隧道工程的检测与监测课件

1、1第七章第七章隧隧 道道 工工 程程的检测与监测的检测与监测2本章主要内容本章主要内容3普氏理论普氏理论（荷载结构法）（荷载结构法）假定抗力法假定抗力法弹性地基梁法弹性地基梁法数值法数值法（有限元法）（有限元法）弹性解、粘弹性、弹塑性解弹性解、粘弹性、弹塑性解新奥法新奥法隧洞施工隧洞施工信息化施工的开始信息化施工的开始(New Austrian Tunneling Method,NATM )45678一、位移监测一、位移监测 单点位移计单点位移计 多点位移计多点位移计 滑动式位移计滑动式位移计 精密水准仪量测。精密水准仪量测。 洞周表面或围岩洞周表面或围岩不同深度的位移不同深度的位移地表和拱顶

2、下沉地表和拱顶下沉91单点位移计单点位移计 单点位移计装置单点位移计装置1砂浆；砂浆；2锚杆体；锚杆体；3连接杆；连接杆；4固定环；固定环；5测头；测头；6外壳；外壳；7定位器；定位器；8测环；测环；9百分表百分表107-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法 2多点位移计多点位移计 多点位移计按位移量测仪器的不同有机械式和电测多点位移计按位移量测仪器的不同有机械式和电测式两类。机械式一般采用深度测微计、千分表或百分表，式两类。机械式一般采用深度测微计、千分表或百分表，电测式采用的位移传感器常用的有电阻式、电感式、差电测式采用的位移传感器常用的有电阻式、电感式、差动式和钢弦式等多种。

3、动式和钢弦式等多种。 (1) 并联式多点位移计并联式多点位移计 (2) 串联式多点位移计串联式多点位移计 (3) 滑动式位移计滑动式位移计117-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法o并联式多点位移计并联式多点位移计锚固器位移测定器127-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法串联式多点位移计串联式多点位移计1孔底固定装置；孔底固定装置；2电感式位移传感器；电感式位移传感器；3一钢套管；一钢套管；4一弹簧片；一弹簧片；5连接杆；连接杆；6电缆；电缆；7导向管；导向管；8孔口固定装置孔口固定装置137-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法 滑动式位移计滑动式位移

4、计14多点位移计布置图多点位移计布置图（a a）鲁布革电站厂房；）鲁布革电站厂房； （b b）十三陵蓄能电站主变室）十三陵蓄能电站主变室（c c）小浪底电站主厂房；（）小浪底电站主厂房；（c c）日本乡下电站厂房）日本乡下电站厂房157-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法二、收敛位移量测二、收敛位移量测 隧洞周边或结构物内部净空尺寸的变化称为收敛位移。收敛计类型及布置示意图收敛计类型及布置示意图1测读表；测读表；2重锤；重锤；3钢卷尺；钢卷尺；4固定端；固定端；5连接装置；连接装置；6张拉表；张拉表；7张拉弹簧；张拉弹簧；8微型电机；微型电机；9控制器控制器穿孔钢卷尺式收敛计铟钢

5、丝弹簧式收敛计铟钢丝扭矩平衡式收敛计167-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法177-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法187-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法光测法光测法示意图示意图1光测仪；光测仪；2反光镜；反光镜；3三棱镜；三棱镜；4光束光束.197-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法三、压力量测三、压力量测 地下洞室内部的压力地下洞室内部的压力 支衬结构内部的压力支衬结构内部的压力 围岩和支衬结构间接触压力围岩和支衬结构间接触压力 应力计压力盒本节本节介绍介绍第二章第二章已介绍已介绍207-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测

6、类型和方法1. . 液压枕液压枕 液压枕构造液压枕构造 1放气螺钉；放气螺钉； 2钢球；钢球； 3一放气嘴；一放气嘴； 4枕壳；枕壳； 5紫铜管；紫铜管； 6压力表；压力表； 7注油三通；注油三通； 8六角螺母；六角螺母； 9小管座小管座217-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法227-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法237-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法 2锚杆应力量测锚杆应力量测 支护锚杆的应力量测原理通常是：锚杆受力后发支护锚杆的应力量测原理通常是：锚杆受力后发生变形，采用生变形，采用应变片应变片或或应变计应变计测量锚杆的应变，得测量锚杆的

7、应变，得出与应变成比例的电阻或频率的变化，然后通过标出与应变成比例的电阻或频率的变化，然后通过标定曲线或公式将电测信号换算成锚杆应力。量测锚定曲线或公式将电测信号换算成锚杆应力。量测锚杆应力用的应变计主要有电阻式、差动电阻式和钢杆应力用的应变计主要有电阻式、差动电阻式和钢弦式几种应变计。弦式几种应变计。247-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法 电阻式锚杆应变计电阻式锚杆应变计由内壁按一定间距粘贴有电阻由内壁按一定间距粘贴有电阻片的钢管或铝合金管组成。也有直接采用工程锚杆，片的钢管或铝合金管组成。也有直接采用工程锚杆，对粘贴应变片的部位经过特殊的加工，粘贴应变片后，对粘贴应变片的

