1、地下工程监测与检测技术地下工程监测与检测技术第四章 隧洞工程监测人民交通出版社 隧洞工程监测的目的 隧洞工程监测的内容及测试方法 隧洞工程监测的相关规定 监测数据的分析反馈及信息化施工 盾构法和顶管施工监测 工程实例内容提要 隧洞是修建在存在地应力场、由岩石(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。隧洞稳定性安全监测有：洞室、隧道、输水隧洞、城市地铁以及竖井、斜井等。第一节第一节 隧洞工程监测的目的隧洞工程监测的目的一.简介北京某地铁暗挖区间坍塌事故（1）提供监控设计的依据和信息。（2）指导施工，预报险情。（3）作为工程运营时的监测手段。（4）用
2、作理论研究及校核理论。（5）为地下工程设计与施工提供资料。二、监测的目的及意义监测的对象：围岩(地下结构赋存的场所，土或岩石)衬砌(初衬和二衬）锚杆(加固开挖面周围岩土体)钢拱架及其它支撑(维护开挖区域的稳定)监测的部位：地表(周围环境监测)围岩内(附存环境监测)洞壁(开挖面自身稳定性监测)衬砌内(支护结构监测)衬砌内壁(支护结构监测)第二节第二节 隧洞工程监测的目的隧洞工程监测的目的监测的类型 现场观测；岩土体力学参数测试；应力应变测试；压力测试；位移测试；温度测试；物探测试等。隧道内地质条件的变化情况；节理、裂隙的发育和扩展情况；渗漏水情况；隧道暴露面有无松动岩石；锚杆有无松动、喷层有无开
3、裂；中墙衬砌上有无裂隙出现；洞内观察监测类型监测项目监测仪器位移位移地表下沉地表下沉水准仪，钢铟尺水准仪，钢铟尺地表水平位移地表水平位移经纬仪经纬仪拱顶下沉拱顶下沉水准仪，电子水平尺，钢铟尺水准仪，电子水平尺，钢铟尺拱脚基础沉降拱脚基础沉降水准仪，电子水平尺，钢铟尺水准仪，电子水平尺，钢铟尺围岩位移（径向）围岩位移（径向）单点、多点位移计，三维位移计单点、多点位移计，三维位移计围岩位移（水平）围岩位移（水平）测斜仪，三维位移计测斜仪，三维位移计洞周收敛洞周收敛收敛计，巴塞特系统收敛计，巴塞特系统压力压力围岩内压力围岩内压力压力盒，压力枕压力盒，压力枕衬砌混凝土内压力衬砌混凝土内压力压力盒，压力
4、枕压力盒，压力枕衬砌钢筋应力衬砌钢筋应力钢筋应力计，应变计钢筋应力计，应变计围岩与衬砌接触压力围岩与衬砌接触压力压力盒，压力枕压力盒，压力枕锚杆轴力锚杆轴力钢筋应力（应变计），应变片，环式测力计钢筋应力（应变计），应变片，环式测力计钢拱架压力钢拱架压力钢筋应力计，应变片，应变计，轴力计钢筋应力计，应变片，应变计，轴力计地下水渗透压力地下水渗透压力渗压计渗压计其它物理量其它物理量围岩松动圈围岩松动圈弹性波，形变电阻法弹性波，形变电阻法前方岩体性态前方岩体性态弹性波，超前钻，探地雷达弹性波，超前钻，探地雷达爆破震动爆破震动测震仪测震仪声发射声发射声发射检测仪声发射检测仪破破坏坏原原始始地地应应力力
5、场场分分布布具具有有时时空空效效应应接接触触应应力力围围岩岩应应力力监测监测结构安全结构安全一.应力应变量测T测试原理测试原理 混凝土应力量测包括初期支护喷射混凝土应力和二次衬砌模筑混凝土应力量测，是将量测元件(装置)直接安装于喷层或二次衬砌中，测试围岩变形过程中由不受力状态逐渐过渡到受力状态过程中的应力变化。1、量测原理T应力(应变)计量测法钢弦式应变计差动式电阻应变计频率应变电阻应变2、量测方法应变砖电阻应变片，外加银箔防护做成银箔应变计，再用砼材料制成(50120)mmx40mmx25mm长方体 应变砖埋入砼内，应变砖材料和砼基本上是同类材料，应变砖不会引起应力的异常变化可直接反映砼层的
