第三讲-地下洞室围岩和支护系统施工监测课件.ppt

1、PowerPoint T 一一)监控量测目的监控量测目的(1)掌握围岩力学形态的变化和规律。掌握围岩力学形态的变化和规律。(2)掌握支护结构的工作状态，评价围岩和支护系统的稳定掌握支护结构的工作状态，评价围岩和支护系统的稳定性、安全性。性、安全性。(3)为理论解析、数据分析提供计算数据与对比指标。为理论解析、数据分析提供计算数据与对比指标。验证、验证、修改设计参数。修改设计参数。(4)为隧道工程设计与施工积累资料，为围岩稳定性理论研为隧道工程设计与施工积累资料，为围岩稳定性理论研究提供基础数据。究提供基础数据。(5)及时预报围岩险情，以便采取措施，防止事故发生。及时预报围岩险情，以便采取措施，

2、防止事故发生。(6)指导安全施工，修正施工参数或施工工序。指导安全施工，修正施工参数或施工工序。(7)对隧道未来性态作出预测。依据各类观测曲线的形态特对隧道未来性态作出预测。依据各类观测曲线的形态特征，可掌握其变化规律，进而对未来性态作出有效的预测。征，可掌握其变化规律，进而对未来性态作出有效的预测。(8)法律及公证的需要。经过计量认证的观测单位，其所提法律及公证的需要。经过计量认证的观测单位，其所提供的加盖有供的加盖有CMA章的观测结果，具有公证效力。对由于工程章的观测结果，具有公证效力。对由于工程事故而引起的责任和赔偿问题，观测资料有助于确定其原因事故而引起的责任和赔偿问题，观测资料有助于

3、确定其原因和责任。和责任。二)监控量测项目与内容1.地质和支护状态现场观察：开挖面附近的围岩稳定性，围岩构造情地质和支护状态现场观察：开挖面附近的围岩稳定性，围岩构造情况，支护变形与稳定情况，准确掌握围岩情况。况，支护变形与稳定情况，准确掌握围岩情况。2.岩体岩体(岩石岩石)力学参数测试：抗压强度力学参数测试：抗压强度抗压强度，变形模量，粘聚力，内抗压强度，变形模量，粘聚力，内摩擦角，泊松比。摩擦角，泊松比。3.应力应变测试：岩体原岩应力，围岩应力、应变，支护结构的应力、应力应变测试：岩体原岩应力，围岩应力、应变，支护结构的应力、应变。应变。4.压力测试：支护上的围岩压力，渗水压力。压力测试：

4、支护上的围岩压力，渗水压力。5.位移测试：围岩位移位移测试：围岩位移(含地表沉降含地表沉降)，支护结构位移。，支护结构位移。6.温度测试：岩体温度测试：岩体(围岩围岩)温度，洞内温度，洞外温度。温度，洞内温度，洞外温度。7.物理探测：弹性波物理探测：弹性波(声波声波)测试，即纵波速度测试，即纵波速度vp、横波速度、横波速度vs、.动弹动弹性模量性模量Ed、动泊松比、动泊松比dp。以上监测项目，一般分为应测项目和选测项目。应测项目是现场量以上监测项目，一般分为应测项目和选测项目。应测项目是现场量测的核心，它是设计、施工所必需进行的经常性量测。选测项目是由于测的核心，它是设计、施工所必需进行的经常

5、性量测。选测项目是由于不同地质、工程性质等具体条件和对现场量测要取得的数据类型而选择不同地质、工程性质等具体条件和对现场量测要取得的数据类型而选择的测试项目。由于条件的不同和要取得的信息不同，在不同的隧道工程的测试项目。由于条件的不同和要取得的信息不同，在不同的隧道工程中往往采用不同的测试项目。但对于一个具体隧道工程来说，对上述列中往往采用不同的测试项目。但对于一个具体隧道工程来说，对上述列举的项目不会全部应用，只是有目的地选用其中的几项。隧道工程的量举的项目不会全部应用，只是有目的地选用其中的几项。隧道工程的量测项目如表测项目如表5-2-1所示。表中所示。表中l4项为应测项目，项为应测项目，

6、511项为选测项目。项为选测项目。表5-2-1 隧道现场监控量测项目及量测方法 在初步调查的基础上，依据隧道所处的地质条件、工在初步调查的基础上，依据隧道所处的地质条件、工程概况、量测目的、施工方法、工期和经济效果编制现场程概况、量测目的、施工方法、工期和经济效果编制现场量测计划。量测计划。一一)量测项目的确定及量测手段的选择量测项目的确定及量测手段的选择 量测项目分为必测项目量测项目分为必测项目A和选测项目和选测项目B。必测项目必测项目(A类量测类量测)指施工时必须进行的常规量测，用来判指施工时必须进行的常规量测，用来判别围岩稳定及衬砌受力状态，指导设计施工的经常性量测。主要别围岩稳定及衬砌

