市政工程隧道監(jiān)控量測與數(shù)據(jù)分析

市政工程隧道監(jiān)控量測與數(shù)據(jù)分析1、量測目的（1）掌握圍巖力學形態(tài)的變化規(guī)律；（2）掌握支護結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)；（3）為理論解析、數(shù)據(jù)分析提供計算數(shù)據(jù)與對比指標；（4）為隧道工程設(shè)計與施工積累資料。一、現(xiàn)場量測2、監(jiān)測項目與內(nèi)容（1）地質(zhì)和支護狀態(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，支護變形與穩(wěn)定情況，準確掌握圍巖情況。（2）巖體（巖石）力學參數(shù)測試：抗壓強度、變形模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角、泊松比等。（3）應力應變測試：巖體原巖應力、圍巖應力、應變、支護結(jié)構(gòu)的應力、應變。（4）壓力測試：支護體上的圍巖壓力、滲水壓力。（5）位移測試：圍巖位移、支護結(jié)構(gòu)位移。（6）溫度測試：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)和支護狀況的觀察及描述，地質(zhì)素描是隧道設(shè)計和施工過程中不可缺少的一項重要地質(zhì)詳勘工作，是圍巖工程地質(zhì)特性和支護措施的合理性的最直觀、最簡單、最經(jīng)濟的描述和評價。描述的內(nèi)容見（P-118），共11項內(nèi)容。（二）拱頂下沉和地表沉降（1）使用精度較高的水準儀，利用已知高程的臨時或永久水準點（通常借用隧道高程控制點），就可觀測隧道拱頂?shù)南鲁亮?，隧道上方地表各點的下沉量，以及隨時間的變化情況。（2）用收斂計測拱頂相對于隧道底的相對位移。（三）坑道周邊相對位移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，坑道周邊其它各點一般均用收斂計量測其中兩點之間的相對位移值。2、收斂計（1）量測原理：在相同的收緊程度或張拉應力下，隔一定時間的兩次讀數(shù)的差值，即為坑道周邊兩點的相對位移值。（2）組成：一般由帶孔鋼尺、測微百分表、張力調(diào)節(jié)器、測點連接器組成。帶孔鋼尺——粗讀位移值測微百分表——細讀位移值張力調(diào)節(jié)器——保證相同收緊程度的裝置數(shù)顯收斂計（3）測試方法及注意事項

1）開挖后盡快埋設(shè)測點，并測取初讀數(shù)，要求12h內(nèi)完成；

2）測點應盡可能靠近開挖面，要求在2m以內(nèi)；

3）讀數(shù)應在重錘穩(wěn)定或張力調(diào)節(jié)器指針穩(wěn)定，指示規(guī)定的張力值時讀取。

4）當相對位移值較大時，要注意消除換孔誤差；5）測試頻率應應視圍巖條件件、工程結(jié)構(gòu)構(gòu)條件及施工工情況而定，，一般應按表表6-1的要求而定；；6）整個量測過過程中，應作作好詳細記錄錄，并隨時檢檢查有沒有錯錯誤。記錄內(nèi)內(nèi)容應包括斷斷面位置、測測點編號、初初始讀數(shù)、各各次測試讀數(shù)數(shù)、當時溫度度以及開挖面面距量測斷面面的距離等（（列表）。（4）坑道周邊相相對位移計算算式中——初始觀測值；；——第i次觀測值；——第i次量測時，該該兩測點之間間相對位移（四）圍巖內(nèi)內(nèi)部位移1、量測原理圍巖內(nèi)部各點點的位移同坑坑道周邊位移移一樣，是圍圍巖動態(tài)的表表現(xiàn)，它不僅僅反映了圍巖巖內(nèi)部的松弛弛程度，而且且更能反映圍圍巖松弛范圍圍的大小，也也是判斷圍巖巖穩(wěn)定性的一一個重要參考考指標。