隧道監(jiān)控量測(cè)(選測(cè))

1、項(xiàng)目二項(xiàng)目二任務(wù)三任務(wù)三 隧道監(jiān)控量測(cè)儀器的認(rèn)知隧道監(jiān)控量測(cè)儀器的認(rèn)知壓力盒壓力盒應(yīng)變計(jì)應(yīng)變計(jì)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)v學(xué)會(huì)安裝壓力盒、應(yīng)變計(jì)學(xué)會(huì)安裝壓力盒、應(yīng)變計(jì)v能夠?qū)α繙y(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行初步分析，可能夠?qū)α繙y(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行初步分析，可以對(duì)施工和設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的優(yōu)化。以對(duì)施工和設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的優(yōu)化。一、壓力盒的使用一、壓力盒的使用 主要用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)土石壩、高層建筑、擋土墻、橋墩、地鐵、鐵路、隧道、路面等土木工程所受到的巖土體壓應(yīng)力。 在隧道中，壓力盒主要測(cè)量圍巖與初期支護(hù)間、初期支護(hù)與二次襯砌間、仰拱與圍巖之間的壓力及其隨時(shí)間變化； 測(cè)點(diǎn)布設(shè)：應(yīng)把壓力盒測(cè)點(diǎn)布設(shè)在具有代表性的斷面測(cè)點(diǎn)布設(shè)：應(yīng)

2、把壓力盒測(cè)點(diǎn)布設(shè)在具有代表性的斷面的關(guān)鍵部位上，如拱頂、拱腰、拱腳等，并對(duì)各測(cè)點(diǎn)逐一的關(guān)鍵部位上，如拱頂、拱腰、拱腳等，并對(duì)各測(cè)點(diǎn)逐一進(jìn)行編號(hào)。進(jìn)行編號(hào)。 量測(cè)：采用頻率計(jì)采集壓力盒頻率，根據(jù)壓力盒的頻量測(cè)：采用頻率計(jì)采集壓力盒頻率，根據(jù)壓力盒的頻率，將量測(cè)數(shù)據(jù)直接換算成相應(yīng)的接觸壓力。率，將量測(cè)數(shù)據(jù)直接換算成相應(yīng)的接觸壓力。 圍巖圍巖初期支護(hù)與二次襯砌接觸壓力初期支護(hù)與二次襯砌接觸壓力圍巖圍巖圍巖與初期支護(hù)接觸壓力圍巖與初期支護(hù)接觸壓力壓壓力力盒盒埋埋設(shè)設(shè)二、應(yīng)變計(jì)的使用二、應(yīng)變計(jì)的使用 適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)的梁、擋土墻、柱襯砌、樁基適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)的梁、擋土墻、柱襯砌、樁基

3、、水工建筑物、支撐、墩與底腳中，監(jiān)測(cè)其應(yīng)力大小與應(yīng)變量。、水工建筑物、支撐、墩與底腳中，監(jiān)測(cè)其應(yīng)力大小與應(yīng)變量。 在隧道中，應(yīng)變計(jì)主要測(cè)量鋼拱架的應(yīng)變和應(yīng)力及其隨時(shí)間在隧道中，應(yīng)變計(jì)主要測(cè)量鋼拱架的應(yīng)變和應(yīng)力及其隨時(shí)間變化變化 ；測(cè)量初支噴射混凝土、二襯和仰拱中混凝土的應(yīng)變和應(yīng)力；測(cè)量初支噴射混凝土、二襯和仰拱中混凝土的應(yīng)變和應(yīng)力及其隨時(shí)間變化。及其隨時(shí)間變化。 鋼支撐應(yīng)力量測(cè)鋼支撐應(yīng)力量測(cè) 鋼支撐應(yīng)力量測(cè)鋼支撐應(yīng)力量測(cè) 二襯應(yīng)力量測(cè)二襯應(yīng)力量測(cè)傳感器導(dǎo)線的引用埋設(shè)傳感器導(dǎo)線的引用埋設(shè)引線引線高坎隧道傳感器導(dǎo)線盒高坎隧道傳感器導(dǎo)線盒 根據(jù)瑤寨隧道斷層破碎帶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際圍巖條件，選取了YK47+23