8、部位经过特殊的加工，粘贴应变片后，经防潮处理并加密封保护罩制成。经防潮处理并加密封保护罩制成。 差动电阻式差动电阻式和和钢弦式锚杆应变计钢弦式锚杆应变计是将应变计装入钢是将应变计装入钢管或装入锚杆加粗段的槽孔中，然后与锚杆连接而成，管或装入锚杆加粗段的槽孔中，然后与锚杆连接而成，一根锚杆上可连接多节，其中的钢弦式应变计由于环一根锚杆上可连接多节，其中的钢弦式应变计由于环境适用性强，测读仪器轻巧方便，故可适用于不同地境适用性强，测读仪器轻巧方便，故可适用于不同地质条件和环境条件的锚杆应力观测。质条件和环境条件的锚杆应力观测。25 作为作为工程监控工程监控手段的现场量测其目的在于了解围岩手段的现场

9、量测其目的在于了解围岩的动态过程、稳定情况和支护系统的可靠程度，是直接为的动态过程、稳定情况和支护系统的可靠程度，是直接为支护系统的支护系统的设计和施工设计和施工决策服务的，这是进行决策服务的，这是进行量测方案设量测方案设计的基本出发点计的基本出发点。 现场量测方案设计的现场量测方案设计的主要内容主要内容如下：如下： (1)(1)量测项目的确定，量测手段仪表和工具的选择；量测项目的确定，量测手段仪表和工具的选择； (2)(2)施测部位和测点布置的确定；施测部位和测点布置的确定； (3)(3)实施计划的制定，包括测试频率的确定。实施计划的制定，包括测试频率的确定。267-3 现场量测方案设计现场

10、量测方案设计 一、量测项目的确定一、量测项目的确定 确定原则确定原则：量测简单、结果可靠、成本低，便于施工单位：量测简单、结果可靠、成本低，便于施工单位采用，量测元件要能尽量靠近工作面安设。所选择的被测物理采用，量测元件要能尽量靠近工作面安设。所选择的被测物理量要概念明确，量值显著，数据易于分析，易于实现反馈。量要概念明确，量值显著，数据易于分析，易于实现反馈。（位移、位移位移、位移+应力和压力应力和压力） 量测项目应根据具体工程的特点来确定，主要取决于工程规量测项目应根据具体工程的特点来确定，主要取决于工程规模、重要程度、地质条件及业主财力。模、重要程度、地质条件及业主财力。（岩体完整性差、

11、地质岩体完整性差、地质条件变化较大的工程条件变化较大的工程隧洞前方隧洞前方岩体状况；地应力高的脆性岩岩体状况；地应力高的脆性岩体工程体工程岩爆的可能性或岩爆时间；浅埋隧洞岩爆的可能性或岩爆时间；浅埋隧洞地表沉降和拱地表沉降和拱顶沉降顶沉降。）。）277-3 现场量测方案设计现场量测方案设计287-3 现场量测方案设计现场量测方案设计o隧洞工程监测：隧洞工程监测：地表沉降地表沉降、洞周收敛、拱顶下沉。、洞周收敛、拱顶下沉。297-3 现场量测方案设计现场量测方案设计o 日本日本新奥法设计技术指南新奥法设计技术指南(草案草案)中的量测项目中的量测项目307-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 二

12、、量测手段和仪表的选择二、量测手段和仪表的选择 1. 主要取决于主要取决于围岩工程地质条件和测量的环境条件围岩工程地质条件和测量的环境条件。(围岩的软围岩的软硬、干燥无水与地下水发育，引伸计安装硬、干燥无水与地下水发育，引伸计安装) 2. 估算各估算各物理量变化范围物理量变化范围，确定仪器的精度和分辨率。，确定仪器的精度和分辨率。 (软弱软弱大洞室、硬岩洞室或小洞室、断面小变形大的洞室大洞室、硬岩洞室或小洞室、断面小变形大的洞室) 位移计位移计的选择：人工易测读部位的选择：人工易测读部位机械式位移计；反之机械式位移计；反之电测式位移计；电测式位移计；特深孔（精度要求高）特深孔（精度要求高）串联

