岩土工程安全监测与反分析课件

岩土工程安全监测池秀文

武汉理工大学资源与环境工程学院Email:Xwchi@mail.whut.edu.cn1/17/2024岩土工程安全监测主要内容:1、安全监测的重要性

2、安全监测原理与技术

3、监测数据分析方法

4、监测项目的选定及仪器的选型5、监测仪器布置6、大型地下洞室安全监测设计7、隧道安全监测设计8、水工隧道安全监测设计9、城市地铁的监测设计1/17/2024一、安全监测的重要性主要内容：1.1安全监测的概念1.2监测的目的1.3反分析1.4预测1.5预测与反分析1.6小结1/17/20241、安全监测的重要性为了在地质体中成功地设计和施工一个重要的地质工程，根据系统论观点，可把岩土体看做开放的、动态变化着的复杂巨系统。对于这种系统，按照综合集成方法(Mate—SyntheticEngineering)的思路进行处理，即采用理论分析、专家群体经验和监测信息反馈相结合的方法进行可变更设计和信息化施工。1/17/20241.1安全监测的概念监测是指在现场对原型进行的、以获取可以反映岩土工程在不同条件下所处的状态和发展趋势的有关信息的量测。1/17/20241.2监测的目的修改设计指导施工验证设计和计算方法作专题性研究运行监督

1/17/20241.3反分析

根据测到的信息，反估某些表征岩土体的力学特征的参数和地应力分量的所谓反分析法，是可变更设计和信息设计的一个重要组成部分，其结果通常也可直接用于设计。同时，还可从监测数据中提取更多的有用资料，例如据此可对有关力学参数和地应力分量等作出较好的估计。1/17/20241.4预测岩土体在条件改变时所处的状态、可能产生的位移、应力和破坏进行预测是十分重要的。作出的危险预测将引起人们的重视，可为修改设计、防治方案的制定和实施赢得宝贵时间，使工程化险为夷；反之，所做的稳定预测则有可能帮助工程师们下决心削减原设计的支护强度，为工程节约处理经费和缩短工期。1/17/20241.5预测与反分析预测与监测相反分析之间存在着重要关系。如果采用力学分析方法进行预测，其精度往往取决于所用参数的精度。这当然也可借助于反分析法来预先确定参数。但反分析法也离不开有关信息的取得。如果采用数理统计方法进行预测，则现场量取各种信息就更加重要了。1/17/20241.6小结总之，互相关联的安全监测、反分析和预测等三个方面，对于岩土工程设计和施工来说，不仅具有重要的理论意义，而且也具有不可低估的实用价值。1/17/2024二、安全监测原理与技术主要内容：2.1安全监测原则2.2安全监测技术1/17/20242.1安全监测原则监测系统方案必须根据工程要求、地质条件和监测技术条件等实际情况制定。具体问题具体分析是监测系统建立的总原则。1/17/2024

2.1安全监测原则1可靠性原则2多层次监测原则3优先监测关键部位的原则

4分期监测原则5方便实用原则1/17/2024

2.1安全监测原则6高效原则7无干扰和少干扰的原则8地质信息并重原则9经济合理原则1/17/20242.2安全监测技术建立一个有效的监测系统，必须选好观测物理量。在被监测物理量的选择上以位移为主并辅以其他监测项目。1/17/20242.2安全监测技术针对大型地下洞室监测、隧道安全监测、水工隧洞安全监测、城市地铁监测及工业与民用建筑的监测。在技术上主要分五类：收敛量测、钻孔伸长量测、倾斜量测、裂缝量测以及采用经纬仪和水准仪等光学仪器测试等。1/17/2024

三、安全监测分析方法

—反分析原理及其应用主要内容：3.1位移反分析中应注意几个问题3.2平面应变问题的弹性位移反分析3.3弹性条件下地质探洞的三维有限元图谱位移反分析(TBA法)3.4弹塑性条件下平面应变问题位移反分析3.5粘弹性问题的位移反分析3.6快速的图谱—位移反分析和图解法位移反分析3.7监测数据分析和工程预测研究1/17/20243.1位移反分析中应注意几个问题(1)利用已有的试验成果和规律，忽略次要因素，抓主要矛盾，以尽量压缩待分析参数。(2)正确选择描述岩土体的本构方程。1/17/20243.1位移反分析中应注意

几个问题(3)认真选择现场量测和分析的技术和方法，并尽量做到结果可靠、操作简便和价格便宜，以便取得足够多的数据，在统计上说明问题。(4)应特别注意解的惟一性。1/17/20243.2平面应变问题的弹性位移反分析单值反分析

典型双值反分析

多值反分析

1/17/20243.2平面应变问题的弹性

位移反分析

—单值反分析单值反分析的待分析参数只有一个，如岩体弹性模量E或水平地应力P。根据位移与互成反比这一规律可反演均质岩体的E值；利用位移与P之间关系则可反分析P值。1/17/20243.2平面应变问题的弹性

