隧道监控量测与信息反馈技术课件.ppt

1、监控量测与信息反馈技术监控量测与信息反馈技术二二一二年四月一二年四月刘招伟刘招伟中国中铁隧道集团有限公司中国中铁隧道集团有限公司城市地下工程城市地下工程一、城市地下工程特点及其主要施工方法一、城市地下工程特点及其主要施工方法二、监测与信息反馈的目的和意义二、监测与信息反馈的目的和意义三、主要监测项目及其确定原则三、主要监测项目及其确定原则四、主要监测仪器设备及监测方法四、主要监测仪器设备及监测方法五、变形控制基准的确定五、变形控制基准的确定六、监控量测方案的编制六、监控量测方案的编制七、监测数据处理与信息反馈技术七、监测数据处理与信息反馈技术八、围岩（支护结构）稳定技术措施八、围岩（支护结构）

2、稳定技术措施城城市市地地下下工工程程特特点点地质条件复杂地质条件复杂周边环境复杂周边环境复杂结构埋深浅、结构埋深浅、与邻近结构相互影响与邻近结构相互影响荷载不确定、结构及荷载不确定、结构及围岩稳定性难以判围岩稳定性难以判断断主主要要施施工工方方法法暗挖法暗挖法沉管法沉管法明挖法明挖法明挖顺做（放坡、桩墙明挖顺做（放坡、桩墙及支撑支护）及支撑支护）盖挖顺筑法盖挖顺筑法盖挖逆筑法盖挖逆筑法矿山法矿山法盾构法盾构法钢壳方法钢壳方法干船坞法干船坞法一、矿山法一、矿山法全断面法、台阶法、全断面法、台阶法、CDCD法、法、CRDCRD法、双侧壁导法、双侧壁导坑法、中洞法、侧洞法、柱洞法、坑法、中洞法、侧洞

3、法、柱洞法、PBAPBA法法等。等。二、盾构法二、盾构法敞开式盾构敞开式盾构、土压平衡盾构、泥水平衡盾构等。土压平衡盾构、泥水平衡盾构等。暗挖法暗挖法采用浅埋暗挖法施工时，常见的典型施工方法是台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法如CRD工法、单侧壁导坑超前台阶法、双侧壁导坑台阶法（眼睛工法）、中隔墙法等。施工方法见下表。施工方法示 意 图重 要 指 标 比 较适用条件沉降工期防水一次支护拆除量造价全断面法地层好跨度8m一般最短好没有拆除低台阶法地层较差跨度12m一般短好没有拆除低上半断面临时封闭台阶法地层差跨度12m一般短好少量拆除低台阶环形开挖法地层差跨度12m一般短好没有拆除低单侧壁

4、导坑台阶法地层差跨度14m较大较短好拆除少低中隔墙法（CD法）地层差跨度18m较大较短好拆除少偏高接上表接上表交叉中隔墙法（CRD法）地层差跨度20m较小长好拆除多高双侧壁导坑法（眼睛工法）小跨度，连续使用可扩成大跨度大长效果差拆除多高中洞法小跨度，连续使用可扩成大跨度小长效果差拆除多较高接上表接上表侧洞法小跨度，连续使用可扩成大跨度大长效果差拆除多高柱洞法多层多跨大长效果差拆除多高群洞法单层多跨小短效果好拆除少低越秀公园站中间通道剖面图越秀公园站斜通道剖面图左 线斜通道右 线右 线中通道左 线高程-10-20010（m)接上表接上表32锁脚锚杆32锁脚锚杆32锁脚锚杆台阶法台阶法CRD法法

5、施工照片施工照片中洞法中洞法PBA按开挖面形式分按开挖面形式分 敞开式盾构敞开式盾构 窗闸式盾构窗闸式盾构 封闭式盾构封闭式盾构按土压力平衡方式分按土压力平衡方式分 土压平衡盾构土压平衡盾构 泥水加压盾构泥水加压盾构全敞式盾构全敞式盾构窗闸式盾构窗闸式盾构 盾构法隧道施工盾构法隧道施工 盾构分类盾构分类 土压平衡盾构示意图土压平衡盾构示意图 土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成。浆系统等组成。土仓压力控制因素图土仓压力控制因素图增大增大

6、/减小推进速度减小推进速度增大增大 /减小螺旋输送机排放速度减小螺旋输送机排放速度地下水地下水 压压 土压土压 土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面稳定机理 土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持：土仓内的土压力平衡地层压力和水压力，螺旋输送机调节排土量；适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。当土仓内的土压力大于地层压力和水压力时，地表将隆起；当土仓内的土压力小于地层压力和水压力时，地表将下沉；因此土仓内的土压力应与地层压力和水压力相平衡。泥水平衡盾构示意图 泥水平衡盾构的泥水系统泥水平衡盾构的泥水系统分离站 调浆池 送泥泵 中继泵 排泥泵 泥水平衡盾构的概念

