专题四-5 监控量测

(二)监测项目与内容 二 监测项目与内容
1.地质和支护状态现场观察：(l)开挖面附近的围岩稳定性；(2)围岩 构造情况；(3)支护变形与稳定情况；(4)校核围岩分类。 2.岩体(岩石)力学参数测试：(1)抗压强度；(2)变形模量E；(3)粘聚 力C；(4)内摩擦角；(5)泊松比。 3.应力应变测试：(l)岩体原岩应力；(2)围岩应力、应变；(3)支护结 构的应力、应变；(4)围岩与支护和各种支护间的接触应力。 4.压力测试：(1)支护上的围岩压力；(2)渗水压力。
位移 二次支护
位移 锚杆
初期支护 喷混凝土
下台阶开挖 0 时间 图7-9-2 位移－时间关系曲线 位移速度
上、下台阶开 挖 距离 图7-9-3 位移-开挖面距离关系曲线
0 时间 图7-9-4 位移速度-时间关系曲线
(四)位移计测围岩内部位移 四 位移计测围岩内部位移 1.量测原理 2.位移计
(1)位移计有两种类型，一类是机械式，另一类是电测式 (2)定位装置是将位移传递装置固定于钻孔中的某一点，则其位移代 表围岩内部该点位移。 (3)位移传递装置是将锚固点的位移以某种方式传递至孔口外，以便 测取读数。传递的方式有机械式和电测式两类。其中机械式位移传递 构件有直杆式、钢带式、钢丝式；电测式位移传感器有电磁感应式、 差动电阻式、电阻式。
3.测试方法及注意事项 测试方法及注意事项
(l)电感式和差动式钢筋计，需用接长钢筋(设计锚杆用钢筋)将其对接 于测试部位(区段)，制成测试锚杆，并测取空载读数。对接可采用电 弧对接，操作中应注意不要烧坏和损伤引出导线，并注意减少焊接 温度对钢筋计的影响。 (2)电阻式钢筋计是取设计锚杆，在测试部位两面对称车切、磨平后， 粘贴电阻片，作好防潮处理，制成测试锚杆，并测取空载读数。 (3)测试锚杆安装及钻孔均按设计锚杆的同等要求进行，但应注意安 装过程中不得损坏电阻片、防潮层及引出导线等。 (4)测试频率及抽样的比例、部位应按表7-9-1执行。 (5)作好各项记录，并及时整理。
电缆 钢弦式钢筋 计 1000 接长钢筋 300 焊接 孔口 250 1500 a)钢弦式量测锚杆 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 800 14 15 250 单位：mm
b)JD－1型钢弦式刚劲计 1-拉杆；2-壳体；3-端封板；4-橡皮垫；5-定位螺丝；6-夹线柱；7-钢弦；8-线圈架； 9-铁蕊；10-线圈；11-支架；12-支承堵头；13-密封圈；14-引线嘴；15-拉杆 图7-9-7 钢弦式量测锚杆
磁芯 气隙 荷载
内膜 线圈 硅油 外膜
a) 变磁阻调频式图压力传感器 平衡瓣 泵 压力管路 受压部 回路
b) 格鲁茨尔压力盒 图7-9-8 压力盒
3.测试方法及注意事项 测试方法及注意事项 (1)将压力传感器按测试应力的方向埋设于测试 部位、在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中， 应注意不要损伤导线或导管。 (2)液压式压力盒系统还应在适当部位安设管路 连接头及阀门。 (3)测试频率应按表7-9-1要求执行。 4.数据整理 数据整理 测试过程中应随时作好各项记录，并及时整理 出有关图表，如接触应力分布图。
图7-9-10 波速与孔深关系曲线类型
①“—”型，无明显分带，表示围岩较完整； ②”L”型，无松弛带，有应力升高带，表示围岩较坚 硬； ③“厂”型，有松弛带，应分析区别是由于爆破引起 的松动还是围岩进入塑性后的松动； ④“凸”型，松弛带、应力升高带均有。
(七)声波测围岩的弹性波速度 七 声波测围岩的弹性波速度 l.量测原理见图7-9-9
1 2 岩石(体) 3 4 5
1-振荡器；2-发射换能器；3-接收换能器；4-放大器；5-显示器 图7-9-9 声波测试原理示意图
(1)岩体风化、破碎、结构面发育则波速低、衰减快、频谱复杂； (2)岩体充水或应力增加则波速高、衰减小、频谱简化； (3)岩体不均匀和各向异性则其波速与频谱也相应表现出不均一和各 向异性。
(六)压力盒测支护与围岩之间的接触应力 六 压力盒测支护与围岩之间的接触应力 1.量测原理 量测原理
这种量测可采用盒式压力传感器(称压力盒)进行测试
2.压力盒 压力盒
(1)压力盒有两种传感方式，一种是变磁阻调频式，另一种是液压式。 (2)变磁阻调频式压力盒的工作原理是：当压力作用于承压板上时， 通过油层传到传感单元的二次膜上，使之产生变形，改变了磁路的 气隙，即改变了磁阻，当输入L－(振荡电信号)时，即发生电磁感应， 其输出信号的频率发生改变，这种频率改变因压力的大小而变化， 据此可测出压力的大小(图7-9-8(a))。 (3)液压式压力盒又称格鲁茨尔(Gbozel)压力盒，其传感器为一扁平 油腔，通过油压泵加压，由油泵表可直接测读出内应力或接触应力 (图7-9-8(b))。 (4)变磁阻调频式压力盒的抗干扰能力强，灵敏度高，适于遥测