在實實際量測工作作中，先是向向圍巖鉆孔，，然后用位移移計測量鉆孔孔內(nèi)各點相對對于孔口一點點的相對位移移。2、位移計（1）類型：位移移計有兩種類類型，一類是是機械式，另另一類是電測測式。其構(gòu)造造由定位裝置置、位移傳遞遞裝置、孔口口固定裝置、、百分表或讀讀數(shù)儀等部分分組成。定位裝置位移傳遞裝置置孔口固定裝置置百分表（2）定位裝置是是將位移傳遞遞裝置固定于于鉆孔中的某某一點，則定定位裝置的位位移就代表該該點的位移。。定位裝置多多采用機械式式錨頭，其形形式有楔縫式式、支撐式壓壓縮木式等。。（3）位移傳遞裝裝置是將錨固固點的位移以以某種方式傳傳遞至孔口外外，以便測取取讀數(shù)。（4）孔口固定裝裝置：一般測測試的是孔內(nèi)內(nèi)各點相對于于孔口一點的的相對位移，，所以需要在在孔口設(shè)固定定點或基準面面。2、位移計數(shù)字顯示配接1支傳感器位移計位移計是由差差動變壓器式式位移傳感器器和數(shù)顯儀組組成，數(shù)顯儀儀內(nèi)部由振蕩蕩電路、整流流電路、放大大電路組成，，既可為傳感感器初級線圈圈提供穩(wěn)幅正正弦波激勵，，又可將傳感感器次級線圈圈輸出交流電電壓信號進行行整流放大，，把信號輸送送到數(shù)字表頭頭顯示,可以顯示當前前值,也可以根據(jù)要要求設(shè)定上下下限報警功能能.設(shè)定顯示最大大值,最小值.多支傳感器可可以通過琴鍵鍵開關(guān)進行通通道轉(zhuǎn)換，滿滿量程由用戶戶設(shè)定，可以以顯示位移值值，也可以顯顯示電壓值或或體積值，一一臺變送器最最多可以配接接20支位移傳感器器，相互之間間不干擾，具具有傳輸距離離遠（最長可可以達到500m）等優(yōu)點。產(chǎn)品名稱：振振弦式多點位位移計產(chǎn)品型號：BGK-A3/A6；GK-A3/A6(進口)應用范圍：公公路橋梁及民民用建筑、水水利水電工程程BGK-A3/A6型單點、多點點位移計可直直接安裝在鉆鉆孔里，灌漿漿錨固施工便便捷。在孔徑徑76mm的孔中，最多多可在不同深深度安裝6個錨頭，以監(jiān)監(jiān)測不同深度度多個滑動面面和區(qū)域的變變形或沉降位位移。配配套BGK-4450型振弦式位移移傳感器可實實現(xiàn)遠程遙測測?；鶅?nèi)的的溫度傳感器器可同時監(jiān)測測該處的環(huán)境境溫度。振弦式位移計計具有很高的的精度和靈敏敏度、卓越的的防水性能和和長期穩(wěn)定性性，適合在惡惡劣的環(huán)境下下長期監(jiān)測建建筑物、地基基、邊坡的分分層位移變化化。BGK-A3-B在傳感器端裝裝有一個沉降降盤，適用于于公路路基、、鐵路路基、、填土或其它它類似結(jié)構(gòu)的的土體沉降監(jiān)監(jiān)測。1、量測測原理理聲波測測試是是地球球物理理探測測方法法的一一種。。它是是在巖巖體的的一端端激發(fā)發(fā)彈性性波，，而在在另一一端接接收通通過巖巖體傳傳遞過過來的的波，，彈性性波通通過巖巖體傳傳遞后后，其其波速速、波波幅波波頻均均發(fā)生生改變變。對對于同同一種種激發(fā)發(fā)彈性性波，，穿過過不同同的巖巖層后后，發(fā)發(fā)生的的改變變各不不相同同，這這主要要是由由于巖巖體的的物理理力學學性質(zhì)質(zhì)不同同引起起的。。因此此，彈彈性波波在巖巖體中中的傳傳播特特征就就反映映了巖巖體的的物理理力學學性質(zhì)質(zhì)，如如動彈彈性模模量、、巖體體強度度、完完整性性或破破碎程程度、、密實實度等等。因因此，，可以以進一一步判判別圍圍巖的的工程程性質(zhì)質(zhì)、巖巖體的的結(jié)構(gòu)構(gòu)特征征，并并對圍圍巖進進行工工程分分類。。