隧道监控量测(选测)全解

初支与二衬之间压力测试结果分析
压力分布图（单位：kPa）
时态曲线
初期支护与二次衬砌之间压力分布不均匀，左侧接触压力比右侧接触压 力略大，这与初支与围岩接触压力分布基本一致，主要原因是由于破碎带处的 围岩条件下的受力不均匀。 从时态曲线上来看，初期支护与二次衬砌的接触压力总体变化比较平稳， 振幅变化较小，起始压力有些小幅度的波动，直到44天后受力完全稳定。
项目二
任务三 隧道监控量测仪器的认知
应变计
压力盒
教学目标
学会安装压力盒、应变计 能够对量测数据进行处理，并进行初步分析，可 以对施工和设计进行简单的优化。
一、压力盒的使用
主要用于长期监测土石坝、高层建筑、挡 土墙、桥墩、地铁、铁路、隧道、路面等土木 工程所受到的岩土体压应力。
在隧道中，压力盒主要测量围岩与初期支 护间、初期支护与二次衬砌间、仰拱与围岩之 间的压力及其随时间变化；
钢拱架应力测试结果分析
钢拱架内缘时态曲线（单位：MPa）
负号表示受拉，正号表示受压
钢拱架外缘时态曲线（单位：MPa）
负号表示受拉，正号表示受压
钢拱架应力随时间变化波动较大，大部分测点处的应力随时间逐渐增大，个别 测点处应力随时间逐渐减小，直到72天施作二次衬砌后，钢拱架应力走势明显出现 转折，之后均有不同程度的减小并逐步趋于稳定，说明二次衬砌分担了初期支护的 一部分应力，初期支护系统中钢拱架的支护效果比较明显，对于断层破碎带处隧道 来说，施作钢拱架是很有必要的，钢拱架在整个初期支护系统中起到了很好的支护 作用。
A3 A2 A4
88.8
30.6
A1
A5 28.8
围岩与初期支护之间的接触压力 呈不均匀分布，总体看两侧基本对称， 其中左拱腰和右拱腰压力相对较大， 分别为 105.6KPa 和 88.8KPa ；拱顶的 压力相对较小，为 34.5KPa ，这是由 于拱顶应力充分释放的原因，而左、 右边墙的压力相对较小，分别为 30.6 KPa和28.8 KPa，总体呈‘猫耳朵’ 状分布。
P K ( f 2 f02 )
式中 ：f ——测试元件受力后钢弦的频率； f。 ——测试元件未受力时钢弦的频率； K ——标定系数，与传感器构造有关，各传感器均不相同； P ——测试元件所受的力。
压力盒数据处理学习任务
监控量测.doc
围岩与初期支护之间压力测试结果分析
34.5 105.6
作业
一篇关于隧道监控量测的小论文，字数1000左右 。要求有量测目的、方案、布置图。
测点布设：应把压力盒测点布设在具有代表性的断面 的关键部位上，如拱顶、拱腰、拱脚等，并对各测点逐一 进行编号。 量测：采用频率计采集压力盒频率，根据压力盒的频 率，将量测数据直接换算成相应的接触压力。
初期支护与二次衬砌接触压力
围岩
围岩与初期支护接触压力
围岩
压 力 盒 埋 设
二、应变计的使用
适用于长期埋设在混凝土结构的梁、挡土墙、柱衬砌、桩基 、水工建筑物、支撑、墩与底脚中，监测其应力大小与应变量。 在隧道中，应变计主要测量钢拱架的应变和应力及其随时间 变化 ；测量初支喷射混凝土、二衬和仰拱中混凝土的应变和应力 及其随时间变化。
钢支撑应力量测
钢支撑应力量测
二衬应力量测
传感器导线的引用埋设
断层破碎带结构受力结果分析
瑶寨隧道断层破碎带 YK47+232 断面结构受力现场测试 从 2011 年 8 月开始至 2012 年 1 月，历时 6 个月的时间，通过半 年的现场观测，获得了大量数据。
现场测试元件及其工作原理
本次测试元件全部采用钢弦式传感器。其工作原理是由钢弦的应力变化转 变为钢弦震动频率的变化，通过频率仪来测定钢弦震动频率，从而测出钢弦应力 的变化。其计算公式为：
初衬与二衬荷载分担比测试结果分析
一次衬砌与二次衬砌所受荷载分担比
荷载 测点 左边墙 左拱腰 拱顶 围岩与初期支护 的接触压力 (KPa) 30.6 105.6 34.5 荷载分担比 （% ） 69.3 89.1 76.3 83.9 荷载分担比 平均值（% ） 初支与二次衬砌 的接触压力 (KPa) 13.6 12.9 10.7 荷载分担比 （% ） 30.7 10.9 23.7 16.1 荷载分担比 平均值（% ）
钢拱架应力测试结果分析
41.9
29.1 46.4
35.3
E4 E3 E5
59.4
F4 F3 F5
