《变形监测技术》 课件 第10章 隧道变形监测

主要内容ZhuYaoNeiRong隧道监测目的与任务隧道监测内容与方法监测项目的实施与其原理隧道监测方案设计监测数据整理与分析第10章隧道变形监测10.1隧道监测目的与任务监控量测是信息化设计与施工的重要内容，是新奥法（少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭）构筑隧道中十分重要的部分。通过施工现场的监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计提供依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。10.1.1隧道监测的目的（1）确保安全：通过监控量测，掌握围岩和支护的应力状态，进行动态管理，根据量测信息，科学施工。（2）指导施工：量测数据经过分析处理，预测和确认隧道围岩最终稳定时间，指导施工顺序和确定二次衬砌的施作时间。（3）修正设计：根据隧道开挖后所获得的量测信息，进行综合分析，检验和修正施工预设计。（4）积累资料：已有工程的量测结果可以间接地应用到其它类似工程中，作为设计和施工的参考资料。10.1隧道监测目的与任务10.1.2隧道监测的任务（1）通过对围岩与支护的观察和动态量测，以达到合理安排隧道施工程序、日常施工管理、确保施工安全、修改设计参数和积累资料。（2）通过对围岩与支护的应变、应力量测、掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈、修改支护系统设计，指导施工作业和管理。（3）经量测数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道围岩及支护衬砌结构的稳定。（4）对已有隧道工程的量测结果可以分析和应用到其它类似的工程中，作为指导复合式衬砌设计和施工的重要依据。复合式衬砌的设计，通常以工程类比法为主，并以现场监控量测进行工程实际检验和修正。监控的过程可分为现场量测-数据处理-信息反馈。10.1隧道监测目的与任务

隧道的现场监控量测根据围岩条件、隧道工程规模、支护类型和施工方法来选择监测项目。现场监控量测项目分为必测项目和选测项目两大类。10.2隧道监测内容与方法序号项目名称方法及工具

布置量测间隔时间1~15d16d~1m1m~3m>3m1洞内、外观察现场观测、地质罗盘等开挖及初期支护后进行每次爆破后进行2周边位移收敛仪每5~50m一个断面，每断面2~3个对测点1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等每5~50m一个断面1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m4地表下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等洞口段、浅埋段（h≤2b）开挖面距量测断面前后<2b，1~2次/d；开挖面距量测断面前后<5b，1次/2~3d；开挖面距量测断面前后>5b，1次/3~7d；隧道现场监控量测必测项目隧道现场监控量测选测项目序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间1~15d16d~1m1m~3m>3m1钢架内力及外力支柱压力计或测力计每代表性地段1～2个断面，每断面钢支撑内力3～7个测点，或外力1对测力计1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m2围岩体内位移(洞内设点)洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢丝式位移计每代表性地段1~2个断面，每个断面3～7个钻孔1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m3围岩体内位移（地表设点）地面钻孔中安设各类位移计每代表性地段1~2个断面，每个断面3～5个钻孔

同地表下沉要求4围岩压力各种类型压力盒每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点1~2次/d1次/2d1~2次/7d1~3次/m5两层支护间压力压力盒每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点1～2次/d1次/2d1～2次7d1～3次/m10.2隧道监测内容与方法序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间1~15d16d~1m1m~3m>3m6锚杆轴力钢筋计、锚杆测力计每代表性地段1～2个断面、每断面3～7锚杆（索），每根锚杆2～4测点1～2次/d1次/2d1～2次7d1～3次/m7支护、衬砌内应力各类混凝土内应变计及表面应力解除法每代表性地段1～2断面、每断面3～7个测点1～2次/d1次/2d1～2次7d1～3次/m8围岩弹性波测试各种声波仪及配套探头在有代表性地段设置9爆破震动测振及配套传感器临近建（构）筑物随爆破进行10渗水压力、水流量渗压计、流量计11地表下沉准测量的方法，水准仪、铟钢尺等洞口段、浅埋段（h＞2b）开挖面距量测断面前后<2b，1~2次/d；开挖面距量测断面前后<5b，1次/2~3d；开挖面距量测断面前后>5b，1次/3~7d；隧道现场监控量测选测项目10.2隧道监测内容与方法10.3.1洞内、外观察

