最新地下工程监测技术
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大型的地下洞室包括地下厂房、地下车站等，一般净 空断面可达1000m2以上。水电站地下厂房一般由三大洞室 (厂房、主变室、尾调室)及其他洞室组成庞大的洞室群，洞 室与洞室之间间距有限，还存在相互影响的问题。
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。
地下工程监测技术
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， E101
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力学参数难于确定，故地下工程设计的不
确定性更加明显。
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R105 R106
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位移反分析：在岩土工程开挖前或开挖过程中，建立岩土体的位移量 测系统观测岩土体在开挖过程中的位移变化，根据实测位移值，考虑岩土 体的本构模型且利用一定的技术分析手段，反求岩土工程有关计算参数 （力学特性、初始地应力场)的一种技术研究方法。
第2节 地下工程－洞室的安全监测
地下洞室一般指其长度与断面尺寸（跨度、高度）的 比值较小（如小于10）的地下空间，有别于隧道、隧洞等 长条形结构。地下洞室一般分层开挖与支护，施工工序繁 复，洞室的应力调整过程复杂，稳定性问题突出，现场监 测可获得围岩及支护的稳定性信息，指导设计与施工，保 障工程安全等。
3）地下工程变形的主要影响因素为开挖与支护，地下水等影响相 对次要些。监测与研究中应特别注意时间与空间关系。
4）由于地质条件及施工条件的不确定性，需要有备用仪器设备及 应急措施。
5）洞内监测不受外部气候影响，但洞内工作条件差，仪器及人员 的安全问题突出，需作好安全防范。
6) 大型洞室一般采取分层开挖与支护，仪器应根据施工进展及时 安装埋设，前期的监测应为后期施工起到指导作用。分层开挖的 电缆保护应特别重视。
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。
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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
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。
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
地下工程监测与分析研究的阶段：
第1节 地下工程监测概述
1.5 地下工程的位移反分析
正分析：根据表征某一系统力学属性的各项初始参数来确定系统的力 学行为的分析研究方法。
反分析：利用反映系统力学行为的某些物理量来推算该系统的各项或 一些初始参数的分析研究方法。
岩土工程的开挖使岩土体介质从原来的初始状态，变为新的力学状态， 相当于系统加载（或卸载），可将岩土体视为一个“试件”，试件在加载 后的反映（力学行为的后果，如变形调整），可以通过量测获得必要的数 据，再通过反分析求得工程分析所需要的各种参数。 岩土体在加载时 （考虑原岩应力后实际为卸载）的力学反映以位移最为直观、可测、可靠， 故一般建立位移量测系统观测岩土体的变形反映。
3)运Байду номын сангаас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。
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。
地下工程监测技术
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， E101
R101 R102
力学参数难于确定，故地下工程设计的不
确定性更加明显。
E102
R103 R104
R105 R106
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R107 R108
NS101
位移反分析：在岩土工程开挖前或开挖过程中，建立岩土体的位移量 测系统观测岩土体在开挖过程中的位移变化，根据实测位移值，考虑岩土 体的本构模型且利用一定的技术分析手段，反求岩土工程有关计算参数 （力学特性、初始地应力场)的一种技术研究方法。
第2节 地下工程－洞室的安全监测
地下洞室一般指其长度与断面尺寸（跨度、高度）的 比值较小（如小于10）的地下空间，有别于隧道、隧洞等 长条形结构。地下洞室一般分层开挖与支护，施工工序繁 复，洞室的应力调整过程复杂，稳定性问题突出，现场监 测可获得围岩及支护的稳定性信息，指导设计与施工，保 障工程安全等。
3）地下工程变形的主要影响因素为开挖与支护，地下水等影响相 对次要些。监测与研究中应特别注意时间与空间关系。
4）由于地质条件及施工条件的不确定性，需要有备用仪器设备及 应急措施。
5）洞内监测不受外部气候影响，但洞内工作条件差，仪器及人员 的安全问题突出，需作好安全防范。
6) 大型洞室一般采取分层开挖与支护，仪器应根据施工进展及时 安装埋设，前期的监测应为后期施工起到指导作用。分层开挖的 电缆保护应特别重视。
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。
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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
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。
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
地下工程监测与分析研究的阶段：
第1节 地下工程监测概述
1.5 地下工程的位移反分析
正分析：根据表征某一系统力学属性的各项初始参数来确定系统的力 学行为的分析研究方法。
反分析：利用反映系统力学行为的某些物理量来推算该系统的各项或 一些初始参数的分析研究方法。
岩土工程的开挖使岩土体介质从原来的初始状态，变为新的力学状态， 相当于系统加载（或卸载），可将岩土体视为一个“试件”，试件在加载 后的反映（力学行为的后果，如变形调整），可以通过量测获得必要的数 据，再通过反分析求得工程分析所需要的各种参数。 岩土体在加载时 （考虑原岩应力后实际为卸载）的力学反映以位移最为直观、可测、可靠， 故一般建立位移量测系统观测岩土体的变形反映。
3)运Байду номын сангаас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。