隧道监控量测

1、隧道监控量测隧道监控量测北京交通大学隧道中心北京交通大学隧道中心刘保国教授刘保国教授2006年年2月月16日日1大变形预防与处理大变形预防与处理隧道监控量测隧道监控量测一一 监控量测目的监控量测目的二二 监控量测内容监控量测内容3 断面与测点布置断面与测点布置4 数据采集数据采集五五 资料分析与信息反馈资料分析与信息反馈六六 监测管理体系与保证措施监测管理体系与保证措施一一 监控量测目的监控量测目的 （1）通过围岩内部位移和弹性波的测试，了解）通过围岩内部位移和弹性波的测试，了解围岩松动破坏范围，对围岩稳定性做出评价；围岩松动破坏范围，对围岩稳定性做出评价； （2）通过围岩压力和支护结构内力测

2、定，了解）通过围岩压力和支护结构内力测定，了解支护结构的受力状况和应力分布，对原支护结构支护结构的受力状况和应力分布，对原支护结构形式、支护参数和支护时间做出评价；形式、支护参数和支护时间做出评价； （3）通过测定锚杆内力，了解锚杆的工作状态。）通过测定锚杆内力，了解锚杆的工作状态。 了达到以上的监控量测目的，量测工作需贯了达到以上的监控量测目的，量测工作需贯穿隧道施工的全过程。量测数据及其分析结果可穿隧道施工的全过程。量测数据及其分析结果可立即与事先预设计支护参数相比较，并对预设计立即与事先预设计支护参数相比较，并对预设计做出正确评价，如量测结果与原设计有较大出入，做出正确评价，如量测结果与

3、原设计有较大出入，有必要对支护作加强和减弱的修正，使隧道的设有必要对支护作加强和减弱的修正，使隧道的设计和施工纳入动态的科学管理中。计和施工纳入动态的科学管理中。二二 监控量测内容监控量测内容三三 断面与测点布置断面与测点布置3.1 断面设置断面设置必测项目：必测项目：每每10105050米设一个断面。米设一个断面。选测项目：选测项目：代表性地段设置断面，各选测代表性地段设置断面，各选测项目尽可能布置在同一个断面上。项目尽可能布置在同一个断面上。锚杆拉拔：锚杆拉拔：每每300300根作为一组，每组抽检根作为一组，每组抽检3 3根。根。3.2 测点布置与测试仪器测点布置与测试仪器（1 1）拱顶下

4、沉与水平收敛）拱顶下沉与水平收敛设计标高拱顶下沉测桩隧道中心线水平收敛测桩ACEO1O2O2（a） 全断面开挖时1.5m拱顶下沉测桩隧道中心线B水平收敛测桩AO2设计标高O1CO21.5m2.0mED（b） 上下台阶开挖时JSS30A20m型型收敛计（数显式）收敛计（数显式）精度：精度：0.01mm铟钢尺水准仪普通钢卷尺拱顶测桩（倒三角环）标准高程点图13 拱顶下沉测试示意图DSZ2型精密水准仪FS1平板测微器精度：0.01mm（2 2）锚杆内力）锚杆内力A、分离式隧道、分离式隧道1.5mO2O1O2234114 3 21 2 3 423411 2 3 4隧道中心线设计标高0.37m1.10m

5、1.83m2.56m分离式隧道测力锚杆布置断面14 3 22341234114 3 21 2 3 41 2 3 43214123O1O2设计标高设计标高O1O2初支二衬0.37m1.10m1.83m2.56m连拱隧道测力锚杆布置断面B、连拱式隧道、连拱式隧道（3 3）锚杆拉拔）锚杆拉拔锚杆初期支护油缸锚具油管压力指示器手柄ZY30最大拉拔最大拉拔力力300KN（4 4）地表下沉）地表下沉454510m525m1535m10m1035m5m5m不动点不动点测点地表下沉测点布置隧道中心线O1O2O2设计标高（5 5）其它选测）其它选测A、分离式隧道、分离式隧道设计标高O2O1O2隧道中心线1.5m