6、变形与受力大小(解决了土压力盒的刚度不同问题)T应变砖量测法T测试断面的布置 混凝土应力量测在纵断面上应与其他选测项目的布置基本相同，一般布设在有代表性的围岩段，在横断面上除要与锚杆受力量测测孔相对应布设外，还要在有代表性的部位布设测点，在实际量测中通常有三测点、六测点、九测点等多种布置形式。在二次衬砌内布设时，一般应在衬砌的内外两侧进行布置，有时也可在仰拱上布设一些测点。二.压力量测 地下隧洞工程的压力测试主要包含锚杆或锚索内力及抗拔力、围岩压力及两层支护间压力量测和钢支撑内力及外力测试。1、锚杆或锚索内力及抗拔力(1)量测原理 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
7、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力、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、应变值，就可以知道其工作状态的好坏，也可以由此判断其对围岩松弛变形的限制作用的强弱。(2)锚杆内力量测方法 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、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、应变值，就可以知道其工作状态的好坏，也可以由此判断其对围岩松弛变形的限制作用的强弱。四根细长杆，头部固定在锚杆内预计的位置上，
8、量测读数。ET机械式量测法12344T电阻应变片式量测ET钢筋计量测锚杆内力钢筋应力计只能用于由钢筋组成的锚杆。钢筋应力计、频率仪或电阻应变仪；直接量测应力，乘以面积；钢筋应变计、频率仪或电阻应变仪；直接量测应变，乘以模量；安装：钢筋应力计 割断钢筋，与钢筋串联焊接；钢筋应变计 焊在钢筋或钢管上（与锚杆并联连接）；(3)锚杆的抗拔力量测方法锚杆拉拔计将锚杆拉拔计的接口与待测锚杆的外露端连接紧固。拉拔计百分表归零，然后增压使油泵压力逐渐升高。油泵压力达到设计拉力，可停止继续加压。记录锚杆位置及油泵压力值，油泵卸压。如果油泵压力未达到设计拉力，锚杆破坏，则该锚杆可认为安装质量不合格。3、围岩压力及
9、两层支护间压力(1)量测原理 隧道开挖后，围岩要向净空方向变形，而支护结构要阻止这种变形，就会产生围岩作用于支护结构上的围岩压力和两层支护间的压力。对围岩应力、应变进行观测，能够及时有效的掌握围岩内部的受力与变形状态，进而判断围岩的稳定性；对围岩与支护结构之间的压力即接触应力进行量测，可及时掌握围岩与支护间的共同工作情况、稳定状态及支护的力学性能等。(2)量测手段T围岩应力应变测试、钢弦式应变计：单个应变计与被测围岩刚度相匹配的钢管(钢筋)连接起来，用水泥砂浆埋入岩孔，再用频率计进行激发、接受测试。、差动式电阻应变计：连接方法同钢弦应变计。、电测锚杆(电阻片测杆)：把电阻片按需要贴在一根剖为两
