地下工程第9章 地下工程施工监控量测.ppt

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1、地下工程主讲主讲：本课程主要内容：本课程主要内容：本课程主要内容：本课程主要内容：第一章：绪论（第一章：绪论（1 1讲）讲）第二章：地下工程环境及围岩分级（第二章：地下工程环境及围岩分级（2 2 讲）讲）第三章：地下工程主体规划及结构设计（第三章：地下工程主体规划及结构设计（3 3讲）讲）第四章：地下结构计算理论（第四章：地下结构计算理论（2 2讲）讲）第五章：地下工程支护参数设计（第五章：地下工程支护参数设计（2 2讲）讲）第六章：地下工程防排水设计（第六章：地下工程防排水设计（1 1讲）讲）第七章：地下工程施工降水（第七章：地下工程施工降水（1 1讲）讲）第八章：地下工程施工方法（第八章：

2、地下工程施工方法（3 3讲）讲）第九章：地下工程施工监控量测第九章：地下工程施工监控量测(1(1讲）讲）第九章 地下工程施工监控量测第一节第一节 监控量测目的及设计原则监控量测目的及设计原则1、监测目的 （1）了解施工过程中隧道支护结构和周围地层的动态变化情况，分析工程施工对原始地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节为施工日常管理提供信息，保证施工的安全。（2）为修改工程设计方案提供依据。（3）保证施工影响范围内建筑物、地下管线的正常使用，为合理确定保护措施提供依据。（4）验证支护结构设计，为支护结构设计和施工方案的修订提供反馈信息。（5）积累资料，以提高地下工程的设计和施工水平。2 2、监控

3、量测设计原则、监控量测设计原则 第一：确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数第一：确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施（如预估最终位移值、根据监控基准调整、修改开挖和支护施（如预估最终位移值、根据监控基准调整、修改开挖和支护的顺序和时机等）。的顺序和时机等）。第二：满足作为设计变更的重要信息和各项要求，如提供第二：满足作为设计变更的重要信息和各项要求，如提供设计、施工所需的重要参数（初始位移速度、作用荷载等）。设计、施工所需的重要参数（初始位移速度、作用荷载等）。施工监测

4、是一项系统工程，监测工作的成败与选用监测方法的施工监测是一项系统工程，监测工作的成败与选用监测方法的选取及测点的布置直接相关。选取及测点的布置直接相关。归纳以下归纳以下5 5条原则：条原则：（1 1）可靠性原则：）可靠性原则：可靠性原则是监测系统设计中所考虑可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要的原则。为了确保其可靠性，必须做到：第一，系统的最重要的原则。为了确保其可靠性，必须做到：第一，系统需要采用可靠的仪器。第二，应在监测期间保护好测点。需要采用可靠的仪器。第二，应在监测期间保护好测点。（2 2）多层次监测原则：）多层次监测原则：多层次监测原则的具体含义有四多层次监测原则的具体含义有四点

5、：点：a a、在监测对象上以位移为主，兼顾其它监测项目；、在监测对象上以位移为主，兼顾其它监测项目；b b、在、在监测方法上以仪器监测为主，并辅以巡检的方法；监测方法上以仪器监测为主，并辅以巡检的方法；c c、在监测、在监测仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器；仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器；d d、考虑分别在、考虑分别在地表、及临近建筑物与地下管线上布点以形成具有一定测点覆地表、及临近建筑物与地下管线上布点以形成具有一定测点覆盖率的监测网。盖率的监测网。（3 3）重点监测关键区的原则：）重点监测关键区的原则：在具有不同地质条件和水在具有不同地质条件和水文地质条件、周围建筑物及地下管

6、线段，其稳定的标准是不同文地质条件、周围建筑物及地下管线段，其稳定的标准是不同的。稳定性差的地段应重点进行监测，以保证建筑物及地下管的。稳定性差的地段应重点进行监测，以保证建筑物及地下管线的安全。线的安全。（4 4）方便实用原则：）方便实用原则：为减少监测与施工之间的干扰，监为减少监测与施工之间的干扰，监测系统的安装和测量应尽量做到方便实用。测系统的安装和测量应尽量做到方便实用。（5 5）经济合理原则：）经济合理原则：系统设计时考虑实用的仪器，不必系统设计时考虑实用的仪器，不必过分追求仪器的先进性，以降低监测费用。过分追求仪器的先进性，以降低监测费用。第二节第二节 监测内容监测内容9工程安全监