4、2斷面，此斷面圍巖以充填型黃土為主，局部夾有塊碎狀強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，整體呈泥夾石狀，巖體整體穩(wěn)定性差，局部有小坍塌。測(cè)試斷面掌子面照片如下圖所示。 瑤寨隧道斷層破碎帶量測(cè)受力測(cè)試方案瑤寨隧道斷層破碎帶量測(cè)受力測(cè)試方案測(cè)試斷面掌子面圍巖現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試元件埋設(shè)情況 瑤寨隧道斷層破碎帶YK47+232斷面結(jié)構(gòu)受力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試從2011年8月開始至2012年1月，歷時(shí)6個(gè)月的時(shí)間，通過半年的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，獲得了大量數(shù)據(jù)。斷層破碎帶結(jié)構(gòu)受力結(jié)果分析斷層破碎帶結(jié)構(gòu)受力結(jié)果分析 本次測(cè)試元件全部采用鋼弦式傳感器。其工作原理是由鋼弦的應(yīng)力變化轉(zhuǎn)變?yōu)殇撓艺饎?dòng)頻率的變化，通過頻率儀來測(cè)定鋼弦震動(dòng)頻率，從而測(cè)出鋼弦應(yīng)力的變化。其計(jì)算公

5、式為：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試元件及其工作原理現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試元件及其工作原理 )(202ffKP 式中 ：f 測(cè)試元件受力后鋼弦的頻率； f。 測(cè)試元件未受力時(shí)鋼弦的頻率； K 標(biāo)定系數(shù)，與傳感器構(gòu)造有關(guān)，各傳感器均不相同； P 測(cè)試元件所受的力。壓力盒數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)任務(wù)壓力盒數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)任務(wù)v監(jiān)控量測(cè)監(jiān)控量測(cè).doc壓力分布圖（單位：kPa）圍巖與初期支護(hù)之間壓力測(cè)試結(jié)果分析圍巖與初期支護(hù)之間壓力測(cè)試結(jié)果分析A1A2A3A4A530.6105.634.588.828.8 圍巖與初期支護(hù)之間的接觸壓力呈不均勻分布，總體看兩側(cè)基本對(duì)稱，其中左拱腰和右拱腰壓力相對(duì)較大，分別為105.6KPa和88.8KPa；拱頂?shù)膲毫ο?/p>

6、對(duì)較小，為34.5KPa，這是由于拱頂應(yīng)力充分釋放的原因，而左、右邊墻的壓力相對(duì)較小，分別為30.6 KPa和28.8 KPa，總體呈貓耳朵狀分布。 從時(shí)態(tài)曲線可知，拱頂和邊墻位置的壓力起始變化幅度都不大，隨時(shí)間也是緩慢小幅度增長(zhǎng)，相比較而言，襯砌拱腰位置的壓力隨時(shí)間逐漸大幅度增大，直到72天二襯施作后圍巖與初期支護(hù)的接觸壓力才逐漸穩(wěn)定下來，說明二襯結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始受力，發(fā)揮作用。圍巖與初期支護(hù)之間壓力測(cè)試結(jié)果分析圍巖與初期支護(hù)之間壓力測(cè)試結(jié)果分析時(shí)態(tài)曲線壓力分布圖（單位：kPa）圍巖與仰拱之間壓力測(cè)試結(jié)果分析圍巖與仰拱之間壓力測(cè)試結(jié)果分析時(shí)態(tài)曲線 仰拱與圍巖的接觸壓力隨時(shí)間變化逐漸增大，特別是B

7、1、B2、B5位置處隨時(shí)間變化接觸壓力增大幅度較大，而且仰拱整體所受壓力值相比較初支與圍巖壓力值較大，其中B1位置所受壓力為219KPa，B2位置所受壓力為88KPa，B5位置所受壓力為152KPa，這是由于仰拱與圍巖接觸壓力承受了仰拱本身的垂直壓力以及大部分隧道襯砌所受的垂直壓力所致。壓力分布圖（單位：kPa）初支與二襯之間壓力測(cè)試結(jié)果分析初支與二襯之間壓力測(cè)試結(jié)果分析時(shí)態(tài)曲線 初期支護(hù)與二次襯砌之間壓力分布不均勻，左側(cè)接觸壓力比右側(cè)接觸壓力略大，這與初支與圍巖接觸壓力分布基本一致，主要原因是由于破碎帶處的圍巖條件下的受力不均勻。 從時(shí)態(tài)曲線上來看，初期支護(hù)與二次襯砌的接觸壓力總體變化比較平

8、穩(wěn)，振幅變化較小，起始?jí)毫τ行┬》鹊牟▌?dòng)，直到44天后受力完全穩(wěn)定。鋼拱架應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析鋼拱架應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析鋼拱架內(nèi)緣應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓E1E2E3E4E5-16.5-48.529.146.452.5E6E7-5.359.4F1F2F3F4F558.535.341.953.225.4F6F752.5-36.5鋼拱架外緣應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓 鋼拱架以受壓為主，其中內(nèi)環(huán)拱頂、右拱腰、右邊墻及右拱腳處鋼拱架均受壓，而左拱腰、左邊墻和左拱腳均受拉，最大值出現(xiàn)在右邊墻E6處鋼拱架所

