地下工程监测技术ppt课件

第八讲 地下工程监测技术
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 第7节
地下工程监测概述 地下工程－洞室的安全监测 地下工程－隧道的安全监测 地下工程－水工隧洞的安全监测 地下工程变形特征分析与安全预警 地下工程监测资料整理与信息反馈 工程实例
成都理工大学环境与土木工程学院 汪家林 2009-12
（4～5学时）
第1节 地下工程监测概述
1.1 地下工程概述
地下工程是修建在具有原岩应力场、 由岩土和各种结构面组合的天然岩土体中的 建筑物，是靠围岩和支护的共同作用保持其 稳定性的。因此，工程的安全在很大程度上 既取决于围岩本身的力学特性及自稳能力， 也取决于其支护后的综合特性。
由于地下工程是埋藏在地下一定深处，
而这种天然地质体材料中存在着节理裂隙、
应力和地下水，因此，地下工程的兴建比地
面工程复杂得多。特别是在地下工程开挖之
前，其地质条件、岩体形态不易掌握，力学
E101
R101 R102
参数难于确定，故地下工程设计的不确定性
更加明显。
E102
R103 R104
R105 R106
E103
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NS101
信息的获取需要建立一个测试系统对围岩与支护体系进行监测， 监测的目的主要是：评估与诊断、反馈与预测、信息化设计与施工控 制、研究与技术进步。 地下工程的现场量测同时是位移反分析的基 础工作。
1.3 地下工程监测与信息化设计
第1节 地下工程监测概述
1.3 地下工程监测与信息化设计
地下下工程监测概述
1.1 地下工程概述
地下工程按用途可分为：交通运输、输水、公共事业以及地下 贮库、地下工厂、地下冷暖气管道、地下街道、地下发电站等：按 工程地点分:有山岭隧道、城市隧道、水下隧道；按开挖介质分:有 岩石隧道、土质隧道等。我国通常的习惯，把用于交通的长地下通 道叫隧道；把用于输水的长地下通道叫隧洞, 把断面较大、轴线长 度不太长（与隧洞比较）的叫洞室。因此，地下工程分为：洞室、 隧道、输水隧洞、城市地铁以及竖井、斜井等。
第1节 地下工程监测概述
1.3 地下工程监测与信息化设计
在新奥法及信息化设计中，都非常重视监测工作。这是由于人们 在地下工程的实践中发现，地下工程无论从材料－地质体、荷载－地 应力，还是本构关系及力学参数都太复杂且具有明显的不确定性，整 个系统是一个模糊的系统，用常规的力学方法很难描述围岩与支护的 力学性态。但我们可以避开这一难度很大的工作，将围岩与支护组成 的地下工程视作一个“黑箱”，开挖与支护为黑箱系统的“输入”， 位移等监测信息为黑箱系统的“输出”，系统输出信息是多种因素综 合作用的结果，研究输出信息来间接描述围岩的稳定性与支护的作用， 并反馈于施工决策和支护设计系统，修改或确定新的开挖方案与支护 参数。在信息化设计中，围岩及支护体相关信息的获取与位移反分析 是这一方法的2个主要方面。
研究内容：原岩应力测试；围岩的应力、变形与破坏；围岩压力的计 算；围岩与支护的相互作用的现场测试与模型试验；支护的设计与计算；围 岩的稳定性及分类；围岩破坏的防治与加固。
地下工程的设计理论及发展过程： 1）荷载结构法：如普氏理论（塌落拱理论）等。 2）抗力法与弹性地基梁法（考虑了围岩对结构的约束）。 3）连续介质力学理论（引入力学计算，研究围岩及支护体的变形、强度等 问题，但计算的输入量如地应力、变形、强度参数都有很大的不确定性）。 4）新奥法（NATM)：围岩与支护的相互作用、喷锚支护、现场监控、变形 控制、支护时机确定等，有时称为收敛－约束法设计理论。 5）监测与信息化设计：在地下工程施工过程中布置监控测试系统，从围岩 的开挖与支护过程中获得围岩及支护的工作状态信息，通过分析研究监测信 息来描述围岩的稳定性及支护的作用，并反馈于施工决策和支持系统，修改 或确定新的开挖方案与支护参数的循环设计过程。
地下洞室的施工方法： 1）人工或机械开挖 2）钻爆法 3）全断面掘进（TBM）等
第1节 地下工程监测概述
1.2 地下工程的稳定性研究与设计理论
修建地下工程时必须进行开挖和建造维护结构工程，开挖将打破周 围岩体的自然平衡状态，产生应力重分布Redistribution，形成次生 应力场（Secondary Stress)，如果岩体内的应力小于其承载能力，围 岩稳定，如岩体内的应力大于其承载能力，围岩会产生失稳（破坏、冒 落或产生较大变形），此时应支护。
3)运行期监测。对围岩及支护进行现场监测，监测地下工程结 构的安全、检验设计的正确性以及为地下工程技术研究积累资料。
第1节 地下工程监测概述
1.4 地下工程监测的特点
1）作业空间有限，需要登高操作，施工干扰大。
2）监测所需的工作场地、工作面及时间受主体施工控制，需要采 取交错、平行作业方式及充分利用施工间隙，尽量减少监测占用直 线工期。地下工程为隐蔽工程，监测质量控制更为重要。
实现围岩(应力重分布影响范围内的岩体）稳定的条件：
σmax ＜ S
u max ＜ U
应研究围岩的应力与变形特征
稳定性问题的研究关系到： 1）安全可靠（施工期和运行期安全） 2）工程布置（工程位置选择、断面大小等） 3）经济合理（开挖方式、支护强度等） 4）环境保护
第1节 地下工程监测概述
1.2 地下工程的稳定性研究与设计理论
工程实践：水电工程 引水和泄洪隧洞、地下厂房、调压室（井）等 水利：引水长隧洞、地下泵站等 采矿：竖井、斜井、斜坡道、平巷、采场 交通：铁路隧洞、地下车站、公路隧洞等 军备：防空洞、地下军备库、发射井等 民用：地下商场、地铁、仓库等
人类对地下空间的开 发与利用；工程实践提出 的要求；经验的提炼，地 下洞室围岩稳定的研究； 理论的指导与实践的验证。
1)前期监测： a)利用勘探平洞进行。随勘探洞的开挖岩体的力 学参数，建立计算模型。或进行位移、应力及声波等量测。b) 利用 原位模型试验洞，进行系统的位移、应力、围岩松动范围及声波量测， 反分析岩体力学参数，建立计算模型，为地下洞室稳定性研究、支护 设计提供依据。
2)施工期监测。随施工的进展，对围岩和支护进行位移、应力、 应变、裂缝开合、地下水、爆破影响和环境等监测，并及时反馈，以 保证施工安全和修改设计、指导施工。