隧道施工監(jiān)控量測(cè)與測(cè)試

隧道施工監(jiān)控量測(cè)與測(cè)試長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院隧道與巖土系李寧軍第一節(jié)概述隧道施工過(guò)程中使用各種類(lèi)型的儀表和工具，對(duì)圍巖和支護(hù)、襯砌的力學(xué)行為以及它們之間的力學(xué)關(guān)系進(jìn)行量測(cè)和觀察，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)稱(chēng)為監(jiān)控量測(cè)。1、隧道監(jiān)控量測(cè)的必要性：⑴隧道工程作為工程建筑物，受力特點(diǎn)與地面工程有很大的差別。⑵隧道在開(kāi)挖支護(hù)成形運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，自始自終都存在受力狀態(tài)變化這一特性。2、施工監(jiān)控量測(cè)的目的和任務(wù)⑴通過(guò)監(jiān)控量測(cè)了解各施工階段地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，判斷圍巖的穩(wěn)定性、支護(hù)、襯砌的可靠性；⑵用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果彌補(bǔ)理論分析過(guò)程中存在的不足，并把監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工，為修改施工方法，調(diào)整圍巖級(jí)別、變更支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)；⑶通過(guò)監(jiān)控量測(cè)對(duì)施工中可能出現(xiàn)的事故和險(xiǎn)情進(jìn)行預(yù)報(bào)，以便及時(shí)采取措施，防患于未然；⑷通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，判斷初期支護(hù)穩(wěn)定性，確定二次襯砌合理的施作時(shí)間；⑸通過(guò)監(jiān)控量測(cè)了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來(lái)的一些地下工程規(guī)律和特點(diǎn)，為今后類(lèi)似工程或該施工方法本身的發(fā)展提供借鑒，依據(jù)和指導(dǎo)作用。

量測(cè)項(xiàng)目圍巖種類(lèi)必測(cè)項(xiàng)目選測(cè)項(xiàng)目洞內(nèi)觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內(nèi)位移錨桿軸力鋼支撐應(yīng)力接觸壓力混凝土應(yīng)變洞內(nèi)彈性波硬巖軟巖土砂量測(cè)項(xiàng)目圍巖種類(lèi)必測(cè)項(xiàng)目選測(cè)項(xiàng)目洞內(nèi)觀察凈空收斂拱頂下沉錨桿抗拔力地表下沉圍巖內(nèi)位移錨桿軸力鋼支撐應(yīng)力接觸壓力混凝土應(yīng)變洞內(nèi)彈性波硬巖軟巖土砂必須實(shí)施、可以實(shí)施、必要時(shí)實(shí)施監(jiān)控量測(cè)與反饋流程圖第二節(jié)必測(cè)項(xiàng)目1、隧道內(nèi)目測(cè)觀察細(xì)致的目測(cè)觀察，對(duì)于監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性是既省事而作用又很大的監(jiān)測(cè)方法，它可以獲得與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)有關(guān)的直觀信息，應(yīng)當(dāng)予以足夠的重視，所以目測(cè)觀察是新奧法量測(cè)中的必測(cè)項(xiàng)目。1）隧道目測(cè)觀察的目的是：⑴預(yù)測(cè)開(kāi)挖面前方的地質(zhì)條件。⑵為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)。⑶根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠程度。2）觀察內(nèi)容：⑴掌子面地質(zhì)水文條件、巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、有無(wú)斷層，是否偏壓、圍巖類(lèi)別，掌子面自穩(wěn)情況，地下水的影響情況等，并做好記錄。⑵對(duì)初期支護(hù)效果觀察包括：錨桿的錨固效果、噴層的光潔度、噴層有無(wú)裂縫，裂縫的部位、長(zhǎng)度、寬度、深度，噴層是否把鋼支撐全部覆蓋。2、周邊收斂量測(cè)隧道圍巖周邊各點(diǎn)趨向隧道中心的變形稱(chēng)為收斂。所謂周邊收斂量測(cè)主要是隧道內(nèi)壁面兩點(diǎn)連線方向的距離的變形量的量測(cè)。收斂值為兩次量測(cè)的距離之差。1）量測(cè)目的收斂量測(cè)是隧道施工監(jiān)控量測(cè)的重要項(xiàng)目。周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化最直觀的反映，通過(guò)周邊位移量測(cè)可以達(dá)到以下目的。⑴判斷隧道空間的穩(wěn)定性；⑵根據(jù)變位速度判斷圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時(shí)機(jī)；⑶指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工。2）量測(cè)設(shè)計(jì)⑴收斂量測(cè)的間距與測(cè)線必測(cè)項(xiàng)目量測(cè)斷面間距和每斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)量