7、测项目工程安全监测项目（一）围护结构的变形监测（一）围护结构的变形监测 沉降监测、水平位移监测沉降监测、水平位移监测1、围护结构沉降观测、围护结构沉降观测 2、围护结构水平位移监测、围护结构水平位移监测3、围护结构在不同深度的水平位移、围护结构在不同深度的水平位移（测斜仪）（测斜仪）（二）支护结构体系的内力监测（二）支护结构体系的内力监测围护结构的弯矩和支撑杆件的轴力（钢筋计、轴力计、应变计）围护结构的弯矩和支撑杆件的轴力（钢筋计、轴力计、应变计）（三）土压力监测（土压力盒）（三）土压力监测（土压力盒）（四）孔隙水压力的监测（孔隙水压力计：透水石（四）孔隙水压力的监测（孔隙水压力计：透水石+传

8、感器）传感器）（五）地下水位监测（地下水位仪：钢尺水位计（五）地下水位监测（地下水位仪：钢尺水位计+水位管水位管+测头）测头）10工程安全监测项目工程安全监测项目（六）新奥法施工的隧道、地下通道及地下洞室变形和收敛监测（六）新奥法施工的隧道、地下通道及地下洞室变形和收敛监测拱顶下沉、周边收敛（收敛计、位移计）拱顶下沉、周边收敛（收敛计、位移计）1、地质素描、地质素描 应包括：测试断面的位置、形状、尺寸及编号；应包括：测试断面的位置、形状、尺寸及编号；岩石名称、结构及颜色；岩石名称、结构及颜色；层理、片理、节理裂隙、断层等软弱面的产状、层理、片理、节理裂隙、断层等软弱面的产状、宽度、延伸、连续性

9、等；宽度、延伸、连续性等；各结构面成因类型、力学性质、充填物成分等；各结构面成因类型、力学性质、充填物成分等；岩体风化程度、特点等；岩体风化程度、特点等；地下水类型、位置、水量等；地下水类型、位置、水量等；溶洞等特殊地质条件描述；溶洞等特殊地质条件描述；施工方法及喷层开裂、剥落等。施工方法及喷层开裂、剥落等。第三节第三节 监测方法监测方法2 2、水准仪量测拱顶下沉或地表下沉、水准仪量测拱顶下沉或地表下沉3、收敛计测隧道周边相对位移收敛计测隧道周边相对位移数显式收敛计：4、位移计量测围岩内部位移位移计量测围岩内部位移 先先向向围围岩岩钻钻孔孔，然然后后用用位位移移计计量量测测钻钻孔孔内内各各点点

10、相相对对于于孔孔口口一点的相对位移。一点的相对位移。5 5、用钢筋计测锚杆内应力和拉拔器测锚杆抗拔力、用钢筋计测锚杆内应力和拉拔器测锚杆抗拔力 6 6、压力盒测支护与围岩之间的接触应力压力盒测支护与围岩之间的接触应力 7 7、测斜仪测土体水平位移、测斜仪测土体水平位移 普通测斜仪普通测斜仪遥感式测斜仪遥感式测斜仪普通测斜仪普通测斜仪8 8、分层沉降仪测土体分层沉降、分层沉降仪测土体分层沉降 9 9、电阻式应变计电阻式应变计测应变测应变（表面及埋入式）（表面及埋入式）1010、渗压计测水压、渗压计测水压1111、遥感自动光学扫描仪遥感自动光学扫描仪1212、钻孔状况测定仪钻孔状况测定仪1313、