7、泥水平衡盾构的概念 泥水盾构是在机械式盾构的刀盘后面设置隔板，隔板与刀盘之间形成泥水仓，将加压的泥水送入泥水仓，当泥水仓充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来维持开挖面的稳定。盾构推进时由刀盘旋转切削土砂，经搅拌后形成高浓度泥浆，然后用流体输送方式送到地面，在地面通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整后，再输送到开挖面 泥水平衡盾构工作原理泥水平衡盾构工作原理 泥水盾构通过向密封的泥水仓内输送加压的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，在土层表

8、面形成泥膜，有助于改善围岩的自稳能力，并使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。通过泥膜，产生与作业面上的土压、水压相抗衡的泥水压，以保持作业面的稳定。渗透系数与岩性、粒径渗透系数与岩性、粒径 沉管隧道施工沉管隧道施工 沉管隧道主要工艺流程沉管隧道主要工艺流程干坞及坞底处理施工管段预制(含预埋件施工)堤岸处理、接口段及止推结构施工基槽浚挖及回淤清理一次舾装及试漏干坞进水、坞门破除管节逐节浮运出坞、临时系泊及二次舾装临时垫块安装管节浮运、沉放对接管节对称回填管节抛石锁定、基础施工最终接头施工管节对称回填循环航道恢复二次围堰岸上段结构施工修正修正设计设计指导指导施工施工安全安全评价评价积累积累资料

9、资料安全安全评价评价根据监测结果及分析成果，对工程自身安全状况及受影响周边环境安全状况，作出相应安全评价。指导指导施工施工根据监测结果及分析成果明确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节，指导施工采取相应工程措施。修正修正设计设计用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，调整相应的设计支护参数。积累积累资料资料通过监控量测，收集数据，为以后的工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验。1、现状 1）各建设、施工单位水平对监测工作的认识不统一，导致监测的要求也不统一；2）施工单位对监测与信息反馈工作的实施方法不同，效果不同。2、存在的问题 1）未把监测与信息反

10、馈作为工序编入施工组织设计，有的虽然作为工序编入，但实施不规范，不彻底，应用效果较差；2）实施过程中缺少专业技术人员，特别是信息反馈方面的人员，很少能结合施工情况，对监测信息进行有效分析，未能对工程设计和施工起指导作用；3）缺乏安全评估标准及监测控制基准。3、解决办法 1）就隧道工程的安全评估标准及控制基准进行研究；2）在规范施工方监测的基础上，引入具备监测资质的第三方监测，对促进监测技术健康发展具有积极意义。监监测测项项目目确确定定原原则则可靠行原则多层次监测原则实用方便原则关键区域监测原则经济合理原则可靠性可靠性原则原则仪器适用可靠；测点稳固可靠；系统完善可靠；数据真实可靠；多层次多层次监

11、测原则监测原则监测对象：以位移监测为主，兼顾其他；监测方法：仪器监测与人工巡视并重；仪器选择：在经济可靠的原则下，以人工 监测为主，辅以自动化监测。监测设计：监测设计应点面结合，联系成网；关键区域关键区域监测原则监测原则实施监测前，应对工程状况，周边环境进行分析针对工程自身重点、难点、重要周边环境等关键区域，进行重点监测。方便使用方便使用原则原则为减少监测与施工、监测与周边环境间的相互干扰，监测的设计和实施应兼顾方便实用的原则经济合理经济合理原则原则监测设计和实施过程中，应考虑经济合理的原则在满足需求的情况下，不必过分追求仪器设备的先进性。一、地表沉降（含临近建构筑、管线沉降）一、地表沉降（含

12、临近建构筑、管线沉降）二、建构筑物变形、倾斜二、建构筑物变形、倾斜三、围护桩（墙）顶水平位移三、围护桩（墙）顶水平位移四、围护桩（墙）体水平位移四、围护桩（墙）体水平位移五、支撑（锚索）轴力五、支撑（锚索）轴力六、地下水位六、地下水位七、中柱沉降（盖挖法）七、中柱沉降（盖挖法）一、桩（墙）体内力一、桩（墙）体内力二、围岩压力（桩体背后压力）二、围岩压力（桩体背后压力）三、渗水压力三、渗水压力四、基坑回弹四、基坑回弹一、地表沉降（含临近建构筑、管线降）一、地表沉降（含临近建构筑、管线降）二、地下水位二、地下水位三、建构筑物变形、倾斜三、建构筑物变形、倾斜四、结构拱顶沉降四、结构拱顶沉降五、结构水

13、平收敛五、结构水平收敛一、土体水平位移一、土体水平位移二、渗水压力二、渗水压力三、地层分层沉降三、地层分层沉降四、初支（二衬）结构应力四、初支（二衬）结构应力五、围岩接触应力五、围岩接触应力六、混凝土应力六、混凝土应力一、地表隆沉（含临近建构筑、管线降）一、地表隆沉（含临近建构筑、管线降）二、建（构）筑物倾斜二、建（构）筑物倾斜三、管片上浮三、管片上浮一、管片应力一、管片应力二、渗水压力二、渗水压力三、地层分层沉降三、地层分层沉降四、土体水平位移四、土体水平位移五、围岩接触应力五、围岩接触应力水准仪、经纬仪、全站仪、收敛计、测斜仪水准仪、经纬仪、全站仪、收敛计、测斜仪分层沉降仪、单点（多点）位