位移反分析

—典型双值反分析典型双值反分析是分析均质岩体弹模E和垂直洞轴的水平地应力P。先凭经验假定E＝E’和P＝P’，再根据水平向的和垂直向的计算位移和相应实测值之比调整P’，得P”、P，...，直至总体位移计算值相对于实测值的误差小于某指定值为止。1/17/20243.2平面应变问题的弹性

位移反分析

—多值反分析多值反分析这里仅介绍以地应力分量为对象的力法。弹性条件下，逐一考虑待分析的力对各测点位移分量的贡献，而实测位移则是各力对某点某分量的贡献之和。解据此得到的方程组即可得各力。力法也可用于非均质岩体。1/17/20243.3弹性条件下地质探洞的三维有限元图谱位移反分析(TBA法)

主要用于掌子面开挖位移反分析的三维反分析法，其原理与上述平面问题的相同。相比于平面的优点：首先，因掌子面岩体不易破坏，故与弹性假定更接近；其次，不需要预埋仪器(预埋钻孔昂贵)，降低了对量测系统的要求。1/17/20243.4弹塑性条件下平面应变问题位移反分析

0.6.18法

单纯形法

1/17/20243.5粘弹性问题的位移反分析

开挖符合马克斯威尔体、克尔文体和汤姆逊体的岩体中的圆洞进行位移反分析，并编制有关程序。

1/17/20243.6快速的图谱—位移反分析和图解法位移反分析图谱—位移反分析法

图解法位移反分析

图谱—位移反分析与图解法位移反分析的联用

1/17/20243.7监测数据分析和工程预测研究

力学分析法

数理统计分析法

经验判断法

1/17/2024四、监测项目的选定及仪器的选型主要内容：4.1监测项目的选定4.2监测仪器的选型1/17/20244.1监测项目的选定监测项目应根据不同工程阶段、地质条件、结构设计需要、工程的重要性、施工和支护方法以及经费的承受能力等选定。详见表4-1-1。1/17/2024表4—1—1边(滑)坡监测项目选定序号监测项目人工边坡天然滑坡施工期运行期前期整治期整治后1大地测量水平变形√√√√√2大地测量垂直变形√√√√3正垂倒垂线

√

4表面倾斜√√5地表裂缝√√√√6钻孔深部位移√√√√7爆破影响监测√√8渗流渗压监测√√√√9雨量监测√√√√10水位监测√√√√11松动范围监测√12加固效果监测√√√√13巡视检查√√√√√1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器选型的原则1、可靠、实用。2、具有工程所要求的精度、量程、直线性和重复性。3、施工期安全监测仪器应力求结构、安装和操作简单，价格较便宜。1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器选型的原则4、兼顾自动化监测的需要。5、仪器类型宜尽量单一。6、综合比较，尽量做到功能强、成本低。1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型

A、变形监测仪器

B、爆破影响监测仪器

C、渗流渗压监测

D、雨量监测

E、江水位监测

F、松动范围检测1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型A、变形监测仪器

(1)大地测量法监测边坡水平变形用仪器，通常有进行边长测量的精密测距仪，进行角度测量的经纬仪。

(2)大地测量法监测边坡垂直变形用仪器，通常有进行水准测量的精密水准仪。

1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型(3)正垂线和倒垂线监测。正垂线和倒垂线监测的仪器采用垂线坐标仪。(4)表面倾斜监测。表面倾斜监测可采用表面倾斜仪，即倾角计。(5)地表裂缝监测。对于边坡(马道、坡面)上出现的裂缝、断层等，需要监测时可采用测缝计、收敛计等仪器。

1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型(6)钻孔深部位移监测。常用的钻孔深部位移监测有：水平位移监测：常采用钻孔测斜仪。钻孔轴向位移测量：多采用钻孔多点位移计。1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型B、爆破影响监测仪器爆破影响监测一般包括质点运动参数监测和质点动力参数监测，前者常以质点振动速度监测为主，加速度监测为辅。后者一般进行动应变测量。有关仪器见表4-2-1。1/17/2024表4-2-1爆破影响监测仪器仪器名称型号(参考)备注速度传感器如DZJ5-70型、65型、哈林型埋设或放置表面加速度传感器如YD—1型埋设用应变传感器声波换能器如柱状换能器、一发二收换能器记忆示波器如DSS5040前置放大器如GZ—2型瞬态记录仪如DL2808型记录仪如YBJ系列爆破自记仪长江科学院研制超动态应变仪如YCD—1型电火花发生仪如DHH—1型声波仪如SYC—I、SYC—Ⅱ型1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型C、渗流渗压监测渗压观测一般用渗压计测量。渗压计量程一般为0～3MPa不等；应根据工程的水文地质实际情况选定。渗流监测，一般采用量水堰，根据具体情况选用以下类型：三角堰：适用于渗流量1—70Us；梯形堰：适用于渗流量10—300L／s；矩形堰：适用于渗流量大于50L／s。1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型D、雨量监测雨量监测可采用雨量计或采用附近水文站的实测资料。E、江水位监测江水位监测可采用水位计自测，或向附近水文站索取所需资料。1/17/20244.2监测仪器的选型