13、式多点位移计；长期监测串联式多点位移计；长期监测精度较高的位精度较高的位移计。移计。 压力和应力测量元件选择：压力和应力测量元件选择：优先选用液压枕；坚硬岩石、应力梯度高优先选用液压枕；坚硬岩石、应力梯度高压力盒（尽量选用钢弦式压力盒和锚秆应力计，干燥隧洞可用电阻式或压力盒（尽量选用钢弦式压力盒和锚秆应力计，干燥隧洞可用电阻式或其他压力盒和锚杆应力计）。其他压力盒和锚杆应力计）。317-3 现场量测方案设计现场量测方案设计不同用途的位移计精度等级和量程范围(水利水电行业)327-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 三、量测部位的确定和测点的布置三、量测部位的确定和测点的布置 1. 量测部位的

14、确定量测部位的确定 (1)围岩稳定监控：重点监测围岩质量差及局部不稳定块体围岩稳定监控：重点监测围岩质量差及局部不稳定块体; (2)反馈设计、评价支护参数合理性：在代表性的地段设置观测断反馈设计、评价支护参数合理性：在代表性的地段设置观测断面；面； (3)在特殊的工程部位在特殊的工程部位(如洞口和分叉处如洞口和分叉处)，应设置观测断面。，应设置观测断面。 (4)观测点的安装埋设应尽可能靠近掌子面，最好不超过观测点的安装埋设应尽可能靠近掌子面，最好不超过2m. (5)洞周收敛、拱顶下沉、多点位移计及地表沉降量测点应尽量布洞周收敛、拱顶下沉、多点位移计及地表沉降量测点应尽量布置在同一断面上置在同一

15、断面上 。 (6)锚杆应力和衬砌应力等测点最好布置在同一断面上，以使测量锚杆应力和衬砌应力等测点最好布置在同一断面上，以使测量结果互相对照、相互检验。结果互相对照、相互检验。337-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 (7) 断面间距：视工程长度、地质条件而定。当地质条件情况良断面间距：视工程长度、地质条件而定。当地质条件情况良好或开挖过程中地质条件连续不变时，间距可加大，地质变化显好或开挖过程中地质条件连续不变时，间距可加大，地质变化显著时，间距应缩小。在施工初期阶段，要缩小量测间距。取得一著时，间距应缩小。在施工初期阶段，要缩小量测间距。取得一定数据资料后，可适当加大量测间距。在洞口及埋

16、深较小地段，定数据资料后，可适当加大量测间距。在洞口及埋深较小地段，亦应适当缩小量测间距。亦应适当缩小量测间距。 在一般的铁路和公路隧道中，洞周收敛和拱顶下沉量测的断在一般的铁路和公路隧道中，洞周收敛和拱顶下沉量测的断面间距根据围岩类别而定。面间距根据围岩类别而定。 地表沉降量测的断面间距与隧洞埋深和地表状况有关，当地地表沉降量测的断面间距与隧洞埋深和地表状况有关，当地表是山岭田野时，根据埋深断面间距定为：埋深表是山岭田野时，根据埋深断面间距定为：埋深h2D：2050m；h=12D：1020m；h1D：510m。 锚杆应力和衬砌应力等，其量测断面的纵向间距可定为锚杆应力和衬砌应力等，其量测断面

17、的纵向间距可定为200500m。347-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 2测点的布置形式测点的布置形式 357-3 现场量测方案设计现场量测方案设计367-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 压力盒和锚杆应力计应在压力盒和锚杆应力计应在典型区段典型区段选择应力变化最大或地选择应力变化最大或地质最不利的部位，并根据位移变化梯度和围岩应力状态，在不质最不利的部位，并根据位移变化梯度和围岩应力状态，在不同的围岩深度内布测点，观测锚杆的长度应与工程锚杆相同。同的围岩深度内布测点，观测锚杆的长度应与工程锚杆相同。用于埋设压力盒的钻孔和观测锚杆的钻孔的布置形式与多点位用于埋设压力盒的钻孔和观测锚杆

18、的钻孔的布置形式与多点位移计的相似，通常在钻孔中布置移计的相似，通常在钻孔中布置3个或更多的测点。个或更多的测点。 下页图是毛洞位移量测和衬砌后隧洞应力应变量测的典型布下页图是毛洞位移量测和衬砌后隧洞应力应变量测的典型布置的例子。置的例子。377-3 现场量测方案设计现场量测方案设计387-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 四、观测及其频度的确定四、观测及其频度的确定 整个观测期间应设立整个观测期间应设立值班记录值班记录，详细记载值班期间的一切，详细记载值班期间的一切情况，包括施工进展情况、施工部位、施工工艺流程情况、气情况，包括施工进展情况、施工部位、施工工艺流程情况、气候环境、对隧洞的