14、移计、裂缝计分层沉降仪、单点（多点）位移计、裂缝计建筑物倾斜仪等建筑物倾斜仪等钢筋计、压力盒、应变计、轴力计、钢筋计、压力盒、应变计、轴力计、锚杆测力计、频率接收仪等锚杆测力计、频率接收仪等 水位计、渗水压力计、爆破震动仪、管线水位计、渗水压力计、爆破震动仪、管线探测仪等探测仪等主要用于垂直类沉降位移观测主要用于垂直类沉降位移观测测量各测点之间高差的光学仪器测量各测点之间高差的光学仪器水准仪可用来建立沉降控制监测网水准仪可用来建立沉降控制监测网主要用于垂直类沉降位移观测主要用于垂直类沉降位移观测主要用于角度类观测；主要用于角度类观测；精密测定水平角度、垂直角度；精密测定水平角度、垂直角度；配合

15、钢尺可测量测点距离仪器的水平距离配合钢尺可测量测点距离仪器的水平距离主要用于角度观测主要用于角度观测主要用于角度、距离、坐标观测主要用于角度、距离、坐标观测可用于建立平面控制网可用于建立平面控制网主要用于角度、距离、坐标观测主要用于角度、距离、坐标观测主要用于隧道周边收敛观测主要用于隧道周边收敛观测主要由连结转向、测力、测距三部分组成主要由连结转向、测力、测距三部分组成用于观测某一时段的收敛值用于观测某一时段的收敛值收敛值：指两测点在某时间内的距离的变化量收敛值：指两测点在某时间内的距离的变化量主要用于隧道周边收敛观测主要用于隧道周边收敛观测主要用于土体（桩、墙体）深层水平位移观测主要用于土体

16、（桩、墙体）深层水平位移观测可分为固定式、滑动式两种可分为固定式、滑动式两种固定式：测头固定埋设在结构物内部的固定点上固定式：测头固定埋设在结构物内部的固定点上滑动式：活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔滑动式：活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动，测定一定时间将测头放入管内沿导槽滑动，测定斜度变化，计算水平位移。（常用方式）斜度变化，计算水平位移。（常用方式）主要用于土体深层水平位移观测主要用于土体深层水平位移观测 主要用于土体深层垂直位移观测主要用于土体深层垂直位移观测通过电感探测装置，根据电磁频率的变化来观通过电感探测装置，根据电磁频率的变化来观测埋设在土体不

17、同深度内的钢环（磁环）的确测埋设在土体不同深度内的钢环（磁环）的确切位置，再由其所在位置深度的变化计算出地切位置，再由其所在位置深度的变化计算出地层不同标高处的沉降变化情况。分层沉降仪可层不同标高处的沉降变化情况。分层沉降仪可用来监测由开挖、打桩等地下工程引起的周围用来监测由开挖、打桩等地下工程引起的周围深层土体的垂直位移（沉降或隆起）的变化。深层土体的垂直位移（沉降或隆起）的变化。主要用于土体深层垂直位移观测主要用于土体深层垂直位移观测主要用于在同一钻孔内沿其长度方向不同深主要用于在同一钻孔内沿其长度方向不同深度布置度布置3 3至至6 6个测点，测量各个测点沿长度方个测点，测量各个测点沿长度

18、方向的位移向的位移主要分单点式、多点式主要分单点式、多点式组成：锚头、传递杆、护管、支撑架、传感器组成：锚头、传递杆、护管、支撑架、传感器 护罩、灌浆管等组成护罩、灌浆管等组成主要用于观测地下水位变化的仪器，可用来监主要用于观测地下水位变化的仪器，可用来监测由于降水、开挖等地下工程施工引起的地下测由于降水、开挖等地下工程施工引起的地下水位变化水位变化组成：钢尺水位计、水位管组成：钢尺水位计、水位管 用来测读钢弦式传感器其钢弦振动频率值的用来测读钢弦式传感器其钢弦振动频率值的二次接收仪表，早期仪器采用全晶体管数字二次接收仪表，早期仪器采用全晶体管数字式，以适当的逻辑电路，使一套电子记数器在式，以