圍巖類(lèi)別斷面間距（m）每斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)量?jī)艨兆兓绊斚鲁立瘛?～101～2條基線1～3點(diǎn)Ⅲ10～301條基線1點(diǎn)Ⅳ30～501條基線1點(diǎn)⑵量測(cè)頻率：量測(cè)頻率可根據(jù)位移速度和量測(cè)斷面距開(kāi)挖面距離按位移速度位移速度（mm/d）量測(cè)頻率≥52次/d1～51次/d0.5～11次/2～3d0.2～0.51次/3d＜0.21次/7d按距開(kāi)挖面距離(注：b為隧道開(kāi)挖寬度)量測(cè)斷面距開(kāi)挖面距離（m）量測(cè)頻率(0～1)b2次/d(1～2)b1次/d(2～5)b1次/2～3d＞5b1次/7d3）量測(cè)儀器目前隧道施工中常用的收斂計(jì)為機(jī)械式的收斂計(jì)和數(shù)顯式收斂計(jì)。例：QJ-85型坑道周邊收斂計(jì)；JSS30A型數(shù)顯收斂計(jì)；SWJ－IV型隧道隧道收斂計(jì)。

4）測(cè)試原理測(cè)試中讀得初始數(shù)值X0；間隔時(shí)間t后，用同樣的方法可讀得t時(shí)刻的值Xt，則t時(shí)刻的周邊收斂值Ut即為的兩次讀數(shù)差。即Ut＝L0－Lt＋Xt1－Xt0式中：L0——初讀數(shù)時(shí)所用尺孔刻度值；

Lt——時(shí)刻時(shí)所用尺孔刻度值；

Xt1——時(shí)刻時(shí)經(jīng)溫度修正后的讀數(shù)值，Xt1＝Xt＋εt

Xt0——初讀數(shù)時(shí)經(jīng)溫度修正后的讀數(shù)值，Xt0＝X0＋εt

Xt——時(shí)刻量測(cè)時(shí)讀數(shù)值；

X0——初始時(shí)刻讀數(shù)值；εt——溫度修正值；εt＝α（T0－T）Lα——鋼尺線膨脹系數(shù)；T0——鑒定鋼尺的標(biāo)準(zhǔn)溫度，T0

=20℃T——每次量測(cè)時(shí)的平均氣溫；L——鋼尺長(zhǎng)度。3、拱頂下沉量測(cè)埋深較淺、固結(jié)程度低的地層，水平成層的場(chǎng)合，這項(xiàng)量測(cè)比收斂量測(cè)更為重要。1）量測(cè)目的量測(cè)數(shù)據(jù)是確認(rèn)圍巖的穩(wěn)定性，判斷支護(hù)效果，指導(dǎo)施工工序，預(yù)防拱頂崩塌，保證施工質(zhì)量和安全的最基本的資料。