19、观察、隧洞内渗流水情况、喷射混凝土和衬候环境、对隧洞的观察、隧洞内渗流水情况、喷射混凝土和衬砌上的裂缝开展情况等。砌上的裂缝开展情况等。 各量测项目通常的各量测项目通常的观测频度观测频度为：在洞室开挖或支护后的半个为：在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测月内，每天应观测12次；半个月后到一个月内，或掌子面推次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于进到距观测断面大于2倍洞径的距离后，每倍洞径的距离后，每2天观测一次；一到天观测一次；一到三个月，每周测读三个月，每周测读12次：三个月以后，每月测读次：三个月以后，每月测读13次。若次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行，遇突发事件

20、，则应加设计有特殊要求，则可按设计要求进行，遇突发事件，则应加强观测。强观测。397-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 各量测项目原则上应根据其变化的大小来确定观测频度。如洞周收敛位移和拱顶下沉的量测频度可根据位移速度及离开挖面的距离而定，往往不同的基线和测点位移速度不同，因此，应以产生最大位移者来决定量测频度。整个断面内各基线或测点应采用相同的量测频度。407-3 现场量测方案设计现场量测方案设计ab负速率段bc加速段cd减速段de进一步减速段ef零速率段 五、量测数据警戒值及围岩稳定性判断准则五、量测数据警戒值及围岩稳定性判断准则 417-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 1容许位

21、移量容许位移量 容许位移量容许位移量是指在保证隧洞不产生有害松动和保证地表不是指在保证隧洞不产生有害松动和保证地表不产生有害下沉量的条件下，自隧洞开挖起到变形稳定为止产生有害下沉量的条件下，自隧洞开挖起到变形稳定为止,在在起拱线位置的隧洞壁面间水平位移总量的最大容许值，或拱顶起拱线位置的隧洞壁面间水平位移总量的最大容许值，或拱顶的最大容许下沉量。的最大容许下沉量。 容许位移量与岩体条件、隧洞埋深、断面尺寸及地表建筑容许位移量与岩体条件、隧洞埋深、断面尺寸及地表建筑物等因素有关，例如城市地铁通过建筑群时，一般要求地表下物等因素有关，例如城市地铁通过建筑群时，一般要求地表下沉不超过沉不超过510m

22、m；对于山岭隧道，地表沉降的容许位移量；对于山岭隧道，地表沉降的容许位移量可由围岩的稳定性确定。可由围岩的稳定性确定。427-3 现场量测方案设计现场量测方案设计437-3 现场量测方案设计现场量测方案设计447-3 现场量测方案设计现场量测方案设计457-3 现场量测方案设计现场量测方案设计467-3 现场量测方案设计现场量测方案设计477-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 前苏联学者通过对大量观测数据的整理，得出了用于计算前苏联学者通过对大量观测数据的整理，得出了用于计算洞室周边容许最大变形值的近似公式：洞室周边容许最大变形值的近似公式： 式中式中 f 普氏系数；普氏系数； b0洞室跨

23、度；洞室跨度； H边墙自拱脚至底板的高度边墙自拱脚至底板的高度(m)； 2值一般在从拱脚起算值一般在从拱脚起算(1/31/2)H段内测定。段内测定。(mm) :(mm) :251251015412fHfb. 边边墙墙拱拱顶顶487-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 497-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 2容许位移速率容许位移速率 容许位移速率容许位移速率是指在保证围岩不产生有害松动的条件下，隧洞是指在保证围岩不产生有害松动的条件下，隧洞壁面间水平位移速度的最大容许值。它同样与岩体条件、隧洞埋深壁面间水平位移速度的最大容许值。它同样与岩体条件、隧洞埋深及断面尺寸等因素有关。容许位移速

24、率目前尚无统一规定，一般都及断面尺寸等因素有关。容许位移速率目前尚无统一规定，一般都根据经验选定。根据经验选定。 例如美国某些工程对容许位移速率的规定：第一天的位移量不超过容许位移量例如美国某些工程对容许位移速率的规定：第一天的位移量不超过容许位移量的的1/51/4(约约2.543.18mm)，第一周内平均每天的位移量应小于容许位，第一周内平均每天的位移量应小于容许位移量的移量的1/20(约约0. 63mm)。南岭隧道、大瑶山隧道、下坑隧道、金川矿区运输。南岭隧道、大瑶山隧道、下坑隧道、金川矿区运输平巷、张家港铁矿的稳定变形速度为平巷、张家港铁矿的稳定变形速度为0.1mm/d，引滦入津输水隧洞