—仪器的选型F、松动范围检测松动范围一般采用声波仪配换能器检测。目前较普遍采用的有SYC—Ⅱ型岩石声波参数测定仪，可与相匹配的30kHz的增压式换能器配合使用。1/17/2024五、监测仪器布置主要内容：5.1监测断面的选择5.2监测点的布置1/17/20245.1监测断面的选择

1、边(滑)坡、特别是边坡，常按断面(或剖面)布置；2、当监测断面需布置多个时，断面宜有主要断面和次要断面之分；1/17/20245.1监测断面的选择3、重要断面布置的监测项目和仪器应比次要的多，自动化程度比次要断面高，且同一监测项目宜平行布置；4、按断面布置的监测，以监控边(滑)坡的整体稳定性为主，兼顾局部的稳定性。1/17/20245.2监测点的布置

—大地测量变形监测的布置

A、原则1、监测网点应设在稳定的地区，远离滑坡体。2、监测网点的数量在满足控制整个滑坡范围的条件下不宜过多；图形强度应尽可能高，确保监测网点坐标误差不超过±2—±3mm。1/17/20245.2监测点的布置

—大地测量变形监测的布置3、滑坡体上监测点的布置应突出重点、兼顾全面，尽可能在滑坡前后缘、裂缝和地质分界线等处设点；4、监测点应布置在稳定的基础上；5、监测垂直位移的水准点应布置在滑坡体以外，并必须与监测网点的高程系统统一。1/17/2024

5.2监测点的布置

—大地测量变形监测的布置B、变形监测网的布置为满足监测网点的三维坐标中误差不超过±2—±3mm，可以选择两种方案：1/17/2024六、大型地下洞室

安全监测设计主要内容：6.1监测设计所需资料6.2监测项目选定与仪器选型6.3监测布置6.4监测设计技术要求1/17/20246.1监测设计所需资料

大型地下洞室监测设计所需的基本资料如表6—1—1，在搜集资料时，应针对工程规模、不同设计阶段以及关键问题等选用表中的资料。1/17/2024表6—1—1大型地下洞室监测设计所需基本资料项目资料内容地质资料1．地质报告(含纵、横剖面图、钻孔柱状图及平洞展示图)；2．结构面的统计资料，节理裂隙玫瑰图；3．围岩分类，软弱结构面性状；4．地震烈度；5．地下水分布；6．洞室稳定性评价试验资料1.岩块及围岩力学试验参数；2．软弱结构面力学参数；3．模型试验研究报告建筑物设计资料1.地下洞室布置图(包括各种平面、纵削面、横剖面等)；2．地下洞室围岩稳定分析计算与评价支护设计，开挖方法及施工程序等资料；3．各种数值计算资料(包括地应力场分析、渗流场有限元、边界元等计算成果)水文气象及其他资料降雨量、气温等水位1/17/20246.2监测项目选定与仪器型

—项目选择原则

监测可选择的项目如表6—2—1所示。监测项目的选择，应以工程条件确定之后所进行的工程性状预测为基础，同时考虑下述原则。

1、根据监测目的分别选定重点项目。1/17/20246.2监测项目选定与仪器型

—项目选择原则2、根据工程阶段分别选定。3、根据工程的规模、等级(重要性)、经费的承受能力等因素综合确定。4、根据覆盖层的厚度、岩性及断裂构造，岩体变形、破坏机制，从而应采取的支护方式来选取监测项目。1/17/2024表6-2-1观测项目一览表