11、混凝土强度回弹仪混凝土强度回弹仪1414、光纤传感器光纤传感器1 1、量测项目的选择、量测项目的选择 第四节第四节 监测计划监测计划2、测试断面、测线、测点、测孔布设、测试断面、测线、测点、测孔布设 测测试试断断面面：拱拱顶顶下下沉沉及及周周边边位位移移在在同同一一断断面面，尽尽可可能能接接近近开挖面。开挖面。测线（收敛）：测线（收敛）：测孔（围岩内位移）：测孔（围岩内位移）：测点（接触应力）：测点（接触应力）：1、量测数据分析整理、量测数据分析整理 每每次次观观测测后后应应立立即即对对原原始始观观测测数数据据进进行行校校核核和和整整理理，包包括括原原始始观观测测值值的的检检验验、物物理理量量

12、的的计计算算、填填表表制制图图，异异常常值值的的剔剔除除、初初步步分分析析和和整整编编等等，并并将将检检验验过过的的数数据据输输入入计计算算机机的的数数据据库库管管理系统。理系统。第五节第五节 量测数据分析与反馈量测数据分析与反馈位移位移（应力）（应力）控制值控制值时间（时间（t）0 时态散点示意图时态散点示意图 采采用用比比较较法法、作作图图法法和和数数学学、物物理理模模型型，分分析析各各监监测测物物理理量量值值大大小小、变变化化规规律律、发发展展趋趋势势，以以便便对对工工程程的的安安全全状状态态和和应应采取的措施进行评估决策。采取的措施进行评估决策。常用的回归分析函数为：常用的回归分析函数

13、为：对数函数：对数函数：指数函数：指数函数：双曲线函数：双曲线函数：根根据据时时间间位位移移曲曲线线散散点点图图和和距距离离位位移移曲曲线线散散点点图图，如如果果位位移移的的变变化化随随时时间间(或或距距掌掌子子面面距距离离)而而渐渐趋趋稳稳定定，说说明明围围岩岩处处于于稳稳定定状状态态，支支护护系系统统是是有有效效、可可靠靠的的，如如图图中中的的正正常常曲曲线线。图图中中曲曲线线出出现现了了反反弯弯点点，说说明明位位移移出出现现反反常常的的急急骤骤增增长长现现象象，表表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程措施。明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程措施。35围岩稳定性判

14、断围岩稳定性判断1)位移位移隧道施工时，围岩和支护实测位移值若超过某一临界值，则表隧道施工时，围岩和支护实测位移值若超过某一临界值，则表示围岩不稳定，需加强支护衬砌。示围岩不稳定，需加强支护衬砌。2)位移速度位移速度如：日本新奥法设计施工指南指出，当位移速度大于如：日本新奥法设计施工指南指出，当位移速度大于20mm/d时，时，就需要特殊支护，否则可能使围岩失稳。就需要特殊支护，否则可能使围岩失稳。二次衬砌在围岩变形基本稳定后施作二次衬砌在围岩变形基本稳定后施作3)位移加速度位移加速度位移加速度为负值，表明围岩变形趋于稳定；位移加速度为负值，表明围岩变形趋于稳定；位移加速度位移加速度=0，变形速

15、度长时间保持不变，表明围岩趋向不稳，变形速度长时间保持不变，表明围岩趋向不稳定，须发出警告，及时加强衬砌；定，须发出警告，及时加强衬砌；位移加速度为正值，围岩变形速度增加，表明围岩已处于危险位移加速度为正值，围岩变形速度增加，表明围岩已处于危险状态，须立即停止开挖，迅速加固衬砌或采取措施加固围岩。状态，须立即停止开挖，迅速加固衬砌或采取措施加固围岩。2、监测结果的反馈、监测结果的反馈 （1）围围岩岩位位移移：若若位位移移过过大大，应应调调整整支支护护参参数数，缩缩短短开开挖挖到支护时间，缩短台阶长，控制二次衬砌施作。到支护时间，缩短台阶长，控制二次衬砌施作。（2）围岩内位移及松动区）围岩内位移

