岩土工程测试技术课件-第八章

D＜h＜2D
10.0～20.0
h＞2D
20.0～50.0
表8-3 地表下沉观测的测点纵向间距
（2）观测测点的布置形式 观测测点的布置形式，主要依据洞室断面尺寸、形状、围岩地质条件、开挖方式、程序、支护类型等因素进行布置。在安装埋设和观测过程中，可依据具体情况进行适当的调整。 l）围岩周边收敛位移（测点、线布置） 2）钻孔位移计观测孔布置形式 3）锚杆应力计观测孔布置形式 4）钻孔测斜观测孔布置形式 5）支护结构应力应变观测点布置形式
8.1.1.2 观测范围
跨度（B） 围岩分级
≤5
5＜B≤10
10＜B≤15
15＜B≤20
20＜B
△
√
Ⅱ
—
—
△
√
√
III
—
—
√
√
√
Ⅳ
—
√
√
√
√
Ⅴ
√
√
√
√
√
表8-1 地下洞室进行现场监控量测的工程范围选定表
（3）锚杆应力观测资料整理 1）锚杆应力观测记录整理 锚杆应力观测记录的整理包括：工程名称、观测端面、观测孔及测点的编号及位置、地质描述、钢弦频率值或电阻值、观测时间、观测断面与开挖掌子面的距离。 2）图表整理 锚杆应力观测表整理主要包括“4线1表”，即：①测点应力与时间关系曲线；②测点应力与掌子面距观测断面距离关系曲线；③测点应力与埋设深度关系曲线；④锚杆应力变化率与时间关系曲线；⑤锚杆应力综合汇总表。 资料整理时，应注意影响锚杆应力观测成果的因素。这些因素主要有：①锚杆应力计的精度、稳定性和灵敏度；②钻孔注浆质量；③安装质量；④测读人员技术素质。
8.2.2.1测点布置及安设 1）测点布置 一般采用十字或双十字布点法（图8.4） 2）测点安设 若监测巷道为新掘巷道，则观测断面应布置在距掘进头5－6m范围内。按设计在观测断面布点，测点的安设方法如下：在测点处钻直径42mm，深380mm垂直围岩表面的钻孔，将直径42mm、长约400mm的木桩打人孔内，木桩端部安设环形钩和平头测钉，作为测量基点。
类 型
项 目
量测次数
0～15天
16～30天
31天以上
A测量
洞内观察及调查
l次／天
l次／天
l次／天
收敛位移、拱顶下沉
l次／天
l次／2天
l次／周
B测量
围岩内部位移、锚杆轴向力衬砌应力
l～2次／天
l～2次／天
l次／周
洞内弹性波速度
l次
l次
l次
表8-4 观测项目与观测频度
8.1.3 监测数据的分析及警戒值的确定 8.1.3.1观测资料的整理 （1）收敛观测资料整理 l）收敛观测记录整理包括的内容 工程名称、观测阶段和观测断面及观测点的编号与位置、基线长度、地质描述、收敛计编号。收敛计读数、观测时间、观测温度、观测断面与开挖掌于面的间距等；观测值的温度修正；计算各断面两侧点间收敛值，测点绝对位移值等。 2）实际收敛值的计算 经温度修正的实际收敛值，计算公式如下： （8-1） 3）图表整理 收敛观测图表整理主要包括：①收敛变形与时间关系曲线；②收敛变形与距掌子面距离关系曲线；③收敛速率与时间关系曲线；④相对变形与相对距离关系曲线；⑤收敛变形值断面分布图；⑥收敛变形汇总表和综合表。
8.1.2.2观测布置 观测布置包括观测断面的确定（断面间距）和观测测点的布置。观测断面又细分为系统观测断面和一般观测断面。把多项观测内容有机地组合在一个观测断面里，且有计划有目的的使观测内容。 （1）观测断面的确定（断面间距）
埋深与洞室跨度D关系
测点距离（m）
h ＜D
5.0～10.0
(a)十字布点法 (b)双十字布点法
图8.4 表面位移测点布置示意图
8.2.2.2测量方法 按一定的时间间隔，用测杆、测枪、收敛计或测线绳分别测量AC、BD、AO、BO［8.4（a）］或AC、BD、EF、AO、BO、EO1、BO1等各测点间的距离，即可计算出个点的位移量，两测点相邻两次测试数据的差值即为两点相对移近量，以此累加相邻两次测试数据的差值即可得两点相对总移近量。 8.3.2.3监测数据处理 (2)数据处理 现场量测的数据应及时整理绘制出位移-时间曲线(U-t曲线）或位移-距离曲线(U-D曲线）。时间-位移曲线如图8.5所示。曲线的时间横坐标下应注明开挖工作面距量测断面的距离。