2）量測(cè)儀器

精密水準(zhǔn)儀3）量測(cè)原理第一次讀數(shù)后視點(diǎn)讀數(shù)為A1，前視讀數(shù)為B1；第二次后視點(diǎn)讀數(shù)為A2，前視讀數(shù)為B2。拱頂變位計(jì)算方法如下：⑴差值計(jì)算法：鋼尺和標(biāo)尺均正立（即讀數(shù)上小下大）。后視讀數(shù)差A(yù)=A2-A1前視讀數(shù)差B=B2-B1拱頂變位值C=B-AC>0拱頂上移；C<0拱頂下沉。⑵水準(zhǔn)計(jì)算法：通過(guò)計(jì)算前后兩次拱頂測(cè)點(diǎn)的高程差來(lái)求拱頂?shù)淖兾恢怠ｄ摮咦x數(shù)上小下大，標(biāo)尺讀數(shù)下小上大，標(biāo)尺基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高假定為K0。第一次拱頂標(biāo)高Kd1=K0+A1+B1第二次拱頂標(biāo)高Kd2=K0+A2+B2拱頂變位值C=Kd2-Kd1=A2-A1+B2-B1C>0拱頂上移；C<0拱頂下沉。1、圍巖內(nèi)部位移量測(cè)1）隧道圍巖內(nèi)部位移量測(cè)的主要目的是：⑴了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛范圍。⑵判斷開(kāi)挖后圍巖的松動(dòng)區(qū)、強(qiáng)度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。⑶根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果優(yōu)化錨桿參數(shù)，指導(dǎo)施工。2）量測(cè)儀器：多點(diǎn)位移計(jì)3）測(cè)量原理第二節(jié)選測(cè)項(xiàng)目2、錨桿軸力量測(cè)1）量測(cè)目的⑴了解錨桿實(shí)際工作狀態(tài)及軸向力的大小。⑵結(jié)合位移量測(cè)，判斷圍巖發(fā)展趨勢(shì)，分析圍巖內(nèi)強(qiáng)度下降區(qū)的界限⑶修正錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)，評(píng)價(jià)錨桿支護(hù)效果。2）量測(cè)方法和儀器錨桿的軸向力測(cè)定，按其量測(cè)原理可分為電測(cè)式和機(jī)械式兩類(lèi)。其中電測(cè)式又可分為電阻應(yīng)變式和鋼弦式。電阻應(yīng)變式和機(jī)械式是通過(guò)量測(cè)錨桿不同深度處的應(yīng)變（或變形），然后按有關(guān)計(jì)算方法轉(zhuǎn)求應(yīng)力。鋼弦式則是通過(guò)測(cè)定不同深度處傳感器受力后的鋼弦振動(dòng)頻率變化，轉(zhuǎn)求應(yīng)力，其工作原理見(jiàn)本章的弦測(cè)法原理。3、圍巖揉壓力雅及兩膽層支家護(hù)間牙壓力劍量測(cè)隧道憑開(kāi)挖網(wǎng)后，障圍巖縣要向仁凈空嘴方向最變形樓，而除支護(hù)帥結(jié)構(gòu)井要阻要止這培種變家形，澇這樣沿就會(huì)蕉產(chǎn)生今圍巖萬(wàn)作用蜘與支草護(hù)結(jié)晴構(gòu)上廈的圍助巖壓零力。泥圍巖滴壓力催量測(cè)慕，通塔常情疤況下斜是指啦圍巖網(wǎng)與支券護(hù)或離噴層曉與二視次襯翼砌混澆凝土彈間的領(lǐng)接觸活壓力愚的測(cè)班試。1）肝目的蘆：了橫解圍漂巖壓蓮力的冶量值丑及分族布狀薄態(tài)；鐮判斷荒圍巖坦和支薦護(hù)的繁穩(wěn)定罰性，眼分析良二次特襯砌鞏的穩(wěn)鈴定性羨和安飛全度弄。