5.位移测试： (1)围岩位移(含地表沉降)； (2)支护结构位移； (3)围岩与支护倾斜度。 6.温度测试： (1)岩体(围岩)温度； (2)洞内温度； (3)气温。 7.物理探测： (1)弹性波(声波)测试：a.纵波速度vp ；b.横波速度vs；c.动弹性模 量Ed；d.动泊松比µd； (2)视电阻率测试——视电阻率ps。 以上监测项目，一般分为应测项目和选测项目。隧道工程的量测 项目如表7-9-1所示。表中l～4项为应测项目，5～11项为选测项 目。
4.数据整理 数据整理
数据整理应及时进行，主要应整理出： (1)不同时间锚杆轴力(N或应力σ)－深度(l)关系曲线； (2)不同深度各测点锚杆轴力一时间(t)关系曲线。
5.拉拔器可检测锚杆的抗拔力 拉拔器可检测锚杆的抗拔力
抽样测试比例应按表7-9-1执行，但应注意仪器调校，测试过程中应 作好各项记录，并及时整理。
4.数据整理 数据整理 数据整理方法基本同前，可整理出： (1)孔内各测点(L1,L2,…)位移(u)一时间(t)关系曲线； (2)不同时间(t1，t2，…)位移(u)－深度(L1,L2,…)关系曲线。 (五)钢筋计测锚杆内应力及拉拔器测锚杆抗拔力 1.量测原理 量测原理 2.钢筋计 钢筋计 (1)钢筋计多采用电测式，其传感器有电磁感应式、差动 电阻式、电阻片式几种。 (2)根据测式要求，可将几只传感器连接或粘贴于锚杆不 同的区段，可以观测出不同区段的应力一应变。 (3)读数仪可自动率定接收到的电信号，并显示应力一应 变值。 电磁感应式钢筋计又称钢弦式钢筋计，如图7-9-7
(二)水准仪测拱顶下沉或地表下沉
(三)收敛计测坑道周边相对位移 三 收敛计测坑道周边相对位移 1.量测原理
一般均用收敛计量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩位 移动态。
2.收敛计
(l)收敛计一般由带孔钢尺，测微百分表，张力调节器，测点连接 器组成； (2)测点连接器有单向连接销式及球形铰接式两种。其中销式连接 的测头预埋安装有方向要求。 (3)测点是将带销孔或圆球测头的长度为20～30cm的钢筋锚固于岩 壁内，锚固方式同早强水泥砂浆锚杆。测头的位移即可代表岩壁 表面该测点的位移； (4)张力调节器有重锤式(如SWJ-8型、美国SINCO-518115型)、弹 簧式(如SLJ-80型、QJ-81型)，应力环式( 如GSL型、WRM-4型)。 其中应力环式张力调节器须经标准实验室标定，其测试精度较高； 图7-9-1是QJ-81型球铰连接弹簧式收敛计。
2 9 3
1
定位销 水准气泡 压尺螺钉 触头
6
7 9
10
8 4 钢尺架
微调螺杠 拉绳 丝杠
1-百分表；2-收敛计架；3-钢球；4-弹簧秤；5-内滑管； 6-带孔钢尺；7-连接挂钩；8-羊眼螺栓；9-连接销；10-预埋件 图7-9-1 QJ—81型球铰连接弹簧式收敛计
(2)测点(测试断面)应尽可能靠近开挖面，要求在2m以内； (3)读数应在重锤稳定或张力调节器指针稳定指示规定的 张力值时读取； (4)当相对位移值较大时，要注意消除换孔误差； (5)测试频率应视围岩条件、工程结构条件及施工情况而 定，一般应按表7-9-3的要求而定。 (6)整个量测过程中，应作好详细记录，并随时检查有无 错误。记录内容应包括断面位置、测点(测线)编号、初 始读数、各次测试读数、当时温度以及开挖面距量测断 面的距离等。两测点的连线称为测线。
3.数据整理 数据整理 常见的曲线形式可以归纳为以下四种类型(图7-9-10)。
vP(km/s) 6 5 4 4 3 ①“一”型 vP(km/s) 2 5 4 3 1 3 2 4 ③“厂”型 5 L(m) 5 L(m) 6 5 4 1 vP(km/s) 4 3 2 1 4 2 3 ④“凸”型 5 L(m) 2 4 3 ②“L”型 5 L(m) vP(km/s)
1 2 3 4 5 6
L1
L2
L3
1-锚固压缩木；2-位移传递杆；3-硬杂木定位器； 4-WY－40位移传感器；5-位移测点；6-测试导线 图7-9-6 电阻式多点位移计
内锚头
位移传递杆
外锚头
测量 百分表
1
2
a)单点杆式位移计 4 3
5
6
b)DWJ－1型深孔六点伸长计结构原理示意图 1－位移测定器；2-圆形支架；3-锚固器； 4-保护套管；5-砂浆；6-定位器 图7-9-5 机械式位移计
监控量测与数据分析与反馈 一、现场量测 (一)量测目的 一 量测目的
1.提供监控设计的依据和信息 (1)掌握围岩力学形态的变化和规律；(2)掌握支护结构的工作状态。 2.指导施工，预报险情 (1)作出工程预报，确定施工对策；(2)监视险情，确保施工安全。 3.校核理论，完善工程类比方法 (1)为理论解析，数据分析提供计算数据与对比指标；(2)为工程类比 提供参数指标。 4.为隧道工程设计与施工积累资料
2.测试方法及注意事项 测试方法及注意事项
从换能器的布置方式、波的传播方式、换能器的组合形式等三个方 面分为： 共面观测
表面观测 相对平面观测 不共面观测正交平面观测 ①按换能器布置方式分为 单孔测试 内部观测钻孔双孔测试 埋设