7、受力状态，指导设计施工的经常性量测。主要包括洞内观察、隧道净空变形和拱顶下沉量测等。浅埋隧道尚应包括洞内观察、隧道净空变形和拱顶下沉量测等。浅埋隧道尚应作地表沉陷量测。这类量测方法简单、可靠，对修改设计和指导作地表沉陷量测。这类量测方法简单、可靠，对修改设计和指导施工起重要作用。施工起重要作用。选测项目选测项目(B类量测类量测)是指在重点和有特殊意义的隧道或区是指在重点和有特殊意义的隧道或区段进行补充的量测，用来判断隧道开挖过程中围岩的应力状态、段进行补充的量测，用来判断隧道开挖过程中围岩的应力状态、支护衬砌效果。主要包括围岩内部变形、地表沉陷、锚杆轴力和支护衬砌效果。主要包括围岩内部变形、地

8、表沉陷、锚杆轴力和拉拔力、衬砌内力、围岩压力和围岩物理力学指标等。这类量测拉拔力、衬砌内力、围岩压力和围岩物理力学指标等。这类量测技术较复杂，费用较高，通常根据实际需要，选取部分项目进行技术较复杂，费用较高，通常根据实际需要，选取部分项目进行量测。量测。量测项目及其要求见表量测项目及其要求见表5-3-1。量测手段的选用，应根据量测项目和国内仪器的现状来选用。一般应量测手段的选用，应根据量测项目和国内仪器的现状来选用。一般应选择简单、可靠、耐久、成本低的量测手段，并要求被测的物理量概念明选择简单、可靠、耐久、成本低的量测手段，并要求被测的物理量概念明确，量值显著，量测范围大，测试数据便于分析，易

9、于实现对设计、施工确，量值显著，量测范围大，测试数据便于分析，易于实现对设计、施工的反馈。在通常的情况下，选择机械式手段与电测式手段相结合使用的反馈。在通常的情况下，选择机械式手段与电测式手段相结合使用。二二)测试断面的确定与测点布置测试断面的确定与测点布置1测试断面的确定测试断面的确定 测试断面有两种，一是单一的测试断面，二是综合的测试断面有两种，一是单一的测试断面，二是综合的测试断面。测试断面。把单项或常用的几项量测内容组成一个测试断面，了把单项或常用的几项量测内容组成一个测试断面，了解围岩和支护在这个断面上各部位的变化情况，这种测试断解围岩和支护在这个断面上各部位的变化情况，这种测试断面

10、即为单一的测试断面。面即为单一的测试断面。把几项量测内容有机地组合在一个测试断面里，使各把几项量测内容有机地组合在一个测试断面里，使各项量测内容、各种量测手段互相校验，综合分析测试断面的项量测内容、各种量测手段互相校验，综合分析测试断面的变化，这种测试断面称为综合测试断面。变化，这种测试断面称为综合测试断面。应测项目按一定间隔设置量测断面，常称为一般量测应测项目按一定间隔设置量测断面，常称为一般量测断面。由于各量测项目要求不同，其量测断面间隔亦不相同，断面。由于各量测项目要求不同，其量测断面间隔亦不相同，在应测项目中，原则上净空位移与拱顶下沉量测应布置在同在应测项目中，原则上净空位移与拱顶下沉

11、量测应布置在同一断面上。一断面上。量测断面间距视隧道长度、地质条件和施工方法等确量测断面间距视隧道长度、地质条件和施工方法等确定，具体可参考表定，具体可参考表5-3-2。对于土砂、软岩地段的浅埋隧道要进行地表下沉量测，对于土砂、软岩地段的浅埋隧道要进行地表下沉量测，沿隧道纵向布置测点的间距可视地质、覆盖层厚度、施工方沿隧道纵向布置测点的间距可视地质、覆盖层厚度、施工方法和周围建筑物的情况确定。其量测断面间距可按表法和周围建筑物的情况确定。其量测断面间距可按表5-3-2选选用。用。2 测点的布置测点的布置 在测试断面上测点的布置，主要是依据断面形状、围岩条件、开挖方式、支护类型等因素进行布置。在

12、量测中，可根据具体情况决定布设数量，进行适当的调整。1）净空位移量测的测线布置）净空位移量测的测线布置 由于观测断面形状、围岩条件、开挖方式的不同，测线位置、数量亦有所不同，没有统一的规定，具体实施中可参考表5-3-3、表5-3-4和图5-3-1。拱顶下沉量测的测点，一般可与净空位移测点共用，这样既节省了安设工作量，更重要的是使测点统一，测试结果能够互相校验。表5-3-3 净空位移量测的测线数开挖方法地段一般地段特殊地段洞口附近埋深小于2B有膨胀压力或偏压地段实施B项量测位置全断面开挖一条水平测线三条或五条三条或五条、七条短台阶法两条水平测线三条或六条三条或六条三条或六条三条或五条、六条多台阶

13、法每台阶一条水平测线每台阶三条每台阶三条每台阶三条每台阶三条注：B为隧道开挖宽度。(a)一条测线(b)两条测线(c)三条测线(e)六条测线(f)七条测线图5-3-1 净空位移测线布置(d)五条测线2）围岩内部位移测孔的布置）围岩内部位移测孔的布置围岩内部位移测孔布置，除应考虑地质、隧道断围岩内部位移测孔布置，除应考虑地质、隧道断面形状、开挖等因素外，一般应与净空位移测线相面形状、开挖等因素外，一般应与净空位移测线相应布设，以便使两项测试结果能够相互印证，协同应布设，以便使两项测试结果能够相互印证，协同分析与应用。一般每分析与应用。一般每100500m设一个量测断面，测设一个量测断面，测孔布置见

