圍巖應(yīng)力與支架壓力監(jiān)測課件

第四節(jié)巖石地下工程的監(jiān)測一、地壓監(jiān)測概述巖石工程監(jiān)測有以下的特點：①實效性②環(huán)境復(fù)雜③監(jiān)測信息的時空要求④空間的制約二、巖體變形與位移的監(jiān)測

1、圍巖表面位移的測量

1）裂隙位移的人工觀測

2）圍巖表面位移的儀表觀測圍巖表面位移可用收斂計、測桿、測槍、滑尺等進行測量。

3）圍巖表面位移監(jiān)測預(yù)警方法圍巖表面監(jiān)測預(yù)警可按極限位移與極限位移速度值予以預(yù)報。前一種方法是當(dāng)圍巖表面位移達到極限位移值時立即預(yù)警；后一種方法的實例是：圍巖的位移使頂板下沉速度報警儀的齒輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使終端的光電轉(zhuǎn)盤獲得較大的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速變換為電脈沖信號，該信號的頻率反映了圍巖頂板下沉的速度，當(dāng)此速度達到極限值時實現(xiàn)自身報警。JSS30A—20m型收斂計（數(shù)顯式）精度：0.01mmDSZ2型精密水準(zhǔn)儀FS1平板測微器精度：0.01mm

2圍巖內(nèi)部位移量測通過多點位移計，量測不同深度點相對不動點的位移。1錨桿內(nèi)力A、分離式隧道7.2支護結(jié)構(gòu)受力量測B、連拱式隧道2錨桿拉拔ZY—30最大拉拔力300KNXYJ—40.2MPa3圍巖壓力A、圍巖對初期支護壓力XYJ—40.2MPaB初期支護與二襯之間壓力XJG—2φ224鋼支撐受力XJH—220MPa4混凝土內(nèi)應(yīng)力A、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力XJH—220MPaB、二襯混凝土內(nèi)應(yīng)力

2、圍巖內(nèi)部位移的測量

這種測量通常采用鉆孔多點位移計。多點位移計主要由在孔中固定測點的錨固器（壓縮木錨固器、彈簧錨固器、卡環(huán)錨固器、水泥砂漿錨固器等）、傳遞位移量的連接計（由鋼絲、圓鋼或鋼管制成）和孔口測量頭與量測儀器組成。測量連結(jié)件位移量的常用方法有直讀式和電傳感式兩種。圖6．22鉆孔多點位移計測量圍巖位移1為鉆孔2為為測點錨固器；3為連接件；4為量測頭；5為保護蓋；6為測量計；7為測量基準(zhǔn)板

3、圍巖松動圈的彈性波測定

1）彈性波在巖體中的傳播特性彈性波在以下條件傳播較快：堅硬的巖體；裂隙不發(fā)育和風(fēng)化程度低的巖體；孔隙率小、密度大、彈性模量大的巖體；抗壓強度大的巖體；斷層和破碎帶少或其規(guī)模小的巖體；在巖體受壓的方向上。

2）測試儀器聲波儀是進行聲波測試的主要設(shè)備，其主要部件是發(fā)射機和接收機。

3）彈性波測定圍巖松動圈松動圈是設(shè)計支護強度和參數(shù)的重要依據(jù)。圖6．23隔河巖水電站引水隧順圍巖松動附測定

4、圍巖破壞的聲發(fā)射監(jiān)測

1）圍巖破壞的聲發(fā)射當(dāng)巖體內(nèi)積累的變形能釋放時，應(yīng)力波同時出現(xiàn)向外傳播，形成一系列聲發(fā)射信號（也稱為巖音或地音）。

2）聲發(fā)射測試系統(tǒng)聲發(fā)射監(jiān)測具有靈敏度高、測試范圍廣、可實現(xiàn)遠距離監(jiān)測、定時或全天候連續(xù)監(jiān)測、簡便適用等優(yōu)點。

3）巖體聲發(fā)射的監(jiān)測初始期（Ⅰ）生發(fā)射信號稀少；隨后進入活動期（Ⅱ），生發(fā)射頻度逐漸達到峰值，漸次下降后形成次峰值；以后進入頻度呈單調(diào)下降的下降期（Ⅲ），同時巖體的宏觀破壞裂紋在本期出現(xiàn)；最后進入沉寂期（Ⅳ）。三、圍巖應(yīng)力與支架壓力監(jiān)測

1、圍巖應(yīng)力變化的光彈測量

2、錨桿測力計

3、巖柱與支架壓力監(jiān)測7.3數(shù)據(jù)處理1圍巖變形與位移拱頂下沉按以下公式進行預(yù)處理周邊位移按以下公式進行預(yù)處理然后采用以下的負指數(shù)方程進行非線性回歸，以上回歸采用Origin6.0軟件完成。根據(jù)以下的邊值條件，可推斷得出初測前的累計位移u0和時間趨向無窮時的最大位移

umax根據(jù)上述公式可進一步得到t=T（以天為單位）時刻的位移速度v和之前的累積位移占最大推斷位移的百分比Iu

2支護結(jié)構(gòu)受力錨桿內(nèi)力和選測項目均采用鋼弦式傳感器，原始實測數(shù)據(jù)為傳感器鋼弦震動頻率，根據(jù)每個傳感器出廠率定表，可按以下公式轉(zhuǎn)換為力或應(yīng)力K為率定系數(shù)，f0為初頻（Hz），f為實測頻率（Hz）7.4資料分析與反饋隧道圍巖周邊位移是圍巖動態(tài)的顯著表現(xiàn)，是判定圍巖穩(wěn)定性的最主要現(xiàn)場量測項目。根據(jù)我國現(xiàn)行公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTJ042—94）規(guī)定，隧道周邊允許相對位移值如下表。