（a）正常曲线 （b）异常曲线
图8.5 时间位移曲线
8.2.3 巷道围岩深部位移监测 8.2.3.1 监测仪器 多点位移计常用来监测巷道围岩深部位移。它是一种监测巷道在掘进和受采动影响的整个服务期间内深部围岩变形随时间变化情况的仪器。安设多点位移计的目的是：①了解巷道围岩各部分不同深度的位移，岩层弱化和破坏的范围（离层情况、塑性区、破碎区的分布等）；②判断锚杆与围岩之间是否发生脱离，锚杆应变是否超过极限应变量；③为修改锚杆支护设计提供依据。 国内外围岩深部多点位移计的种类很多，尽管它们具有不同的结构参数、组成和适用条件，但其目的都一样，如KDW－l型机械式多点位移计、DW机械式多点位移计、声波多点位移计等。这些位移计的外观如图所示:
8 地下隧洞矿山巷道 施工监测技术
8.1 地下隧洞新奥法施工监测
8.1.1 观测的意义、适用范围及主要内容 隧道监测的对象主要是围岩、衬砌、锚杆和钢拱架及其他支撑，监测的部位包括地表、围岩内、洞壁、衬砌内和衬砌内壁等，监测类型主要是位移和压力，需要时也监测围岩松动圈和声发射等其他物理量。
8.1.2.4观测频度（时间间隔）的确定 在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测l～2次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2倍洞径的距离后，每2天观测一次；一到三个月期间，每周测读l～2次；三个月以后，每月测读1～3次。若设计有特殊要求，则可按设计要求执行。若遇突发事件或原因参量发生异常变化，则应按特殊观测要求执行，即应加强观测，增加观测频度。
（2）钻孔岩体轴向位移观测资料整理 1）钻孔岩体轴向位移观测记录整理 钻孔岩体轴向位移及整理内容包括：工程名称、观测断面和观测孔及测点的编号及位置。地质描述、轴向位移读数值、观测时间。观测断面与开挖掌子面的距离、观测数据校核及计算。 2）图表整理 钻孔岩休轴向位移观测图表整理主要包括“4线2图”，即：①围岩位移与时间关系曲线；②围岩位移与开挖进尺关系曲线；③围岩位移随埋设深度变化曲线；④围岩位移速率与时间关系曲线；⑤观测断面围岩位移分布图；⑥钻孔位移计安装竣工图。
注：①“√”者为应进行现场监控量测的地下洞室； ②“△”者为选择局部地段进行量测的地下洞室。
8.1.1.3地下洞室围岩观测内容及项目
表8-2 地下洞室原位观测项目及适用范围一览表
表8-2中所提及的观测仪器：
多点位移计
位移计
数显收敛计
钢尺收敛计
YH—0700系列智能型土压力盒
8.2.2巷道围岩表面位移观测 巷道表面位移测量观测内容包括顶、底板相对移近、两帮相对移近、顶板下沉以及底臌等。根据测量结果，可以分析巷道周边相对位移变化速度、变化量以及它们与工作面位置的关系、与掘巷时间的关系，也可以得到巷道周边的最终位移，从而判断支护效果和围岩的稳定状况，为完善支护参数提供依据。
8.1.1.1观测目的意义 地下洞室围岩和支护系统观测的目的和意义概括起来如下： （1）及时掌握和提供围岩和支护系统变化信息和工作状态。 （2）评价围岩和支护系统的稳定性、安全性。 （3）及时预报围岩险情，以便采取措施，防止事故发生。 （4）指导安全施工，修正施工参数或施工工序。 （5）验证、修改设计参数。 （6）为地下洞室设计和施工积累资料，为围岩稳定性理论研究提供基础数据。 （7）对地下洞室未来性态作出预测。依据各类观测曲线的形态特征，可掌握其变化规律，进而对其未来性态作出有效的预测。 （8）法律及公证的需要。经过计量认证的观测单位，其所提供的加盖有CMA章的观测结果，具有公证效力。对由于工程事故而引起的责任和赔偿问题，观测资料有助于确定其原因和责任。