10、半的金属或塑料管内壁上，再把两半合拢，并做好防水、防潮处理，用水泥砂浆固结在围岩测孔中。测杆的刚度要尽量与被测围岩的刚度相匹配。电阻片测杆电阻应变钢弦式应变计算：理想测试内容，性能稳定，耐久性好；差动式电阻应变计：灵敏度高耐久性好，性能稳定；电阻片测杆简单经济，灵敏度高；但不能在潮湿环境中长期应用。、钢弦式压力盒围岩与支护或喷层与现浇混凝土之间的接触应力量测；能反映出支护对围岩的抗力；与二者的特性和之间的接触条件有关。220(-)Pk ffp总压力；k压力计率定常数；f0压力计零压是的频率；f压力计受压后频率；T接触应力量测、变磁阻调频式土压力传感器变磁阻传感器和L-C震荡电路pk f p 被
11、测压力的变化值；k 传感器率定值；f频率变化量；输出信号幅度大，抗干扰能力强，灵敏度高，适合遥测；在硬介质中应用，存在刚度匹配问题。、格鲁茨尔压力盒液压式压力计，传感原件为一扁平油腔，由油压表测油腔的压力。不但可以用于接触应力的测试，也可用于同种介质的内部量测。液压枕 压力盒布设在围岩与初衬之间，即测得围岩与初衬之间的接触压力；压力盒布设在初衬与二衬之间，即测得两层支护间的接触压力。压力盒布设中，应把测点布设在具有代表性断面的关键部位上(如拱顶、拱腰、拱脚、边墙仰拱等），并对各测点逐一进行编号。埋设压力盒时，要使压力盒的受压面向着围岩。T注意事项T测点布置 在隧道壁面，当测围岩施加给喷射混凝土
12、层的径向压力时，先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上，再谨慎施作喷射混凝土层，不要使喷射混凝土与压力盒之间有间隙，保证围岩与压力盒受压面贴紧；要注意保护压力盒的电缆线，否则前功尽弃。T钢支撑内力及外力隧道围岩类别低于类，设置钢支撑；、类围岩型钢支撑；类格栅支撑.量测的目的 了解钢支撑应力的大小，为钢支撑选型和设计提供依据；根据钢支撑的受力状态，判断围岩和支护结果的稳定性；了解钢支撑的实际工作状态，保证隧道施工安全。量测的仪器 液压式和电测式两种；液压式结构简单，可靠，现场直接读数，使用方便；电测式测量精度高，可远距离和长期观测。PE电测方法型钢支撑-钢弦式表面应变计 焊接在型钢上面，与型钢并
13、联连接PA电测方法格栅支撑-钢弦式钢筋应力计 切断格栅钢筋，与格栅钢筋串联连接 液压式量测方法-液压式测力计压力作用使油缸内油压发生变化，直接通过压力表读出油压变化。三.位移测试1.净空相对位移测试T测量原理 隧道开挖后，改变了围岩的初始应力状态，围岩应力重分布引起洞壁应力释放，使围岩产生变形，洞壁有不同程度的向内净空位移。在开挖后的洞壁(含顶、底)及时安设测点，内壁面两点连线方向的位移之和量测称为收敛量测，两次量测的距离之差为收敛值。收敛量测是地下隧洞监控量测的重要内容，根据测试的变形速率可判断围岩稳定程度和二次衬砌的合理施做时机；收敛值是最基本的量测数据，必须准确测量，计算无误 壁面测点：
14、埋入围岩壁面30-50mm的埋杆或测头；测尺(测杆)：打孔的钢卷尺或金属管，壁面相对位移的粗读数；测试仪器：由测表、张拉力设备与支架组成；测表，百分表或游标卡尺，精度数；张拉力设备,重锤/弹簧/应力环，对测尺施加定量张拉力，测尺初始状态一致;支架,安装组合仪器组件的装置；连接部分：连接测点和仪器的构件；T收敛量测测量装置的基本构成测试简单，纯人工操作，精度较低。、位移测杆由数节可伸缩的异径金属管组成，管上装有游标卡尺或百分表，用以测定两端测点之间的相对位移；适用于小断面洞室观测；T常用量测方法 单向重锤式收敛计测试方向单一测试精度一般重锤施加张拉力、净空变化测定计1-1-测度表；测度表；3-3