1周邊位移、拱頂下沉

二次襯砌的施作需滿足：

（1）周邊位移明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定；（2）已發(fā)生的位移達到預(yù)計總位移的80～90%；（3）周邊位移速率小于0.1～0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm/d隧道周邊允許相對位移值(%)

2錨桿軸力錨桿軸向力是檢驗錨桿效果與錨桿強度的依據(jù)，可根據(jù)錨桿極限抗拉強度與錨桿應(yīng)力的比值K（安全系數(shù)）做出判斷。通常應(yīng)保證K≥1。否則應(yīng)增加錨桿數(shù)量或加粗錨桿直徑。3圍巖壓力圍巖壓力大小與圍巖變形及支護結(jié)構(gòu)的剛度密切相關(guān)。分三種情況：（1）圍巖壓力大變形量也大，此時應(yīng)加強支護，以限制圍巖變形和控制圍巖壓力的增長；（3）圍巖壓力很小，但其變形量卻很大時，則圍巖將會失去穩(wěn)定，此時應(yīng)立即停止開挖，加強圍巖支護和采取輔助施工措施進行加固處理。（2）圍巖壓力大，但變形量并不很大，這表明支護時機和支護的封底時間可能過早或支護尺寸及剛度太大，這時應(yīng)作適當(dāng)修正支護設(shè)計參數(shù)。4噴層內(nèi)應(yīng)力噴射混凝土層應(yīng)力是指其切向應(yīng)力。噴層應(yīng)力值與圍巖壓力值及位移量大小有密切關(guān)系。噴層應(yīng)力大的原因是圍巖壓力和位移量大及支護力度小。若噴層應(yīng)力太大，或出現(xiàn)明顯裂損或剝落、起鼓等現(xiàn)象，則應(yīng)作處理，一般是適當(dāng)增加初始噴層厚度。如果噴層厚度已較厚時，仍然出現(xiàn)明顯裂損、起鼓等，則應(yīng)增強錨桿支護、改變封底時間、調(diào)整施工措施，選擇二次支護襯砌的最佳時機等，并要繼續(xù)加強監(jiān)控量測。5淺埋隧道地表下沉

若量測結(jié)果表明地表下沉量較大，或出現(xiàn)增加的趨勢，則應(yīng)采取加強支護和調(diào)整施工措施，可考慮適當(dāng)加噴混凝土、增設(shè)錨桿、加掛鋼筋網(wǎng)、加鋼支撐、超前支護、或縮短開挖循環(huán)進尺、提前封閉仰拱、甚至預(yù)注漿加固圍巖等。另外，在淺埋偏壓地段隧道可能發(fā)生橫向地表位移加下沉，處理較為復(fù)雜，應(yīng)加強量測分析與治理淺埋偏壓隧道工程的對策與量測的研究。圖6．26光彈應(yīng)力計的測片（左）及其組裝1為測片；2為啥；3為鍍層；4為冷凝劑;5為紅丹漆；6為玻璃片；7為木錐陀內(nèi)徑10mm，厚度20mm，配以反射鍍層、木錐陀和防潮密封層組裝而成

3、巖柱與支架壓力監(jiān)測

1）鋼弦壓力盒測定壓力根據(jù)彈性振動理論，剛弦受拉力作用的自振頻率可表示為壓力盒底膜所受壓力P（kN）的函數(shù)：（6－90）式中，與為壓力盒受壓前后剛弦的振動頻率（Hz）；R為壓力盒系數(shù)。

2）壓力枕（囊）測定壓力圖6．27鋼弦壓力盒結(jié)構(gòu)圖1為工作薄膜2為底座；3為鋼強栓；4為鐵芯；5為電磁線圈6為封蓋；7為鋼投；8為塞子；9為套管；10為防水材料；11為電纜；12為鋼強支架圖6．28壓力枕結(jié)構(gòu)示意圖

1為腹腔，2為枕環(huán)，3為進油嘴，4為排氣閥

1、光電傳感的特點(見表)2、光纖傳感技術(shù)原理

3、光纖傳感技術(shù)在巖體地下工程監(jiān)測中的應(yīng)用

1）光纖剛環(huán)式位移計

2）光纖剛弦傳感器

3）分布式光纖傳感技術(shù)四、光電技術(shù)在地下工程監(jiān)測中的應(yīng)用圖6．29光纖芯內(nèi)的光傳遞示意圖比較項目光纖傳感技術(shù)電磁傳感技術(shù)監(jiān)測環(huán)境可用在水下、潮濕、易燃易爆、電磁干擾、高輻射等環(huán)境不適于復(fù)雜環(huán)境，如作特殊防護，可作短期監(jiān)測靈敏度位移達mm量級，壓力0.01～0.001MPa位移達mm量級，壓力0.01～0.001MPa聯(lián)接成網(wǎng)虛作無源聯(lián)接，聯(lián)接部件價格較貴，修復(fù)較復(fù)雜易于聯(lián)接與修復(fù)，