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1、第七章 监控量测 本章学习的内容： 掌握隧道监控量测的目的和任务，掌握隧道的量测量测，了解隧道选测 项目，掌握隧道隧道内外状态观察、周边收敛量测、地表下沉和拱顶下 沉量测实施的步骤，掌握隧道量测数据的处理，掌握判断围岩稳定性的 方法。 重难点： 重点：隧道内外状态观察、周边收敛量测、地表下沉和拱顶下沉量测实 施的步骤和隧道量测数据的处理。 难点：数据的分析处理。 1 监控量测计划的编制 2 隧道监控量测的项目和方法 3 超前地质预报 目 录 7.1 监控量测计划和编制 监控量测概念。 在隧道的施工过程中，使用各种仪器设备和量测元件，对地表沉降 、围岩与支护结构的变形、应力、应变进行量测，据此来
2、判断隧道 开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性和支护的工作状 态。 （1）确保施工安全及结构的长期稳定性； （2）验证支护结构效果； （3）确定二次衬砌施作时间； （4）监控工程对周围环境的影响； （5）积累量测数据，为信息化设计和施工提供依据。 一、监控量测编制依据 监控量测目的 （1）监控量测项目； （2）人员组织； （3）元器件及设备； （4）监控量测断面、测点布置、监控量测频率及监控量测基准； （5）数据记录格式； （6）数据处理及预测方法； （7）信息反馈及对策等。 二、隧道现场量测计划制定 1、隧道监控、量测计划 根据隧道的工程地质，水文地质、地形条件、支护类型和参数、施工
3、 方法及其他有关条件进行制定。 2、隧道现场量测计划的主要内容 3、监控量测作业流程 二、隧道现场量测计划制定 7.2 隧道监控量测的项目和方法 必测项目 选测项目 洞内状态观察 拱顶下沉量测 周边位移量测 工程地质与水文地质情况观察 工作面附近初期支护作用 效果观察 围岩压力量测 围岩内部位移量测 锚杆轴力量测 衬砌应力量测 岩体弹性波速测定 量 测 项 目 地表沉降量测 一、量测项目 （1）观察内容 掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层，是否偏压、围岩 类别，掌子面自稳情况，地下水的影响情况等，并做好记录。 对初期支护效果观察包括：锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无 裂缝，裂
4、缝的部位、长度、宽度、深度，喷层是否把钢支撑全部覆盖。 二、隧道监控量测方法 1、洞内外状态观察 （2）目测观察中围岩的破坏形态分析 危险性不大的破坏； 危险性较大的破坏 塌方征兆的破坏 二、隧道监控量测方法 1、洞内外状态观察 （3）利用目测结果修改设计、指导施工 开挖后利用目测到的地质情况与开挖前勘察结果有很大不同时，则应根 据目测的情况重新修改设计方案； 当发现开挖面自稳时间小于1h的情况时，采用预留核心土法；可以采 用超前支护 开挖后没有支护前，发现顶板剥落现象时，开挖后尽快施作喷混凝土层 ，缩短掘进作业时间；对开挖工作面前方拱顶用锚杆进行预支护后再开 挖；增加钢拱架加强支护；缩短一次
5、掘进长度。 发现有喷混凝土与岩面粘结不好的悬空现象时，开挖后及时喷射混凝土 ；在喷射混凝土层中加设钢筋网；增长锚杆或增加数量。 二、隧道监控量测方法 1、洞内外状态观察 （4）量测仪器 罗盘仪 二、隧道监控量测方法 （5）填写地质素描卡 二、隧道监控量测方法 隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛。所谓周边收 敛量测主要是隧道内壁面两点连线方向的距离的变形量的量测 。收敛值为两次量测的距离之差。 二、隧道监控量测方法 2、净空变化量测 （1）周边收敛量测含义 （2）量测仪器收敛计 监测断面布置 二、隧道监控量测方法 2、净空变化量测 （3）测点布置 （2） 测线布置 二、隧道监控量测方法
6、o测点距开挖工作面小于12米； o第一次量测时间：上次爆破后24小时内，下次爆破前。 二、隧道监控量测方法 （3） 测点埋设时间与方法 观 测 编 号 量测时间 观测值 温 度 尺 孔 读 数 12 3平均值 日期 时 间 mmmmmmmmmm 12015/10/318 277.25 18.0 5 18.07 18.04 7.25 18.05 2 3 4 注：为提高量测精度，每条基线应重复测三次取平均值。 当三次读数极差大于0.05mm时，应重新测试。 二、隧道监控量测方法 （4） 记录读数 量测断面距 开挖面距离（m） 量测频率 (01)b2次/d (12)b1次/d (25)b1次/23d