分类项目观测内容观测仪器观测资料的用途围岩变形

收敛变形观测洞壁面之间距变化、变形速率收敛计、位移计、滑动式测微汁洞壁围岩稳定性，支护构件效果，根据变形速度推断以后变形量和混凝土衬砌浇注情况顶拱下沉精密水准仪，收敛计、多点位移计顶拱岩体和围岩稳定底板隆起精密水准仪、收敛计多点位移计仰拱岩石锚杆加固和仰拱混凝上浇注的必要性，推测锚固最佳时间围岩内部变形观测洞壁到围岩内部某点的相对变形观测多点位移计、滑动式测微计洞壁围岩松动区，合理确定岩石锚杆长度和岩体内变形分布及范围由地表或洞外到岩体内某点的水平和垂直变形观测多点位移计、测斜仪、滑动测微计开挖前岩体状态，隧洞前面岩体稳定性、围岩内部变形分布岩体滑移观测地表位移、倾斜位移位移计、测缝计、倾角计预测滑坡产生岩体深部水平及垂直位移多点位移计、测斜仪滑动面位置、滑动方向岩体转动观测角位移、倾斜倾角计岩体角位移和倾斜变化围岩松动范围观测声波、地震波速度、振幅量测声波仪、地震波仪确定爆破、卸荷围岩松动范围设计锚杆、支护等地表及其建筑地表下沉、隆起观测水准仪、沉降计隧洞开挖影响范围、隧洞上部岩体稳定性物状态观测建筑物下沉、隆起倾斜观测水准仪、沉降测斜计建筑物的影响范围及安全性1/17/2024分类项目观测内容观测仪器观测资料的用途岩体应力地下水压力围岩应力观测开挖引起围岩内部应力的变化液压应力计、应变计切向应力增加、径向应力减少、岩体强度降低情况裂隙水压力观测岩体中裂隙水压力状态裂隙水压力计涌水、围岩地下水位变化、裂隙水压变化、承压水变化、预测岩体稳定性作用于支护结构和围岩上的荷载(岩石)锚杆(索)轴向力观测岩石锚杆(索)轴向力的分布、大小锚杆应力计、测力计岩石锚杆长度、根数、位置、锚固法及可靠性锚固荷载圆盘式压力传感器、中心孔式测力计岩石锚杆根数及可靠性，推断破坏时间混凝土应力观测喷混凝土应力混凝土应变计、混凝土应力计喷混凝土厚度、施工可靠性、断面封闭效果衬砌混凝土应力、钢筋应力混凝土应力计、钢筋计、混凝土应变计

早期浇注混凝土约束效果、结构变化状态、衬砌混凝土稳定性支护应力观测支护应力、构件应力应变计、压力计支护钢结构尺寸及可靠性、喷混凝土承担荷载围岩压力观测作用于衬砌上的围岩压力土压力计、混凝土应力计、液压应力计喷混凝土厚度、施工可靠性、断面封闭、混凝土衬砌产生的约束效果渗流观测作用围岩的渗流压力和衬砌上的外水压力渗压计地下水引起荷载的增加(根据隧洞旁进行裂隙水压观测推断)1/17/2024分类项目观测内容观测仪器观测资料的用途围岩及结构接缝裂缝接缝裂缝开合度观测围岩与结构接触缝及围岩结构裂缝的开合度、错动测缝计、裂缝计接缝、裂缝开合度及错动变化围岩及支护温度温度观测围岩内部温度、支护结构温度、气温温度计计算温度对监测成果的影响爆破影响振动效应观测质点振动速度、加速度、动应变速度计、加速度计、动应变仪控制爆破质量，改进爆破工艺地下水地下水位观测地下水位变化

渗压计、测压管、量水堰了解地下水压力水头现场观察人工巡查掌子面地质调查施工进度纪录地质锤、罗盘、卡尺等简易工具确定围岩分类，评价洞室稳定性1/17/20246.2监测项目选定与仪器选型

—仪器选型

1、根据确定的监测项目选择相应的仪器(详见表6—2—2)，仪器数量宜少而精；

2、监测仪器的精度和量程应满足具体工程的要求，此要求应根据岩性、计算值或模型试验值等进行的预测的最大和最小值确定仪器的精度和量程；1/17/20246.2监测项目选定与仪器选型

—仪器选型

3、仪器应准确可靠，坚固耐用，能适应潮湿甚至涌水、爆破振动和粉尘等恶劣环境下工作；4、仪器轻便，布置简单，埋设安装快捷，操作读数方便，占用掌子面时间短，对施工干扰少。1/17/20246.3监测布置

—监测断面的选择1、监测断面应按工程的需求、地质条件以及施工条件选择具有代表性的断面；2、监测断面布置要合理，注意时空关系。采取表面与深部结合、重点与一般结合、局部与整体结合；1/17/20246.3监测布置

—监测断面的选择3、在断面的选择上应注意埋深、岩体结构特性、围岩性态、结构物尺寸及形状、预计的变形及应力以及施工方法、施工程序等;4、断面可分为主要监测断面和辅助监测断面;1/17/20246.3监测布置

—监测断面的选择5、城区地下施工，需要预测地基变化和爆破震动对邻近建筑物的影响，注意研究开挖中的深层滑移和地层失稳，以及支护的设置；6、在观测断面上，应根据围岩性态变化的分布规律、结构物的尺寸与形状以及预测的变形和应力等物理量分布特征布置测点。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置A、收敛测线(点)的布置收敛观测一般在施工开挖过程中采用。一般收敛测线(点)各种布置如图6—3—1。为了配合多点位移计观测，测点可布置在多点位移计孔口附近，同时可以利用收敛计贴近开挖面提前观测的条件，校核多点位移计孔口的位移释放量。

