地应力检测(1)

1、地质雷达检测隧道支护情况
包括隧道衬砌厚度是否满足设计要求、钢筋保护层厚度是否满足设计要求、隧道衬砌钢筋布臵是否满足设计要求、隧道衬砌钢架布臵是否满足设计要求、隧道衬砌的密实情况（包括二衬背后脱空及初支背后空洞、不密实）。

评判标准：《公路工程质量检验评定标准》（GTG F80/1-2004）；参考《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10233-2004）。

2、地应力检测
我国地应力测量试验和研究开始于20世纪50年代后期，迄今为止，地应力测量的主要方法虽然很多，但尚未形成统一的分类标准．根据测量数据特点的不同，地应力测量大体分为绝对应力测量和相对应力测量．前者主要是确定地壳应力背景值，即主应力的大小和方向；后者则是观测应力随时间变化的动态变化规律，通常也称为地应力监测．根据测量基本原理的不同，绝对应力测量方法又可分为直接测量法和间接测量法．所谓直接测量法就是利用测量仪器直接测量和记录各种应力量，并由这些应力量和原岩应力的相互关系直接换算得到原岩应力值．间接测量法则是借助某些传感元件或媒介，测量和记录与岩体相关物理量的变化（如密度、泊松比、弹性波速等变化），然后通过相应的公式换算间接得到原岩应力值．目前，较为常用的绝对应力测量方法主要有水压致裂法、声发射法、钻孔崩落法、套芯应力解除法、应变恢复法等．其中，前3种方法属于直接测量方法，后2种方法属于间接测量方法．相对应力测量方法包括压磁法、压容法、体应变法、分量应变法及差应变法等．我们采用水压致裂法
地应力测量存在的问题与展望：随着我国工程建设不断向深部发展，地应力测量及监测正面临着严峻的考验．与发达国家相比，尚存在许多问题与不足．首先，在宏观层面上存在的问题与挑战有：第一，测量和监测深度不足。

目前，国际上最大地应力测量深度已达5100m．在德国的KTB深钻及美国的SAFOD计划中，应力测量深度一般达到2000～3000m；日本也建立了数10座深度为1000～3800m的深井观测台站．我国的绝大部分应力测量深度仅数百米，超过1000m的深井观测极为稀少，这严重制约了测量数据在空间上的代表性．第二，缺乏合理系统的地应力监测网络．我国虽然积累了大量的地应力测量数据，但数据分布不均且质量参差不齐，地应力监测台站少、布局不合理，
大部分监测台站数据网络传输、数据分析处理能力也亟待加强，这些问题制约了地学领域的创新性发现．第三，统一的地应力测量规范和标准亟待解决．ISRM 早在1987年即发布了“确定岩石应力的建议方法”．2003年，结合地应力测量方法的最新进展，又发布了新的建议规范．然而，在这些权威的地应力测量方法技术规范起草和编写过程中，没有我国相关领域科学家的参与．其次，在技术与操作层面上存在的问题与挑战有：第一，测量深度引起的仪器设备性能问题．深部岩体的苛刻环境要求钻探设备和监测仪器具备足够的耐高压、耐高温、抗干扰、防水能力，而仪器在这种环境下，长期工作的稳定性以及与孔壁的耦合性不容忽视．第二，测量仪器和方法的精度与可重复性问题．测量的精度是确保数据可靠的关键，对此，除了改进已有仪器，更需要新技术、新材料的研发．测量过程和结果的可重复性既是测量工作科学、严谨的体现，又是测量仪器与方法广泛应用的保障，具有重要意义．第三，测量仪器及测量平台的现代化程度问题．提高测量与数据采集的质量与效率、推进测量成果网络传输与共享、建立测量方法标定平台，既需要增强地应力测量体系的现代化水平，又需要地应力测量系统向自动化、集成化、智能化方向发展．
展望
近年来，人们逐渐认识到，由于地壳结构的高度复杂性和非均质性，加之地形等因素的影响，基于浅部及孤立测点所获得的地应力测量数据的代表性十分有限．因此，只有提高地应力测量深度，加大监测密度，才可能比较准确地认识和把握某一构造单元地质构造活动的动力学成因和内在机制．有鉴于此，在绝对应力测量方面，深部乃至超深部应力测量已成为必然趋势．同时，考虑到目前尚没有哪一种地应力测量方法能够适应和胜任所有目的和环境的测试，采用多种方法联合观测，实现不同观测方法之间的优势互补已成为提高测量结果可信度的必然举措．此外，在相对应力测量方面，高密度深井综合监测已成为未来的发展方向．这不仅是深部地质研究的客观需要，也是消除气压、温度、地下水以及地面噪音等自然和人为因素干扰的现实需要．有鉴于此，钻孔分量应力和应变监测方法无疑将成为重点发展方向．目前，地应力相对测量正朝着多元化方向迈进，钻孔地应力（应变）监测以及其他物理参数检测技术将一起作为地球物理观测的重要手段在未来深部地壳研究中发挥重要的作用。