19、适当的逻辑电路，使一套电子记数器在待视时间隔内，累计采用石英振荡器作为标准待视时间隔内，累计采用石英振荡器作为标准时间信号的个数来进行周期测量。时间信号的个数来进行周期测量。主要用于监测爆破引起的对周围环境的振动影主要用于监测爆破引起的对周围环境的振动影响，包括爆破振动速度、位移及加速度等参响，包括爆破振动速度、位移及加速度等参数，在我国一般以爆破振动速度来衡量。爆破数，在我国一般以爆破振动速度来衡量。爆破振动监测仪的品种很多，主要有数字记录和磁振动监测仪的品种很多，主要有数字记录和磁带记录两种，常用的是数字记录仪。带记录两种，常用的是数字记录仪。主要监测传感器：主要监测传感器：钢筋计、土压力

20、盒、应变计、轴力计、钢筋计、土压力盒、应变计、轴力计、锚杆测力计、孔隙水压计、爆破震动传感器锚杆测力计、孔隙水压计、爆破震动传感器钢筋计用于测量钢筋混凝土内的钢筋应力。是钢筋计用于测量钢筋混凝土内的钢筋应力。是串联于结构受力钢筋之中，用以测量钢筋应力串联于结构受力钢筋之中，用以测量钢筋应力变化的传感器。钢筋计与受力主筋一般通过连变化的传感器。钢筋计与受力主筋一般通过连杆电焊的方式联接。杆电焊的方式联接。土压力盒是用于测量界面接触应力的仪器土压力盒是用于测量界面接触应力的仪器 土压力计按埋入方式分为埋入式和边界式两种土压力计按埋入方式分为埋入式和边界式两种 土压力盒是置于土体与结构界面上或埋设在

21、自土压力盒是置于土体与结构界面上或埋设在自由土体中，用于测量土体对结构的土压力及由土体中，用于测量土体对结构的土压力及地层中土压力变化的测量传感器地层中土压力变化的测量传感器 根据其内部结构不同，土压力盒有钢弦式、根据其内部结构不同，土压力盒有钢弦式、差动电阻式、电阻应变式等多种型式。差动电阻式、电阻应变式等多种型式。孔隙水压力计是用于测量由于基坑开挖、地下孔隙水压力计是用于测量由于基坑开挖、地下工程开挖等作业扰动土体而引起的孔隙水压变工程开挖等作业扰动土体而引起的孔隙水压变化的测量传感器。孔隙水压计由金属壳体和透化的测量传感器。孔隙水压计由金属壳体和透水石组成，孔隙水渗入透水石作用于传感器。

22、水石组成，孔隙水渗入透水石作用于传感器。应变计是用于监测结构受荷载、温度变化而产应变计是用于监测结构受荷载、温度变化而产生变形的监测传感器。与应力计所不同的是，生变形的监测传感器。与应力计所不同的是，应变计中传感器的刚度要远远小于监测对象的应变计中传感器的刚度要远远小于监测对象的刚度。根据应变计的布置方式，可分为表面应刚度。根据应变计的布置方式，可分为表面应变计和埋入式应变计。变计和埋入式应变计。表面应变计主要安装在结构表面，用于测量结表面应变计主要安装在结构表面，用于测量结构的应变的仪器，可用于钢结构表面，也可用构的应变的仪器，可用于钢结构表面，也可用于混凝土表面。于混凝土表面。埋入式应变计

23、主要用于测量混凝土结构的长期埋入式应变计主要用于测量混凝土结构的长期应变。在混凝土结构浇筑时，直接将其埋入，应变。在混凝土结构浇筑时，直接将其埋入，用于地下工程的长期应变测量用于地下工程的长期应变测量地表沉降监测是浅埋暗挖地下工程监测中最主地表沉降监测是浅埋暗挖地下工程监测中最主要的监测项目。在基坑开挖、浅埋地下工程开要的监测项目。在基坑开挖、浅埋地下工程开挖等施工过程中都需进行地表沉降监测。挖等施工过程中都需进行地表沉降监测。地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点原则上应布置在同一里程。测点和隧道内测点原则上应布置在同一里程。一般条件

24、下，地表沉降测点纵向间距按下表要一般条件下，地表沉降测点纵向间距按下表要求布置。（求布置。（H H：隧道埋深，：隧道埋深，B B：隧道开挖宽度）：隧道开挖宽度）横断面布点应根据地层条件，一般间隔横断面布点应根据地层条件，一般间隔303050m50m布设一组地表横向沉陷槽测点，测点横向间距布设一组地表横向沉陷槽测点，测点横向间距为为2 25m5m。横断面测点布置应如下图。横断面测点布置应如下图。例：某隧道地表横断面布点例：某隧道地表横断面布点地表沉降监测点的埋设首先用钻机钻透硬化路地表沉降监测点的埋设首先用钻机钻透硬化路面，然后用洛阳铲进行探挖，以免破坏地下管面，然后用洛阳铲进行探挖，以免破坏地

