隧道监控量测选测实用教案

1、压力压力(yl)盒盒应变计应变计第1页/共37页第一页，共37页。教学教学(jio xu)目标目标 学会安装压力盒、应变计 能够(nnggu)对量测数据进行处理，并进行初步分析，可 以对施工和设计进行简单的优化。第2页/共37页第二页，共37页。一、压力一、压力(yl)(yl)盒的使用盒的使用 主要用于长期监测土石坝、高层建筑、挡土墙、桥墩、地铁、铁路、隧道、路面等土木工程所受到的岩土体压应力。 在隧道中，压力盒主要测量(cling)围岩与初期支护间、初期支护与二次衬砌间、仰拱与围岩之间的压力及其随时间变化； 第3页/共37页第三页，共37页。 测点布设：应把压力(yl)盒测点布设在具有代表性

2、的断面的关键部位上，如拱顶、拱腰、拱脚等，并对各测点逐一进行编号。 量测：采用频率计采集压力(yl)盒频率，根据压力(yl)盒的频率，将量测数据直接换算成相应的接触压力(yl)。 第4页/共37页第四页，共37页。第5页/共37页第五页，共37页。围岩(wi yn)初期初期(chq)支护与二次衬砌接触压力支护与二次衬砌接触压力第6页/共37页第六页，共37页。围岩(wi yn)围岩与初期围岩与初期(chq)支护接触压力支护接触压力第7页/共37页第七页，共37页。压压力力(yl)盒盒埋埋设设第8页/共37页第八页，共37页。二、应变计的使用二、应变计的使用(shyng)(shyng) 适用于长

3、期埋设在混凝土结构的梁、挡土墙、柱衬砌、桩基、水工(shu n)建筑物、支撑、墩与底脚中，监测其应力大小与应变量。 在隧道中，应变计主要测量钢拱架的应变和应力及其随时间变化 ；测量初支喷射混凝土、二衬和仰拱中混凝土的应变和应力及其随时间变化。 第9页/共37页第九页，共37页。 钢支撑钢支撑(zh chng)应应力量测力量测 第10页/共37页第十页，共37页。第11页/共37页第十一页，共37页。 钢 支 撑钢 支 撑 ( z h ( z h chng)chng)应力量测应力量测 第12页/共37页第十二页，共37页。 二衬应力量二衬应力量(l (l ling)ling)测测第13页/共37

4、页第十三页，共37页。第14页/共37页第十四页，共37页。第15页/共37页第十五页，共37页。传感器导线的引用传感器导线的引用(ynyng)埋设埋设第16页/共37页第十六页，共37页。引线引线(ynxin)第17页/共37页第十七页，共37页。第18页/共37页第十八页，共37页。第19页/共37页第十九页，共37页。第20页/共37页第二十页，共37页。高坎隧道高坎隧道(sudo)(sudo)传感器导线盒传感器导线盒第21页/共37页第二十一页，共37页。 根据瑶寨隧道断层破碎带现场实际围岩条件，选取了YK47+232断面，此断面围岩以充填型黄土为主，局部夹有块碎状强风化灰岩，整体呈泥

5、夹石状，岩体整体稳定性差，局部有小坍塌。测试(csh)断面掌子面照片如下图所示。 瑶寨隧道断层破碎瑶寨隧道断层破碎(p su)带量测受力测试方案带量测受力测试方案测试断面(dun min)掌子面围岩第22页/共37页第二十二页，共37页。现场测试(csh)元件埋设情况第23页/共37页第二十三页，共37页。 瑶寨隧道断层破碎带YK47+232断面结构受力现场测试从2011年8月开始至2012年1月，历时6个月的时间，通过半年的现场观测(gunc)，获得了大量数据。断层破碎带结构断层破碎带结构(jigu)受力结果分析受力结果分析第24页/共37页第二十四页，共37页。 本次测试元件全部采用钢弦式

