學(xué)習(xí)情境七-隧道施工監(jiān)控量測

1、學(xué)習(xí)情境七 隧道施工監(jiān)控量測,,地質(zhì)超前預(yù)報(bào),1,,隧道監(jiān)控量測目的及內(nèi)容,2,,隧道監(jiān)控量測項(xiàng)目,3,,隧道監(jiān)控量測方法,4,,量測計(jì)劃,5,,,量測數(shù)據(jù)分析與反饋,6,目 錄,超前預(yù)報(bào)目的　　開挖前對地質(zhì)情況的了解，對于隧洞建設(shè)有著十分重要的作用。通過超前預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)報(bào)掌子面前方不良地質(zhì)體的位置、產(chǎn)狀及其圍巖結(jié)構(gòu)的完整性與含水的可能性，為正確選擇開挖斷面、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，并為預(yù)防隧洞涌水、突泥、突

2、氣等可能形成的災(zāi)害性事故及時(shí)提供信息，使工程單位提前做好施工準(zhǔn)備，保證施工安全，同時(shí)還可節(jié)約大量資金。所以隧洞超前預(yù)報(bào)對于安全科學(xué)施工、提高施工效率、縮短施工周期、避免事故損失、節(jié)約投資等具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。,7.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào),目前，超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報(bào)常用的的方法有：常規(guī)地質(zhì)法、物理勘測法、鉆探法。常規(guī)地質(zhì)法預(yù)測、預(yù)報(bào)簡單直觀，但需要有較多的地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，且范圍有限；物理勘測法預(yù)測、預(yù)報(bào)范圍較大，占用施工循環(huán)時(shí)間較少，但需要專

3、業(yè)的地質(zhì)判斷經(jīng)驗(yàn)；鉆探法直接、可靠，超前性最好，是較好的預(yù)報(bào)手段，但費(fèi)用較高。施工中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮、合理應(yīng)用，相互補(bǔ)充和印證。,1、常規(guī)地質(zhì)法（地質(zhì)素描） 最基本的方法 常規(guī)地質(zhì)法是爆破開挖后及時(shí)查看掌子面地質(zhì)狀況（包括支護(hù)狀況），描繪地質(zhì)圖，通常稱為地質(zhì)素描，并通過與設(shè)計(jì)資料的對比，提供地質(zhì)情況預(yù)報(bào)，地質(zhì)素描圖應(yīng)歸入竣工資料。,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要方法,1、常規(guī)地質(zhì)法 常規(guī)地質(zhì)法一般應(yīng)包括對以

4、下內(nèi)容的描述： 1）巖石名稱、結(jié)構(gòu)、顏色 2）巖層地質(zhì)情況 3）巖體風(fēng)化程度 4）地下水、溶洞等特殊地質(zhì)條件描述 5）施工情況 6）初期支護(hù)情況,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要方法,2、物理勘探法 物理探測技術(shù)的發(fā)展。物理勘探法是用爆破、激振裝置發(fā)生并向圍巖內(nèi)發(fā)射彈性波或電磁波，同時(shí)用儀器接收從圍巖不同界面反射回的波，通過專業(yè)分析，判斷并預(yù)報(bào)隧道前方的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況。

5、 優(yōu)點(diǎn):直觀、高效 缺點(diǎn)：反映某種物理現(xiàn)象 對物理現(xiàn)象反映出的異常進(jìn)行定性、定量鑒別，則是物探方法的關(guān)鍵 。,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要方法,2、物理勘探法,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要方法,地質(zhì)雷達(dá)法,地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖,,地質(zhì)雷達(dá),雷達(dá)測試,瑞典MALA公司GPR-CUⅡ型地質(zhì)雷達(dá),需鉆孔驗(yàn)證！??！,美國GSSI公司產(chǎn)的SIR—20型地質(zhì)雷達(dá),地震波反射法（TSP/TGP）,,TSP/TGP測量原理圖,TST法,3、鉆探法

6、 鉆探法是在工程建筑物的設(shè)計(jì)位置鉆孔探查，來分析、判斷地層變化、巖性差異、地層含水率等信息，進(jìn)而預(yù)報(bào)工程地質(zhì)條件，指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)和施工方案的制定。鉆探法是最直觀、最可靠的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段。,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要方法,,地質(zhì)超前預(yù)報(bào),1,,隧道監(jiān)控量測目的及內(nèi)容,2,,隧道監(jiān)控量測項(xiàng)目,3,,隧道監(jiān)控量測方法,4,,量測計(jì)劃,5,,,量測數(shù)據(jù)分析與反饋,6,目 錄,一. 監(jiān)控量測的目的和儀器 1.監(jiān)控量測的目的