（五））圍巖巖的彈彈性波波速度度彈性波波測試試原理理圖1.發(fā)射換能器器2.接收換能器器3.放大器4.聲波發(fā)射儀儀5.計時裝置在工程測試試中，普遍遍應用聲波波在巖體中中傳播的縱縱波速度來來作為評價價巖體物理理力學性質(zhì)質(zhì)的指標。。一般有以以下規(guī)律：：（1）巖體風風化、破破碎、結(jié)結(jié)構(gòu)面發(fā)發(fā)育則波波速低、、衰減快快、頻譜譜復雜；；（2）巖體充充水或應應力增加加則波速速高、衰衰減小、、頻譜簡簡單；（3）巖體不均勻勻和各向異性性則其波速與與頻譜也相應應表現(xiàn)出不均均一和各向異異性。2、聲波測試應應注意的問題題（1）探測區(qū)域的的選擇要有典典型性和代表表性；（2）測點、測線線、測孔的布布置要有明確確的目的性，，要根據(jù)實際際工程地質(zhì)情情況、巖體力力學特性及建建筑形式等進進行布設(shè)；（3）聲波測試一一般以測縱波波速度（Vp）為主，但應應根據(jù)實際要要求，可測其其橫波速度（（Vs），記錄波幅幅，進行頻譜譜分析。三、現(xiàn)場量測測計劃（一）量測項項目的確定及及量測手段的的選擇量測項目包括括：必測項目目A，選測項目B1、必測項目：：指施工時必必須進行的常常規(guī)量測，用用來判別圍巖巖穩(wěn)定及襯砌砌受力狀態(tài)，，指導設(shè)計施施工的經(jīng)常性性量測。主要包括：洞洞內(nèi)觀察、隧隧道凈空變形形和拱頂下沉沉量測，淺埋埋隧道還應作作地表沉陷量量測。2、選測項目：：指在重點和和有特殊意義義的隧道或區(qū)區(qū)段進行補充充的量測，用用來判斷隧道道開挖過程中中圍巖的應力力狀態(tài)、支護護襯砌效果。。主要包包括：：圍巖巖內(nèi)部部變形形、地地表沉沉陷、、錨桿桿軸力力和拉拉拔力力、襯襯砌內(nèi)內(nèi)力、、圍巖巖壓力力和圍圍巖物物理力力學指指標等等。這類類量量測測技技術(shù)術(shù)較較復復雜雜，，費費用用較較高高，，所所以以通通常常根根據(jù)據(jù)實實際際需需要要，，選選取取部部分分項項目目進進行行量量測測。。量測測項項目目及及要要求求見見表表6-2（P-132）。。3、量量測測手手段段的的選選擇擇（1）一一般般應應選選擇擇簡簡單單、、可可靠靠、、耐耐久久、、成成本本低低的的量量測測手手段段；；（2）要要求求被被測測的的物物理理量量概概念念明明確確，，量量值值顯顯著著，，量量測測范范圍圍大大；；（3）測測試試數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)便便于于分分析析，，易易于于實實現(xiàn)現(xiàn)對對設(shè)設(shè)計計、、施施工工的的反反饋饋；；（4）在通常常情況下下，選擇擇機械式式手段與與電測式式手段相相結(jié)合使使用。（二）測測試斷面面的確定定1、單一的的測試斷斷面：把把單項或或常用的的幾項量量測內(nèi)容容組成一一個測試試斷面，，以了解解圍巖和和支護在在這個斷斷面上各各部位的的變化情情況，這這種測試試斷面稱稱為單一一的測試試斷面。。2、綜合合測試試斷面面：把把幾項項量測測內(nèi)容容有機機地組組合在在一個個測試試斷面面里使使各項項量測測內(nèi)容容、各各種量量測手手段互互相校校驗，，綜合合分析析測試試斷面面的變變化，，這種種測試試斷面面稱為為綜合合測試試斷面面。（三））測點點的布布置測點的的布置置，主主要是是依據(jù)據(jù)斷面面形狀狀、圍圍巖條條件、、開挖挖方式式、支支護類類型等等因素素進行行布置置。在在量測測中，，可根根據(jù)具具體情情況決決定布布設(shè)數(shù)數(shù)量，，進行行適當當?shù)恼{(diào)調(diào)整。。