6、传感器。其工作原理是由钢弦的应力(yngl)变化转变为钢弦震动频率的变化，通过频率仪来测定钢弦震动频率，从而测出钢弦应力(yngl)的变化。其计算公式为：现场现场(xinchng)(xinchng)测试元件及其工作原理测试元件及其工作原理 式中 ：f 测试(csh)元件受力后钢弦的频率； f。 测试(csh)元件未受力时钢弦的频率； K 标定系数，与传感器构造有关，各传感器均不相同； P 测试(csh)元件所受的力。第25页/共37页第二十五页，共37页。压力压力(yl)盒数据处理学习任务盒数据处理学习任务 监控( jin kn)量测.doc第26页/共37页第二十六页，共37页。压力(yl)

7、分布图（单位：kPa）围岩与初期支护围岩与初期支护(zh h)(zh h)之间压力测试结果分之间压力测试结果分析析 围岩(wi yn)与初期支护之间的接触压力呈不均匀分布，总体看两侧基本对称，其中左拱腰和右拱腰压力相对较大，分别为105.6KPa和88.8KPa；拱顶的压力相对较小，为34.5KPa，这是由于拱顶应力充分释放的原因，而左、右边墙的压力相对较小，分别为30.6 KPa和28.8 KPa，总体呈猫耳朵状分布。第27页/共37页第二十七页，共37页。 从时态(sh ti)曲线可知，拱顶和边墙位置的压力起始变化幅度都不大，随时间也是缓慢小幅度增长，相比较而言，衬砌拱腰位置的压力随时间逐

8、渐大幅度增大，直到72天二衬施作后围岩与初期支护的接触压力才逐渐稳定下来，说明二衬结构已经开始受力，发挥作用。围岩与初期支护围岩与初期支护(zh h)(zh h)之间压力测试结果分析之间压力测试结果分析时态(sh ti)曲线第28页/共37页第二十八页，共37页。压力(yl)分布图（单位：kPa）围岩围岩(wi yn)(wi yn)与仰拱之间压力测试结果分析与仰拱之间压力测试结果分析时态(sh ti)曲线 仰拱与围岩的接触压力随时间变化逐渐增大，特别是B1、B2、B5位置处随时间变化接触压力增大幅度较大，而且仰拱整体所受压力值相比较初支与围岩压力值较大，其中B1位置所受压力为219KPa，B2

9、位置所受压力为88KPa，B5位置所受压力为152KPa，这是由于仰拱与围岩接触压力承受了仰拱本身的垂直压力以及大部分隧道衬砌所受的垂直压力所致。第29页/共37页第二十九页，共37页。压力(yl)分布图（单位：kPa）初支与二衬之间压力测试结果初支与二衬之间压力测试结果(ji gu)(ji gu)分析分析时态(sh ti)曲线 初期支护与二次衬砌之间压力分布不均匀，左侧接触压力比右侧接触压力略大，这与初支与围岩接触压力分布基本一致，主要原因是由于破碎带处的围岩条件下的受力不均匀。 从时态曲线上来看，初期支护与二次衬砌的接触压力总体变化比较平稳，振幅变化较小，起始压力有些小幅度的波动，直到44

10、天后受力完全稳定。第30页/共37页第三十页，共37页。钢拱架应力测试结果钢拱架应力测试结果(ji gu)(ji gu)分析分析钢拱架内缘应力分布图（单位(dnwi)：MPa）负号表示受拉，正号表示受压钢拱架外缘应力分布图（单位(dnwi)：MPa）负号表示受拉，正号表示受压 钢拱架以受压为主，其中内环拱顶、右拱腰、右边墙及右拱脚处钢拱架均受压，而左拱腰、左边墙和左拱脚均受拉，最大值出现在右边墙E6处钢拱架所受压应为59.4MPa，最小值出现在左边墙E2处钢拱架所受拉应力为5.3 MPa。外环除右边墙外全部受压，最大值出现在左拱脚F1处钢拱架所受压应为58.5MPa，最小值出现在右拱脚F7处钢