6、压力盒钢筋计应力计ABCDE设计标高O2O1设计标高O1O2初支二衬压力盒钢筋计应力计ABDDCBACB、连拱式隧道、连拱式隧道初期支护钢弦式压力传感器围岩压力传感器布置示意图XYJ40.2MPa 初喷与二衬之间接触压力传感器布置示意图二衬钢弦式压力传感器初期支护XYJ40.2MPa 钢拱架内力传感器布置示意图初期支护钢拱架钢弦式钢筋计XJG222 初期支护钢弦式应力计初衬内应力传感器布置示意图XJH220MPa 二衬初期支护二衬内应力传感器布置示意图钢弦式应力计XJH220MPa 四四 数据采集与数据处理数据采集与数据处理1 周边位移、拱顶下沉周边位移、拱顶下沉1111 nnnnnnnnLT

7、TDLDLu)()()( niiuu0拱顶下沉按以下公式进行预处理拱顶下沉按以下公式进行预处理)()(12110210 nnnnnHHHHHHH周边位移按以下公式进行预处理周边位移按以下公式进行预处理 niiHH0然后采用以下的负指数方程进行非线性回归，然后采用以下的负指数方程进行非线性回归，ktbeau 000 tktbeau以上回归采用以上回归采用Origin 6.0软件完成。软件完成。 根据以下的边值条件，可推断得出初测前的累根据以下的边值条件，可推断得出初测前的累计位移计位移u u0 0和时间趋向无穷时的最大位移和时间趋向无穷时的最大位移 umaxmaxmaxubeautkt 0 根据

8、上述公式可进一步得到根据上述公式可进一步得到t t= =T T（以天为单位）（以天为单位）时刻的位移速度时刻的位移速度v和之前的累积位移占最大推断位和之前的累积位移占最大推断位移的百分比移的百分比Iu Ttktbkev %/ )(max1000 ubeauITtktu2 锚杆内力、选测项目锚杆内力、选测项目 锚杆内力和选测项目均采用钢弦式传感器，原锚杆内力和选测项目均采用钢弦式传感器，原始实测数据为传感器钢弦震动频率，根据每个传感始实测数据为传感器钢弦震动频率，根据每个传感器出厂率定表，可按以下公式转换为力或应力器出厂率定表，可按以下公式转换为力或应力)(202ffKP K为率定系数，为率定系

9、数，f0为初频（为初频（Hz），），f为实测频率（为实测频率（Hz）四四 资料分析与反馈资料分析与反馈 隧道围岩周边位移是围岩动态的显著表现，是隧道围岩周边位移是围岩动态的显著表现，是判定围岩稳定性的最主要现场量测项目。根据我国判定围岩稳定性的最主要现场量测项目。根据我国现行公路隧道施工技术规范（现行公路隧道施工技术规范（JTJ04294）规定，）规定，隧道周边允许相对位移值如下表。隧道周边允许相对位移值如下表。 1 周边位移、拱顶下沉周边位移、拱顶下沉 二次衬砌的施作需满足：二次衬砌的施作需满足： （1）周边位移明显收敛，围岩基本稳定；）周边位移明显收敛，围岩基本稳定； （2）已发生的位移达

10、到预计总位移的）已发生的位移达到预计总位移的8090%； （3）周边位移速率小于）周边位移速率小于0.1 0.2mm/d，或拱顶下，或拱顶下沉速率小于沉速率小于0.07 0.15mm/d隧道周边允许相对位移值隧道周边允许相对位移值(%) 覆覆盖盖层层厚厚度度 围围岩岩类类别别 50m 50300m 300m 0.10.3 0.20.5 0.41.2 0.150.5 0.41.2 0.82.0 0.20.8 0.61.6 1.03.0 注注： 相相对对位位移移值值是是指指实实测测位位移移值值与与两两侧侧点点距距离离之之比比，或或拱拱顶顶下下沉沉与与隧隧道道宽宽度度比比； 脆脆性性围围岩岩取取表表

11、中中较较小小值值，塑塑性性围围岩岩取取表表中中较较大大值值； 类类围围岩岩可可按按工工程程类类比比初初步步选选定定允允许许值值范范围围； 本本表表所所列列数数值值可可在在施施工工过过程程中中通通过过实实测测和和资资料料积积累累作作适适当当修修正正。 2 锚杆轴力锚杆轴力 锚杆轴向力是检验锚杆效果与锚杆强度的依据，锚杆轴向力是检验锚杆效果与锚杆强度的依据，可根据锚杆极限抗拉强度与锚杆应力的比值可根据锚杆极限抗拉强度与锚杆应力的比值K（安（安全系数）做出判断。通常应保证全系数）做出判断。通常应保证K1。否则应。否则应增加增加锚杆数量或加粗锚杆直径锚杆数量或加粗锚杆直径。3 围岩压力围岩压力 围岩压