1、凈空空位移移量測測的測測線布布置由于觀觀測斷斷面形形狀、、圍巖巖條件件、開開挖方方式的的不同同，測測線位位置、、數(shù)量量亦有有所不不同，，也未未作統(tǒng)統(tǒng)一的的規(guī)定定，具具體實實施中中可參參考表表6-3和圖6-11（P-133）。2、圍巖巖內(nèi)部部位移移測孔孔的布布置圍巖內(nèi)內(nèi)部位位移測測孔布布置，，除應應考慮慮地質(zhì)質(zhì)、隧隧道斷斷面形形狀、、開挖挖等因因素外外，一一般應應與凈凈空位位移測測線相相應布布設(shè)，，以便便使兩兩項測測試結(jié)結(jié)果能能夠相相互印印證，，協(xié)同同分析析與應應用，，一般般每100~500m設(shè)一個個量測測斷面面，測測孔布布置見見圖6-12（P-135）。3、錨桿桿軸力力量測測的布布置4、噴層層（襯襯砌））應力力量測測布置置5、地表、地地中沉降測測點布置6、圍巖壓力力量測測點點布置7、聲波測孔孔布置（四）量測測儀器（測測點）的安安設(shè)與量測測頻率各項量測內(nèi)內(nèi)容儀器（（測點）安安設(shè)，一要要快，二要要近快——要求在爆破破開挖后24h（最好12h）內(nèi)，在下下一循環(huán)爆爆破前，完完成全部埋埋設(shè)，并測測取初讀數(shù)數(shù)。在安設(shè)設(shè)由多項內(nèi)內(nèi)容、多種種手段組成成的綜合測測試斷面時時，可把綜綜合量測斷斷面分為幾幾個亞斷面面分開設(shè)置置，只要圍圍巖沿隧道道軸線方向向變化不大大，基本不不會影響測測試結(jié)果。。近——儀器（測點點）埋設(shè)，，要盡量靠靠近掌子面面，要求不不超過2m，有的安設(shè)設(shè)在距開挖挖掌子面0.5m左右的斷面面上，觀測測效果更好好，不過需需要加強儀儀器保護量測頻率是根據(jù)變化化速度（時時間效應））與距工作作面距離（（空間效應應）確定的的。表6-4可作為量測頻頻率確定的參參考（P-137）。量測期間的確確定：在變形量小的的隧道中（開開挖后一個月月內(nèi)收斂），，因變形收斂斂快，在變形形收斂至一定定值后，再以以每天測一次次的頻率測一一周時間，觀觀察其穩(wěn)定狀狀態(tài)。在變形量大的的隧道中（開開挖后經(jīng)兩個個月以上，變變形仍不收斂斂），直至變變形量收斂至至一定數(shù)值后后，再以每天天測一次的頻頻率測兩周時時間，以確認認變形是否穩(wěn)穩(wěn)定。四、量測數(shù)據(jù)據(jù)分析與反饋饋量測數(shù)據(jù)反饋饋于設(shè)計、施施工是監(jiān)控的的重要一環(huán)，，但目前還沒沒有形成完整整的體系。當當前采用的量量測數(shù)據(jù)反饋饋設(shè)計的方法法主要是定性性的，也就是是依據(jù)經(jīng)驗和和理論上的推推理來建立一一些準則。根根據(jù)量測的數(shù)數(shù)據(jù)和這些準準則就可修正正設(shè)計支護參參數(shù)和調(diào)整施施工措施。（一）地質(zhì)預預報地質(zhì)預報就是是根據(jù)地質(zhì)素素描來預測預預報開挖面前前方圍巖的地地質(zhì)狀況，以以便考慮選擇擇適當?shù)氖┕すし桨刚{(diào)整各各項施工措施施，包括：（1）直觀評價洞洞內(nèi)當前已暴暴露圍巖的穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)，檢檢驗和修正初初步的圍巖分分類；（2）根據(jù)修正的的圍巖分類，，檢驗初步設(shè)設(shè)計的支護參參數(shù)是否合理理，如不恰當當，予以修正正；（3）直觀檢驗初初期支護的實實際工作狀態(tài)態(tài)；（4）根據(jù)當前圍圍巖的地質(zhì)特特征，推斷前前方一定范圍圍內(nèi)圍巖的地地質(zhì)特征，進進行地質(zhì)預報報，防范不良良地質(zhì)突然出出現(xiàn)；（5）根據(jù)地質(zhì)預預報，并結(jié)合合對已作初期期支護實際工工作狀態(tài)的評評價，預先確確定下循環(huán)的的支護參數(shù)和和施工措施；；（6）配合量測工工作進行測試試位置選取和和量測成果的的分析。