25、在开挖后一，引滦入津输水隧洞在开挖后一个月的稳定变形速度大于个月的稳定变形速度大于10mm/30d。 507-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 (1) 基本稳定段(I)。变形速率不断下降，即变形加速度小于0； (2) 过渡段(II)。变形速度长时间保持不变，即变形加速度等于0; (3) 破坏段(III)。变形速率渐增，即变形加速度大于0。 3. 根据位移根据位移时间曲线判断围岩稳定性时间曲线判断围岩稳定性 517-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 注意：注意：在隧洞施工险情预报中，应同时考虑收敛或变形速度，相对收敛量或变形量及位移时程曲线，结合洞周围岩喷射混凝土和衬砌的表面状况等综合因

26、素作出预报。全断面开挖全断面开挖分步开挖分步开挖52 7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计537-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理量测数据数学处理的目的验证 反馈 预报即 （1）各种量测数据相互印证，以确认量测结果的可靠性； （2）探求围岩变形或应力状态的空间分布规律，了解围岩稳定性特征，以便提供反馈，合理地设计支护系统； （3）监视围岩变形或应力状态随时间的变化情况，对最终值或变化速率进行预测预报。547-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理abcde21uuuum 1u2umuabcde557-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理u1的确定。对监测数据进行非线性回归，得

27、u=f(t), 则u2的确定。据研究，存在如下经验式所以21uuuum )(01fu 33002650002. uu010 )(fuum567-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理577-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理587-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理597-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理607-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理617-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理627-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理637-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理64o概况概况 十三陵抽水蓄能电站地下厂房埋深200m+，设计规模为长145m、

28、宽23m、高46.6m，拱座部位开挖宽度为27.5m。厂区岩体为侏罗系砾岩，层理不清，略有沉积韵律，呈巨厚层状，产状为NE40、SE40左右，总厚达500m+，厂房选在最厚的部位。 厂房洞室布置在岩性单一的砾岩内，岩石强度中等，弹性模量较高，渗透性较弱，涌水量不大，裂隙不甚发育，地应力不高。厂区断层主要有三组，与厂房轴线呈大角度相交，其影响仅限于断层宽度的范围内，但有一组走向近直立的裂隙与厂房轴线交角甚小，对高边墙的稳定极为不利。657-5 工程实例工程实例 监测方案设计监测方案设计 根据厂区内工程结构及支护特点、工程地质条件、施工工序及方法等，该工程采取了系统监测断面和随机监测点相结合的设计

29、原则； 为了监测地下厂房围岩的位移、应力、地下水压力、温度及顶拱混凝土内的应变、应力、温度变化，主要布置钻孔多点位移计、锚杆应力计(钢筋计)、预应力锚索应力计，此外，还布置了其他7项观测项目，具体情况见下页表。667-5 工程实例工程实例677-5 工程实例工程实例地下厂房地下厂房位移计和位移计和锚杆应力锚杆应力计计 观观 测测布布 置置 图图M位移计位移计MC锚杆应锚杆应力计力计687-5 工程实例工程实例 系统观测断面3个，断面间距3650m；观测断面到端墙距离3335m；各断面观测点布置在顶拱、拱脚、边墙中部及中下部。钻孔多点位移计长1424m（预埋或后埋）。锚杆应力计，顶拱长6m，边墙

30、长8m，其长度和施工支护锚杆同。 钻孔多点位移计每孔4只，距洞壁2m、5m、10m、20m (20m孔)和2m、4m、8m、15m(15m孔)。锚杆应力计每孔3只，距洞壁为1.0m、2.5m、4.0m(拱顶5m锚杆)、1.0m、2.5 m、5.0m(边墙6m长锚杆)和1.0m、3.0m、7.0m(边墙8m长的锚杆)。观测仪器为钢弦式仪器。 6个孔的观测元件是利用排水廊道预埋的。其余均为后埋的。后埋元件是当掌子面超过设计观测断面(点)1.52.0m时安装埋没的(停掘)。697-5 工程实例工程实例707172737475767778798081 827-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监

31、测 8384858687887-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 一、盾构法施工监测一、盾构法施工监测 盾构法施工隧道时所需的监测内容可分为两大类：岩土介质和周围环境的监测、隧道(包括盾构)结构的监测。 1岩土介质和周围环境的监测岩土介质和周围环境的监测 岩土介质和周围环境的监测内容包括：盾构正面土压力、地表沉降和位移、土体沉降和位移、土体应力和孔隙水压力、构筑物沉陷和倾斜等项目。897-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (1) 地表沉降地表沉降 地表沉降测量是在沉陷测量区域埋设地表桩，采取常规的水准测量方法。地表桩设置一般沿盾构隧道的轴线每隔35m设一测点，适当布置几