1/17/2024图6—3—1收敛测线(点)布置图1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置B、多点位移计测孔(点)的布置多点位移计用于观测岩体内深部两点之间沿孔轴方向的相对位移。1/17/2024图6—3—2多点位移计的布置图1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置C、钻孔测斜仪测孔的布置测斜仪布置，应根据围岩应力分布状态和岩体结构，重点布置在位移最大、对工程施工及运行安全影响最大的部位。同时兼顾其他比较典型或有代表性的部位。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置D、滑动测微计布置滑动测微计是观测岩体内部沿孔轴方向两点间相对位移的一种多点位移计，不同的只是可以每相隔1m一个测点。其布置方式可与多点位移计相同，测孔方向不限。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置E、锚杆应力计测孔(点)的布置1）用于观测轴向力的锚杆，既要起支护作用，又要有监测随岩体变形锚杆内产生的应力的功能，为保证观测的真实性，观测锚杆的材质、截面面积都应与实际的相同。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置2）锚杆应力计的测孔(点)的布置与多点位移计类似，除特殊要求外，一般与加固锚杆一致。布置方式有：按断面布置，按需要或在变形最大的部位随机布置，布置数量一般不作硬性规定。1/17/2024图6—3—3天荒坪电站厂房锚杆应力计布置

1一L1=710；2一L2=510；3一电缆引入终端箱刀B1；4一电缆引入终端箱B2；

5一电缆引人终端箱B3；6——电缆引入终端箱B4，衬砌与围岩界面处。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置F、应变计和钢筋计布置应变计和钢筋计主要用于支护结构、岩壁梁等结构物的应力、应变观测。有时也用来观测围岩的应力、应变。围岩内的应变计一般呈径向和切向布置。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置G、压力(应力)计布置压力(应力)计一般布置在围岩与支护结构的接触界面上，拱部的压力计布置一般与应变计相同。围岩内部和结构内部的压力计应根据压力分布和方向布置。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置H、渗流观测布置在水文地质具有代表性或预计渗压最大的地方布置渗流观测仪器。渗流情况不明确时，在观测断面内拱顶、拱座和边墙的围岩内布置仪器。观测外水压力时，渗压计布置在围岩界面处。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置

I、精密水准测量为观测大型地下洞室的顶拱下沉、仰拱上抬(隆起)、覆盖层薄的地表或房屋建筑物的沉陷及洞室顶拱下沉，常采用精密水准测量。为了量测上述垂直位移，测点应分水准基点、起测基点及位移标点三级。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置J、围岩松动范围观测布置围岩松动范围观测是指测定由于爆破的动力作用、洞室开挖岩体应力释放引起的岩体扩容二者共同作用下导致的围岩表层岩体的松动厚度。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置监测成果可以作为锚杆及其他支护设计和围岩稳定分析的依据。通常采用声波法(用声波仪观测)和地震波法(用地震波仪观测)。开挖前后都要观测，以便对比分析，确定松动范围。1/17/2024图6—3—4围岩松动范围监测孔布置图

(根据北京十三陵蓄能电站厂房观测)1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置K、爆破影响监测布置爆破影响监测，指介质质点速度、加速度和动应变监测。以质点速度监测最常用。监测内容上包括监测爆破对开挖洞本身围岩、衬砌支护的影响和对相邻洞室围岩、衬砌支护的影响。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置L、巡视调查施工期巡视调查应紧跟掌子面的推进及时进行，主要察看围岩的岩性、结构的产状及充填物、地下水活动等及它们的变化。调查的目的一是确定围岩分类，二是预测围岩的稳定和安全。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置运行期巡视调查，主要察看洞壁裂缝的出现和变化、地下水渗出的情况。调查的目的主要是预测洞室的稳定和安全。1/17/20246.3监测布置

—监测孔(点)的布置

M、电缆引线仪器电缆沿顶拱衬砌或喷层敷设，或沿吊车梁走线。如果是岩壁梁，可在梁上布置临时观测站。所有电缆集中到观测室或中控室。电缆应注意保护，避免施工损坏。1/17/20246.4监测设计技术要求