主要是采用目测方法，掌握隧道围岩的岩性、不连续面、褶皱、变质带性质等及支护结构变形情况。

对于工作面，观察其岩性、结构面产状、节理裂隙发育程度、断层的性质、产状，工作面面自稳情况，涌水等。

对于洞外，重点应在洞口段和洞身浅埋段，地表是否开裂、变形、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建(构)筑物进行观察。10.3监测项目的实施与其原理10.3.2拱顶下沉及周边位移量测拱顶的下沉量及下沉速度的监测，可用来确定围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序，预防拱顶崩塌，以保证施工质量和安全，工具主要利用水准仪、全站仪、钢尺、水准尺等，见图。10.3监测项目的实施与其原理10.3.2拱顶下沉及周边位移量测10.3监测项目的实施与其原理10.3.2拱顶下沉及周边位移量测周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映，通过周边位移量测可以判断隧道空间的稳定性。另外，根据周边围岩变化速度确定围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机，以指导现场的施工。

围岩的收敛用收敛仪进行量测，见图。10.3监测项目的实施与其原理在测线的布置上，全断面法设置1条水平测线，台阶法每个台阶设置1条测线，分部开挖法每部设置1条水平测线，偏压隧道或者小净距隧道可加设斜向测线。具体布置见图。10.3.2拱顶下沉及周边位移量测10.3监测项目的实施与其原理10.3.2拱顶下沉及周边位移量测10.3监测项目的实施与其原理小净距隧道：隧道中的中间岩墙厚度小于分离式独立双洞的最小净距的特殊隧道布置形式。偏压隧道：由于地形不对称或者地质岩层因素，造成隧道结构两面荷载不对称的隧道。

二次衬砌施做在围岩和初期支护变形基本稳定并具备下列条件后施做。10.3.2拱顶下沉及周边位移量测隧道周边位移速率有明显减小趋势水平收敛（拱脚边墙中部）小于0.2mm/d施做二次衬砌前的位移值已达总位移值的80%以上

判定围岩稳定的依据：10.3监测项目的实施与其原理全断面法台阶法10.3监测项目的实施与其原理中隔壁法（CD法）环形开挖留核心土法10.3监测项目的实施与其原理交叉中隔壁法（CRD法）双侧壁导坑法10.3监测项目的实施与其原理

对于浅埋隧道、洞口段或者有特殊要求应进行地表下沉监测。主要利用水准仪、水准尺等工具监测隧道浅埋段地表、洞口的稳定性。10.3.3地表下沉量测10.3监测项目的实施与其原理郑西客专函谷关隧道洞顶公路路面、服务区下沉及开裂情况最大下沉529mm10.3监测项目的实施与其原理对钢支撑的应力量测，可了解钢支撑的实际工作状态，掌握在压力作用下钢支撑所具有的安全系数，以确定是否需要采用加固措施。拱架内力可采用钢筋计或表面应变计进行量测，在每代表性地段设置1～2个监测断面，每一监测断面宜布置3～7个量测位置，应布置在拱顶中央、拱腰及边墙处。对于型钢拱架，应变计应在拱架内外缘成对布设。对于格栅拱架，应选择格栅主筋直径相同的钢筋计，且尽量使钢筋计与钢筋轴线重合。10.3.4钢支撑内力量测10.3监测项目的实施与其原理钢支撑内力的测量10.3监测项目的实施与其原理围岩内部各点的位移是围岩动态的表现，它不仅反映了围岩内部的松弛程度，而且更能反映围岩松弛范围的大小。一般情况下用多点位移计量测松动区、弹性区的范围，根据实测结果优化锚杆参数。多点位移计10.3.5围岩体内位移量测10.3监测项目的实施与其原理

