 線正 常 曲 線正 常 曲 線反 常 曲 線距 掌 子 面 距 離時(shí) 間 時(shí)間-位移曲線和距離-位移曲線監(jiān) 控 量 測(cè) 數(shù) 據(jù) 分 析 及 信 息 反 饋五、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析及信息反饋 為確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的質(zhì)量，加快信息反饋速度，全部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)管理，每次監(jiān)測(cè)必須有監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)上報(bào)日、周監(jiān)測(cè)報(bào)表，并按期向有關(guān)單位提交監(jiān)測(cè)月報(bào)，同時(shí)附上相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位移、內(nèi)力時(shí)態(tài)曲線圖，對(duì)當(dāng)月的施工情況進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出施工建議。2.1 量測(cè)數(shù)據(jù)反饋方法監(jiān) 控 量 測(cè) 數(shù) 據(jù) 分 析 及 信 息 反 饋2、監(jiān)控量測(cè)信息反饋及工程對(duì)策五、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析及信息反饋根據(jù)位移控制基準(zhǔn)，位移管理根據(jù)位移控制基準(zhǔn)，位移管理 分為三個(gè)等級(jí)分為三個(gè)等級(jí) 管理等級(jí)距開(kāi)挖面1B距開(kāi)挖面2BUU1B/3UU2B/3U1B/3U2U1B/3U2B/3U2U2B/3U2U1B/3U2U2B/3注：U實(shí)測(cè)位移值；監(jiān) 控 量 測(cè) 數(shù) 據(jù) 分 析 及 信 息 反 饋2、監(jiān)控量測(cè)信息反饋及工程對(duì)策2.2位移控制基準(zhǔn) 及管理等級(jí) 五、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析及信息反饋 要使量測(cè)