7、 5b1次/7d 位移速度 （mm/d） 量测频率 52次/d 151次/d 0.511次/23d 0.20.51次/3d 0.21次/7d 1）按距开挖面距离 (注：b为隧道开挖宽度) 2）按位移速度 二、隧道监控量测方法 （5） 量测频率 二、隧道监控量测方法 不要焊接在钢拱架上 收敛计安装 二、隧道监控量测方法 二、隧道监控量测方法 (1) 基线两点间收敛值S公式 S=(D0+L0)-(Dn+Ln) (2) 温度修正 Ln=Ln-a(Tn-T0)Ln 式中: a-钢带尺线膨胀系数，取a=1210-6 钢尺温度修正后收敛值S S=(D0+L0)-(Dn+Ln) 基线缩短，S或S为正值，反之
8、为负。 如第n次测量与 首次量测的环境 温度相差较大时， 要进行温度修正 二、隧道监控量测方法 （6）收敛值计算 埋深较浅、固结程度低的地层，水平成层的场合，这项量测比收敛量 测更为重要。 （1）量测目的 量测数据是确认围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序，预防 拱顶崩塌，保证施工质量和安全的最基本的资料。 （2）量测仪器 精密水准仪、钢挂尺或全站仪 二、隧道监控量测方法 3、拱顶下沉量测 钢挂尺 全站仪 水准仪 拱顶下沉 地表沉降 隧底隆起 二、隧道监控量测方法 二、隧道监控量测方法 （3）量测示意图 必测项目量测断面间距和每断面测点数量 围岩级别 断面间距（m ） 每断面测点数量 净空
9、变化拱顶下沉 51012条基线13点 10301条基线1点 30501条基线1点 拱顶下沉量测与周边收敛量测共用一个断面 二、隧道监控量测方法 （4）量测测点布置 水准仪观测 二、隧道监控量测方法 （5）量测方法 二、隧道监控量测方法 （5）量测方法 浅埋隧道通常位于软弱、破碎、自稳时间极短的围岩中，施工方法不 妥极易发生冒顶塌方或地表有害下沉，当地表有建筑物会危及安全。 （1）地表下沉量测含义 二、隧道监控量测方法 4、地表下沉 全站仪 水准仪 钢挂尺 二、隧道监控量测方法 （2）量测仪器 二、隧道监控量测方法 （3）地表下沉量测测点 观测次数观测日期实测高程（m）下沉量（mm） 累计下沉量
10、（mm ） 二、隧道监控量测方法 （4）地表下沉记录表格 地表下沉采用闭合测量法，这样有利益我们检查是否有误，当闭合 差超过3mm时，我们必须重新测。 在地形较陡、视线不通时我们有时候一站不能测完，此时我们可以 设置转点。 当地表下沉到24CM时我们要加强观测，必要是给业主出预警报告 。 数据处理（仪高法计算）见下表。 二、隧道监控量测方法 （5）地表下沉量测数据计算 二、隧道监控量测方法 量测断面距开挖面距离（m）量测频率 （01）B2次/d （12）B1次/d （25）B1次/23d 5B1次/7d 注：B隧道开挖宽度 位移速度（mm/d）量测频率 52次/d 151次/d 0.511次/
11、23d 0.20.51次/3d 0.21次/7d 二、隧道监控量测方法 （6）量测频率 二、隧道监控量测方法 5、选测项目 （1）混凝土内力 是了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态；掌握喷层所受应 力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况；判断支护结构长期使用的 可靠性以及安全程度；检验二次衬砌设计的合理性；积累资料。 仪器：混凝土应变计。 （2）围岩压力 指围岩与支护或喷层与二次衬砌混凝土间的接触压力的测试。仪器： 压力盒。 （3）围岩内部位移 为了探明支护系统上承受的荷载，研究支护与围岩相互作用之间的关 系，不仅需要量测支护空间产生的相对位移，而且还需要对围岩深部 岩体位移进行监测。 仪
12、器：多点位移计。 三、量测数据的处理和应用 1、处理的目的 （1）将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确 认量测结果的可靠性； （2）探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律 ，判断围岩和支护系统稳定的状态。 三、量测数据的处理和应用 2、量测数据处理的内容 绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线； 绘制位移速率、应力速率、应变速率随时间变化的曲线； 绘制位移、应力、应变随开挖面推进变化的曲线； 绘制位移、应力、应变随围岩深度变化的曲线； 绘制接触压力、支护结构应力在隧道横断面上分布图。 图1 时态回归曲线示意图 三、量测数据的处理和应用 三、量测数据的处理和应