53.2
E2
-48.5 -5.3
52.5
E6
F2
F6
-36.5
E1
-16.5
E7
52.5
58.5
F1
F7
25.4
钢拱架内缘应力分布图（单位：MPa）
负号表示受拉，正号表示受压
钢拱架外缘应力分布图（单位：MPa）
围岩与仰拱之间压力测试结果分析
压力分布图（单位：kPa）
时态曲线
仰拱与围岩的接触压力随时间变化逐渐增大，特别是B1、B2、B5位置处 随时间变化接触压力增大幅度较大，而且仰拱整体所受压力值相比较初支与围 岩压力值较大，其中B1位置所受压力为219KPa，B2位置所受压力为88KPa， B5位置所受压力为152KPa，这是由于仰拱与围岩接触压力承受了仰拱本身的 垂直压力以及大部分隧道衬砌所受的垂直压力所致。
二衬混凝土应力测试结果分析
应力分布图（单位：MPa）
负号表示受拉，正号表示受压
时态曲线
负号表示受拉，正号表示受压
由二次衬砌应力分布图可以看出，隧道不同位置测点处的混凝土应力差别较大， 二次衬砌以拉应力为主，只有左拱腰是压应力，其余部位都是拉应力，拱顶G3位置 处拉应力最大，为3.13MPa，左边墙G1位置处拉应力最小，为0.02MPa，在G2、 G3位置出现了较大应力，整体左侧受力大于右侧受力，这与二衬与初支接触压力基 本一致。从时态曲线可以看出，二次衬砌中的混凝土应力除左拱腰外基本都是随时 间逐渐减小，相对来说应力增幅较小。
引线
高坎隧道传感器导线盒
瑶寨隧道断层破碎带量测受力测试方案
根据瑶寨隧道断层破碎带现场实际围岩条件，选取了YK47+232断面，此断
面围岩以充填型黄土为主，局部夹有块碎状强风化灰岩，整体呈泥夹石状，岩体 整体稳定性差，局部有小坍塌。测试断面掌子面照片如下图所示。
测试断面掌子面围岩
现场测试元件埋设情况
Fra Baidu bibliotek
右拱腰
右边墙
88.8
28.8
90.7
75.8
9.1
9.2
9.3
24.2
从表中可以看出：初期支护荷载分担比为 83.9%，二次衬砌荷载分担比为 16.1%；这说明 在断层破碎带处隧道施工中，以喷射混凝土、钢拱架和锚杆为系统的初期支护作为主要的隧道 支护结构承担了绝大部分的荷载，与二次衬砌结合有效的提高了支护系统的安全性和稳定性。 在断层破碎带地质条件下修筑隧道时，初支应该按照主要的承载结构来设计，而二次衬砌在设 计时，不能仅仅作为安全储备考虑来设计，应提升对二衬的设计的级别。 在各测点的数据中，可以看出，初期支护在左拱腰位置处承担的荷载为 89.1%，右拱腰位 置处承担的荷载为90.7%，远远大于初期支护承担的平均荷载，所以在隧道施工过程中应加强对 拱腰部位的监控。
负号表示受拉，正号表示受压
钢拱架以受压为主，其中内环拱顶、右拱腰、右边墙及右拱脚处钢拱架均受压， 而左拱腰、左边墙和左拱脚均受拉，最大值出现在右边墙E6处钢拱架所受压应为 59.4MPa，最小值出现在左边墙E2处钢拱架所受拉应力为5.3 MPa。外环除右边墙 外全部受压，最大值出现在左拱脚F1处钢拱架所受压应为58.5MPa，最小值出现在 右拱脚F7处钢拱架所受压应力为25.4 MPa。在整个初期支护系统中钢拱架所受应力 较大，从中可看出钢拱架承受了围岩较大的荷载，这样对提高初期支护结构的整体 强度，起到了很好的支护效果。
仰拱混凝土应力测试结果分析
应力分布图（单位：MPa）
负号表示受拉，正号表示受压
时态曲线
负号表示受拉，正号表示受压
由仰拱混凝土应力分布图可以看出，不同位置混凝土的应力差别较大，仰拱在 H1和H3位置处的应力比拱底H2位置处的应力相对较大，H1位置处的混凝土压应力 最大，为3.07MPa，拱底H2位置处应力最小，为1.72MPa，仰拱左侧受压，右侧受 拉，这与仰拱与围岩接触压力分布基本一致。 从仰拱时态曲线可以看出，仰拱混凝土应力基本随时间逐渐减小，应力变化较 小，应力走势曲线波动较小，大约在61天后应力逐渐趋于稳定。
压力分布图（单位：kPa）
围岩与初期支护之间压力测试结果分析
从时态曲线可知，拱顶和边
墙位置的压力起始变化幅度都不 大，随时间也是缓慢小幅度增长 ，相比较而言，衬砌拱腰位置的 压力随时间逐渐大幅度增大，直 到 72 天二衬施作后围岩与初期支 护的接触压力才逐渐稳定下来， 时态曲线 说明二衬结构已经开始受力，发 挥作用。