隧道开挖后，围岩要向净空方向变形，而支护结构要阻止这种变形，这样就会产生围岩作用于支护结构上的围岩压力。围岩压力量测，通常情况下是指围岩与支护或喷层与二次衬砌混凝土间的接触压力的测试，以了解围岩压力的量值及分布状态；判断围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌的安全程度。接触压力量测可采用压力盒进行量测。接触压力量测每断面应有3至7个测点，布置在拱顶中央、拱腰及边墙处。压力盒埋设要求接触面紧密牢固，注意不要损坏压力盒和引线。另外，围岩与初期支护间压力盒应在距开挖面1m左右的范围内安设，并在工作面开挖后24h内或下次开挖前测取初读数。两层支护间压力盒应在浇注混凝土前埋设，并在浇注后及时测取初读数。10.3.6围岩压力及两层支护间压力10.3监测项目的实施与其原理压力盒10.3监测项目的实施与其原理

锚杆对隧道围岩起到加固补强作用。对其轴力的量测，来了解锚杆实际工作状态及轴向力，结合位移量测判断围岩发展趋势，分析围岩内强度下降区的界限，评价锚杆支护效果。锚杆轴力可采用钢筋计、锚杆测力计进行测试。锚杆轴力量测宜在每代表性地段设置1～2个监测断面，每一监测断面布置3～8根量测锚杆，通常布置在拱顶中央，拱腰及边墙处，每一量测锚杆根据其长度及测量需要设3～6个测点。量测锚杆的安装及钻孔应按照设计锚杆的同等要求进行，钻孔轴线与设计方向一致，误差不超过5°，孔径比量测锚杆杆体直径大15mm，钻孔深度不应小于设计锚杆杆体长度。量测锚杆埋设后应经过48h才可进行第一次观测。10.3.7锚杆轴力监测10.3监测项目的实施与其原理锚杆拉拔10.3监测项目的实施与其原理

其目的是了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态；掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况；判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度；检验二次衬砌设计的合理性。围岩弹性波速度测量是利用弹性波通过岩体传递后，其波速、波幅、波频均发生改变，因此，弹性波在岩体中的传播特征就反映了岩体的物理力学性质，如动弹性模量、岩体强度、完整性或破碎程度、密实度等。利用这个性质可以判别围岩的工程性质、岩体的结构特征、掌握松动圈范围、节理裂隙分布、变质程度、强度等。10.3.8支护衬砌内应力监测10.3.9围岩弹性波测试10.3监测项目的实施与其原理10.4隧道施工监测方案设计

监测方案设计的内容根据不同的工程项目、不同的地质情况有所不同，主要包含以下几方面：（1）工程项目概况主要介绍工程项目的基本情况和施工区域的地质情况。（2）监测方案的编写依据。包括各种规范、规程及工程勘察报告等。（3）监测的目的和意义。详细阐述监测对安全施工、保障生命财产的重要性及进行各项科学

研究的重要意义。（4）监测的具体内容。根据具体工程项目和地质的具体情况，确定监测的具体项目内容。（5）监测点的布置根据收集的资料和踏勘的实际情况，确定监测点的数量和位置，绘

制监测点位分布图。（6）监测方法针对每一项监测内容，提出采取何种监测方法及如何

实施监测工

作，使用何种监测仪器，并详细阐述使用方法的实际效果。（7）监测频率和报警值的确定根据规范结合实际情况确定每一项监测项目的监测频律和预警值。（8）监测成果确定提交的监测报告内容和最终监测报告内容、提交时间等。10.4隧道施工监测方案设计量测数据整理、分析与反馈应符合下列要求：1.每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线。2.选择回归曲线，对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度。3.对支护及围岩状态、工法、工序进行评价。4.数据异常时，应根据具体情况及时采取增加临时支撑、加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。10.4隧道施工监测方案设计当发现隧道稳定出现问题时，应对隧道施工方法进行调整，一般包括以下几个方面：

⑴

采取稳定开挖工作面的措施；

⑵

断面的早期闭合；

⑶

开挖进尺的改变；