chapter7-隧道工程-2ppt课件

1、第七章第七章地地 下下 工工 程程的监测和监控的监测和监控本章主要内容本章主要内容普氏理论荷载结构法）假定抗力法弹性地基梁法数值法有限元法）弹性解、粘弹性、弹塑性解新奥法隧洞施工信息化施工的开始(New Austrian Tunneling Method,NATM )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 滑动式位移滑动式位移计计 精密水准仪精密水准仪量测。量测。 洞周表面或围岩不同深度的位移地表和拱顶下沉1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固定固定环；环；5测头；测头；6外壳；外壳；7定位器；定

2、位器；8测环；测环；9百分表百分表7-2 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，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。 (1) 并联式多点位移计 (2) 串联式多点位移计 (3) 滑动式位移计7-2 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7-2 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

3、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7-2 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7-2 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隧洞周边或结构物内部净空尺寸的变化称为部净空尺寸的变化称为收敛位移。收敛位移。收敛计类型及布置示意图收敛计类型

4、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丝弹簧式收敛计铟钢丝扭矩平衡式收敛计7-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法7-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法7-2 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光测光测仪；仪；2反光反光镜；镜；3三棱三棱镜；镜；4光束光束.7-2 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

5、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7-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法1. 液压枕液压枕 液压枕构造液压枕构造 1放气螺放气螺钉；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注油三注油三通；通； 8六角螺六角螺母；母； 9小管座小管座7-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法7-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法7-2 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

6、支护锚杆的应力量测原理通常是：锚支护锚杆的应力量测原理通常是：锚杆受力后发生变形，采用应变片或应变杆受力后发生变形，采用应变片或应变计测量锚杆的应变，得出与应变成比例计测量锚杆的应变，得出与应变成比例的电阻或频率的变化，然后通过标定曲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。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、量测锚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。差动电阻式和钢弦式几种应变计。7-2 地下隧洞监测类型和方法地下隧洞监测类型和方法 电阻式锚杆应变计由内壁按一定间距粘贴有电阻片的钢管电阻式锚杆应变计由内壁按一定

7、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，对粘贴应变片的部或铝合金管组成。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，经防潮处理并加密封保护位经过特殊的加工，粘贴应变片后，经防潮处理并加密封保护罩制成。罩制成。 差动电阻式和钢弦式锚杆应变计是将应变计装入钢管或装入锚差动电阻式和钢弦式锚杆应变计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，一根锚杆上可连接杆加粗段的槽孔中，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境适用性强，测读仪器轻巧多节，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

8、地质条件和环境条件的锚杆应力观测。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。 作为工程监控手段的现场量测其目的在作为工程监控手段的现场量测其目的在于了解围岩的动态过程、稳定情况和支护系于了解围岩的动态过程、稳定情况和支护系统的可靠程度，是直接为支护系统的设计和统的可靠程度，是直接为支护系统的设计和施工决策服务的，这是进行量测方案设计的施工决策服务的，这是进行量测方案设计的基本出发点。基本出发点。 现场量测方案设计的主要内容如下：现场量测方案设计的主要内容如下： (1)量测项目的确定，量测手段仪表和工量测项目的确定，量测手段仪表和工具的选择；具的选择； (2)施测部位和测点布置的确定

9、；施测部位和测点布置的确定； (3)实施计划的制定，包括测试频率的确实施计划的制定，包括测试频率的确定。定。7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 一、量测项目的确定一、量测项目的确定 确定原则：量测简单、结果可靠、成本低，便确定原则：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。所选择的被测物理量要概念明确，量值显著，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。（位移、位移数据易于分析，易于实现反馈。（位移、位移+应应力和压力）力和压力） 量测项目应根据具体工程的特点来确定，主要量测项目

10、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。取决于工程规模、重要程度、地质条件及业主财力。（岩体完整性差、地质条件变化较大的工程（岩体完整性差、地质条件变化较大的工程隧洞隧洞前方岩体状况；地应力高的脆性岩体工程前方岩体状况；地应力高的脆性岩体工程岩爆的岩爆的可能性或岩爆时间；浅埋隧洞可能性或岩爆时间；浅埋隧洞地表沉降和拱顶沉地表沉降和拱顶沉降。）降。）7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计o隧洞工程监测：地表沉降、洞周收敛、拱顶下沉。7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计o 日本日本2D：2050m；h=12D：10