7、（1） 提供監(jiān)控設(shè)計(jì)的依據(jù)和信息（2）指導(dǎo)施工，預(yù)報(bào)險(xiǎn)情（3）校核工程理論，完善工程類比方法（4）工程運(yùn)營期間的監(jiān)控手段,2.隧道監(jiān)控量測的儀器 量測儀器可分為以下幾種類型：（1）機(jī)械式：如百分表，千分表，撓度計(jì)等；（2）電測式：電阻型，電容型，振弦型，壓電型等；（3）光彈式：光彈應(yīng)力計(jì)，光彈應(yīng)變計(jì)；（4）物探式：彈性波法——地震波，超聲波，紅外線，形變電阻率法等。,百分表,千分表,撓度計(jì),壓電傳感器,電阻傳感器,二.

8、 監(jiān)控量測的內(nèi)容,必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目必測項(xiàng)目：洞內(nèi)觀察與地質(zhì)素描 凈空變化量測 拱頂下沉量測 地表下沉量測,二. 隧道監(jiān)控量測的內(nèi)容,選測項(xiàng)目：圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測；噴砼應(yīng)力監(jiān)測；圍巖壓力監(jiān)測；鋼拱架應(yīng)力監(jiān)測；二襯應(yīng)力監(jiān)測；錨桿或錨索內(nèi)力及抗拔力。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,必須實(shí)施、可以實(shí)施、必要時(shí)實(shí)施,,地質(zhì)超前預(yù)報(bào),1,,隧道監(jiān)控量測目的及內(nèi)容,2,,隧道監(jiān)控量測項(xiàng)目,

9、3,,隧道監(jiān)控量測方法,4,,量測計(jì)劃,5,,,量測數(shù)據(jù)分析與反饋,6,目 錄,,,監(jiān)控量測項(xiàng)目、方法及計(jì)劃 必測項(xiàng)目1、隧道內(nèi)目測觀察 獲得與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)有關(guān)的直觀信息。 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、有無斷層，圍巖類別，掌子面自穩(wěn)情況，地下水的影響情況等。⑵對初期支護(hù)效果 ： 噴層有無裂縫，裂縫的部位、長度、寬度、深度(3)洞外觀察地表面的變異情況、植被狀況以及水系情況等，是淺埋隧道和隧道洞口段

10、特別重要的量測。,2、周邊收斂量測 隧道圍巖周邊各點(diǎn)趨向隧道中心的變形稱為收斂。周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化最直觀的反映。 1）量測目的 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)場的施工。,2）量測設(shè)計(jì) ⑴收斂量測的間距與測線,必測項(xiàng)目量測斷面間距和每斷面測點(diǎn)數(shù)量,,⑵量測頻率：量測頻率可根據(jù)位移速度和量測斷面距開挖面距離,按位移速度,按距開

11、挖面距離(注：b為隧道開挖寬度),3）量測儀器 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)。,周邊位移量測,收斂計(jì)現(xiàn)場監(jiān)測,3、拱頂下沉量測 埋深較淺、固結(jié)程度低的地層，水平成層的場合，這項(xiàng)量測比收斂量測更為重要。 量測數(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

12、資料。 量測方法：（1）精密水準(zhǔn)儀觀測拱頂下沉（2）全站儀觀測拱頂下沉（3）激光隧道圍巖實(shí)時(shí)監(jiān)控,拱頂下沉量測,精密水準(zhǔn)儀現(xiàn)場監(jiān)測,全站儀現(xiàn)場監(jiān)測,4、地表下沉量測 目前，我國鐵路部門已將地表下沉量測列為隧道監(jiān)控量測中的必測項(xiàng)目，量測目的在于： （1）地表下沉范圍、量值 （2）地表及地中下沉隨工作面推進(jìn)的規(guī)律 （3）地表及地中下沉穩(wěn)定的時(shí)間 地表下沉量測一般用精密水準(zhǔn)儀

13、量測，量測精度±1mm。,1、圍巖內(nèi)部位移量測1）隧道圍巖內(nèi)部位移量測的主要目的是： ⑴了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛范圍。 ⑵判斷開挖后圍巖的松動區(qū)、強(qiáng)度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。 ⑶根據(jù)實(shí)測結(jié)果優(yōu)化錨桿參數(shù)，指導(dǎo)施工。2）量測儀器：多點(diǎn)位移計(jì)3）測量原理,選測項(xiàng)目,2、錨桿軸力量測1）量測目的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，判斷圍巖發(fā)展趨勢，分析圍巖內(nèi)強(qiáng)度下降區(qū)的界限⑶

