隧道施工监控量测技术

隧道施工监控量测技术

一、现场量测内容

(一)量测目的

(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；

(3)为理论解析、数据分析提供计算数据与对比指标；

(4)为隧道工程设计与施工积累资料。

(二)监测项目与内容

1.地质和支护状态现场观察：开挖面附近的围岩稳定性，围岩构造情况，支护变形与稳定情况，准确掌握围岩情况。

R，变形模量E，粘聚力C，内摩擦角ϕ，泊松

2.岩体(岩石)力学参数测试：抗压强度

b

比μ。

3.应力应变测试：岩体原岩应力，围岩应力、应变，支护结构的应力、应变。

4.压力测试：支护上的围岩压力，渗水压力。

5.位移测试：围岩位移(含地表沉降)，支护结构位移。

6.温度测试：岩体(围岩)温度，洞内温度，洞外温度。

7.物理探测：弹性波(声波)测试，即纵波速度v p、横波速度v s、.动弹性模量E d、动泊松比μdp。

以上监测项目，一般分为应测项目和选测项目。应测项目是现场量测的核心，它是设计、施工所必需进行的经常性量测。选测项目是由于不同地质、工程性质等具体条件和对现场量测要取得的数据类型而选择的测试项目。由于条件的不同和要取得的信息不同，在不同的隧道工程中往往采用不同的测试项目。但对于一个具体隧道工程来说，对上述列举的项目不会全部应用，只是有目的地选用其中的几项。隧道工程的量测项目如表7-5-1所示。表中l~4项为应测项目，5~11项为选测项目。

二、量测方法

这里介绍几项主要量测项目的量测方法。

(一)地质素描

与隧道施工进展同步进行的洞内围岩地质(和支护状况)的观察及描述，通常称为地质素描。它是隧道设计和施工过程中不可缺少的一项重要地质详勘工作，是围岩工程地质特性和支护措施的合理性的最直观、最简单、最经济的描述和评价。

配合量测工作对代表性断面的地质描述，应详细准确，如实反映情况。一般应包括对以下内容的描述：

l.代表性测试断面的位置、形状、尺寸及编号；

2.岩石名称、结构、颜色；

3.层理、片理、节理裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等；各结构面的成因类型、力学属性、粗糙程度、充填的物质成分和泥化、软化情况；

4.岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬程度及破碎程度；

5.岩体风化程度、特点、抗风化能力；

6.地下水的类型、出露位置、水量大小及喷锚支护施工的影响等；

7.施工开挖方式方法、锚喷支护参数及循环时间；

8.围岩内鼓、弯折、变形、岩爆、掉块，坍塌的位置、规模、数量和分布情况，围岩的自稳时间等；

9.溶洞等特殊地质条件描述；

10.喷层开裂起鼓、剥落情况描述；

11.地质断面展示图(1:20~1:100)或纵横剖面图(1:50~1:100)。必要时应附彩色照片。

(二)拱顶下沉和地表沉降

由己知高程的临时或永久水准点(通常借用隧道高程控制点)，使用较高精度的水准仪，就可观测出隧道拱顶或隧道上方地表各点的下沉量及其随时间的变化情况。隧道底鼓也可用此法观测。通常这个值是绝对位移值。另外也可以用收敛计测拱顶相对于隧道底的相对位移。值得注意的是，拱顶点是坑道周边上的一个特殊点，其位移情况具有较强的代表性。

(三)坑道周边相对位移

1.量测原理

隧道开挖后，围岩向坑道方向的位移是围岩动态的最显著表现，最能反映出围岩(或围岩加支护)的稳定性。因此对坑道周边位移的量测是最直接、最直观、最有意义、最经济和最常用的量测项目。为量测方便起见，除对拱顶、地表下沉及底鼓可以量测绝对位移值外，坑道周边其它各点，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等多种。

(3)测点是将带销孔或圆球测头长度为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7-5-1是QJ-81型球铰连接弹簧式收敛计。

3.测试方法及注意事项

(l)开挖后尽快埋设测点，并测取初读数，要求12h 内完成； (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7-5-1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。 4.数据整理

量测数据整理包括数据计算、列表或绘图表示各种关系。 (1)坑道周边相对位移计算式为

0R R u i i -= (7-5-1)

式中：R 0——初始观测值； R i ——第i 次观测值；

u i ——第i 次量测时，该两测点之间的相对位移值。

(2)测尺为普通钢尺时，要消除温度影响尤其当洞径大(测线长)、温度变化大时，应进行温度改正。其计算式为：

()0t t L u i t i -=∆α (7-5-2) t i i i u R R u ∆--=0 (7-5-3)

图7-5-1 QJ —81型球铰连接弹簧式收敛计

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