9、受壓應(yīng)為59.4MPa，最小值出現(xiàn)在左邊墻E2處鋼拱架所受拉應(yīng)力為5.3 MPa。外環(huán)除右邊墻外全部受壓，最大值出現(xiàn)在左拱腳F1處鋼拱架所受壓應(yīng)為58.5MPa，最小值出現(xiàn)在右拱腳F7處鋼拱架所受壓應(yīng)力為25.4 MPa。在整個(gè)初期支護(hù)系統(tǒng)中鋼拱架所受應(yīng)力較大，從中可看出鋼拱架承受了圍巖較大的荷載，這樣對(duì)提高初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，起到了很好的支護(hù)效果。鋼拱架應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析鋼拱架應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析鋼拱架內(nèi)緣時(shí)態(tài)曲線（單位：MPa）負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓鋼拱架外緣時(shí)態(tài)曲線（單位：MPa）負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓 鋼拱架應(yīng)力隨時(shí)間變化波動(dòng)較

10、大，大部分測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間逐漸增大，個(gè)別測(cè)點(diǎn)處應(yīng)力隨時(shí)間逐漸減小，直到72天施作二次襯砌后，鋼拱架應(yīng)力走勢(shì)明顯出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，之后均有不同程度的減小并逐步趨于穩(wěn)定，說明二次襯砌分擔(dān)了初期支護(hù)的一部分應(yīng)力，初期支護(hù)系統(tǒng)中鋼拱架的支護(hù)效果比較明顯，對(duì)于斷層破碎帶處隧道來說，施作鋼拱架是很有必要的，鋼拱架在整個(gè)初期支護(hù)系統(tǒng)中起到了很好的支護(hù)作用。應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓二襯混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析二襯混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析時(shí)態(tài)曲線負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓 由二次襯砌應(yīng)力分布圖可以看出，隧道不同位置測(cè)點(diǎn)處的混凝土應(yīng)力差別較大，

11、二次襯砌以拉應(yīng)力為主，只有左拱腰是壓應(yīng)力，其余部位都是拉應(yīng)力，拱頂G3位置處拉應(yīng)力最大，為3.13MPa，左邊墻G1位置處拉應(yīng)力最小，為0.02MPa，在G2、G3位置出現(xiàn)了較大應(yīng)力，整體左側(cè)受力大于右側(cè)受力，這與二襯與初支接觸壓力基本一致。從時(shí)態(tài)曲線可以看出，二次襯砌中的混凝土應(yīng)力除左拱腰外基本都是隨時(shí)間逐漸減小，相對(duì)來說應(yīng)力增幅較小。應(yīng)力分布圖（單位：MPa）負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓仰拱混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析仰拱混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析時(shí)態(tài)曲線負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓負(fù)號(hào)表示受拉，正號(hào)表示受壓 由仰拱混凝土應(yīng)力分布圖可以看出，不同位置混凝土的應(yīng)力差別較大，仰拱在

12、H1和H3位置處的應(yīng)力比拱底H2位置處的應(yīng)力相對(duì)較大，H1位置處的混凝土壓應(yīng)力最大，為3.07MPa，拱底H2位置處應(yīng)力最小，為1.72MPa，仰拱左側(cè)受壓，右側(cè)受拉，這與仰拱與圍巖接觸壓力分布基本一致。 從仰拱時(shí)態(tài)曲線可以看出，仰拱混凝土應(yīng)力基本隨時(shí)間逐漸減小，應(yīng)力變化較小，應(yīng)力走勢(shì)曲線波動(dòng)較小，大約在61天后應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。一次襯砌與二次襯砌所受荷載分擔(dān)比一次襯砌與二次襯砌所受荷載分擔(dān)比初襯與二襯荷載分擔(dān)比測(cè)試結(jié)果分析初襯與二襯荷載分擔(dān)比測(cè)試結(jié)果分析 從表中可以看出：初期支護(hù)荷載分擔(dān)比為83.9%，二次襯砌荷載分擔(dān)比為16.1%；這說明在斷層破碎帶處隧道施工中，以噴射混凝土、鋼拱架和錨桿為系統(tǒng)的初期支護(hù)作為主要的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)了絕大部分的荷載，與二次襯砌結(jié)合有效的提高了支護(hù)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在斷層破碎帶地質(zhì)條件下修筑隧道時(shí)，初支應(yīng)該按照主要的承載結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)，而二次襯砌在設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅僅作為