25、下管线，开挖成孔以后放入钢筋，放入钢套筒隔离线，开挖成孔以后放入钢筋，放入钢套筒隔离钢筋与周边土体，上部回填砂土和木屑。测点钢筋与周边土体，上部回填砂土和木屑。测点上部安设保护盖，做好标记。上部安设保护盖，做好标记。地表沉降监测主要采用高精度水准仪进行观地表沉降监测主要采用高精度水准仪进行观测测。采用精密水准测量方法。基点和附近基准点联采用精密水准测量方法。基点和附近基准点联测取得初始高程，作为初测值。测取得初始高程，作为初测值。监测时通过各测点与基准点（基点）进行联系监测时通过各测点与基准点（基点）进行联系测量，可得到各监测点的标准高程测量，可得到各监测点的标准高程htht，本次，本次所得高

26、程与上次测得高程进行比较，差值所得高程与上次测得高程进行比较，差值hh即即为该测点本次沉降值。与初测值相比较，差值为该测点本次沉降值。与初测值相比较，差值即为该测点的累积沉降值。即为该测点的累积沉降值。根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施曲线散点图，根据沉降规律判断围岩稳定状态和施工措施的有效性。工措施的有效性。当位移当位移-时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析，预测最大沉降量。进行回归分析，预测最大沉降量。绘制横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范

27、绘制横断面和纵断面沉降槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度、最小曲率半径、地层体积损失等参数。围、最大沉降坡度、最小曲率半径、地层体积损失等参数。根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位根据监测数据绘制时间位移曲线散点图和距离位移根据观测数据，掌握地下管线的位移量和变化移根据观测数据，掌握地下管线的位移量和变化速率，及时调整施工方案，采取有效防范措施，速率，及时调整施工方案，采取有效防范措施，保证地下管线的安全和正常使用，确保基坑的顺保证地下管线的安全和正常使用，确保基坑的顺利施工。利施工。调查内容包括：调查内容包括：管线的用途、材料和规格管线的用途、材料和规格管线的平面位置、埋深和埋设年

28、代管线的平面位置、埋深和埋设年代管线的接头型式和对位移的敏感程度管线的接头型式和对位移的敏感程度管线所在道路的人流和交通的情况管线所在道路的人流和交通的情况管线目前所处的健康状态管线目前所处的健康状态直接式直接式抱箍式抱箍式模拟式模拟式直接式直接式有检查井的管线，直接打开检查井直接将监测点有检查井的管线，直接打开检查井直接将监测点布设到管线上或者管线承载体上；或用敞开式开布设到管线上或者管线承载体上；或用敞开式开挖和钻孔取土的方法挖至管顶表面，管顶埋设测挖和钻孔取土的方法挖至管顶表面，管顶埋设测杆作为测点。杆作为测点。直接式测点适用于埋深浅、管径大的地下管线。直接式测点适用于埋深浅、管径大的地

29、下管线。直接式直接式抱箍式抱箍式抱箍式采用直接开挖暴露出管线抱箍形式，由扁抱箍式采用直接开挖暴露出管线抱箍形式，由扁铁做成抱箍固定在管线上，抱箍上焊一测杆，测铁做成抱箍固定在管线上，抱箍上焊一测杆，测杆顶端不应高出地面，路面处布置阴井，既用于杆顶端不应高出地面，路面处布置阴井，既用于测点保护，又便于道路交通正常通行。测点保护，又便于道路交通正常通行。抱箍式测点由于埋设较复杂主要用于一些次要的抱箍式测点由于埋设较复杂主要用于一些次要的交通易疏解的干道和十分重要的管道。交通易疏解的干道和十分重要的管道。抱箍式抱箍式模拟式模拟式 模拟式采用为采用地表沉降测点代替管线模拟式采用为采用地表沉降测点代替管

30、线沉降测点，间接获得管线沉降变化的一种方沉降测点，间接获得管线沉降变化的一种方法。法。管线沉降的数据分析与处理方法与地表沉降相同管线沉降的数据分析与处理方法与地表沉降相同拱顶下沉是观察隧道拱部变形的一项指标拱顶下沉是观察隧道拱部变形的一项指标是反映隧道安全和稳定的重要数据是反映隧道安全和稳定的重要数据是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最明显的的反映，易于实现量测信息的反馈。明显的的反映，易于实现量测信息的反馈。监测仪器：精密水准仪、钢挂尺监测仪器：精密水准仪、钢挂尺沉降计算：对同一测点，沉降值沉降计算：对同一测点，沉降值UiUi为：为：UiUi=Ui

31、-Ui-1=Ui-Ui-1 UiUi第第i i次高差次高差 Ui-1Ui-1第第i-1i-1次测得与基点高差次测得与基点高差 UiUi第第i i次测得沉降值次测得沉降值隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化（收缩和扩张）是围岩变形最明显的体现。（收缩和扩张）是围岩变形最明显的体现。通过隧道净空收敛监测，可直接了解围岩和支护通过隧道净空收敛监测，可直接了解围岩和支护结构的稳定状态，并进行施工安全状态评估。结构的稳定状态，并进行施工安全状态评估。收敛量测需加工收敛量测预埋件