1、监测设计应包括工程设计的内容，设计工作大纲，仪器选型、监测布置及其设说明、技术要求，概预算以及承包合同等。2、监测仪器要求可靠、耐久、易安装和检修；有足够的灵敏度，准确度和重复性；价格低廉，操作方便。1/17/20246.4监测设计技术要求3、仪器在埋设之前，要进行检验和率定，达到合格；在安装埋设之前，必须按设计图进行放线，并进行地质编录、绘制素描图及详细记录，必要时可进行简易测试；用钻孔电视或模拟测试，检查和记录钻孔情况，以利于监测成果的分析。仪器埋设时，要注意传感器位置准确无误，出线要方便并注意仪器及电缆的保护。1/17/20246.4监测设计技术要求4、仪器安装检测无误后，要经过(监理工程师)验收。验收前要观测读数，建立初始值或称基准值、记录温度、湿度。经验收确认无误后，即可使用。1/17/20246.4监测设计技术要求5、观测应按规程规范或技术标准执行。观测时间一般初期密，每天观测1-2次后期稀，一周或一个月观测一次。测值变化大并呈发展趋势时，测次应加密，反之减少。在施工期还应结合开挖、支护等程序进行前后观测，出现异常，要及时反复测读，分析其原因，并做好记录。1/17/20246.4监测设计技术要求6、资料整理要及时，发现数据错误应及时改正或补测。对原始数据要去伪存真计算、分析，并绘制观测量与时间、深度曲线。1/17/20246.4监测设计技术要求7、及时将监测得到的信息进行反馈，以修正设计、指导施工、确保地下洞室围岩稳定和安全；反馈的内容包括下列几方面：1)要求预报围岩失稳的警报。2)根据监测资料修正原设计和调整支护及整个施工方案。1/17/20246.4监测设计技术要求3)利用量测的信息，反馈力学参数、模型，进一步优化设计。4)对围岩稳定性和支护作出正确的定量评价，验证理论计算及模型试验结果。1/17/20246.4监测设计技术要求8、报告编写。一般包括下列内容：①工作概况及任务；②监测设计；③仪器埋设与观测方法；④成果整理与分析；⑤结论及存在问题解决的途径。1/17/2024七、隧道安全监测设计主要内容：7.1监测设计所需资料7.2监测项目选定与仪器选型7.3隧道的监测布置7.4监测设计技术要求1/17/20247、隧道安全监测设计隧道这个词用于表示不过水的地下通道，如铁路隧道、公路隧道、过江隧道、海底隧道以及其他用于交通、架设电缆等的通道。1/17/2024

7.1监测设计所需资料序号项目名称资料来源1隧道工程地质、水文地质资料及平面、纵、横剖面图和围岩分类测绘2围岩(土)力学参数试验3隧道设计的规模、使用年限、尺寸、几何形状、支护、开挖程序等设计或委托单位4隧道及支护设计，模型试验设计或科研、委托单位5勘探、试验、气象、地震、调查测绘原始资料设计或科研、委托单位1/17/20247.2监测项目选定与仪器选型隧道的监测项目选定与仪器选型一般可参照大型地下洞室的相应部分。此外应考隧道本身的如下特点：(1)隧道横断面尺寸相对较小，相应的物理量变化情况也有所差别。(2)隧道的长度一般较长，沿线地质条件的差别可能较大。因此，监测工作量大，监测断面要多。施工期可以广泛采取收敛观测等安装简易、快速的项目进行监测。1/17/20247.2监测项目选定与仪器选型工作阶段项目仪器设备必需的一般的Ⅰ前期原位量测收敛声波收敛计精密水准声波仪Ⅱ施工期安全监控人工巡视、收敛、沉降、围岩中位移、裂缝宽度、声波、锚索荷载、锚杆轴力、支护应力应变、爆破监测质点速度、加速度、渗压、渗流、温度简单手段、收敛计、精密水准、多点位移计、裂缝计、声波仪测力计、锚杆应力计、应力计、应变计、速度计、加速度计、渗压计、量水堰、温度计Ⅲ运行期安全观测变形(位移)、应力、荷载、支护应力应变渗压渗流温度多点位移计、应力计、液压应力计、压力盒、应力计、应变计、渗压计、量水堰、温度计1/17/2024

7.3隧道的监测布置

—监测断面的选择监测断面的一般选择原则参照大型地下洞室的相应部分。此外，还应考虑隧道本身的特点。1、监测断面应根据工程需要、地质条件以及施工的可能选择具有代表性的部位。1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测断面的选择2、主断面应布置在横跨、重叠、平行、交叉的隧道以及邻近地面有建筑物等情况较复杂的地段，辅助断面应在施工过程中随机布置，一般每50m布置1—2个。1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测断面的选择3、主断面可以布置收敛计、多点位移计等多种仪器，进行系统观测，解决关键性问题；在有支护的地方可布置锚杆应力计、应变计；利用锚杆孔进行围岩松动范围监测等。辅助断面以收敛观测为主。1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置A、收敛测线(点)的布置用收敛计观测隧道断面围岩变形，有多种测线(点)的布置形式。一般有2点1线式、3点3线式、5点6线式，如图7-3-1；层状围岩可按图7-3-2所示的形式布置。1/17/2024图7-3-1隧道收敛线布置示意图1/17/2024图7-3-2成层岩层中收敛线的布置