14、图孔布置见图5-3-2。图5-3-2 围岩内部位移测孔布置(a)三测孔(b)五测孔(c)七测孔3）锚杆轴力量测的布置）锚杆轴力量测的布置 量测锚杆要依据具体工程中支护锚杆的安设位置、方式而定，如局部加强锚杆，要在加强区域内有代表性的位置设量测锚杆。全断面系统锚杆(不包括仰拱)，量测锚杆在断面上布置可参见图5-3-2方式进行。若围岩比较均一时，无偏压时，测孔可布置在一侧；当洞室规模较大，且高宽比大于2.0时，则宜选用图5-3-2(C)布置形式(或拱顶1个测孔，两侧边墙对称各3个测孔的布置形式)。4）喷层）喷层(衬砌衬砌)应力量测布置应力量测布置 喷层应力量测，除应与锚杆受力量测孔相对应布设外，还

15、要在有代表性部位设测点，如拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚等部位，并应考虑与锚杆应力量测作对应布置。另外，在有偏压、底鼓等特殊情况下，则应视具体情形，调整测点位置和数量。以便了解喷层(衬砌)在整个断面上的受力状态和支护作用，见图5-3-3。图5-3-3 喷层应力量测点布置(a)三测点(b)六测点(c)九测点5）地表、地中沉降测点布置）地表、地中沉降测点布置 地表、地中沉降测点的布置，原则上主要测点应布置地表、地中沉降测点的布置，原则上主要测点应布置在隧道中心线上，并在与隧道轴线正交平面的一定范围内布在隧道中心线上，并在与隧道轴线正交平面的一定范围内布设必要数量的测点，一般至少布置设必要数量的测点，

16、一般至少布置11个测点，两测点的距离个测点，两测点的距离为为25m。在隧道中线附近测点应布置密些，远离隧道中线应。在隧道中线附近测点应布置密些，远离隧道中线应疏些，见图疏些，见图3-3-4。并在有可能下沉的范围外设置不会下沉的。并在有可能下沉的范围外设置不会下沉的固定测点。固定测点。图5-3-4 地表下沉量测范围及地中沉降测点布置25m间隔地中沉陷计不动点倾斜计450 纵向布置，由于浅埋隧道距地表较近，地质条件复杂，岩纵向布置，由于浅埋隧道距地表较近，地质条件复杂，岩(土土)性极差，施工时多用台阶分部开挖，因此，纵向断面布置性极差，施工时多用台阶分部开挖，因此，纵向断面布置测点的超前距离为隧道

17、距地表深度测点的超前距离为隧道距地表深度h与上台阶高度与上台阶高度h1之和之和(即即h+h1)。于是整个纵向测定区间的长度为。于是整个纵向测定区间的长度为(h+h1)+(25)D+h（h为上台阶开挖超前下台阶的距离），如图为上台阶开挖超前下台阶的距离），如图5-3-5所示。如所示。如果采用全断面开挖，为了掌握地表下沉规律，应从工作面前果采用全断面开挖，为了掌握地表下沉规律，应从工作面前方方2D(隧道直径隧道直径)处开始量测地表下沉。地表下沉测试断面间处开始量测地表下沉。地表下沉测试断面间距一般按表距一般按表5-3-4布置。布置。图5-3-5 地表沉降量测区间量测区间上半上半下半下半(25)DH

18、+h1D450Hh2h1h 表5-3-4 地表下沉测试断面间距 覆盖层厚度H测点间距(m)H2D20502DHD1020HD510注：当施工初期、地质变化大、下沉量大、周围有建筑物时取最低值；D为隧道开挖直径。6）围岩压力量测测点布置）围岩压力量测测点布置 围岩压力量测的测点一般埋设在拱顶、拱脚和仰拱围岩压力量测的测点一般埋设在拱顶、拱脚和仰拱的中间，其量测断面一般和支护衬砌间压力以及支护、衬的中间，其量测断面一般和支护衬砌间压力以及支护、衬砌应力的测点布置在一个断面上，以便将量测结果相互印砌应力的测点布置在一个断面上，以便将量测结果相互印证。证。图5-3-6 声波测试孔布置(a)五测孔(b)

19、九测孔(c)十三测孔7）声波测孔布置）声波测孔布置 声波测孔宜布置在有代表性的部位声波测孔宜布置在有代表性的部位(图图5-3-6)。另外，还。另外，还要考虑到围岩层理、节理的方向与测孔方向的关系。可采用要考虑到围岩层理、节理的方向与测孔方向的关系。可采用单孔、双孔两种测试方法；或在同一部位，呈直角相交布置单孔、双孔两种测试方法；或在同一部位，呈直角相交布置三个测孔，以便充分掌握围岩结构对声波测试结果的影响。三个测孔，以便充分掌握围岩结构对声波测试结果的影响。图隧道监测中传感器常用布置方法图隧道监测中传感器常用布置方法一)地质素描 与隧道施工进展同步进行的洞内围岩地质与隧道施工进展同步进行的洞内

