第九章地下隧洞工程信息化施工监测

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七、压力监测
监测仪器:压力盒和频率计,或液压枕; 用途:围岩内部的压力;压力盒或液压枕;
支衬结构内部的压力; 围岩与初衬间的接触压力; 初衬与二衬间的接触压力; 1、液压枕 组成:枕壳、注油三通、紫铜管和压力表 (图4- 11),为了安设时排净系统内空 特点:稳定可靠、结构简单、防潮防震; 读数方便、成本低、不要电源。 2、压力盒
说明: 代表性:不同围岩类别、衬砌型式至少设一个断面; 特殊性:断层、破碎带、洞口等隧道特殊部位应设监测
断面; 各种位移监测项目应尽量布置在同一监测断面上; 各种力的监测项目应尽量布置在同一监测断面上; 施工初期阶段,监测断面间距取小值,随后适当增大. 测点埋设不超过掌子面2米,并不超过开挖后24小时。
2.82.0
712
57
0.20.8
0.61.6
1.03.0
1217
710
1015
注:①洞周相对收敛量系指实测收敛量与两测点间距离之比; ②脆性岩体中的隧道取表中较小值,塑性岩体则取较大值; ③本表所列数据,可在施工中通过实测和资料积累作适当调整; ④拱顶下沉允许值一般按表4-6的0.51.0倍采用 ⑤跨度超过11m时可取用最大值。
第九章 地下隧洞工程 信息化施工监测
9-1 岩石隧道工程信息化施工 新奥法施工的要素:
光面爆破:保护围岩自承能力; 锚喷支护:提高围岩自承能力;
监控量测:发挥围岩自承能力(图4-1)。
图4-1监控量测,发挥围岩自承能力
监测的目的:
确保隧道的安全施工;
信息反馈,指导施工(适时支护,发挥围 岩自承能力);
重调范 围
20mm
2550mm
5080mm
150mm
300mm
250mm 1000mm
三、监测部位的确定和测点的布置 1、监测断面位置的确定 公路隧道施工技术规范(TJT042-94)(表4-2) 洞周收敛和拱顶下沉降监测断面的间距:
Ⅱ类:5~20米;Ⅲ 类:20~40米; Ⅳ 类:40 米以上。 ➢地表沉降监测断面的间距: 埋深大于两倍洞径:20~50米; 埋深在一倍洞径与两倍洞径之间:10~20米; 埋深小于洞径:5~10米。 ➢表4-2中B类监测项目的监测断面的间距:200~ 500米。
监测仪器
水准仪或全站仪 经纬仪或全站仪 水准仪或全站仪 水准仪或全站仪 单点、多点位移计,三维位移计 测斜仪,三维位移计 收敛计,巴塞特系统
压力盒,压力枕 压力盒,压力枕 钢筋应力计,应变计 压力盒,压力枕 钢筋应力(应变计),应变片,环式测力计 钢筋应力计,应变片,应变计,轴力计 渗压计
弹性波,形变电阻法 弹性波,超前钻,探地雷达,TSP 测震仪 声发射检测仪
9-3 岩石隧道监测方案设计
监测方案制定步骤: (1)收集和阅读有关资料 a.综合地形图 b.工程地质勘察报告 c.隧道工程的设计图纸 d.隧道工程施工组织设计 e.地表建(构)筑物基础和结构的设计图纸; (2)现场踏勘 (3)拟定监测方案初稿,提交协调会议讨论,形成会议纪 要 (4) 根据会议纪对监测方案初稿进行修改,形成正式监测 方案。
若设计有特殊要求,按设计要求频度;
遇突发事件则加强观测;
不同位移速度表时4-的5 位监移速测度频与监度测可频度参见(表4-5)。
位移速度 15 (毫米/天 )
115 0.51
0.20.5
<0.2
频度
1~2天/次 1次/天 1次/2天 1次/7天 1次/15天
五、监测数据警戒值及围岩稳定性判断准则
1、容许位移量
钻孔:通常布置拱顶、边墙和拱脚部位(图4- 13);若条件允许,可从地表或其它隧洞钻孔 预埋。
孔深:超出围岩变形影响范围,约1.5~3倍洞径, 软岩取大植;
测点位置:距孔口按1、4、9、16…的比例布设; 孔口和孔底都应布设测点;在软弱结构面、接 触面和滑动面等两侧。
说明:隧道内,位移计孔口处需布设洞周收敛测 点;拱顶位移计:洞内孔口处需布设拱顶沉降测 点;对应地表需布设地表沉降和位移测点。