16、及松动区：要求锚杆大于松动区。：要求锚杆大于松动区。（3）锚杆轴力）锚杆轴力：判断锚杆是否超强。：判断锚杆是否超强。（4）围围岩岩压压力力：若若围围岩岩压压力力大大，但但变变形形量量不不大大，说说明明支支护护(尤尤其其是是封封底底)时时间间可可能能过过早早或或支支护护刚刚度度太太大大；若若围围岩岩压压力力大大，变变形形量量也也大大，应应加加强强支支护护，限限制制围围岩岩变变形形；若若围围岩岩压压力力不不大大，但变形量很大，则应考虑可能会出现围岩失稳。但变形量很大，则应考虑可能会出现围岩失稳。（5）喷喷层层应应力力：喷喷层层应应力力与与围围岩岩压压力力及及位位移移密密切切相相关关，喷喷层应力大的

17、原因一是围岩压力大和位移大，二是支护不足。层应力大的原因一是围岩压力大和位移大，二是支护不足。（6）地地表表下下沉沉：对对于于浅浅埋埋隧隧道道，地地表表下下沉沉过过大大，会会引引起起地地表建筑物的破坏，应加强支护、调整施工措施。表建筑物的破坏，应加强支护、调整施工措施。第六节第六节 工程实例工程实例 广州龙头山隧道广州龙头山隧道，为双洞八车道，最大开挖跨度，为双洞八车道，最大开挖跨度20.7m20.7m，是，是国内公路跨度最大的隧道之一，隧道的矢跨比为国内公路跨度最大的隧道之一，隧道的矢跨比为0.650.65，是典型，是典型的扁坦形公路隧道。施工方法：洞口的扁坦形公路隧道。施工方法：洞口、类围

18、岩采用双侧壁类围岩采用双侧壁导坑法，进入导坑法，进入、类围岩采用全断面中导洞法施工。类围岩采用全断面中导洞法施工。序号序号监测项目监测项目测试仪器测试仪器测点布置原则测点布置原则监测频率监测频率1拱顶下沉拱顶下沉分步开挖时在各部拱分步开挖时在各部拱顶点每隔顶点每隔510m布一布一测点测点距开挖面距离距开挖面距离01B，测试频率，测试频率12次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离12B，测试频率，测试频率1次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离25B，测试频率，测试频率2次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离5B以上，测试频率以上，测试频率1次次/周周2净空收敛净空收敛收敛计收敛计与拱顶点同一断

19、面。与拱顶点同一断面。布置布置7条净空收敛量测条净空收敛量测测线，在临时支护上测线，在临时支护上布置布置6条测线。条测线。距开挖面距离距开挖面距离01B，测试频率，测试频率12次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离12B，测试频率，测试频率1次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离25B，测试频率，测试频率2次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离5B以上，测试频率以上，测试频率1次次/周周3锚杆轴力锚杆轴力选取选取6个主断面埋设，个主断面埋设，每个主断面布置每个主断面布置10个个测点测点距开挖面距离距开挖面距离01B，测试频率，测试频率12次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离12B，测试频率，

20、测试频率1次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离25B，测试频率，测试频率2次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离5B以上，测试频率以上，测试频率1次次/周周4初支格栅内初支格栅内力力钢筋计、钢筋计、频率接收频率接收仪仪选取选取4个主断面埋设，个主断面埋设，每个主断面布置每个主断面布置20个个测点测点距开挖面距离距开挖面距离12B，测试频率，测试频率12次次/日；日；距开挖面距离距开挖面距离2B以上，测试频率以上，测试频率1次次/周周5二衬钢筋内二衬钢筋内力力钢筋计、钢筋计、频率接收频率接收仪仪选取选取6个主断面埋设，个主断面埋设，每个主断面布置每个主断面布置28个个测点测点前前15天：测试频

21、率天：测试频率12次次/日；日；15天后，测试频率天后，测试频率1次次/12周周6围岩压力围岩压力压力盒、压力盒、频率接收频率接收仪仪选取选取6个主断面埋设，个主断面埋设，每个主断面布置每个主断面布置10个个测点测点前前15天：测试频率天：测试频率12次次/日；日；15天后，测试频率天后，测试频率1次次/12周周监控量测项目：监控量测项目：监控量测项目表监控量测项目表 双侧壁导坑法二衬钢筋内力测点布置双侧壁导坑法二衬钢筋内力测点布置双侧壁导坑法围岩压力测点布置双侧壁导坑法围岩压力测点布置 台阶法位移测点布置台阶法位移测点布置 双侧壁导坑法位移测点布置双侧壁导坑法位移测点布置 测点布置：测点布置