20、围岩地质(和支护状况和支护状况)的观察及描述，通常称为地质素描。它是隧道设计和施工过的观察及描述，通常称为地质素描。它是隧道设计和施工过程中不可缺少的一项重要地质详勘工作，是围岩工程地质特程中不可缺少的一项重要地质详勘工作，是围岩工程地质特性和支护措施的合理性的最直观、最简单、最经济的描述和性和支护措施的合理性的最直观、最简单、最经济的描述和评价。评价。二)地表沉降1)地表沉降地表沉降对于浅埋隧道地表沉降以及沉降的发展趋势是判断隧道对于浅埋隧道地表沉降以及沉降的发展趋势是判断隧道围岩稳定性的一个重要标志。用水准仪在地面量测，简易围岩稳定性的一个重要标志。用水准仪在地面量测，简易可行，量测结果能

21、反映浅埋隧道在开挖过程中围岩变形的可行，量测结果能反映浅埋隧道在开挖过程中围岩变形的全过程。如果需要了解地表下沉量的大小，可在地表钻孔全过程。如果需要了解地表下沉量的大小，可在地表钻孔埋设单点或多点位移计进行量测。埋设单点或多点位移计进行量测。浅埋隧道地表下沉量测的重要性，随埋深变浅而增大，浅埋隧道地表下沉量测的重要性，随埋深变浅而增大，如表如表5-4-2所示。所示。2）数据整理）数据整理将每次的量测数据，经整理绘出以下曲线以便分析研究。将每次的量测数据，经整理绘出以下曲线以便分析研究。(1)地表纵向下沉量地表纵向下沉量-时间关系曲线。时间关系曲线。(2)地表横向下沉量地表横向下沉量-时间关系

22、曲线。时间关系曲线。从两曲线图中可以看出地表下沉与时间的关系，以及最大从两曲线图中可以看出地表下沉与时间的关系，以及最大下沉量产生的部位等。下沉量产生的部位等。如果地面有建筑物最大下沉量的控制标准，应根据地面结如果地面有建筑物最大下沉量的控制标准，应根据地面结构的类型和质量要求而定，大约构的类型和质量要求而定，大约12cm，在弯变点处的地表，在弯变点处的地表倾斜应小于结构要求，一般应小于倾斜应小于结构要求，一般应小于1/300。地表下沉量其控制。地表下沉量其控制标准见表标准见表5-5-1或参阅有关标准和规范。或参阅有关标准和规范。根据回归分析，如果地表下沉量超过规定根据回归分析，如果地表下沉量

23、超过规定标准，应采取措施。1）量测频率）量测频率 地表沉降量测频率，在量测区间内，当开挖面距量测断地表沉降量测频率，在量测区间内，当开挖面距量测断面前后距离面前后距离 ，每天每天12次；次；时，每两日时，每两日量测一次；当量测一次；当 时，每周量测一次，见图时，每周量测一次，见图5-4-1。Dd2DdD52Dd5三三)坑道周边相对位移与拱顶下沉坑道周边相对位移与拱顶下沉1）量测原理）量测原理 隧道开挖后，围岩向坑道方向的位移是围岩动态的最隧道开挖后，围岩向坑道方向的位移是围岩动态的最显著表现，最能反映出围岩显著表现，最能反映出围岩(或围岩加支护或围岩加支护)的稳定性。因此对的稳定性。因此对坑道

24、周边位移的量测是最直接、最直观、最有意义、最经济坑道周边位移的量测是最直接、最直观、最有意义、最经济和最常用的量测项目。为量测方便起见，除对拱顶、地表下和最常用的量测项目。为量测方便起见，除对拱顶、地表下沉及底鼓可以量测绝对位移值外，坑道周边其它各点，一般沉及底鼓可以量测绝对位移值外，坑道周边其它各点，一般均用收敛计量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩位均用收敛计量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩位移动态。移动态。2）收敛计种类及选择）收敛计种类及选择 收敛计按传递位移媒介的不同，可分为三种：卷尺式收敛计按传递位移媒介的不同，可分为三种：卷尺式收敛计、钢丝式收敛计和杆式收敛计。虽然类

25、型不同，但组收敛计、钢丝式收敛计和杆式收敛计。虽然类型不同，但组成基本相同，主要包括：成基本相同，主要包括：(l)传递位移部份传递位移部份(钢卷尺、钢丝等钢卷尺、钢丝等)；(2)测力装置测力装置(保持卷尺或钢丝等在测量时恒力，如弹簧称保持卷尺或钢丝等在测量时恒力，如弹簧称)；(3)测读位移设备测读位移设备(如测微百分表、数显收敛计则直接显示测微读如测微百分表、数显收敛计则直接显示测微读数数)；(4)测点连接器测点连接器(单向连接销式及球形铰接式等单向连接销式及球形铰接式等)。以球铰。以球铰式收敛计为例，其结构构造如图式收敛计为例，其结构构造如图5-4-2。收敛计的选择，一般应根据洞室断面大小、