32、，如下图所示收敛量测需加工收敛量测预埋件，如下图所示套在仪器上埋往围岩里22收敛量测量点布设与拱顶沉降在同一断面，布设收敛量测量点布设与拱顶沉降在同一断面，布设位置见拱顶沉降位置见拱顶沉降监测仪器：收敛计监测仪器：收敛计数据处理与分析：同拱顶沉降数据处理与分析：同拱顶沉降在土体中埋设测斜管，测试受开挖影响的土体各在土体中埋设测斜管，测试受开挖影响的土体各高程上的水平位移。高程上的水平位移。一般布设在监测主断面上一般布设在监测主断面上测斜管一般管底标高低于隧测斜管一般管底标高低于隧道底部标高道底部标高2 2。测斜管与钻孔之间孔隙内回测斜管与钻孔之间孔隙内回填细砂或水泥与粘土拌和的填细砂或水泥与粘

33、土拌和的材料，其配合比应与地层的材料，其配合比应与地层的物理力学性质相匹配。物理力学性质相匹配。通常使用的活动式测斜仪采用带导轮通常使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，再将测斜管分成的测斜探头，再将测斜管分成n n个测个测段，每个测段的长度为段，每个测段的长度为LiLi（一般为（一般为5001000mm5001000mm），在某一深度位置上所），在某一深度位置上所测得的是两对导轮（测得的是两对导轮（500mm500mm）之间的）之间的倾角值，通过计算可得到这一区段的倾角值，通过计算可得到这一区段的变位变位i i，计算公式为：，计算公式为：位移的计算位移的计算：是某一深度上测斜管的累计变位值

34、，：是某一深度上测斜管的累计变位值，其累计时应从测斜管的基准点（不动点）开始。基其累计时应从测斜管的基准点（不动点）开始。基准点位置的设定分管底和管顶两种情况。准点位置的设定分管底和管顶两种情况。测斜曲线测斜曲线：将同一测斜管的不同深度处所测得的变：将同一测斜管的不同深度处所测得的变位值在坐标纸上连接起来，便可得到原始变位位值在坐标纸上连接起来，便可得到原始变位（HH）曲线。这一曲线反映了测量时刻地层在隧）曲线。这一曲线反映了测量时刻地层在隧道施工中的实际位移状态，道施工中的实际位移状态，例：测斜曲线例：测斜曲线1 1）了解施工过程中施加于初期支护结构上的围岩）了解施工过程中施加于初期支护结构

35、上的围岩松动荷载大小或围岩初始地应力作用于隧道结构松动荷载大小或围岩初始地应力作用于隧道结构上分力的大小，分析评估此力作用于初支结构和上分力的大小，分析评估此力作用于初支结构和二衬结构的安全度。二衬结构的安全度。2 2）寻找由于地下工程施工引起的不同距离和位置）寻找由于地下工程施工引起的不同距离和位置上地层土压力的变化规律，确保周围环境的安全上地层土压力的变化规律，确保周围环境的安全3 3）探索各种条件下的静止、主动、被动土压力规）探索各种条件下的静止、主动、被动土压力规律，验算隧道结构的土压力理论分析值及分布规律，验算隧道结构的土压力理论分析值及分布规律，为提高理论分析水平积累资料律，为提高

36、理论分析水平积累资料。选择在典型断面的关键部位埋设：初期支护选择在典型断面的关键部位埋设：初期支护选择在典型断面的关键部位埋设：二次衬砌选择在典型断面的关键部位埋设：二次衬砌压力盒埋设，要使压力盒的受压面向着围岩。先压力盒埋设，要使压力盒的受压面向着围岩。先用水泥砂浆将压力盒处的围岩（或喷层）抹平，用水泥砂浆将压力盒处的围岩（或喷层）抹平，再用水泥砂浆或石膏、支架等把压力盒固定在岩再用水泥砂浆或石膏、支架等把压力盒固定在岩面（或喷层）上，再谨慎施作喷射混凝土层（或面（或喷层）上，再谨慎施作喷射混凝土层（或模筑砼）覆盖，保证围岩（或喷层）与压力盒受模筑砼）覆盖，保证围岩（或喷层）与压力盒受压面密

37、贴，不要使喷混凝土与压力盒之间有间隙压面密贴，不要使喷混凝土与压力盒之间有间隙，压力膜应与所测土压力的方向对应。，压力膜应与所测土压力的方向对应。根据压力值绘制压应力时间曲根据压力值绘制压应力时间曲线图，在隧道横断面图上按不同线图，在隧道横断面图上按不同的施工阶段，以一定的比例把压的施工阶段，以一定的比例把压力值点画在各压力盒分布位置，力值点画在各压力盒分布位置，并以连线的形式将各点连接起来并以连线的形式将各点连接起来，成为隧道围岩压力分布形态图，成为隧道围岩压力分布形态图0.1840.2030.2490.0370.4370.3930.0240.2030.0740.2180.0940.2160