11、20m；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，其量测断面的纵向间距可定为200500m。7-3 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 7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 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典型区段选择应力变化最大或地压力盒和锚杆应力计应在典型区段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

12、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。7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 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值班记录，详细记载值整个观测期间应设立值班记录，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、班期间的一切情

13、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、对隧洞的观察、隧施工工艺流程情况、气候环境、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洞内渗流水情况、喷射混凝土和衬砌上的裂缝开展情况等。情况等。 各量测项目通常的观测频度为：在洞室开挖或各量测项目通常的观测频度为：在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测支护后的半个月内，每天应观测12次；半个月后次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2倍倍洞径的距离后，每洞径的距离后，每2天观测一次；一到三个月，每天观测一次；一到三个月，每周测读周测读12次：三个月以后，每月测

14、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。件，则应加强观测。7-3 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，因而，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。7-3 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

15、戒值及围岩稳定性判断准则 7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 1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

16、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510mm；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。7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 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：用于计算洞室周边容许最大变形值的近似公

17、式： 式中式中 f 普氏系数；普氏系数； b0洞室跨度；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段内段内测定。测定。(mm) :(mm) :251251015412fHfb. 边边墙墙拱拱顶顶7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-3 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。 例如美国某些工程对容许位移速率的规定：第

18、一天的位移量不超过容许位移量的1/51/4(约2.543.18mm)，第一周内平均每天的位移量应小于容许位移量的1/20(约0. 63mm)。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0.1mm/d，引滦入津输水隧洞在开挖后一个月的稳定变形速度大于10mm/30d。 7-3 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

19、岩稳定性 7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计 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素作出预报。全断面开挖全断面开挖分步开挖分步开挖 7-3 现场量测方案设计现场量测方案设计7-4 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 反响 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。7-4 量测

20、数据的分析处理量测数据的分析处理abcde21uuuum 1u2umuabcde7-4 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u=f(t), 那么u2的确定。据研究，存在如下经验式所以21uuuum )(01fu 33002650002. uu010 )(fuum7-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理7-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理7-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理7-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理7-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理7-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理7-4 量测数据的分析处理量测数据

21、的分析处理7-4 量测数据的分析处理量测数据的分析处理o概况概况o 十三陵抽水蓄能电站地下厂房埋深十三陵抽水蓄能电站地下厂房埋深200m+，设计规模为长，设计规模为长145m、宽、宽23m、高高46.6m，拱座部位开挖宽度为，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，产状为积韵律，呈巨厚层状，产状为NE40、SE40左右，总厚达左右，总厚达500m+，厂房选，厂房选在最厚的部位。在最厚的部位。o 厂房洞室布置在岩性单一的砾岩内，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，岩石强度中等

22、，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。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。小，对高边墙的稳定极为不利。7-5 工程实例工程实例 十三陵电站地下厂房十三陵电站地下厂房 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原则； 为了监测地下厂房

23、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。7-5 工程实例工程实例 十三陵电站地下厂房十三陵电站地下厂房7-5 工程实例工程实例 十三陵电站地下厂房十三陵电站地下厂房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锚杆锚杆应力计应力计7-5 工程实例工程实例 十三陵电站地下厂房十三陵电站地下厂房 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

24、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)。7-5 工程实例工程实例 十三陵电站地下厂房十三陵电

25、站地下厂房 7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 7-6 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、隧道大类：岩土介质和周围环境的监测、隧道(包括包括盾构盾构)结构的监测。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、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

26、项土体应力和孔隙水压力、构筑物沉陷和倾斜等项目。目。7-6 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。7-6 盾构法和顶管施工