32、排横向地表桩，测量盾构施工引起的横向沉降槽的变化。道路沉降必须将地表桩埋入道面下的土层里，才能比较真实地测量道路的沉降。铁路的沉降测量必须同时监测路基和铁轨的沉降。地下管线的沉降测量，对重点保护的管线，应将测点设在管线上，并砌筑保护并盖，一般管线则可在其周围设置地表桩进行监测。在盾构切口到达前3m和盾尾过后三天内，应加密监测频率。907-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (2) 土中沉降和位移土中沉降和位移 监测盾构施工引起的深层土体沉监测盾构施工引起的深层土体沉降和位移量可了解土层被扰动的范围和影响程度，土降和位移量可了解土层被扰动的范围和影响程度，土体沉降测量采用分层沉降仪，土

33、体深层位移则采用测体沉降测量采用分层沉降仪，土体深层位移则采用测斜仪，两者可共用一个测孔和测管。当测管理设深度斜仪，两者可共用一个测孔和测管。当测管理设深度低于隧道底部标高时，可把管底作为初始不动点，埋低于隧道底部标高时，可把管底作为初始不动点，埋设在隧道顶部的测管一般以管顶为不动点，但必须测设在隧道顶部的测管一般以管顶为不动点，但必须测量管顶的水平位移值进行修正。下图为双孔隧道上方量管顶的水平位移值进行修正。下图为双孔隧道上方的地表沉降槽和分层沉降的实测曲线。的地表沉降槽和分层沉降的实测曲线。917-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测927-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工

34、监测 (3) 土中应力和孔隙水压力土中应力和孔隙水压力 盾构掘进对土体的挤压盾构掘进对土体的挤压作用破坏了土体结构，便士中应力和孔隙水压力增大，作用破坏了土体结构，便士中应力和孔隙水压力增大，对土应力和超孔隙水压力的量测，能了解盾构的施工对土应力和超孔隙水压力的量测，能了解盾构的施工性能，对土层的扰动程度及预测固结沉降量，量测数性能，对土层的扰动程度及预测固结沉降量，量测数据反馈后，可及时调整施工参数，减少对土层的扰动，据反馈后，可及时调整施工参数，减少对土层的扰动，土应力和孔隙水压力量测元件采取钻孔埋设方法，测土应力和孔隙水压力量测元件采取钻孔埋设方法，测点埋设在隧道外围。点埋设在隧道外围。

35、937-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (4) 邻近构筑物的保护监测邻近构筑物的保护监测 对盾构直接穿越和影响范围内对盾构直接穿越和影响范围内的房屋、桥梁等构筑物必须进行保护监测，监测内容主要的房屋、桥梁等构筑物必须进行保护监测，监测内容主要是构筑物的沉降、倾斜和裂缝。沉降测点设在基础上或墙是构筑物的沉降、倾斜和裂缝。沉降测点设在基础上或墙体上，在构筑物外的地表上和构筑物底板上也设一些测点，体上，在构筑物外的地表上和构筑物底板上也设一些测点，用水准仪量测。构筑物倾斜监测可采用经纬仪测量方法，用水准仪量测。构筑物倾斜监测可采用经纬仪测量方法，也可在墙体上设置倾斜仪，连续监测墙体的倾

36、斜。构筑物也可在墙体上设置倾斜仪，连续监测墙体的倾斜。构筑物的裂缝可用裂缝观测仪测得。的裂缝可用裂缝观测仪测得。947-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 2. 隧道隧道(包括盾构包括盾构)结构的监侧结构的监侧 隧道隧道(包括盾构包括盾构)结构的主要监测内容如下：结构的主要监测内容如下： (1) 隧道应变的量测，包括用应变计量测结果计算结构隧道应变的量测，包括用应变计量测结果计算结构构件的轴力和弯矩构件的轴力和弯矩; (2) 隧道收敛位移量测；隧道收敛位移量测； (3) 预制管片凹凸接缝处法向应力的量测。预制管片凹凸接缝处法向应力的量测。957-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施

37、工监测967-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测977-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测预制预制无螺无螺栓膨栓膨胀衬胀衬砌隧砌隧道量道量测布测布置图置图987-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测螺栓轴力测试钢筋应力测试土 压 力测试997-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测1007-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测1017-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 二、顶管工程施工监测二、顶管工程施工监测 浅埋顶管要进行地表沉降、分层沉陷、水土压力和地下水浅埋顶管要进行地表沉降、分层沉陷、水土压力和地下水位等环境监测，对于埋深大于位等环

38、境监测，对于埋深大于3倍直径的顶管，一般不必进行倍直径的顶管，一般不必进行环境监测。环境监测。 顶管顶进过程中对管道可进行如下项目的监测：管道内力顶管顶进过程中对管道可进行如下项目的监测：管道内力测试、水土对管段的接触压力测试、管道接头相对位移量测和测试、水土对管段的接触压力测试、管道接头相对位移量测和管道收敛变形量测等，但在大多数情况下不监测，除非在顶管管道收敛变形量测等，但在大多数情况下不监测，除非在顶管的设计中采用了新方法或在施工中采用了新工艺，为保证安全的设计中采用了新方法或在施工中采用了新工艺，为保证安全并积累经验时才作监测。并积累经验时才作监测。1027-6 盾构法和顶管施工监测盾