3以揭示开的围岩变形监测
洞内观察、水平净空收敛量测、拱顶下沉量测
支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测
围岩体内位移量测
围岩压力及两层支护间压力
钢支撑内力及外力测量
锚杆内力监测
围岩弹性波测试
拱顶下沉
拱顶下沉断面宜布设在紧随开挖面2m以内，在拱顶部位左、中、右各3个观测点，观测点用钢筋挂钩，其埋设必须深入围岩50cm，不得将观测点设置在初期支护内或者表面。

水准观测基点应设置在已施工二次衬砌顶部，以免与施工干扰或者破坏。

隧道周边收敛位移
应根据不同的围岩条件、洞室跨度和施工方法，选择不同的布点方法，测点设置在拱腰、拱脚、墙中位置，并做到以下几点：由位移变化速率和测线到开挖面的距离决定监控量测频率，原则上应采用监控量测次数多的值；测线或测点位置不同，位移变化速率也不同，因此要以产生最大位移变化速率的测线或测点位置来确定监控量测频率，在同一监控量测断面的各测线或测点，应采用相同的监控量测频率；位移基本稳定后，仍应以每两天一次的频率监控量测一至三周，以确认位移是否最终稳定；在膨胀性围岩中，位移长期（开挖后两个月以上）不能收敛时，监控量测要一直继续下去，直至修建二次模筑衬砌，使位移变化速率小于等于1mm/月时为止；位移变化速率过大时，在对初期支护加强的同时，也应加强监控量测频率，尤其要重视开挖前后（放炮前后）的监控量测，并观测开挖前后的动态影响规律。

钢支撑内力
钢拱架应力监控量测的测点一般沿钢拱架外缘或主筋弧长，每间隔一定距离布设。

在拱顶、拱腰、拱脚、墙中、墙脚、仰拱中部等关键部位都应布点，测点布置。

采用钢筋应力计监控量测网构钢供架应力时，首先要将应力计焊接在网构钢供架的受力主筋上，通常是在需要布设测点的地方将原主筋隔断，然后将钢筋应力计的两端分别与钢筋对接或搭接焊接，焊接强度应达到要求。

焊接时应注意防止焊接高温对钢筋应力计的破坏，为此可在钢筋应力计两侧一边浇水、一边焊接。

为使测试结果更接近实际情况，应在钢拱架的内、外缘主筋上各焊接一个钢筋应力计，读取两者的监控量测平均值。

在钢拱架安装前读取初始读数，并在施工过程中根据工程需要，选择一定的监控量测间隔时间，随着工程施工的进度，随时监测钢拱架受力的变化情况，这对指导施工是非常有效的。

接触应力
接触应力的主要难点是必须保证土压力盒发挥作用，避免以下问题：压力盒的刚度和地层的刚度不一致；压力盒在有介质的情况下进行室内标定时会出现不同斜率的标定直线，标定值的不准确性和标定的周边条件不同于埋设的周边条件，必然会带来测量的不准确性；压力盒埋设的位置不同，会出现不同的测量结果，如压力盒一般沿钢拱架的外侧布设，当钢拱架受力后，会产生整体下移或拱部变形，局部向下、向外变形时，会引起压力盒的压力卸载或增大，往往在拱顶处的压力盒所测压力较小，甚至测不到，而拱腰处则很大，这种埋置压力盒的方法，必然会出现压力盒的数字忽大、忽小、量不到等不规律的现象；压力的变化过程与施工方法、地层特征有密切关系，地层的应力调整是一个缓慢的长期过程，在开挖面处荷载只下来一部分，1倍洞径处的荷载和后部2倍、3倍洞径处都不一样，这些压力的变化又随着二次模筑衬砌的修筑而发生大的变化，压力监控量测的环境已不具备，所以测量的必要性、指导性就显得微弱了；地下工程衬砌的厚度确定不是由强度控制的，而是由施工工艺、刚度和结构的安全可靠性来确定。

二次模筑衬砌按脱模要求必须大于25cm，造成隧道的塌方、开裂的原因大多因为结构的选择不合理，比如不设防水隔离层、衬砌背后有较大空洞等，就是引起裂缝和失稳的主要原因。

用土压力盒监控量测围岩接触应力时，首先应将土压力盒埋设在初期支护与围岩之间，为保证监控量测精度，应埋设牢靠。

有钢拱架时，土压力盒应牢牢固定在钢拱架与围岩之间；无钢拱架时，压力盒应使用钢钉固定，以防喷射混凝土时压力盒移动和转向。

土压力盒埋好后应立即读取初始数据，并在施工过程中根
据工程需要，按一定的频率进行监控量测。

值得注意的是，必须根据以往的经验预估压力值，并选择相应的压力盒，以提高测试精度。