26、围岩类型、收敛计的选择，一般应根据洞室断面大小、围岩类型、变形量大小等选定，具体选择如下：变形量大小等选定，具体选择如下：(A)卷尺式收敛计使用卷尺式收敛计使用操作方便，体积小，质量轻，故在大多数情况下，应优先操作方便，体积小，质量轻，故在大多数情况下，应优先选择使用；选择使用；(B)当洞室断面尺寸很大当洞室断面尺寸很大(大于大于20m)，或温度变，或温度变化较大，或对变形量测精度较高的地下洞室化较大，或对变形量测精度较高的地下洞室，则应选择钢，则应选择钢丝式收敛计；丝式收敛计；(C)杆式收敛计适用于洞径小，变形大的隧洞。杆式收敛计适用于洞径小，变形大的隧洞。图6-9-1 QJ81型球铰连接弹

27、簧式收敛计1-百分表；2-收敛计架；3-钢球；4-弹簧秤；5-内滑管；6-带孔钢尺；7-连接挂钩；8-羊眼螺栓；9-连接销；10-预埋件钢尺架丝杠拉绳微调螺杠触头水准气泡压尺螺钉定位销123946783）测试方法及注意事项）测试方法及注意事项(l)开挖后尽快埋设测点，并测取初读数，要求开挖后尽快埋设测点，并测取初读数，要求12h内完成；内完成；(2)测点测点(测试断面测试断面)应尽可能靠近开挖面，要求在应尽可能靠近开挖面，要求在2m以内；以内；(3)读数应在重锤稳定或张力调节器指针稳定指示规定的读数应在重锤稳定或张力调节器指针稳定指示规定的张力值时读取；张力值时读取；(4)当相对位移值较大时，

28、要注意消除换孔误差；当相对位移值较大时，要注意消除换孔误差；(5)测试频率应视围岩条件、工程结构条件及施工情况而测试频率应视围岩条件、工程结构条件及施工情况而定，一般应按表定，一般应按表5-2-1的要求而定。的要求而定。(6)整个量测过程中，应作好详细记录，并随时检查有无整个量测过程中，应作好详细记录，并随时检查有无错误。记录内容应包括断面位置、测点错误。记录内容应包括断面位置、测点(测线测线)编号、初始编号、初始读数、各次测试读数、当时温度以及开挖面距量测断面的读数、各次测试读数、当时温度以及开挖面距量测断面的距离等。两测点的连线称为测线。距离等。两测点的连线称为测线。4）数据记录）数据记录

29、现场监控量测如表现场监控量测如表5-4-3所示，量测组人员在现场量测时所示，量测组人员在现场量测时逐项一一认真填写，并对有关量测数据及时进行处理。逐项一一认真填写，并对有关量测数据及时进行处理。表表5-4-3 隧道现场监控量测报告单隧道现场监控量测报告单项目名称：项目名称：合同号：合同号：承包单位：承包单位：监理单位：监理单位：编 号：测线布置图 净空收敛量测表净空收敛量测表量测断面里程：量测断面里程：开挖断面里程：开挖断面里程：开挖日期：开挖日期：埋点日期：埋点日期：岩层类型：岩层类型：测线编号：测线编号：岩性描述：岩性描述：观测时间观测时间距开距开挖面挖面距离距离洞内洞内温度温度钢尺读钢尺

30、读数数/mm 微读数微读数/mm温度温度修正修正值值测量测量计算计算值值差差值值总总收收敛敛值值日日期期 时刻时刻123平平均均量测者：总工程师：监理工程师：日期：记录者：5）数据整理）数据整理量测数据整理包括数据计算、列表或绘图表示各种关系。量测数据整理包括数据计算、列表或绘图表示各种关系。(1)坑道周边相对位移计算式为坑道周边相对位移计算式为0RRuii式中：式中：R0初始观测值；初始观测值；Ri第第i次观测值；次观测值；ui第第i次量测时，该两测点之间的相对位移值。次量测时，该两测点之间的相对位移值。0ttLuititiiiuRRu0(2)测尺为普通钢尺时，要消除温度影响尤其当洞径大测尺

31、为普通钢尺时，要消除温度影响尤其当洞径大(测线长测线长)、温、温度变化大时，应进行温度改正。其计算式为：度变化大时，应进行温度改正。其计算式为：钢尺的线膨胀系数(一般取L量测基线长；t0、ti分别为初始量测时温度和第i次量测时温度。1210-6/)(3)量测过程应及时计算出各测线的相对位移值，相对位移速率，及其量测过程应及时计算出各测线的相对位移值，相对位移速率，及其与时间和开挖断面距离之间的关系，并列表或绘图，直观表示。常用与时间和开挖断面距离之间的关系，并列表或绘图，直观表示。常用的几种关系曲线图形式如图的几种关系曲线图形式如图5-4-3、图、图5-4-4、图、图5-4-5。图5-4-3