15、-钢卷尺；钢卷尺；4 4、5-5-连接球铰；连接球铰；6-6-张拉表；张拉表；7-7-张拉弹簧张拉弹簧 万向弹簧式收敛计能量测任意方向能量测任意方向测试精度一般测试精度一般弹簧施加张拉力弹簧施加张拉力万向应力环式能量测任意方向能量测任意方向测试精度高测试精度高性能稳定性能稳定量力环精确控制张拉力量力环精确控制张拉力全断面监测；全断面监测；高精度电测高精度电测、巴塞特收敛系统全过程监控；全过程监控；高精度电测；高精度电测；简单方便简单方便、光电测距仪0nnURRUn 第n次量测时净空相对位移值；Rn 第n次量测时的观测值；R0 初始观测值；T净空相对位移的计算 开挖后尽快埋设测点，并测取初值，要
16、求12h内完成；测点(测试断面)应尽可能靠近开挖面，一般要求在2m以内；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；当相对位移值较大时，要注意消除换孔误差；量测频率视围岩条件、工程结构条件、位移速率及施工情况而定。T量测注意事项2、拱顶下沉量测T测量原理 由已知高程的临时或永久水准点，使用较高精度的全站仪，就可观测出隧道拱顶各点的下沉量及随时间的变化情况。隧道底部也可用此方法观测，通常这个值是绝对位移值。还可以用收敛位移计测拱顶相对于隧道底面的相对位移。值得注意的是拱顶是隧道周边的一个特殊点，其位移情况具有较强代表性。拱顶下沉量测的测点，一般可与周边位移测点共用。T量测方法、水
17、准仪监测或直接量测12hS SaSbSca22hSSaSbSca12Sabc 12Sabc拱顶下沉计算布置示意图、全站仪量测 在被测断而的拱顶位置布设13个反光贴片，并在跄离该断面数十米位置（可选择已施做二衬，或可认为该处衬砌变形已经稳定的位置），贴l个反光片作为后视点，使用全站仪的“对边缺测”功能，可以量测出被测点与后视点间的相对位移，该位移即拱顶下沉量。T量测的内容及目的隧道开挖影响范围内的地表土体，浅埋隧道和隧道的洞口；地表下沉范围和量值；地表及地中下沉随工作面推进的规律；地表及地中下沉稳定的时间；T量测方法 水准仪监测法 地表影响范围内埋设测点，与影响范围外埋设基准点，两者高程之差。3
18、、地表下沉量测T量测的内容及目的0iiniDSS 隧道周边某点及围岩内不同深度各点的位移状态；反映围岩受力的稳定状态、岩体挠动与松动范围，优化锚杆设计参数；判别隧道围岩稳定性和支护效果，确保施工安全和工程质量；4.围岩内部位移量测T量测原理 埋设在钻孔内的测点与钻孔壁紧密连接，岩层移动带动测点移动 测点i相对与测点1的位移量为1iniSDD测点i相对与孔口的总位移量为锚固部分：把测试原件与围岩锚固成一体，测试原件应变即为该点围岩变位T围岩内部位移测量装置的基本构成胀壳式锚固器支撑式锚固器软岩、干燥环境多用胀壳式、支撑式、灌注砂浆式锚固器；硬岩、潮湿环境多采用楔缝式、压缩木式。传递部分：把各测点
19、间的位移进行准确传递；直杆式、钢带式、钢丝式；并联式和串联式 孔口装置部分：孔口基准面、固定、保护、导线隐蔽及集装箱等直杆式伸长计孔口固定装置传感器与测读仪器：测试、采集读数，分机械式和电测式 机械式位移计：单点、两点、多点机械式位移计 单点位移计的优缺点 O结构简单，制作容易，测试精度高；O受外界因素影响小，容易保护；O若钻孔足够深时孔底可视为不动点，测得的是位移绝对值；O单点位移计通常与多点位移计配合使用。机械式位移计：两点机械式位移计两个内锚头，两根金属测杆，用百分表量测两测杆外端测点和孔口端面间的相对位移的变化。机械式位移计：多点机械式位移计注浆锚固式多点式位移计机械式位移计：单点、两