13、用 3、量测数据应用 （1）通过位移速度管理 III级：净空变化速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于15mm/d ，围岩基本达到稳定。可正常施工。 II级：净空变化速度在0.2mm/d5.0mm/d之间，应加强监控量 测频率。加强支护措施。 I级：净空变速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态， 应加强监控量测频率。应加强支护措施。 三、量测数据的处理和应用 3、量测数据应用 （2）通过位移速度变化率来管理 III级：当围岩位移速速度不断下降时（du2/d2t0），围岩趋于 稳定状态 II级：当围岩位移速度保持不变时（du2/d2t0），围岩不稳定， 应加强支护 I级：当围岩位移
14、速度不断上升时（du2/d2t0），围岩进入危险 状态，必须立即停止掘进，加强支护。 三、量测数据的处理和应用 3、量测数据应用 （3）监控量测结束时间 只有下列条件同时满足时，方可结束某一断面的监控量测： 1）测点距开挖面距离大于5B； 2）当净空变化速度小于0.2mm/d、拱顶下沉速度小于0.15mm/d 且持续时间不少于15天； 3）位移累计值达到预计最大位移量（可通过回归分析预测）的 90%以上； 7.3 超前地质预报（视频） 一、地质调查法 1、概念 根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料、洞内地质调查资料 ，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、 断层要素和
15、隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前 兆分析等，利用地质理论、地质作图和趋势分析等工具，推测开挖面 前方可能揭示的地质情况。 2、优点 不占用开挖工作面时间，不干扰施工，设备简单、操作方便、提交资 料及时，可随时掌握开挖面的地层、岩性、地质构造、地下水等地质 条件的变化。 二、超前钻探法 1、概念 在掌子面布设探孔，采用水平钻机进行超前钻探，根据钻机在钻进过 程中的推力、扭矩、钻速、成孔难易及钻孔出水情况来确定前方的地 层和岩性，同时进行涌水量、水压测试及水质分析，判定掌子面前方 地层含水情况及性质的一种方法。 2、特点 方法简单、直观；探测距离可长可短（580m）。但施作困难，
16、费 时较多，费用较大。 三、物探法 1、隧道地震波法 通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播 ，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被 高精度的接收器接收，通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙 分布、软弱岩层及含水状况等、最终显示屏上显示各种围岩构造界面 与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离、并可初步测定岩石 的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。 三、物探法 三、物探法 2、地质雷达探测法 是利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行 扫描，以确定其内部结构形态和位置的电磁技术。电磁波通过天线发 射，遇到不同阻抗介面时，将产生反射波和透射波。接收机利用分时 采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机 系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的 形式显示出来。 三、物探法 四、红外探测法 2、地质雷达探测法 红外探测法是由分子震动和转动形成的，构成地质体的分子每时每刻 都在不停地振动和转动，它所产生的能量在不间断地由内向外传播， 从而形成红外波段的电磁辐射，并形成红外辐射场。场有能