22、：双侧壁导坑法锚杆轴力测点布置双侧壁导坑法锚杆轴力测点布置 多点位移计埋设示意图多点位移计埋设示意图 监测控制基准值：监测控制基准值：围岩级别围岩级别覆盖层厚度（覆盖层厚度（m）3000.100.300.200.500.401.200.150.500.401.200.802.00V0.200.800.601.601.003.00隧道周边允许相对位移值（隧道周边允许相对位移值（%）管理等级管理等级管理位移值管理位移值施工状态施工状态可以正常施工可以正常施工应加强支护应加强支护应采取特殊的措施应采取特殊的措施位移量测数据管理等级位移量测数据管理等级 监测及反馈：监测及反馈：（a）侧导洞拱顶沉降（b

23、）核心土部位拱顶沉降（c）左侧导水平收敛 （d）右侧导水平收敛进口段进口段ZK5+825断面位移时态曲线（双侧壁导坑法施工）断面位移时态曲线（双侧壁导坑法施工）导洞拱顶沉降量持续增大，左导洞拱顶累计沉降达导洞拱顶沉降量持续增大，左导洞拱顶累计沉降达30mm30mm，右导洞拱顶沉降达，右导洞拱顶沉降达50mm50mm。核心土部位拱顶沉降量持。核心土部位拱顶沉降量持续增大，每日下沉量变化跳跃，拱顶累计沉降量不到续增大，每日下沉量变化跳跃，拱顶累计沉降量不到5mm5mm。左导洞收敛一直呈增大趋势，左导洞收敛一直呈增大趋势，6 6 月月24 24 日的日收敛量达日的日收敛量达10.62mm10.62m

24、m，随着收敛的增大断面附近左边墙出现环向裂缝，随着收敛的增大断面附近左边墙出现环向裂缝，预留核心土也出现多条裂缝，因此课题组加强监测，并随预留核心土也出现多条裂缝，因此课题组加强监测，并随时将信息反馈给各方，时将信息反馈给各方，6 6月月28 28 日左边墙又出现日左边墙又出现4545 的裂缝，的裂缝，后趋于稳定，最大收敛值为后趋于稳定，最大收敛值为64.4mm64.4mm。右侧导洞收敛变形值。右侧导洞收敛变形值较小，最大只有较小，最大只有11mm11mm。断面断面ZK5+870第三套位移计测点实测沉降第三套位移计测点实测沉降-时间关系曲线时间关系曲线 地表变形影响最大的是隧道正上方，随着距离

25、隧道中地表变形影响最大的是隧道正上方，随着距离隧道中心的距离增加到心的距离增加到1 1倍洞径后，地表沉降量迅速减小。测点倍洞径后，地表沉降量迅速减小。测点53645364、53655365沉降平缓，而沉降平缓，而53395339、53755375、53685368沉降变形有明沉降变形有明显突变，说明隧道开挖在竖向对显突变，说明隧道开挖在竖向对1 1倍洞径外地层影响是很小倍洞径外地层影响是很小的。这也说明进入深埋段地表位移值将非常小。的。这也说明进入深埋段地表位移值将非常小。左导洞各点测试值开始波动较大，之后逐渐趋于稳定，锚杆左导洞各点测试值开始波动较大，之后逐渐趋于稳定，锚杆轴力普遍较小，且大

26、部分受压，最大拉力轴力普遍较小，且大部分受压，最大拉力0.5KN0.5KN，最大压力，最大压力-2.5KN2.5KN。右导洞各点测试值开始波动较大，之后逐渐趋于稳定，。右导洞各点测试值开始波动较大，之后逐渐趋于稳定，锚杆轴力普遍较小，受拉测点略多于受压测点，最大拉力锚杆轴力普遍较小，受拉测点略多于受压测点，最大拉力2.5KN2.5KN，最大压力，最大压力-0.9KN-0.9KN。核心土锚杆轴力普遍较小，最大拉力。核心土锚杆轴力普遍较小，最大拉力1.0KN1.0KN，最大压力，最大压力-0.2KN-0.2KN。进口段进口段ZK5+870断面锚杆轴力时态曲线断面锚杆轴力时态曲线 在洞口段的全、强风