39、构法和顶管施工监测o实例实例o1工程概况工程概况o 某合流污水外排工程穿越黄浦江时两条平行倒虹管均采用顶管某合流污水外排工程穿越黄浦江时两条平行倒虹管均采用顶管法施工，始发工作井顶管口底标高法施工，始发工作井顶管口底标高-27.00(自然地坪自然地坪+4.50)，接收工作井顶管口底标高接收工作井顶管口底标高-10.34(自然地坪自然地坪+4.50)。顶管全长。顶管全长764.78m，其中自始发工作井至黄浦江边，其中自始发工作井至黄浦江边250m为直线段，其为直线段，其余为主要顺沿黄浦江底的曲线段，平均埋深在黄浦江底以下余为主要顺沿黄浦江底的曲线段，平均埋深在黄浦江底以下7.8m左右。两平行管道

40、净距左右。两平行管道净距1.28m，均采用内径为，均采用内径为22002200的钢的钢筋混凝土预制管段，每节管道长筋混凝土预制管段，每节管道长3m3m，管壁厚，管壁厚240mm240mm，沿纵向配制三，沿纵向配制三级级1010钢筋，环向配制三级钢筋，环向配制三级1212钢筋，主筋混凝土保护层厚度为钢筋，主筋混凝土保护层厚度为40mm40mm。 1037-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 顶管施工穿越地层由浦东向浦西依次为：层草黄色砂质粉土，-2层草黄色粉质粘土，-1层暗绿色粘土，-2层灰色粘砂互层，层灰色淤泥质粉质粘土和层灰色淤泥质粘土。 施工监测的目的: (1) 保证两条管道顶进

41、施工安全性； (2) 跟踪第2条管道顶进对第1条管道的影响,指导施工； (3) 验证顶管设计理论的适用性（净间距1.28 mD)。1047-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 2监测方案监测方案 在顶管施工期间开展以下在顶管施工期间开展以下4方面的监测：方面的监测： (1) 管道内力测试管道内力测试 管道内力测试包括管道纵向和环向应管道内力测试包括管道纵向和环向应力的测试。通过在管道环向和纵向钢筋上安设钢弦式钢筋应力力的测试。通过在管道环向和纵向钢筋上安设钢弦式钢筋应力传感器，用以推算传感器，用以推算管道弯矩和轴力管道弯矩和轴力。管道内力测试断面共。管道内力测试断面共8个个（第一管道

42、（第一管道5个，第二管道个，第二管道3个）。个）。8个监测断面中，近工作井个监测断面中，近工作井的的2个主要用于监视进出洞顶进作业的安全性，其余的兼有检个主要用于监视进出洞顶进作业的安全性，其余的兼有检验设计理论的作用。每个断面均在环向和纵向四个方位的内外验设计理论的作用。每个断面均在环向和纵向四个方位的内外侧钢筋上各布设侧钢筋上各布设1个钢筋应力传感器，共设个钢筋应力传感器，共设16个，两条管道合个，两条管道合计计128个。钢筋应力传感器采用个。钢筋应力传感器采用GJJ10系列钢弦式钢筋测力系列钢弦式钢筋测力计。计。1057-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测1067-6 盾构法和

43、顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (2)1 接触压力测试接触压力测试 为取得管道实际承受的水土压为取得管道实际承受的水土压力值，用土压力盒直接测试力值，用土压力盒直接测试管道外壁面上的接触压力管道外壁面上的接触压力。测试接触压力采用土压力盒，其型号为测试接触压力采用土压力盒，其型号为TYJ系列钢弦系列钢弦式土压力计，量程为式土压力计，量程为0.5MPa。接触压力量测设。接触压力量测设2个测个测试断面，位置分别为与距浦东工作井出洞口试断面，位置分别为与距浦东工作井出洞口50m和和125m的两个土压力测试断面对应，每个断面均在上的两个土压力测试断面对应，每个断面均在上下左右下左右4个方位各埋设个方