32、位移时间关系曲线0初期支护二次支护下台阶开挖位移时间图5-4-4 位移-开挖面距离关系曲线位移距离上、下台阶开挖锚杆喷混凝土位移速度0时间图5-4-5 位移速度-时间关系曲线6）拱顶下沉量计算）拱顶下沉量计算3图5-4-6 拱顶下沉计算布置示意图hihi-1hiacab21bcc 拱顶下沉量的大小，根据测线拱顶下沉量的大小，根据测线a a、b b、c c的实测值并利用的实测值并利用三角形面积公式换算求得，如图三角形面积公式换算求得，如图5 5-4-6-4-6所示。所示。21hhh)()(21cSbSaSSah)(21cbaS)()(22cSbSaSSah)(21cbaSabc a b c拱顶下

33、沉量 -为前次量测A线、B线、C线所得的实测值；-为后次量测A线、B线、C线所得的实测值。四四)围岩内部位移围岩内部位移 1）量测原理）量测原理 围岩内部各点的位移同坑道周边位移一样是围岩动态表围岩内部各点的位移同坑道周边位移一样是围岩动态表现。它不仅反映了围岩内部的松弛程度，而且更能反映围岩现。它不仅反映了围岩内部的松弛程度，而且更能反映围岩松弛范围的大小，这也是判断围岩稳定性的一个重要参考指松弛范围的大小，这也是判断围岩稳定性的一个重要参考指标。在实际量测工作中，先是向围岩钻孔，然后用位移计量标。在实际量测工作中，先是向围岩钻孔，然后用位移计量测钻孔内测钻孔内(围岩内部围岩内部)各点相对于

34、孔口各点相对于孔口(岩壁岩壁)一点的相对位移。一点的相对位移。2）位移计）位移计3）断面与测点布置）断面与测点布置4）测试方法及注意事项）测试方法及注意事项5）数据记录与整理）数据记录与整理5）数据记录与整理）数据记录与整理 数据记录和成果整理见表数据记录和成果整理见表5-4-4、5-4-5和表和表5-4-6。表5-4-4 位移、收敛观测现场记录表(4测点)测点测点观测值观测值平均值平均值备注备注深部深部(测点测点4)中部中部(测点测点3)浅部浅部(测点测点2)收收敛敛钢尺读数钢尺读数微读数微读数观测地点：观测地点：时间：时间：第第 次观测次观测断面号：断面号：测点号：测点号：温度：温度：ii

35、L1iiLLu)(dt)/(dmmtudv表5-4-5 位移、收敛观测现场记录表(4测点)第 次观测备注观测地点：断面号：测点号：(1)孔内各测点孔内各测点(L1,L2,)位移位移(u)与时间与时间(t)关系曲线；关系曲线；(2)不同时间不同时间(t1，t2，)位移位移(u)与深度与深度(L1,L2,)关系关系曲线；曲线；(3)围岩位移与开挖进尺关系曲线；围岩位移与开挖进尺关系曲线；(4)围岩位移速率与时间关系曲线；围岩位移速率与时间关系曲线；(5)观测断面围岩位移分布图；观测断面围岩位移分布图；(6)钻孔位移计安装竣工图钻孔位移计安装竣工图。数据整理方法基本同前，其成果图表主要包括数据整理方

36、法基本同前，其成果图表主要包括“4线线2图图”，即：，即：五)锚杆应力及锚杆抗拔力1）量测原理）量测原理系统锚杆的主要作用是限制围岩的松弛变形。这个限制作系统锚杆的主要作用是限制围岩的松弛变形。这个限制作用的强弱，一方面受围岩地质条件的影响，另一方面取决于用的强弱，一方面受围岩地质条件的影响，另一方面取决于锚杆的工作状态。锚杆的工作状态好坏主要以其受力后的应锚杆的工作状态。锚杆的工作状态好坏主要以其受力后的应力力应变来反映。因此，如果能采用某种手段测试锚杆在应变来反映。因此，如果能采用某种手段测试锚杆在工作时的应力工作时的应力应变值，就可以知道其工作状态的好坏，应变值，就可以知道其工作状态的好

37、坏，也可以由此判断其对围岩松弛变形的限制作用的强弱。也可以由此判断其对围岩松弛变形的限制作用的强弱。实际量测工作中，是采用与设计锚杆强度相等，且刚度基实际量测工作中，是采用与设计锚杆强度相等，且刚度基本相等的各式钢筋计来观测锚杆的应力本相等的各式钢筋计来观测锚杆的应力应变应变。2）钢筋计）钢筋计3）测试方法及注意事项）测试方法及注意事项4）数据记录与整理）数据记录与整理数据整理应及时进行，主要包括数据整理应及时进行，主要包括“4线线1表表”，即：，即：(1)不同时间锚杆轴力不同时间锚杆轴力(N或应力或应力)深度深度(l)关系曲线；关系曲线；(2)不同不同深度深度各测点锚杆轴力各测点锚杆轴力时间