27、化花岗岩地段，锚杆轴力普遍较在洞口段的全、强风化花岗岩地段，锚杆轴力普遍较小，且大部分受压，因此锚杆的支护效果不明显，建议在小，且大部分受压，因此锚杆的支护效果不明显，建议在以后的类似工程中可以取消系统锚杆，这既可减少施工工以后的类似工程中可以取消系统锚杆，这既可减少施工工序，也加快隧道初期支护断面及早封闭，能更好的控制支序，也加快隧道初期支护断面及早封闭，能更好的控制支护沉降与变形，并节约工程投资。护沉降与变形，并节约工程投资。由上述分析结果可以看出：在洞身段的微、弱风化花由上述分析结果可以看出：在洞身段的微、弱风化花岗岩地段，锚杆普遍受拉，且拉力较大，因此锚杆作用效岗岩地段，锚杆普遍受拉，

28、且拉力较大，因此锚杆作用效果较明显，但同一断面不同部位的锚杆轴力相差较大，说果较明显，但同一断面不同部位的锚杆轴力相差较大，说明作用效果不一样，建议在以后的类似工程中可采用局部明作用效果不一样，建议在以后的类似工程中可采用局部锚杆，不一定采用系统锚杆，局部锚杆的施做部位由施工锚杆，不一定采用系统锚杆，局部锚杆的施做部位由施工单位根据需要来定。单位根据需要来定。（1 1）初支背后土压力分布极不均匀，规律性很差，而）初支背后土压力分布极不均匀，规律性很差，而且压力值普遍偏小，其中且压力值普遍偏小，其中7777测点的土压力小于测点的土压力小于100kPa100kPa，1313测点的土压力在测点的土压

29、力在100100200kPa200kPa之间，之间，1212测点的土压力测点的土压力大于大于200kPa200kPa，而且最大的土压力只有，而且最大的土压力只有932kPa932kPa。（2 2）初支与二衬之间的接触压力分布极不均匀，规律）初支与二衬之间的接触压力分布极不均匀，规律性很差，而且压力值普遍偏小，其中性很差，而且压力值普遍偏小，其中5858测点的土压力小测点的土压力小于于100kPa100kPa，3232测点的土压力在测点的土压力在100100200kPa200kPa之间，之间，1010测测点的土压力大于点的土压力大于200kPa200kPa，而且最大的土压力，而且最大的土压力1.

30、2MPa1.2MPa。（a）初支土压力）初支土压力 （b）初支与衬砌接触压力）初支与衬砌接触压力YK5+870断面土压及接触压力分布曲线（单位：断面土压及接触压力分布曲线（单位：Mpa）（1 1）型钢钢架内、外翼缘基本均受压。）型钢钢架内、外翼缘基本均受压。（2 2）型钢钢架应力分布很不均匀，但总体上看拱顶部）型钢钢架应力分布很不均匀，但总体上看拱顶部位钢架应力较大，大部分在位钢架应力较大，大部分在-50-50-100MPa-100MPa，拱腰及边墙在，拱腰及边墙在-1010-130MPa-130MPa，仰拱部位钢架应力较小。，仰拱部位钢架应力较小。（3 3）总体上看初支型钢钢架受力不太大，能满足强度）总体上看初支型钢钢架受力不太大，能满足强度的要求。的要求。（a）外侧（b）内侧 YK5+870断面钢架内力分布曲线（单位：断面钢架内力分布曲线（单位：Mpa）拱顶下沉与净空收敛，目的：了解隧道施工过程初期支护结构变形大小及规律；地表沉降，目的：了解区间隧道暗挖施工过程中地表沉降情况，以便为调整支护参数和支护措施提供依据；上方管线变形，目的：了解管线变形情况，确定是否需要采取保护措施；格栅应力，目的：了解支护体系的稳定性，以便及时调整初期支护参数的参数；地下水位，目的：测量施工过程地下水位的变化。