12、力大小与围岩变形及支护结构的刚度密切围岩压力大小与围岩变形及支护结构的刚度密切相关。分三种情况：相关。分三种情况： （1）围岩压力大变形量也大，此时应加强支护，）围岩压力大变形量也大，此时应加强支护，以限制围岩变形和控制围岩压力的增长；以限制围岩变形和控制围岩压力的增长； （3）围岩压力很小，但其变形量却很大时，则）围岩压力很小，但其变形量却很大时，则围岩将会失去稳定，此时应立即停止开挖，加强围围岩将会失去稳定，此时应立即停止开挖，加强围岩支护和采取辅助施工措施进行加固处理。岩支护和采取辅助施工措施进行加固处理。 （2）围岩压力大，但变形量并不很大，这表明）围岩压力大，但变形量并不很大，这表明

13、支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及刚度太大，这时应作适当修正支护设计参数。刚度太大，这时应作适当修正支护设计参数。4 喷层内应力喷层内应力 喷射混凝土层应力是指其切向应力。喷层应力喷射混凝土层应力是指其切向应力。喷层应力值与围岩压力值及位移量大小有密切关系。喷层应值与围岩压力值及位移量大小有密切关系。喷层应力大的原因是围岩压力和位移量大及支护力度小。力大的原因是围岩压力和位移量大及支护力度小。 若喷层应力太大，或出现明显裂损或剥落、起若喷层应力太大，或出现明显裂损或剥落、起鼓等现象，则应作处理，一般是适当增加初始喷层鼓等现象，则应作处理，一

14、般是适当增加初始喷层厚度。如果喷层厚度已较厚时，仍然出现明显裂损、厚度。如果喷层厚度已较厚时，仍然出现明显裂损、起鼓等，则应增强锚杆支护、改变封底时间、调整起鼓等，则应增强锚杆支护、改变封底时间、调整施工措施，选择二次支护衬砌的最佳时机等，并要施工措施，选择二次支护衬砌的最佳时机等，并要继续加强监控量测。继续加强监控量测。 5 浅埋隧道地表下沉浅埋隧道地表下沉 若量测结果表明地表下沉量较大，或出现增加的若量测结果表明地表下沉量较大，或出现增加的趋势，则应采取加强支护和调整施工措施，可考虑趋势，则应采取加强支护和调整施工措施，可考虑适当加喷混凝土、增设锚杆、加挂钢筋网、加钢支适当加喷混凝土、增设

15、锚杆、加挂钢筋网、加钢支撑、超前支护、或缩短开挖循环进尺、提前封闭仰撑、超前支护、或缩短开挖循环进尺、提前封闭仰拱、甚至预注浆加固围岩等。拱、甚至预注浆加固围岩等。 另外，在浅埋偏压地段隧道可能发生横向地表另外，在浅埋偏压地段隧道可能发生横向地表位移加下沉，处理较为复杂，应加强量测分析与治位移加下沉，处理较为复杂，应加强量测分析与治理浅埋偏压隧道工程的对策与量测的研究。理浅埋偏压隧道工程的对策与量测的研究。 51015202530350.00.51.01.52.0数数据据: : y yk k2 21 10 0+ +8 85 50 0公公式式: : u u= =2 2. .0 05 5- -7

16、7. .7 79 9e ex xp p( (- -3 3. .9 92 2t t) )水水平平位位移移( (m mm m) )时时 间间( (d d) )1 周边位移周边位移0510152025300.00.51.01.52.02.53.03.5数数据据: : Y YK K2 22 22 2+ +4 41 10 0公公式式: : u u= =3 3. .2 24 4- -4 4. .5 58 8e ex xp p( (- -4 4. .9 98 8t t) )拱拱 顶顶下下沉沉 ( (m mm m) )时时 间间 ( (d d) )2 拱顶下沉拱顶下沉各测点至11月30日累计沉降量9.2631.8717.015.495.84.9405101520253035H1H2H3H4H5H6测点（沿洞口横断面布置）沉降量(mm)3 地表下沉地表下沉4 锚杆内力锚杆内力设计标高18.0219.8012.32AO220.18B19.5520.7919.67EO1O219.3812.8619.9520.6819.8317.11隧道中心线CD19.1420.0020.0118.60AO2BEO1压力盒O2DC隧道中心线0.020.030.010.06-0.015 围岩压力围岩压力A-1.25O29