14、修正錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)，評價(jià)錨桿支護(hù)效果。,2）量測方法和儀器 錨桿的軸向力測定，按其量測原理可分為電測式和機(jī)械式兩類，其中電測式又可分為電阻應(yīng)變式和鋼弦式。 電阻應(yīng)變式和機(jī)械式是通過量測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。 鋼弦式則是通過測定不同深度處傳感器受力后的鋼弦振動頻率變化，轉(zhuǎn)求應(yīng)力 。,3、圍巖壓力及兩層支護(hù)間壓力量測 通常情況下是指圍巖與支護(hù)或噴層與二次襯砌混凝土間的接觸壓

15、力的測試。其方法是在圍巖與支護(hù)、兩次支護(hù)之間埋設(shè)各種壓力盒等傳感器。1）目的：了解圍巖壓力的量值及分布狀態(tài)；判斷圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性，分析二次襯砌的穩(wěn)定性和安全度。2）量測儀器與原理 液壓式測力計(jì)和電測式測力計(jì)。 目前隧道中多用電測式。 弦測法原理,鋼弦式壓力盒布置圖,4、鋼支撐應(yīng)力量測 了解鋼支撐的實(shí)際工作狀態(tài)，從鋼支撐的性能曲線上可以確定在此壓力作用下鋼支撐所具有的安全系數(shù)，視具體情況確定是否需

16、要采用加固措施。1）量測目的⑴了解鋼支撐應(yīng)力的大小，為鋼支撐選型與設(shè)計(jì)提供依據(jù)。⑵根據(jù)鋼支撐的受力狀態(tài)，判斷隧道空間和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。⑶了解鋼支撐的實(shí)際工作狀態(tài)，保證隧道施工安全。,2）量測元件 鋼弦式表面應(yīng)變計(jì) 鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì),鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)圖,鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì),鋼支撐內(nèi)力,表面應(yīng)變計(jì)量測型鋼支撐內(nèi)力,型鋼支撐－表面應(yīng)變計(jì),5、混凝土應(yīng)力量測 了解混凝土層的變形特性以及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)；

17、掌握噴層所受應(yīng)力的大小，判斷噴射混凝土層的穩(wěn)定狀況；判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)長期使用的可靠性以及安全程度；檢驗(yàn)二次襯砌設(shè)計(jì)的合理性，積累資料。,6、聲波測圍巖的彈性波速度 聲波測試是地球物理探測方法的一種。它是在巖體的一端激發(fā)彈性波，而在另一端接收通過巖體傳遞過來的波，彈性波通過巖體傳遞后，其波速、振幅、頻率均發(fā)生改變。因此，彈性波在巖體中的傳播特征就反映了巖體的物理力學(xué)性質(zhì)。 目前，在工程測試中，普遍應(yīng)用聲波在巖體中傳播速度的縱波

18、速度Vp來作為評價(jià)巖體物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)。 一般具有以下規(guī)律： （1）巖體風(fēng)化、破碎、結(jié)構(gòu)面發(fā)育，則波速低、衰減快、頻譜復(fù)雜。 （2）巖體充水或應(yīng)力增加，則波速高，衰減慢、頻譜簡化。 （3）巖體不均勻和各向異性，則其波速與頻譜也相應(yīng)表現(xiàn)出不均一和各向異性。,,地質(zhì)超前預(yù)報(bào),1,,隧道監(jiān)控量測目的及內(nèi)容,2,,隧道監(jiān)控量測項(xiàng)目,3,,隧道監(jiān)控量測方法,4,,量測計(jì)劃,5,,,量測數(shù)據(jù)分析與反饋,6,目 錄,

19、量測數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用1、 量測數(shù)據(jù)處理的目的 ⑴將同一量測斷面的各種量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比、相互印證，以確認(rèn)量測結(jié)果的可靠性； ⑵探求圍巖變形或支護(hù)系統(tǒng)的受力隨時(shí)間變化規(guī)律、空間分布規(guī)律，判定圍巖和支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。2、量測數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容 繪制監(jiān)測曲線，選擇回歸曲線,由于量測的偶然誤差所造成的離散性，因此對量測數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分析，并以相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述，采用回歸分析對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，得到 u、