20、点、多点机械式位移计串联式式多点式位移计O电感式位移计O差动式位移计O电阻式位移计 电测式位移计量测项目的确定和量测手段的选择 1 1、监测项目的确定原则与内容第三节第三节 隧洞工程监测的相关规定隧洞工程监测的相关规定 以安全监测项目为主的原则；观测项目设计应体现全面的原则观测项目宜同步设置；少而精的原则；经济性原则S 隧道施工技术规范及技术要求(铁路、公路、地铁等)S 日本新奥法设计技术指南(草案)S 地表沉降监测的重要性可参考规范：如：公路隧道施工技术规范（TJT042-94）如：日本新奥法设计技术指南(草案)如：地表沉降监测的重要性浅埋岩石隧洞工程，如城市地铁，地表沉降作为一个主要的监测
21、项目；深埋岩石隧洞工程，水平方向位移的监测往往比较重要；Y监测手段和仪表的确定主要取决于围岩工程地质条件和力学性质，以及测量的环境条件，如软岩vs硬岩，有水vs无水，深埋vs浅埋等；Y仪器选择前首先估计各物理量的变化范围；Y选择简单、可靠、耐久、成本低的手段；Y机械手段和电测手段结合使用。例：2、监测手段和仪表的选定地下隧洞监控测量项目及所用仪器测点的布置原则1.量测部位布设1）量测断面布置 量测断面布置基本要求 不同围岩类别、衬砌型式至少设一个断面；特殊性：断层、破碎带、洞口等隧道特殊部位应设监测断面；各种位移、力的监测项目应尽量布置在同一监测断面上；各种力监测项目应尽量布置在同一监测断面上
22、。说明：1）力的监测项目的布设位置与多点位移计的类似；（锚杆拉力、围岩压力和衬砌内力、钢拱架内力）2）监测锚杆上一般均匀布设3-4个测点；3）监测锚杆的规格应与工程锚杆的相同。量测断面分类 量测断面分为单项量测断面和综合多项目量测断面两类。单项量测断面是把量测的单项内容布设在同一个断面，以了解围岩和支护在该断面的动态变化情况；综合多项目量测断面是把多项量测内容布设在同一个量测断面，使各项量测结果、各种量测手段互相校验、相互印证，对该断面的动态变化进行综合的数值分析和理论分析，做出更接近工程实际的判断。量测断面布置间距 地下隧洞的量测断面一般均沿纵向间隔布设。由于各量测项目的要求不同，其量测断面
23、的间距亦不同。其他量测项目，一般可布设在综合测试断面上(常称为代表性断面)。在一般围岩条件下，可间隔200500m布设一个断面。如在施工过程中发生塌方等险情，需要根据监测数据进行确定工程处理的时机和措施，则应根据实际需要确定量测断面间距。Y洞周收敛点的布置形式(一般)净空变化量测基准线布置表2）量测测线布置Y洞周收敛点的布置形式(其他)说明：1）断面较小时，可采用较简洁的布置形式；2）数据作为反分析使用，采用多个三角形的布置形式；3）边墙很高时，可沿墙高设置多个水平测量基线。十字形：底部施工已基本完成的隧道；多个三角形或交叉形：较宽或较高的隧道。钻孔：通常布置拱顶、边墙和拱脚部位；若条件允许，
24、可从地表或其它隧洞钻孔预埋；孔深：超出围岩变形影响范围约1.5-3倍洞径，软岩取大值；孔口和孔底都应布设测点；在软弱结构面、接触面和滑动面等两侧。1)围岩位移测孔的布置 说明：1）隧道内，位移计孔口处需布设洞周收敛测点；2）拱顶位移计：洞内孔口处需布设拱顶沉降测点；3）对应地表需布设地表沉降和位移测点。2.量测孔和测点的布置位移测孔的布置方式 依支护锚杆的安设位置和方式而定；局部加强锚杆，加强区内代表性位置布设；全断面锚杆，布设同位移测孔布设方式。2)锚杆轴力量测锚杆的布置砼应力量测在纵断面上应与其他的选测项目的布置基本相同；代表性的围岩段；衬砌内外侧进行布置，仰拱上进行布置；除应与锚杆受力量