44、位各埋设1个土压力盒。个土压力盒。 1077-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (2) 2水土压力测试水土压力测试 为确保第为确保第2管道顶进时管道结构的安全管道顶进时管道结构的安全性，通过测试性，通过测试第第1和第和第2管道之间管道之间的的水土压力的大小和分布水土压力的大小和分布，验，验证施工工艺证施工工艺(顶进速率等顶进速率等)的合理性，量测仪表为土压力盒与孔的合理性，量测仪表为土压力盒与孔隙水压力计。土压力盒的型号为隙水压力计。土压力盒的型号为TYJ系列钢弦式土压力计，量系列钢弦式土压力计，量程为程为0.5MPa；孔隙水压力计的型号为；孔隙水压力计的型号为KYJ30系列钢弦式

45、孔隙系列钢弦式孔隙水压力计，量程为水压力计，量程为0.5MPa。监测钻孔布置在浦东工作井至黄。监测钻孔布置在浦东工作井至黄浦江岸间的直线段的顶管之间，每孔安装浦江岸间的直线段的顶管之间，每孔安装6个土压力盒。土压个土压力盒。土压力盒在孔内的位置见图，孔隙水压力计位置与之相同。力盒在孔内的位置见图，孔隙水压力计位置与之相同。 4个测个测孔中共埋设土压力盒孔中共埋设土压力盒18个，孔隙水压力计个，孔隙水压力计6个。个。1087-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测1097-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (3) 管道接头相对位移量测管道接头相对位移量测 为了在第2条管道顶进时

46、测试第一条管道管段接缝的张开情况，约每隔50 m设置1个管道接头相对位移监测断面，总数为15个，每个监测断面上均匀布设5个测点。在管道接头两侧用膨胀螺丝安装测标，用数显式测微计量测两侧测标间的相对位移。1107-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (4) 管道收敛变形量测管道收敛变形量测 在两条管道内均布设收敛变形量在两条管道内均布设收敛变形量测装置，以测量管段在水土压力作用下的变形情况，第测装置，以测量管段在水土压力作用下的变形情况，第1条管条管道约道约50m设一个收敛变形量测断面，共设设一个收敛变形量测断面，共设15个断面。第个断面。第2条条管道设管道设6个量测断面，位置与管道内

47、力量测断面一致，两条管个量测断面，位置与管道内力量测断面一致，两条管道共设道共设21个收敛变形量测断面，断面上收敛变形测线为水平直个收敛变形量测断面，断面上收敛变形测线为水平直径、垂直直径以及拱顶与水平直径上两点的连线，用膨胀螺丝径、垂直直径以及拱顶与水平直径上两点的连线，用膨胀螺丝形成测点：采用美国形成测点：采用美国Geokon公司的公司的1600型卷尺式伸长计测型卷尺式伸长计测量。量。1117-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 3元件埋设方法和测读元件埋设方法和测读 钢筋测力计和测接触压力的土压力盒在制管厂管段制作时进行钢筋测力计和测接触压力的土压力盒在制管厂管段制作时进行埋设

48、。埋设。 (1) 钢筋测力计钢筋测力计 先将连接螺杆与长约先将连接螺杆与长约50cm的等直径短钢筋焊的等直径短钢筋焊接牢，然后将连接螺杆拧入钢筋测力计，形成测杆，对于环向钢筋接牢，然后将连接螺杆拧入钢筋测力计，形成测杆，对于环向钢筋测力计还需将测杆弯成与钢筋笼一样的圆弧形。将顶管钢筋笼测点测力计还需将测杆弯成与钢筋笼一样的圆弧形。将顶管钢筋笼测点处的受力钢筋截去略大于测力计加两根连接螺杆的长度，将钢筋测处的受力钢筋截去略大于测力计加两根连接螺杆的长度，将钢筋测力计对准受力钢筋截去的缺口处，把测杆两端的短钢筋与受力钢筋力计对准受力钢筋截去的缺口处，把测杆两端的短钢筋与受力钢筋焊接牢。焊接时，用湿

49、毛巾护住连接螺杆，以起隔热作用保护钢筋焊接牢。焊接时，用湿毛巾护住连接螺杆，以起隔热作用保护钢筋测力计。测力计。1127-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (2) 接触土压力盒接触土压力盒 截取长截取长30cm、直径、直径5mm的细钢筋，取的细钢筋，取3根细钢筋在水中根细钢筋在水中把细钢筋一头焊到土压力盒底周边上，把细钢筋一头焊到土压力盒底周边上，3根细钢筋均匀分布。根细钢筋均匀分布。取取5mm左右的聚乙烯板，将其剪成如土压力盒大小的圆形，左右的聚乙烯板，将其剪成如土压力盒大小的圆形，用胶布将其固定在土压力盒的正面，即敏感膜上。用手将压力用胶布将其固定在土压力盒的正面，即敏感膜上。用手将压力盒按到顶管外圈钢筋笼的外侧的预定测点上，然后将盒按到顶管外圈钢筋笼的外侧的预定测点上，然后将3根细钢根细钢筋的另一头与钢筋