2）崗量測(cè)無(wú)儀器飽與原鬼理接觸唯壓力澇量測(cè)中儀器遮根據(jù)辟測(cè)試管原理鼻和測(cè)內(nèi)力計(jì)揪結(jié)構(gòu)占不同完分為液壓廊式測(cè)蠟力計(jì)和電測(cè)凡式測(cè)把力計(jì)。目前膊隧道統(tǒng)中多那用電遼測(cè)式丑，弦測(cè)喂法原近理：否在傳滴感器墾中有插一根養(yǎng)張緊英的鋼疾弦，患當(dāng)傳淡感器貞受外桌力作碼用時(shí)英，弦山的內(nèi)蔑應(yīng)力揮發(fā)生煌變化全，隨睛著弦與的內(nèi)嶄應(yīng)力刪改變短，自酷振頻膀率也查相應(yīng)號(hào)地發(fā)辜生變屯化，膝弦的玩張力段越大走，自薄振頻萍率越躬高，瓶反之事，自派振頻府率越捐低。圖6皆－1同4籠鋼范弦式熔雙膜料壓力捕盒構(gòu)悼造圖1－登剛性幫板；么2－銅彈性漫板；格3－遺傳力棵軸；辦4－后弦?jiàn)A苗；5移－鋼刮弦鋼弦擾式壓勇力盒手布置匯圖4、鋼支緣瑞撐應(yīng)宰力量例測(cè)一般纏在Ⅵ食、Ⅴ察級(jí)圍切巖中僅常采辯用型絕鋼支育撐；兄Ⅳ級(jí)疤圍巖原中常歉采用報(bào)格柵柄支撐鋼。通屑過(guò)對(duì)刃鋼支梳撐的蜂應(yīng)力瞇量測(cè)僑，可貓知鋼騎支撐誤的實(shí)臉際工扒作狀怕態(tài)，規(guī)從鋼渣支撐松的性狂能曲脂線上熱可以扭確定們?cè)诖擞唹毫υ钭饔枚湎落摲侵翁斔邞n有的皂安全沉系數(shù)婆，視獅具體技情況揚(yáng)確定亂是否暑需要吐采用再加固童措施監(jiān)。1）泡量測(cè)彩目的⑴了添解鋼偵支撐怖應(yīng)力溜的大彎小，矩為鋼祥支撐傍選型腸與設(shè)伍計(jì)提腐供依蠟據(jù)。⑵根膽據(jù)鋼坡支撐脆的受垂力狀渣態(tài)，貢判斷雷隧道扛空間壩和支邪護(hù)結(jié)捕構(gòu)的演穩(wěn)定值性。⑶了衰解鋼總支撐興的實(shí)棗際工知作狀害態(tài)，黎保證揚(yáng)隧道殲施工婆安全錦。2）伶量測(cè)顫元件目前眼使用帝較普器遍的蘇型鋼宗支撐五應(yīng)力域量測(cè)貢多采劑用鋼弦胡式表紛面應(yīng)生變計(jì)，格柵擱支撐稍應(yīng)力悟量測(cè)絡(luò)多采亮用鋼弦遭式鋼取筋應(yīng)敵力計(jì)。鋼弦站式表酒面應(yīng)送變計(jì)意結(jié)構(gòu)探圖鋼弦零式鋼衣筋應(yīng)總力計(jì)5、混凝涌土應(yīng)斗力量街測(cè)混凝響土應(yīng)喪力量彈測(cè)包復(fù)括噴襪射混寇凝土刃和二蓮次襯院砌模修筑混質(zhì)凝土狗應(yīng)力或量測(cè)癥。其竿目的暈是了芳解混尊凝土喘層的螺變形菌特性電以及墾混凝袋土的煩應(yīng)力寸狀態(tài)嗽；掌就握噴妹層所因受應(yīng)魔力的倘大小桑，判疤斷噴痰射混彈凝土蕩層的因穩(wěn)定捷狀況顛；判疲斷支昨護(hù)結(jié)含構(gòu)長(zhǎng)粘期使植用的哀可靠燃性以稿及安架全程步度；駕檢驗(yàn)愁二次易襯砌夢(mèng)設(shè)計(jì)鼠的合鄭理性殖，積仁累資謙料。第三臣節(jié)探量測(cè)煤數(shù)據(jù)廉處理橫及應(yīng)素用1、徑量島測(cè)數(shù)濁據(jù)處暢理的壯目的由于盡現(xiàn)場(chǎng)爸量測(cè)落所得共的原砍始數(shù)零據(jù)，抹不可千避免婚具有匆一定蒼的離碼散性椅，其姓中包講含著慚測(cè)量憐誤差垂甚至惱測(cè)試期錯(cuò)誤略。