25、测孔相对应布设外，还布设在下图所示代表性位置。3）砼衬砌应力量测断面布置4)地表、地中沉降测点布置5）声波测试孔布置6)接触应力量测断面压力盒的布置与埋设总体要求：接触紧密与平稳，防止滑移。不损伤压力盒及引线，并在上面覆盖一块厚68mm、直径与压力盒直径大小相等的钢板。埋设好后，设置观测室，将压力盒电缆引入观测室，按顺序编排号码。定期量测；每个压力盒每次量测不少与3次。1.测点的安装 尽早实施，以获得靠近工作面的动态数据。测点的初读数，应在开挖后的24小时内。测读初读数时，测点位置距开挖工作面的距离不应超过2m，距离开挖掌子面越近，观测效果越好，但需加强测点的保护。三.监测的实施2.监测周期和
26、频率 监测频度应根据监测变化的大小调整；应以变化最大者来决定监测频度；整个断面内的监测频度应该相同；若设计有特殊要求，按设计确定频度；遇突发事件则加强观测；不同位移速度时的监测频度可参见下表3)结束量测时间 围岩达到基本稳定后，以1次/3d频率测试两周，无明显变化；位移长期不能收敛时，主变形速率小于1mm/月；1、容许位移量 容许位移变形量：在保证隧道不产生有害松动和地表不产生有害下沉的条件下，自隧道开挖起到变形稳定为止，在起拱线位置的隧道壁面间水平位移总量的最大容许值，或拱顶的最大容许下沉量。确定依据：a.国内外有关规范：隧道施工技术规范及技术要求（公路、铁路、地下工程）；b.参考国内外有关
27、隧道经验 法国制订的拱顶沉降量控制标准 弗朗克林隧道警戒标准 日本新宇佐美隧道的容许变形量 我国某些隧道的容许变形量经验 四.监测的警戒值2、位移速度 容许位移速度：在保证围岩不产生有害松动的条件下，隧道壁面间位移速度的最大容许值。确定依据：国内外有关规范：Z锚杆喷射砼技术规范中以收敛速率为0.10.2mm/d，拱顶下沉速率为0.070.15mm/d作为围岩稳定的标志之一；Z法国新奥法施工标准：当月累计收敛量小于7mm，即每天平均变形速率小于0.23mm，认为围岩已达到稳定；参考国内外有关隧道经验Z张家港铁矿的稳定变形速度为0.1mm/d；Z引滦入津输水隧道大于0.33mm/d；Z美国某些工程
28、：第一天:1/5-1/4容许位移量（2.543.18mm），第一周内:1/20容许位移量/天（约0.63 mm/天）。3、位移加速度 变形加速度小于0(,斜率减小，变形速度降低)，则围岩是稳定的；变形加速度等于0(,斜率不变，变形速度不变)，须发出警告，及时加强支护系统；变形加速度大于0(,斜率增加，变形速度增大)，已进入危险状态，须立即停工、加固。第四节第四节 监测数据的分析反馈及信息化施工监测数据的分析反馈及信息化施工1.地质预报 地质预报就是根据地质素描来预测开挖面前方围岩的地质状况，以便考虑选择适当的施工方案调整各项施工措施。2.周边位移分析 根据已确定的判断标准，如围岩位移速度不超过