20、t兩個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系，用這個(gè)函數(shù)曲線能代表測試點(diǎn)數(shù)據(jù)的散點(diǎn)分布，并能推算出因變量的變化速率和極限值，主要采用以下指數(shù)、對數(shù)和雙曲三種曲線函數(shù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算，三種曲線函數(shù)的原形公式與換算公式如下：,,,,對三種曲線函數(shù)進(jìn)行回歸分析后，根據(jù)三種曲線方程的相關(guān)系數(shù)r，取r最趨近于1的曲線方程代表所分析測點(diǎn)數(shù)據(jù)的變化情況，一般情況下所選擇曲線函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r的絕對值應(yīng)大于0.9。,3、量測數(shù)據(jù)的應(yīng)用 1）初期支護(hù)階段圍巖穩(wěn)定性

21、的判據(jù)和施工管理⑴根據(jù)最大位移值進(jìn)行施工管理U小于Un/3 U大于Un/3并小于2Un/3時(shí) U大于2Un/3時(shí) 實(shí)測最大位移值或預(yù)測最大位移值不大于2Un/3時(shí)，可認(rèn)為初期支護(hù)達(dá)到基本穩(wěn)定。,⑵根據(jù)位移速率進(jìn)行施工管理a.當(dāng)位移速率大于1mm/d時(shí)，表明圍巖處于急劇變形階段，應(yīng)密切關(guān)注圍巖動態(tài)。b.當(dāng)位移速率在1～0.2mm/d之間時(shí)，表明圍巖處于緩慢變形階段。c.當(dāng)位移速率小于0.2mm/d時(shí)，表明圍巖已達(dá)

22、到基本穩(wěn)定，可以進(jìn)行二次襯砌作業(yè)。,(3)根據(jù)位移速度曲線進(jìn)行施工管理a.當(dāng)位移速率很快變小，時(shí)態(tài)曲線很快平緩，表明圍巖穩(wěn)定性好，可適當(dāng)減弱支護(hù)。b.當(dāng)位移速率逐漸變小，即d2u/dt2＜0，時(shí)態(tài)曲線趨于平緩，表明圍巖變形趨于穩(wěn)定，可正常施工。c.當(dāng)位移速率不變，即d2u/dt2=0，時(shí)態(tài)曲線直線上升，表明圍巖變形急劇增長，無穩(wěn)定趨勢，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)暫停掘進(jìn)。d.當(dāng)位移速率逐步增大，即d2u/dt2＞0，時(shí)態(tài)曲線出現(xiàn)反彎

23、點(diǎn)，表明圍巖已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)停止掘進(jìn)，及時(shí)采取加固措施。,實(shí)例一 掌子面K1+417,K1+470 K1+460,K1+450 K1+435,,實(shí)例二,,,4、預(yù)警機(jī)制 在監(jiān)控量測過程中，

24、遇到下列情況之一時(shí)，必須提出預(yù)警：（1）圍巖累積位移量過大或變形速率加快或變形不收斂。（2）襯砌或支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂或變形過大。（3）淺埋段地表下沉過大或出現(xiàn)裂縫。（4）圍巖明顯開裂或原有裂縫逐漸擴(kuò)張。,預(yù)警警戒值 （1）地表沉降允許值為5cm，警戒值為3cm，基準(zhǔn)值為2cm。 （2）拱頂下沉、水平收斂允許值為：雙車道隧道正洞V級圍巖10cm、IV級圍巖7cm、III級圍巖4cm；緊急停車帶IV級圍巖10cm、II

25、I級圍巖7cm。 上述數(shù)值的2/3為警戒值，1/3為基準(zhǔn)值。 （3）仰拱隆起允許值為3cm，警戒值為2cm，基準(zhǔn)值為1cm。,監(jiān)控量測預(yù)警實(shí)行三級管理：（1）當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分布在基準(zhǔn)值以下時(shí)，實(shí)行III級管理，隧道可正常施工；（2）分布在基準(zhǔn)值和警戒值之間時(shí)，實(shí)行II級管理，應(yīng)通報(bào)超前預(yù)報(bào)、施工、監(jiān)理單位以及指揮部，并加強(qiáng)監(jiān)測，謹(jǐn)慎施工；（3）超過警戒值時(shí)，實(shí)行I級管理，即暫停施工，第一時(shí)間通報(bào)超前預(yù)報(bào)、施工、監(jiān)理單位以