38、时间(t)关系曲线；关系曲线；(3)锚杆轴力变化率锚杆轴力变化率时间时间(t)关系曲线；关系曲线；(4)锚杆轴力与掌子面距观测断面距离关系曲线；锚杆轴力与掌子面距观测断面距离关系曲线；(5)锚杆轴力综合汇总表。锚杆轴力综合汇总表。5）锚杆抗拔力检测）锚杆抗拔力检测 锚杆抗拔力锚杆抗拔力(亦称锚杆拉拔力亦称锚杆拉拔力)是指锚杆能够承受的最大是指锚杆能够承受的最大拉力，它是锚杆材料、加工与施工安装质量优劣的综合反拉力，它是锚杆材料、加工与施工安装质量优劣的综合反映。其检测目的一是测定锚杆锚固力是否达到设计要求，映。其检测目的一是测定锚杆锚固力是否达到设计要求，二是判断所使用的锚杆长度是否适宜，三是

39、检查锚杆的安二是判断所使用的锚杆长度是否适宜，三是检查锚杆的安装质量。装质量。锚杆抗拔力量测方法主要有直接量测法、电阻量测法以锚杆抗拔力量测方法主要有直接量测法、电阻量测法以及快速量测法等。抽样测试比例应按有关规范执行，但应及快速量测法等。抽样测试比例应按有关规范执行，但应注意仪器调校，测试过程中应作好各项记录，并及时整理注意仪器调校，测试过程中应作好各项记录，并及时整理。六)压力1）量测原理）量测原理 支护支护(喷射混凝土或模筑混凝土衬砌喷射混凝土或模筑混凝土衬砌)与围岩之间的接与围岩之间的接触应力大小，既反映了支护的工作状态，又反映了围岩施触应力大小，既反映了支护的工作状态，又反映了围岩施

40、加于支护的形变压力情况，因此，围岩压力的量测就成为加于支护的形变压力情况，因此，围岩压力的量测就成为必要。必要。量测采用盒式压力传感器量测采用盒式压力传感器(称压力盒称压力盒)进行测试。将压进行测试。将压力盒埋设于混凝土内的测试部位及支护力盒埋设于混凝土内的测试部位及支护围岩接触面的围岩接触面的测试部位，则压力盒所受压力即为该部位测试部位，则压力盒所受压力即为该部位(测点测点)压力。压力。2）压力盒）压力盒3）测试方法及注意事项）测试方法及注意事项(1)将压力传感器按测试应力的方向埋设于测试部位，在将压力传感器按测试应力的方向埋设于测试部位，在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中，应注意不要损伤导

41、线喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中，应注意不要损伤导线或导管。或导管。(2)液压式压力盒系统还应在适当部位安设管路连接头及液压式压力盒系统还应在适当部位安设管路连接头及阀门。阀门。(3)测试频率应按表测试频率应按表5-1-1要求执行。要求执行。4）数据整理）数据整理测试过程中应随时作好各项记录，并及时整理出有关图表，测试过程中应随时作好各项记录，并及时整理出有关图表，主要有：主要有：(1)不同时间压力不同时间压力时间关系曲线；时间关系曲线；(2)压力变化率压力变化率时间关系曲线；时间关系曲线；(3)不同测点压力与掌子面距观测断面距离关系曲线不同测点压力与掌子面距观测断面距离关系曲线(4)同一时

42、间不同测点压力分布图；同一时间不同测点压力分布图；(5)压力综合汇总表。七七)混凝土应变混凝土应变1）量测原理）量测原理 喷射混凝土或模筑混凝土应变的大小，既反映了混凝喷射混凝土或模筑混凝土应变的大小，既反映了混凝土的工作状态，又反映了围岩施加于支护的形变压力情况，土的工作状态，又反映了围岩施加于支护的形变压力情况，因此，混凝土的应变量测也就成为必要。因此，混凝土的应变量测也就成为必要。量测采用混凝土应变计进行测试。根据量测部位不同，量测采用混凝土应变计进行测试。根据量测部位不同，混凝土应变计分为埋入式和表面式两种。埋入式混凝土应变混凝土应变计分为埋入式和表面式两种。埋入式混凝土应变计将应变计

43、埋设于混凝土内需测试的部位，按变形方向要求计将应变计埋设于混凝土内需测试的部位，按变形方向要求进入埋设；表面应变计则粘帖在混凝土的表面测试混凝土的进入埋设；表面应变计则粘帖在混凝土的表面测试混凝土的变形。变形。2）混凝土应变计）混凝土应变计3）测试方法及注意事项）测试方法及注意事项(1)将混凝土应变计按测试应变的方向埋入将混凝土应变计按测试应变的方向埋入(埋入式埋入式)或粘贴或粘贴于于(表面式表面式)测试部位，在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程测试部位，在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中，应注意不要损伤传感器和导线。中，应注意不要损伤传感器和导线。(2)传感器在安装时，要做好保护工作，防止施工损

44、坏。传感器在安装时，要做好保护工作，防止施工损坏。(3)测试频率应按表测试频率应按表5-1-1要求执行。要求执行。4）数据整理）数据整理测试过程中应随时作好各项记录，并及时整理出有关图表，测试过程中应随时作好各项记录，并及时整理出有关图表，主要有：主要有：(1)不同时间应变不同时间应变时间关系曲线；时间关系曲线；(2)同一时间不同测点混凝土应力分布图；同一时间不同测点混凝土应力分布图；(3)应变综合汇总表。应变综合汇总表。八八)围岩的弹性波速度围岩的弹性波速度1）量测原理）量测原理 声波测试是地球物理探测方法的一种。它是在岩体声波测试是地球物理探测方法的一种。它是在岩体的一端激发弹性波，而在另