8.2 矿山巷道锚喷支护工程施工监测
8.2.1 监测目的 矿山巷道施工监测能够为巷道支护的实施提供了基础数据，是巷道支护工程得以巩固和发展的重要保证。其主要目的在于：①掌握巷道围岩动态及其规律性，为软岩巷道支护进行日常动态化管理提供科学依据；②为检验支护结构。设计参数及施工工艺的合理性，修改、优化支护参数和合理确定二次支护时间提供科学依据；③监控巷道支护的施工质量，对支护状况进行跟踪反馈和预测，及时发现工程隐患，以保证施工安全和软岩巷道稳定；④为其他类似工程的设计与施工提供全面的参考依据；⑤通过监测资料，可作为判断软岩巷道工程的质量检查和验收的标准。
DW-5型多点位移计
BOF-EX 可回收式钻孔多点位移计
YH—2000系列智能型多点位移计
孔内安装多点位移计
8.2.3.2 KDW－l型多点绘制观测数据曲线，绘制的曲线可有两种形式。 l）以量测点距巷道表面距离为横坐标，各测点围岩绝对位移值为纵坐标，绘制出围岩内部位移曲线，则根据该曲线的斜率变化可以判断岩体非弹性变形区和松动区范围。 2）以巷道掘出时间为横坐标，围岩绝对位移值为纵坐标，绘制出距巷道表面不同深度围岩随时间的变化曲线，则根据不同深度位移变化亦可以判断围岩松动区范围以及巷道受掘进影响的程度。
8.1.3.2 监测数据警戒值及围岩稳定性判断准则 （1）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，在起供线位置的隧洞壁面间水平位移总量的最大容许值，或供顶的最大容许下沉量，在隧洞开挖过程中若发现监测到的位移总量越过该值，或者根据已测位移预计最终位移将超过该值，则意味着围岩不稳定，支护系统必须加强。 （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。
（4）钻孔岩体横向位移观测资料整理 1）钻孔主体横向位移观测记录整理 钻孔岩体场问门移观测记录及整理内容包括：工程名称、导槽方位、测斜孔编号、测孔位置、地质描述、最大位移方向及垂直最大位移方向的读数值、观测时间、观测数据校核及计算等。 2）横向位移变化值计算 3）图表整理 钻孔岩体横向位移观测图表整理主要包括“3线1图”，即：①测点变化值与深度关系曲线图；②水平位移量与深度关系曲线图；③测点位移与时间关系曲线；④倾斜仪安装竣工图。
YH—1000系列智能型锚索计
YH—1100系列智能型孔隙水压计
测杆
液压枕
油压枕
CT-2型超声波围岩裂隙探测仪
8.1.2监测方案设计 8.1.2.1观测项目的确定 （1）观测项目的确定原则 1）以安全观测项目为主的原则 2）观测项目设计宜体现全面的原则 3）观测项目宜同步设置 4）少而精的原则 5）贯彻经济性原则 （2）观测项目分类及确定 我国国标和日本设计指南均将地下洞室围岩观测项目分为必测项目和选测项目。必测项目是地下洞室围岩观测的核心，它是设计、施工等所必须进行的经常性量测项目。两国规范（规定）对必测项目的规定基本一致，仅是表述略有不同。选测项目则是由于岩土工程条件、工程规模、工程性质等具体条件和设计要求不同而选择的观测项目。
8.1.2.3 监测手段和仪表的选择 监测手段和仪表的确定主要取决于围岩工程地质条件和力学性质，以及测旦的环境条件。通常，对于软弱围岩中的隧洞工程，由于围岩变形量值较大，因而可以采用精度稍低的仪器和装置；而在硬岩中则必须采用高精度监测元件和仪器。在一些干燥无水的隧洞工程中，电测仪表往往能工作得很好；在地下水发育的地层中进行电测就较为困难。埋没各种类型的监测元件时，对深理地下工程，必须在隧洞内钻孔安装，对浅埋地下工程则可以从地表钻孔安装，从而可以监测隧洞工程开控过程中围岩变形后的全过程。