➢容许位移量:在保证隧道不产生有害松动和地 表不产生有害下沉的条件下,自隧道开挖 起到 变形稳定为止,在起拱线位置的隧道壁面间水 平位移总量的最大容许 值,或拱顶的最大容许 法下国沉制量订。的拱顶沉降量控制标准(表4-7)。
➢确定依据: a. 国内外有关规范: 公路隧道施工 技术规范(TJT042-94)(表4-6);
洞周收敛是隧道周边或结构物内部净空尺 寸的变化。 穿孔钢卷尺式收敛计(图4-7a、图4- 8a);
四、围岩内位移 1、单点位移计(图4-2)
说明:
单点位移计结构简单,制作容易,测试精 度高;
受外界因素影响小,容易保护;
若钻孔足够深时孔底可视为不动点,测得 的是位移绝对值;
单点位移计通常与多点位移计配合使用。
埋深 3D<h 2D<h<3D D<h<2D h<D
表8-4 地表沉降监测的重要性
重要性
监测与否
小 一般 重要 非常重要
不必量 最好量一下
必须进行 必须列为主要监测项目
注:D为隧道直径,h为埋深
说明: 监测项目能全面反映围岩和支护的变化动态; 能反映各种不同地质单元和隧道结构复杂部位的变化动态; 地质条件变化大的工程,宜进行地质超前预报; 高地应力的脆性岩体,可以进行声发射监测;
压力(应力); 其它物理量(围岩松动圈和声发射)。
监测类型 位移
压力 其它 物理量
监测项目
地表沉降 地表水平位移 拱顶沉降 拱脚基础沉降 围岩内位移(径向) 围岩内位移(水平) 洞周收敛
围岩内压力 衬砌混凝土内压力 衬砌钢筋应力 围岩与衬砌接触压力 锚杆轴力 钢拱架压力 地下水渗透压力
围岩松动圈 前方岩体性态 爆破震动 声发射
2、多点位移计
按位移监测仪器的不同分为: 机械式:深度测微计、千分表或百分表。 电测式:位移传感器;钢弦式电阻式; 差动变压器式; 电阻应变式。
按安装方式分为: a.并联式多点位移计: 注浆式锚固头; 机械式锚固头。 b.串联式多点位移计:孔口固定;孔底固定。 c.滑动式位移计(地表埋设)
埋设方式:当隧道埋较浅时可地表埋设,测得全位移 洞内埋设,可向多个方向埋设。
洞内观察和地质描述,每次爆破开挖后进行。 可从地表监测的项目:
开挖面距量测断面前后< 2B时,1~2次/天; 开挖面距量测断面前后< 5B时,1次/2天; 开挖面距量测断面前后>5B时, 1次/周。
说明:
监测频度应根据监测变化的大小调整;
应以变化最大者来决定监测频度;
整个断面内的监测频度应该相同;
隧道内地质条件的变化情况; 节理、裂隙的发育和扩展情况; 渗漏水情况; 隧道暴露面无松动岩石; 锚杆有无松动、喷层有无开裂; 中墙衬砌上有无裂隙出现。
二、拱顶沉降
仪器:水准仪监测 方法:在拱顶用短锚杆设置挂钩,用铟钢丝
悬挂标尺(或收敛计);可借助于渔杆将 标尺(或收敛计)挂到挂钩上。
三、洞周收敛监测
5、其他监测项目的布设
力的监测项目的布设位置与多点位移计的 类似;
(锚杆拉力、围岩压力和衬砌内力、钢拱 架内力)监测锚杆上一般均匀布设3~4个 测点;
监测锚杆的规格应与工程锚杆的相同。
四、观测及其频度的确定 隧道内监测项目:
在隧道开挖后:15天内,1~2次/天; 15天~1个月内,1次/2天; 1~3个月内,1~2次/周; 3个月上,1~3次/月。
信息反馈,指导设计(修改支护参数和计 算参数);
验证和研究设计新方法、施工新工艺采集 数据;
环境保护(相互影响)。
9-2 岩石隧道监测的内容和方法
监测的对象:围岩;
衬砌(初衬和二衬); 锚杆; 钢拱架及其它支撑
监测的部位:地表;
围岩内; 洞壁; 衬砌内; 衬砌内壁等。
监测的类型:位移;
表8-5 位移计的量程与精度选择范围表
精度范 围
0.0025mm
0.025mm
0.25mm
2.5mm
灵敏度 0.00250.01m 0.0250.1mm 0.251.0mm m
2.510mm
典型用 现场岩石试验;硬岩隧道;

变形较小工程 浅基础
岩石大洞室; 位移大的洞室;
边坡
位移大的边坡
量 程 525mm
围岩 类别
Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ
埋深 (米) 10~50 50~100 >500
表8-6 洞周允许相对收敛量和开挖轮廓预留变形量
洞周允许相对收敛量(%)
隧道埋深(m)
<50