(a)水平地层中收敛计测点布置；(b)倾斜构造的收敛计测点布置1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置B、多点位移计测孔(点)的布置浅埋隧道或旁边有排水洞、勘探洞可布置预埋方式及一般采取在洞内向岩体钻孔现埋方式。布置在隧道底板向下钻孔埋设的多点位移计，应避免施工运输、行人来往的干扰。1/17/2024其他布置上的考虑可参看大型地下洞室相应部分。隧道布置多点位移计的各种型式如图7-3-3。图7-3-3不同岩性中的隧道监测布置图1/17/2024图7-3-3不同岩性中的隧道监测布置图(a)硬岩隧洞；(b)膨胀岩隧洞；(c)土砂软岩隧洞1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置C、滑动测微计和钻孔测斜仪测孔的布置滑动测微计和钻孔倾斜仪布置如图7-3-4所示。在隧道施工和运行过程中，为了监测地表沉降和侧向位移，—般在关键断面上布置测微计和钻孔测斜仪。测孔布置在隧道两侧，测孔深度应超过1倍洞直径，侧向距隧道内表面1-2m。1/17/2024图7-3-4新奥法施工监测断面布置图1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置D、沉降测点布置(1)采用精密水准测量浅层隧道开挖引起的地表下沉或隆起，测点布置如下：水准基点：为不动点，应布置在工程影响区之外，但不宜过远，以免影响测量精度；过近会受到施工影响，失去基点的功能。一般应根据地质条件、观测误差、工程影响等综合考虑。起测点：可考虑设置在隧道观测段的两侧。1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置沉降标点：一般布置在隧道拱顶及其断面两侧的地面上，可对称，也可不对称，视地形及需要而定。(2)观测浅层地基沉降，可采用单点、多点位移计或滑动测微计观测。但要与测量标点配合，表头上设置标点，使其形成整体。(3)测洞内拱顶沉降和底板隆起，均可布置测量标点。1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置E、压力(应力)计观测布置隧道压力(应力)观测多采用液压应力计。(1)界面接触压力观测。一般采用单个应力计，沿洞室表面布置，一个断面3、5个应力计，观测围岩径向压力的分布。由于隧道常处于偏压状态，应力计宜对称布置。反拱观测时，一般布置3个应力计。1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置(2)围岩表层切向和轴向应力观测。应沿切向、轴向成组布置。一般分布在拱顶、拱腰、拱座，每个断面3-5组。(3)混凝土衬砌内切向和轴向应力观测。同样成组布置。1/17/20247.3隧道的监测布置

—监测孔(点)的布置F、其他观测布置隧道观测的其他仪器布置可参考大型地下洞室的观测布置方式，同时应注意考虑其本身特点。锚杆应力计、应变计、钢筋计、渗压计、测缝计、围岩松动范围观测1/17/20247.4监测设计技术要求与大型洞室相比，隧道长但断面小。根据隧道的特点，隧道监测设计上应考虑以下要求。(1)布置的监测断面要比大型洞室多一些，以覆盖隧道沿线的不同代表性的地段。(2)由于隧道断面(高和跨度)比大型洞室小，可以广泛使用收敛测线进行监测，并节约费用。其他技术要求可参照大型洞室有关部分。1/17/2024八、水工隧洞安全监测设计主要内容：8.1水工隧洞监测设计所需的基本资料8.2水工隧洞监测设计原则8.3监测项目的选择与仪器选型8.4水工隧洞的监测布置8.5监测技术要求1/17/20248.1水工隧洞监测设计

所需的基本资料水工隧洞监测设计所需的基本资料见隧道监测所需的资料。此外，还应增加水力学和金属结构(如闸门)等方面的水工设计资料和模型试验资料。1/17/20248.2水工隧洞监测设计原则水工隧洞不同于交通隧道，它不仅要研究围岩的稳定性，而且还要探讨围岩的承载能力、研究围岩、衬砌分担内水压的问题。因此，在监测设计中，除了考虑交通隧道与大型地下洞室等挖空结构的一些原则和要求外，还应针对水工隧洞的特点、承载内水压的工况进行监测设计。1/17/20248.2水工隧洞监测设计原则(1)监测设计应贯穿整个工程，从前期勘测设计阶段到后期的电站运行阶段，都要进行系统地、全方位地考虑；(2)水工隧洞安全监测的重点，应包括隧洞开挖时围岩稳定性安全监测，运行期整体结构承载能力的安全监测，以及内水外渗引起的边坡失稳，建筑物倒塌等环境的监测；1/17/20248.2水工隧洞监测设计原则(3)监测断面按平面问题考虑，可以选择具有代表性的断面，分主断面和辅助断面，以资比较验证；(4)监测仪器按一般要求还应着重选择抗水能力强，防潮性能高的仪器和电缆等，以保证仪器在高水压下正常工作。1/17/20248.3监测项目的选择与仪器选型

—项目选择根据水工隧洞的实际工作状态，确定监测的项目。应区分是否衬砌、喷锚结构、素混凝上衬砌、钢筋混凝土衬砌、钢管衬砌、隧洞及闸门等，各自的工作特点和功能，选择监测项目。选择项目时，一般可参照大型地下洞室的监测项目表6-1-2。此外，还应根据水工隧洞特点增加一些项目。1/17/20248.3监测项目的选择与仪器型