11、拱架所受压应力为25.4 MPa。在整个初期支护系统中钢拱架所受应力较大，从中可看出钢拱架承受了围岩较大的荷载，这样对提高初期支护结构的整体强度，起到了很好的支护效果。第31页/共37页第三十一页，共37页。钢拱架应力测试钢拱架应力测试(csh)(csh)结果分析结果分析钢拱架内缘时态曲线（单位：MPa）负号(f ho)表示受拉，正号表示受压钢拱架外缘时态曲线(qxin)（单位：MPa）负号表示受拉，正号表示受压 钢拱架应力随时间变化波动较大，大部分测点处的应力随时间逐渐增大，个别测点处应力随时间逐渐减小，直到72天施作二次衬砌后，钢拱架应力走势明显出现转折，之后均有不同程度的减小并逐步趋于稳

12、定，说明二次衬砌分担了初期支护的一部分应力，初期支护系统中钢拱架的支护效果比较明显，对于断层破碎带处隧道来说，施作钢拱架是很有必要的，钢拱架在整个初期支护系统中起到了很好的支护作用。第32页/共37页第三十二页，共37页。应力分布图（单位(dnwi)：MPa）负号表示受拉，正号表示受压二衬混凝土应力测试结果二衬混凝土应力测试结果(ji gu)(ji gu)分析分析时态(sh ti)曲线负号表示受拉，正号表示受压 由二次衬砌应力分布图可以看出，隧道不同位置测点处的混凝土应力差别较大，二次衬砌以拉应力为主，只有左拱腰是压应力，其余部位都是拉应力，拱顶G3位置处拉应力最大，为3.13MPa，左边墙G

13、1位置处拉应力最小，为0.02MPa，在G2、G3位置出现了较大应力，整体左侧受力大于右侧受力，这与二衬与初支接触压力基本一致。从时态曲线可以看出，二次衬砌中的混凝土应力除左拱腰外基本都是随时间逐渐减小，相对来说应力增幅较小。第33页/共37页第三十三页，共37页。应力分布图（单位(dnwi)：MPa）负号表示受拉，正号表示受压仰拱混凝土应力仰拱混凝土应力(yngl)(yngl)测试结果分析测试结果分析时态曲线负号(f ho)表示受拉，正号表示受压 由仰拱混凝土应力分布图可以看出，不同位置混凝土的应力差别较大，仰拱在H1和H3位置处的应力比拱底H2位置处的应力相对较大，H1位置处的混凝土压应力

14、最大，为3.07MPa，拱底H2位置处应力最小，为1.72MPa，仰拱左侧受压，右侧受拉，这与仰拱与围岩接触压力分布基本一致。 从仰拱时态曲线可以看出，仰拱混凝土应力基本随时间逐渐减小，应力变化较小，应力走势曲线波动较小，大约在61天后应力逐渐趋于稳定。第34页/共37页第三十四页，共37页。一次衬砌与二次衬砌所受荷载一次衬砌与二次衬砌所受荷载(hzi)(hzi)分担比分担比初衬与二衬荷载初衬与二衬荷载(hzi)(hzi)分担比测试结果分析分担比测试结果分析 荷载荷载测点测点围岩与初期支护的接触压力(KPa)荷载分担比（%）荷载分担比平均值（%）初支与二次衬砌的接触压力(KPa)荷载分担比（%

15、）荷载分担比平均值（%）左边墙左边墙30.669.383.913.630.716.1左拱腰左拱腰105.689.112.910.9拱顶拱顶34.576.310.723.7右拱腰右拱腰88.890.79.19.3右边墙右边墙28.875.89.224.2 从表中可以看出：初期支护荷载分担比为83.9%，二次衬砌荷载分担比为16.1%；这说明在断层破碎带处隧道施工中，以喷射混凝土、钢拱架和锚杆为系统的初期支护作为主要的隧道支护结构承担了绝大部分的荷载，与二次衬砌结合有效的提高了支护系统的安全性和稳定性。在断层破碎带地质条件下修筑隧道时，初支应该按照(nzho)主要的承载结构来设计，而二次衬砌在设计时，不能仅仅作为安全储备考虑来设计