45、一端接收通过岩体传递过来的波，的一端激发弹性波，而在另一端接收通过岩体传递过来的波，弹性波通过岩体传递后，其波速、波幅、波频均发生改变。弹性波通过岩体传递后，其波速、波幅、波频均发生改变。对于同一种激发弹性波，穿过不同的岩层后，发生的改变各对于同一种激发弹性波，穿过不同的岩层后，发生的改变各不相同，这主要是由于岩体的物理力学性质各不相同所致。不相同，这主要是由于岩体的物理力学性质各不相同所致。因此，弹性波在岩体中的传播特征就反映了岩体的物理力学因此，弹性波在岩体中的传播特征就反映了岩体的物理力学性质，如动弹性模量、岩体强度、完整性或破碎程度、密实性质，如动弹性模量、岩体强度、完整性或破碎程度、

46、密实度等。据此可以判别围岩的工程性质，如稳定性，并对围岩度等。据此可以判别围岩的工程性质，如稳定性，并对围岩进行工程分类。其原理见图进行工程分类。其原理见图5-4-11。图5-4-11 声波测试原理示意图1-振荡器；2-发射换能器；3-接收换能器；4-放大器；5-显示器12345岩石(体)目前，在工程测试中，普遍应用声波在岩体中传播的纵目前，在工程测试中，普遍应用声波在岩体中传播的纵波速度波速度(vP)来作为评价岩体物理力学性质的指标。一般有以来作为评价岩体物理力学性质的指标。一般有以下规律：下规律：(1)岩体风化、破碎、结构面发育则波速低、衰减快、频岩体风化、破碎、结构面发育则波速低、衰减快

47、、频谱复杂；谱复杂；(2)岩体充水或应力增加则波速高、衰减小、频谱简化；岩体充水或应力增加则波速高、衰减小、频谱简化；(3)岩体不均匀和各向异性则其波速与频谱也相应表现出岩体不均匀和各向异性则其波速与频谱也相应表现出不均一和各向异性。不均一和各向异性。2）测试方法及注意事项）测试方法及注意事项声波测试方法较多，从换能器的布置方式、波的传播方式、换能器的声波测试方法较多，从换能器的布置方式、波的传播方式、换能器的组合形式等三个方面分为组合形式等三个方面分为：3）数据整理）数据整理九九)监控量测仪器监控量测仪器(测点测点)的安设与量测频率的安设与量测频率 各项量测内容的仪器各项量测内容的仪器(测点

48、测点)安设，一要快，二要近。安设，一要快，二要近。快快要求在开挖爆破后要求在开挖爆破后24h(最好最好12h)内，在下一循内，在下一循环爆破前完成全都埋设，并测取初读数。环爆破前完成全都埋设，并测取初读数。近近仪器仪器(测点测点)埋设，要尽量靠近开挖掌子面，要埋设，要尽量靠近开挖掌子面，要求不超过求不超过2m，有的安设在距开挖掌子面，有的安设在距开挖掌子面0.5m左右的断面上，左右的断面上，观测效果更好，不过需要加强仪器观测效果更好，不过需要加强仪器(测点测点)的保护。的保护。仪器仪器(测点测点)安设后的量测频率，是由变化速度安设后的量测频率，是由变化速度(时间效时间效应应)与距工作面距离与距

49、工作面距离(空间效应空间效应)确定的。表确定的。表5-4-7给出了净空给出了净空变形与拱顶下沉的量测频率与位移速度、距工作面变形与拱顶下沉的量测频率与位移速度、距工作面距离的关系。变形速度距开挖面距离量测频率10mm/d(01)B12次/d510 mm/d(12)B1次/d15mm/d(25)B1次/d1mm/d5B1次/d表表5-4-7 收敛与拱顶下沉量测频率收敛与拱顶下沉量测频率注：B为隧道开挖宽度。量测频率的确定量测频率的确定:在由位移速度决定的量测频率和由距开在由位移速度决定的量测频率和由距开挖掌子面距离决定的量测频率中，原则上应采取频率高的。挖掌子面距离决定的量测频率中，原则上应采取

50、频率高的。当变形稳定时，可不按照表当变形稳定时，可不按照表5-4-7的要求。当同一个量测断的要求。当同一个量测断面内各测线变形速度不同时，要以产生最大变形速度的测线面内各测线变形速度不同时，要以产生最大变形速度的测线确定全断面的量测频率。确定全断面的量测频率。量测期间的确定：量测期间的确定：在变形量小的隧道中在变形量小的隧道中(开挖后一个月开挖后一个月内收敛内收敛)，因变形收敛快，在变形收敛至一定值后，再以每，因变形收敛快，在变形收敛至一定值后，再以每天测一次的频率测一周时间，观察其稳定状态。在变形量大天测一次的频率测一周时间，观察其稳定状态。在变形量大的隧道中的隧道中(开挖后经两个月以上，变