不所經(jīng)過(guò)伶整理愁和數(shù)擱學(xué)處淺理的斷量測(cè)喝數(shù)據(jù)揭一時(shí)糧難以忙直接米利用腸。數(shù)振學(xué)處發(fā)理的進(jìn)目的黨是：⑴將境同一是量測(cè)討斷面撒的各泳種量蒙測(cè)數(shù)尿據(jù)進(jìn)另行分匙析對(duì)噴比、勺相互咐印證歐，以秤確認(rèn)殿量測(cè)正結(jié)果匙的可姻靠性丹；⑵探吵求圍常巖變抗形或奏支護(hù)原系統(tǒng)仙的受戲力隨太時(shí)間運(yùn)變化紋規(guī)律抵、空績(jī)間分殃布規(guī)亡律，甩判定吩圍巖撐和支礎(chǔ)護(hù)系白統(tǒng)穩(wěn)分定狀告態(tài)。2、跪量測(cè)陰數(shù)據(jù)益處理坦的內(nèi)蝴容⑴繪留制位般移、膨應(yīng)力住、應(yīng)腐變隨安時(shí)間多變化紹的曲辜線－狂時(shí)態(tài)械曲線昌；⑵繪坡制位已移速暖率、煌應(yīng)力端速率銅、應(yīng)權(quán)變速棵率隨謎時(shí)間冰變化架的曲小線；⑶繪姐制位味移、渣應(yīng)力錘、應(yīng)聚變隨岸開(kāi)挖有面推賺進(jìn)變塘化的盈曲線咳－空漆間曲辟線；⑷繪素制位裙移、紡應(yīng)力愈、應(yīng)爺變隨災(zāi)圍巖臺(tái)深度摧變化船的曲牲線；⑸繪搜制接春觸壓哥力、香支護(hù)廈結(jié)構(gòu)木應(yīng)力亡在隧涌道橫替斷面震上分齒布圖趣。3、闊量測(cè)槽數(shù)據(jù)認(rèn)的應(yīng)罷用從維淺護(hù)圍頑巖穩(wěn)朋定性搜和支肯護(hù)系陳統(tǒng)的備可靠遇性出鉗發(fā)，挖現(xiàn)場(chǎng)越測(cè)試稻人員賤關(guān)心瞎圍巖水變形濾量的冶大小襯，是委否侵竿入隧趣道設(shè)及計(jì)斷今面的兼限界痰，是肯否對(duì)遭施工蹦人員挨的安阿全構(gòu)拍成威腸脅。稍以便格及時(shí)淺調(diào)整虜設(shè)計(jì)示參數(shù)腿和進(jìn)品行施烘工決諸策。1）抱初期已支護(hù)品階段佛圍巖返穩(wěn)定根性的窯判據(jù)巧和施竊工管陷理⑴根謝據(jù)最央大位暴移值覺(jué)進(jìn)行填施工餃管理a.隨當(dāng)量剛測(cè)位拾移U起小于偽Un許/3撫，表疑明圍約巖穩(wěn)裙定，皺可以蕩正常海施工票。b.額當(dāng)量黃測(cè)位抱移U自大于類(lèi)Un我/3您并小釀?dòng)?液Un灰/3圖時(shí)，鋤表明治圍巖蔥變形傘偏大渣，應(yīng)眉密切灣注意拆圍巖跑動(dòng)向便，可其采取汪一定老的加喝強(qiáng)措憤施，姐如加本密、顯加長(zhǎng)呈錨桿懷等措秤施。c.邁當(dāng)量創(chuàng)測(cè)位背移U港大于突2U衫n/戲3時(shí)乒，表細(xì)明圍耐巖變因形很晉大，婚應(yīng)先疏停止養(yǎng)掘進(jìn)蝕，并遙采取命特殊貫的加之固措躁施，暢如超磨前支晉護(hù)、糟注漿韻加固橫等。d.捷實(shí)測(cè)助最大馬位移冊(cè)值或受預(yù)測(cè)殼最大繪位移艘值不由大于庭2U燭n/摸3時(shí)殘，可靠認(rèn)為紫初期棄支護(hù)正達(dá)到鋒基本今穩(wěn)定臘。⑵根賊據(jù)位葬移速溉率進(jìn)錄行施舞工管蠅理a.于當(dāng)位還移速寧率大帖于1蛋mm友/d糾時(shí)，竟表明員圍巖尸處于派急劇王變形佩階段認(rèn)，應(yīng)湯密切彼關(guān)注數(shù)圍巖炭動(dòng)態(tài)別。b.困當(dāng)位膀移速顆率在春1～囑0.升2m番m/鍬d之的間時(shí)米，表絨明圍心巖處咽于緩鼻慢變