38、.2060.257主要采用钢筋计测量钢筋的应力，通过测量初期主要采用钢筋计测量钢筋的应力，通过测量初期支护钢拱架或二衬钢筋应力，计算其所受轴力和支护钢拱架或二衬钢筋应力，计算其所受轴力和弯矩，了解掌握施工过程中初支和二衬结构内力弯矩，了解掌握施工过程中初支和二衬结构内力情况，从而判断、评估支护结构的安全性及稳定情况，从而判断、评估支护结构的安全性及稳定性，以便修改施工参数、完善施工措施。性，以便修改施工参数、完善施工措施。同围岩压力监测一样，在具有代表性的隧道监测同围岩压力监测一样，在具有代表性的隧道监测主断面的关键部位上埋设，钢筋应力测点应与其主断面的关键部位上埋设，钢筋应力测点应与其它监测

39、项目如测斜、支护内力测试部位相匹配，它监测项目如测斜、支护内力测试部位相匹配，以便进行综合分析。以便进行综合分析。-16.8-17.45-18.32-34.34-24.556.53-40.23-48.56-17.522.35-18.56-10.23-5.67-37.56光纤监测技术光纤监测技术非接触监测系统非接触监测系统静力水准静力水准利用外界因素使光在光纤中传输时光强、相位、利用外界因素使光在光纤中传输时光强、相位、偏振态以及波长（或频率）等特征参量发生变偏振态以及波长（或频率）等特征参量发生变化，从而对外界因素进行检测和信号传输的技术化，从而对外界因素进行检测和信号传输的技术称为光纤检测技

40、术。称为光纤检测技术。光纤监测技术与传统监测技术的对比光纤监测技术与传统监测技术的对比 主要光纤监测技术主要光纤监测技术光纤结构监测系统 （SOFO）布拉格光纤光栅传感仪 （FBG）布理渊光时域反射计 （BOTDR）系统通过先进全站仪具有自动目标识别、自动跟系统通过先进全站仪具有自动目标识别、自动跟踪、无棱镜测距的功能、将全站仪置于固定测踪、无棱镜测距的功能、将全站仪置于固定测站，通过数据线与远处控制室连接，通过控制室站，通过数据线与远处控制室连接，通过控制室电脑发出指令控制全站仪对目标进行测量。电脑发出指令控制全站仪对目标进行测量。系统构成：高精度全站仪，小型棱镜（或反射膜系统构成：高精度全

41、站仪，小型棱镜（或反射膜片）、数据记录和传输系统、后处理软件片）、数据记录和传输系统、后处理软件该方法及所选用的仪器依据连通管原理的方法，该方法及所选用的仪器依据连通管原理的方法，采用传感器测量每个测点容器内液面的相对变采用传感器测量每个测点容器内液面的相对变化，通过计算求得各点相对于基点的相对沉降。化，通过计算求得各点相对于基点的相对沉降。控制基准的意义控制基准的意义1 1、设计设计意图的体现意图的体现2 2、施工单位施工单位的施工工艺及水平的体现的施工工艺及水平的体现3 3、地层地层地质情况变化体现地质情况变化体现4 4、周边、周边环境环境和和施工安全施工安全的体现的体现 监控量测控制标准

42、包括隧道内位移、地表沉监控量测控制标准包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等内容，应根据地质条件、隧道降、爆破振动等内容，应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性，以及周施工安全性、隧道结构的长期稳定性，以及周围建围建(构构)筑物特点和重要性等因素制定。筑物特点和重要性等因素制定。按环境保护要求确定最大允许地表沉降值从地表建筑物安全角度考虑从地下管线的安全角度考虑从考虑地层及支护结构稳定角度确定最大 允许地表沉降值1 1、从地表建筑物安全角度确定地表沉降控、从地表建筑物安全角度确定地表沉降控制值制值1）地表建筑物基础位于沉降槽一侧 如右图所示，一般来说，浅埋地下工程施工时，在其两侧存

43、在着潜在的破裂面，如果破裂面与地表交点位于建筑内，则应考虑不均匀沉降对建筑物的影响。假设破裂面与地表的交点为地表建筑物沉降的不动点，则有：式中，H-工程覆土厚度，h1-开挖高度，D为开挖直径，A-受影响的横截面宽度。不均匀沉降由Peck公式求得：2/2Al 245tan/)(21hHDA)2/)2/(exp()2/exp(22221maxiAilSu 如果令u等于建筑物的最大允许地表沉降值，而i通常位于边墙所在的铅垂线上（iD/2），则最大允许地表沉降值为：即与L1对应的点为建筑物由于地表沉降而倾斜的最大斜率点，由Peek公式推导的该点的倾斜率计算公式为：令u为建筑物的容许倾斜则得到的最大允许