27、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

28、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。7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (3) 土中应力和孔隙水压力土中应力和孔隙水压力 盾构掘进对盾构掘进对土体的挤压作用破坏了土体结构，便士中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，对土应力和超孔应力和孔隙水压力增大，对土应力和超孔隙水压力的量测，能了解盾构的施工性能，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，量对土层的扰动程度及预测固结沉降量，量

29、测数据反馈后，可及时调整施工参数，减测数据反馈后，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，测点埋设在隧测元件采取钻孔埋设方法，测点埋设在隧道外围。道外围。7-6 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 对盾构直接穿对盾构直接穿越和影响范围内的房屋、桥梁等构筑物必须越和影响范围内的房屋、桥梁等构筑物必须进行保护监测，监测内容主要是构筑物的沉进行保护监测，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降、倾斜和裂缝。沉降测点设在基础上或墙体上，在构筑物外

30、的地表上和构筑物底板上体上，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，也可在墙体上监测可采用经纬仪测量方法，也可在墙体上设置倾斜仪，连续监测墙体的倾斜。构筑物设置倾斜仪，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。9-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 2. 隧道(包括盾构)结构的监侧 隧道(包括盾构)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构件的轴力和弯矩; (2) 隧道收敛位移量测； (3) 预制管片凹凸接缝处法向应力

31、的量测。7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测7-6 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7-6 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7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测7-6 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，对于陷、水土压力

32、和地下水位等环境监测，对于埋深大于埋深大于3 3倍直径的顶管，一般不必进行环倍直径的顶管，一般不必进行环境监测。境监测。 顶管顶进过程中对管道可进行如下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管接触压力测试、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，为保证安全并积累经施工中采用了新工艺，为保证安全并积累经验时才作监测。验时才作监测。7-6 盾

33、构法和顶管施工监测盾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管法施工，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，其中自始发工作井至黄浦江边边250m为直线段，其余为主要顺沿黄浦江底的曲线段，平均为直线段，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埋深在黄浦江底以下7

34、.8m左右。两平行管道净距左右。两平行管道净距1.28m，均，均采用内径为采用内径为2200的钢筋混凝土预制管段，每节管道长的钢筋混凝土预制管段，每节管道长3m，管壁厚管壁厚240mm，沿纵向配制三级，沿纵向配制三级10钢筋，环向配制三级钢筋，环向配制三级12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40mm。 7-6 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) 保证两条管道顶进施工安全性； (2) 跟

35、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)。7-6 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 在顶管施工期间开展以下4方面的监测： (1) 管道内力测试 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传感器，用以推算管道弯矩和轴力。管道内力测试断面共8个第一管道5个，第二管道3个）。8个监测断面中，近工作井的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1个钢筋应力传感器，共设16个，两条管道合计128个。钢筋

36、应力传感器采用GJJ10系列钢弦式钢筋测力计。7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测 (2)1 接触压力测试 为取得管道实际承受的水土压力值，用土压力盒直接测试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TYJ系列钢弦式土压力计，量程为0.5MPa。接触压力量测设2个测试断面，位置分别为与距浦东工作井出洞口50m和125m的两个土压力测试断面对应，每个断面均在上下左右4个方位各埋设1个土压力盒。 7-6 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

37、管道顶进时管道结构的安全性，通过测试第性，通过测试第1和第和第2管道之间的水土压力的大小和分布，验管道之间的水土压力的大小和分布，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

38、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。7-6 盾构法和顶管施工监测盾构法和顶管施工监测7-6 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 为了在为了在第第2条管道顶进时测试第一条管道管段接条管道顶进时测试第一条管道管段接缝的张开情况，约每隔缝的张开情况，约每隔50 m设置设置1个管个管道接头相对位移监测断面，总数为道接头相对位移监测断面，总

39、数为15个，个，每个监测断面上均匀布设每个监测断面上均匀布设5个测点。在管个测点。在管道接头两侧用膨胀螺丝安装测标，用数显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。式测微计量测两侧测标间的相对位移。7-6 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 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1条管道约50m设一个收敛变形量测断面，共设15个断面。第2条管道设6个量测断面，位置与管道内力量测断面一致，两条管道共设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Geokon公司的1600型卷尺式伸长计测量。7-6 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。行埋设。 (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