—项目选择1、对于水工隧洞来说，径向变形、环向应变、缝隙监测是重要的、必要的项目，是获取隧洞安全可靠和联合受力状态的关键性资料。2、对于不衬砌的引水隧洞，除进行应力应变监测外，对于梯度大、岩石条件差的压力隧洞，要进行水的渗漏量和内水压力监测。1/17/20248.3监测项目的选择与仪器型

—项目选择3、对于引水发电的隧道，应进行高速水流、气蚀监测。4、对于引水发电的隧道，应进行金属结构诸如闸门等振动监测。1/17/20248.3监测项目的选择与仪器型

—仪器选型

选择监测仪器时，一般要求：①仪器能承受一定的内水压力；②仪器防潮性能要求严格；③能满足长期观测的要求。1/17/20248.4水工隧洞的监测

－监测断面的选择

1、监测断面应选择地质条件、结构形式、受力状态等具有代表性或关键部位，一般—个主观测断面，在其附近设辅助观测断面1—2个。2、主断面应布置多种仪器手段，进行多项的监测，以便在同一条件下进行分析比较，提高监测成果的可靠性。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测断面的选择3、监珊断面应该举计阶段和监测的内容不同分别选取，对于前期原位模型试洞的监测，即模拟性试验，监狈何采用多种仪器手段，项目尽可能地全，研究内容尽可能地深。对于施工期监测，应充分利用永久观测断面和设备；结合运行期监测，布置一些临时性随机观测断面。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测断面的选择4、由于岩体的不均匀性和不连续性，为使监测覆盖一定的面，具有一定的代表性，监测断面要布置较多，能控制各种不同的地段。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测孔(点)的布置隧洞围岩的应力应变及变形等监测孔(点)的布置，除可参考大型洞室、隧道的监测布置要求外，针对水工隧洞的工作特点，考虑围岩和衬砌结构在内水压力作用下的工作状态。还需考虑下列几方面的布置。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测孔(点)的布置A、隧洞充水试验径向变形观测的布置围岩及衬砌的径向变形，一般均应通过隧洞中心布置4支元件和测杆及相应的基脚8个；测半径向时，需要8支元件和8根测杆及8个基脚，并设立中心及其支架一套，以支承半径向测表系统。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测孔(点)的布置B、隧洞围岩深部变形的监测隧洞围岩深部变形一般采用多点位移计监测，施工期布置一般原则参见大型地下洞室及隧道的相应部分。运行期监测布置还应考虑内水压力作用，一般需要环向对称布置。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测孔(点)的布置C、隧洞衬砌的应变计布置为了监测施工期和运行期混凝土衬砌的应力分布，一般采用标距不宜小于10cm的应变计，在隧洞衬砌的切向和轴向布置一组应变丛，并设温度计，以了解衬砌的应变变化，从而计算应力。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测孔(点)的布置D、隧洞衬砌与围岩接触缝的监测布置隧洞接触缝的胎测，包括地下高压钢管的钢管与混凝土衬砌之间的缝隙和混凝应土衬砌与围岩之间的缝隙。一般在断面上钢管与混凝土及混凝土与岩体之间各布置4支测缝计，布置形式可采用对称或非对称式。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测孔(点)的布置E、隧洞水压力监测水压力监测，包括洞内、洞外水压力及渗透压力监测；隧洞内水压力的监测，用水压计或水位观测管，一般测量最大内水压力，其位置设在最大压力附近；隧洞外水压力监测的布置，应根据洞线工程地质及水文地质情况，布置水位观测孔。1/17/20248.4水工隧洞的监测布置

－监测孔(点)的布置F、管道温度监测布置地下管道的温度监测，应包括洞(气、水)温，管壁温度，混凝土温度和围岩温度；温度计的布置应与管道其他观测仪器相配合；各种隧洞的监测布置实例给出如图8-4-1，这些隧洞全系小浪底电站所建。1/17/2024图8-4-1导流/孔板洞、明流孔监测布置典型断面图1/17/20248.5监测技术要求水工隧洞监测的技术要求，除应考虑挖空结构围岩应力、应变等项观测的技术要求外，还应遵循下列特殊要求。1/17/20248.5监测技术要求1、由于水工隧洞是过水结构，因此，监测工作至少应考虑在隧洞工作水头作用下，仪器没备及电缆等的长期稳定性和可靠性。保证不受潮，不渗水：在埋设前，一定要进行严格的水下率定，不合格的仪表，决不能埋设。1/17/20248.5监测技术要求2、施工期和运行期的观测应一并考虑，统一规划，系统地连续观测。埋设仪器时要全盘考虑。观测时间、观测频率及观测标准，应根据工况和要求决定，如隧洞的开挖期间、充水期间及运行期，均应根据水隧洞的工况引起的围岩性态变化分别确定。1/17/20248.5监测技术要求3、无论是单项专题监测