44、地表沉降值为：)2/exp(22112maxilliS221max12exp(/2)luSlii)2/exp()2/2/exp()2/(2/)2/(exp()2/(2/exp(2222122221maxDADluDADluS隧道中线2）地表建筑物基础位于沉降槽中间（1）建筑物相邻柱基L小于（等于）沉降槽拐点位置i 由沉降槽曲线可知，在拐点i处，曲线斜率最大，当建筑物位于如图所示时，差异沉降达到最大，故以此极限条件下的坡度值-极限坡度小于相应建筑物允许倾斜值作为限制条件。即：式中：L一一建筑物相邻柱基础间距 f一一建筑物的允许倾斜率 S差异沉降值 由极限条件得允许最大沉降差：Sfi，同时，由pe

45、ck曲线可知，当x=i时，可得出地表下沉的最大斜率：假定建筑物最大允许倾斜与Qmax相等，此时，地表最大允许沉降量：S Lfmaxmax61.0SiQ61.0maxfis（2）建筑物相邻柱基L大于（等于）沉降槽拐点位置2i 这种情况下，沉降对建筑物的影响既引起倾斜，同时基础受弯。当建筑物处于受弯最不利位置，沉降量过大时，可能导至建筑物基础结构的断裂及上部结构压性裂缝的产生。影响基础变形的因素，如受力条件、荷载分布、建筑物等级不尽相同，难以进行分析，这里仅根据建筑物基础的极限应变采用下式计算最大允许沉降值。222)(iiiS2 2、从考虑地下管线的安全角度确定最大允许地表沉降值、从考虑地下管线的

46、安全角度确定最大允许地表沉降值 管线与隧道的位置关系比较复杂，仅以管线与隧道轴线垂直为例进行说明。沉降槽上方的管线变形类似于建筑物地基梁L2i的情况，随着地层的沉降，其受力条件发生转化，这时可视为受垂直均布荷载的梁来考虑。根据结构在正常使用时受到的应力应小于其允许的设计应力这一标准：由：=/E 式中：允许拉应变；允许拉应力；E材料弹性模量；可知，管线在地层沉降时产生的变形应小于（或等于）其允许应力的相应变形范围。即可按下式计算沉降允许值。式中：m计算长度。当管线走向垂直于地下工程纵向时，m=i，S值最小，此时，上式可简化为如下式。22)(mmms22)(iiis3 3、从考虑地层及支护结构稳定

47、角度确定最大允许地表沉降值、从考虑地层及支护结构稳定角度确定最大允许地表沉降值 以地下工程侧壁正上方土体不发生坍塌时允许产生的最大地表沉降值作为控制基准，这时采用“地层梁理论”，诱导出剪应变的方法来确定最大允许地表沉降值。经验表明，软弱地层浅埋地下工程典型的地表沉降曲线可用Peck公式描述：对Peck公式求导可得沉降曲线的最大斜率计算公式如下（发生在x=i处）：如设定地层的极限剪应变Yp与相等，则：即从地下工程施工本身的安全稳定性推求的最大允许地表沉降值为：式中：地层抗剪强度，G地层剪切摸量。Smax一一最大允许地表沉降值；i一一曲线拐点到中心的距离，可通过回归求得；地表沉降控制基准值随工程条

48、件，尤其是周边环境条件而变，目前多数招标文件中笼统的要求地表沉值小于某一数值是不适宜的，应针对具体工程，通过类比和计算相结合的办法找出相应的控制基准值。)2/exp(22maxixSumax61.0Simax61.0SiGYpGiS61.0max根据支护结构的稳定性确定根据地表沉降控制要求确定利用现场监测结果和工程经验对预先确定的 位移值进行修正 绘制围岩位移绘制围岩位移支护刚度曲线，并在图上绘制支护刚度曲线，并在图上绘制u=uu=u（直线（直线C C），从图中可看：围岩位移），从图中可看：围岩位移支护刚度曲线存在一个明显的拐点支护刚度曲线存在一个明显的拐点，从经济、安全的角度考虑，从经济、安

49、全的角度考虑，C C与与A A、B B相交在拐点附近最合理，交点相交在拐点附近最合理，交点对应的支护结构（围岩）位移作为变形的控制值对应的支护结构（围岩）位移作为变形的控制值uu。1 1、暗挖隧道主要监测项目控制基准参考值、暗挖隧道主要监测项目控制基准参考值 我国铁路隧道采用允许相对位移值的方法确定支护结构的控制基准。隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的最终位移值均应小于锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）规定值。覆土厚度（覆土厚度（m m）围岩级别围岩级别503003000.10.10.30.30.20.20.50.50.40.41.21.20.150.150.

50、50.50.40.41.21.20.80.82.02.00.20.20.80.80.60.61.61.61.01.03.03.0 法国工业部制定的隧道位移基准值(绝对允许值）如下表（隧道断面50100 m2），可作为初选位移基准的参考值。隧道埋深隧道埋深（m m）洞内拱顶容许下沉（洞内拱顶容许下沉（mmmm）地表容许下沉（地表容许下沉（mmmm）硬岩硬岩软岩软岩硬岩硬岩软岩软岩10105050101020202020505010102020202050505050100100202060601001002002002020606015015030030010010050050050501001