50~300
301~500
轮廓预留变形量(cm)
跨度(m)
9~11
7~9
1.10.3
1.20.5
1.41.2
57
35
2.150.5
0.41.2
报告管理人员
口头报告,召开会议, 写出书面报告和建议
一级警戒 位移大于15毫米,并且各处测点的位移均 主管工程师立即到现
在加速
场调查,召开现场会
议,研究应急措施
表8-9 日本新宇佐美隧道容许变形量
能尽量靠近工作面安设; 确定监测内容时可参考的规范: 公路隧道施工技术规范(TJT042-94)(表4-2) 日本《新奥法设计技术指南(草案)》(表4-3); 地表沉降监测的重要性可参见表4-4
项目
围岩 条件
表8-3 围岩条件而定的各测项目的重要性
A类监测
B类监测
洞内 洞周 拱顶 地表 围岩内 锚杆 衬砌 锚杆拉 观察 收敛 下沉 下沉 位移 轴力 应力 拔试验
围岩 试件
洞内
弹性 波
硬岩地层
△ △*
(断层等破碎带除外)
△* △ △
△△
软岩地层 (塑性地压不太大)
△ △*
△* △* △
△△
软岩地层 (塑性地压很大)



土砂地层
△* △*

必须进行的项目; 应该进行的项目;△ 必要时进行的项目; △* 这类项目的监测结果对判断设计是否保守是很有用的。
岩石隧道工程监测方案设计的内容:
(1) 监测内容——测什么? (2) 监测方法和仪器——怎么测? (3)施测部位和测点布置——测哪里? (4) 监测期限和频度——何时测? (5) 预警值及报警制度等实施计划——怎么办?
一、 监测内容的确定
监测内容确定的原则: ①工程的规模、重要性程度; ②隧道的形状、尺寸、工程结构和支护特点; ③工程地形、地质条件; ④施工工序和方法; ⑤能及时安设,但少干扰施工; ⑥方法简单、结果可靠、成本低; ⑦被测物理量要概念明确,量值显著。
2、洞周收敛测点的布置形式 十字形:底部施工已基本完成的隧道; 三角形:常用,易于校核监测数据; 多个三角形或交叉形:较宽或较高的隧道; 说明:
断面较小时,可采用较简洁的布置形式; 数据作为反分析使用,采用多个三角形的布 置形式; 边墙很高时,可沿墙高设置多个水平测量基 线。
3、位移计的布设
五、锚杆拉力监测 1、仪器和原理:
a.锚杆拉力计、频率仪或电阻应变仪,直接测得锚杆 拉力;
b.钢筋应力计、频率仪或电阻应变仪; c.钢筋应变计、频率仪或电阻应变仪; d.应变片、电阻应变仪。 2、埋设 a.锚杆拉力计安装在承压板与锚头之间,如图3-15; b.钢筋应力计:割断钢筋,与钢筋串联焊接; c.钢筋应变计:焊在钢筋或钢管上(与锚杆并联连 接); d.应变片:对锚杆表面作特殊加工后粘贴,并防潮、 密封。
说明:钢筋应力计只能用于由钢筋组成的锚杆。
六、衬砌内力
1、仪器: a.钢筋应力计和频率仪或电阻应变仪; b.钢筋应变计和频率仪或电阻应变仪。
注:钢筋应力计的量程根据钢筋的直径和等级。
2、埋设: a.钢筋应力计:割断主筋,与结构主筋串联焊
接; b.钢筋应变计:并在结构主筋附近(与主筋并
联)。
注:钢筋计在混凝土结构内相对的钢筋层上对称 布置。
二、 监测手段和仪表的确定
在隧道监测项目中,可以选择的仪器和方法的余 地较少; 各种隧道监测项目所能选择的仪器和方 法已如§3-2和§4-2所述。
不同用途的位移计的精度等级和量程范围可参见 表4-5。
说明: 仪器的量程和绝对精度要与被测物理量的 变化范围相匹配; 如:软岩隧道的围岩变形较大, 可选用精度稍低的变形监测仪器; 浅埋隧道或有 条件时,可从地表钻孔预埋; 长期监测点因后期 变化较小,要求精度较高
表8-7 法国制订的拱顶沉降量控制标准
拱顶容许最大下沉量(厘米)
硬质围岩
软质围岩
1~2 2~6 6~12
2~5 10~20 20~40
b.参考国内外有关隧道经验 弗朗克林隧道警戒标准,表8-8 ;
等级
表8-8 弗朗克林隧道警戒标准
标准
措施
三级警戒 任一测点的位移大于10毫米
二级警戒 二个相邻测点的位移均大于15毫米, 或任一测点的位移速率超过15毫米/月
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