（二）凈空位位移分析與反反饋凈空位移是圍圍巖動態(tài)的最最顯著表現(xiàn)，，所以隧道工工程現(xiàn)場量測測主要以凈空空位移作為圍圍巖穩(wěn)定性評評價及圍巖狀狀態(tài)判斷的指指標。一般而言，坑坑道開挖后，，若圍巖位移移量小，持續(xù)續(xù)時間短，其其穩(wěn)定性就好好；若位移量量大，持續(xù)時時間長，其穩(wěn)穩(wěn)定性就差。。1、用圍巖的位位移來判斷其其穩(wěn)定狀態(tài)，，關(guān)鍵是要確確定一個“判判斷標準”（（或稱為收斂斂標準），也也就是確定圍圍巖穩(wěn)定不穩(wěn)穩(wěn)定的界限。。判斷標準應應包括三個方方面：位移量量（絕對和相相對）、位移移速率、位移移加速度。2、根據(jù)判斷標標準，可做如如下處理：（1）如果圍巖位位移速度不超超過允許值，，并且不出現(xiàn)現(xiàn)蠕變趨勢，，那么就可以以認為圍巖是是穩(wěn)定的，初初期支護是成成功的，此時時可考慮適當當加大循環(huán)進進尺；（2）如果位移值值超過允許值值不多，并且且初期支護中中的噴射混凝凝土未出現(xiàn)明明顯開裂，一一般可不予補補強；（3）如果位移值值超過允許值值較多，則應應采取處理措措施，比如在在支護參數(shù)方方面，可以增增強錨桿、加加鋼筋網(wǎng)噴混混凝土、加鋼鋼支撐等；施施工措施方面面，可以縮短短從開挖到支支護的時間，，提前打錨桿桿，縮短開挖挖臺階長度和和臺階數(shù)目，，增設(shè)超前支支護等。3、二次襯砌（（內(nèi)層襯砌））的施作時間間，按新奧法法施工原則，，當圍巖或圍圍巖加初期支支護基本穩(wěn)定定后，就可以以進行二次襯襯砌。（三）圍巖內(nèi)內(nèi)位移及松動動區(qū)分析與反反饋如果實測圍巖巖的松動區(qū)超超過了允許的的最大松動區(qū)區(qū)，則表明圍圍巖已出現(xiàn)松松動破壞，此此時必須加強強支護或調(diào)整整施工措施以以控制松動范范圍，比如加加強錨桿（加加長、加密或或加粗）等。。（四）錨桿軸軸力分析與反反饋根據(jù)量測錨桿桿測得的應變變，就能算出出錨桿的軸力力式中——錨桿軸力；——錨桿直徑；——錨桿的彈性模模量；——測試部位對稱稱的一組應變變片量得的兩兩個應變值。錨桿軸力是檢檢驗錨桿效果果與錨桿強度度的依據(jù)，根根據(jù)錨桿極限限強度與與錨桿桿應力的的比值，，就能作作出判斷：錨錨桿軸應力越越大，則K值越小。一般般認為錨桿局局部段的K值稍小于1是允許的，因因為鋼材有一一定的延性。。（五）圍巖壓壓力分析與反反饋由圍巖壓力分分布曲線可知知道圍巖壓力力的大小及分分布狀況。圍圍巖壓力的大大小與圍巖位位移量及支護護剛度密切相相關(guān)，圍巖壓壓力大，也就就是作用于初初期支護的壓壓力大，這可可能有兩種情情況：一是圍圍巖壓力大但但變形量不大大，這表明支支護時機，尤尤其是支護的的封底時間可可能過早或支支護剛度太大大，可作適當當調(diào)整，讓圍圍巖釋放較多多的應力；另另一種情況是是圍巖壓力大大且變形量也也很大，此時時應加強支護護，限制圍巖巖變形，控制制圍巖壓力的的增長。當測測得的圍巖壓壓力很小但變變形量很大時時，則應考慮慮可能會出現(xiàn)現(xiàn)圍巖失穩(wěn)。。（六）噴層應應力分析與反反饋噴層應力是指指切向應力，，因為噴層的的徑向應力總總是