29、允许值，且不出现蠕变，则围岩是稳定的，初期支护成功。若稳定性较好，则考虑适当加大循环进尺。如位移值超过允许值不多，且初期支护中的喷射混凝土未出现明显开裂，一般不予补强。如位移与上述情况相反，则采取处理措施，如调整支护参数，增强锚杆、加钢筋网喷混凝土、加钢支撑、增设临时仰拱等；施工方面，可缩短从开挖到支护的时间、提前打锚杆、设仰拱、缩短开挖台阶长度和台阶数，增设超前支护等。一、监测数据的分析3、围岩内位移及松动区的分析 松动区半径超过计算或规范规定的最大允许松动区半径时，围岩就会出现松动破坏；此时，必须加强支护或改变施工方式，减小松动范围。4.围岩压力量测分析 5、喷层应力分析 7、锚杆轴力分析
30、 6、地表下沉量分析(浅埋洞室)二、信息反馈与预测预报1.力学计算法 通过力学计算来调整和确定支护系统，力学计算所需的输入数据则采用反分析技术。根据现场量测数据推算出如塑性区半径、初始地应力、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护荷载分布，这些数据是对支护系统进行计算所需要的。目前已有较多的计算机分析软件可用于进行地下结构的分析计算，如ANSYS、MARC、FLAC、ADINA等。2.工程经验法三、信息化施工1.施工监测和信息化设计在信息化施工中，位移反分析法为其核心，基本原理是：以现场量测位移作为基础信息，根据工程实际条件建立力学模型，反求实际岩土力学参数、地层初始地应力及支护结构的边界荷载等
31、。广义反分析法还包括在此之后，利用有限元、边界元等数值方法进行分析，据之进行工程预测和评价，并进行工程决策和决定采取措施，最后进行监测并检验预测结果。如此反复，达到优化设计，科学施工的目的。信息监控和信息化设计流程广义位移反分析法基本步骤：Y以现场量测的位移作为基础信息，根据工程实际建立数学模型，反求实际岩体的力学参数、底层初始应力以及支护结构的边界荷载等；Y正分析，进行工程预测和评价，决策和决定，最后进行监测并检验预测结果；Y反复进行，达到优化设计和科学施工；2.监测数据在信息化施工中的应用94第五节第五节 盾构法和顶管法施工监测盾构法和顶管法施工监测一、盾构法施工监测l及时反馈，改进施工工
32、艺和参数，减少土体的变形；l控制隧道和地面建（构）筑的沉降在允许的范围内；l预测土体变形，为是否以及怎样保护地面建（构）筑物提供依据；l研究不同地层条件下施工工艺对土体变形的影响规律；l为研究地表沉降和土体变形的分析计算方法等积累数据；l发生工程环境责任事故时，为仲裁提供证据；l验证结构的安全性和设计的合理性。1、盾构法施工监测目的952.盾构法施工监测的内容及监测频率监测元件与仪器监测元件与仪器监测项目监测项目监测类型监测类型监测监测对象对象1)盾构法监测内容与使用仪器96监测元件与仪器监测元件与仪器监测项目监测项目监测类型监测类型监测对象监测对象2)盾构法监测内容与监测频率9899 管片安
33、全监测主要包括内力监测和变形监测，具体有管片钢筋环向和纵向应力、管片混凝土环向和纵向应变、管片衬砌和地层的接触压力、接头螺栓连接力、管片接缝张开位移等。其中管片的钢筋应力量测主要采用钢筋应力计；混凝土应变量测采用混凝土应变计；管片接缝张开位移主要采用测缝计量测；管片衬砌和地层的接触压力测量采用土压力计；螺杆应力采用应变计量测，在管片接头螺杆上粘贴应变片以量测螺杆拉力。3)管片安全监测1013.盾构隧道监测方案的设计1）监测项目的确定Y监测项目的选择要考虑的因素 工程地质和水文地质情况；隧道埋深、直径、结构型式和施工工艺；双线隧道与临近隧道或管道的间距；地面临近建（构）筑物的尺寸、位置、结构特点
34、等；设计提供的变形及其它控制值及其安全储备系数；工程的具体情况和特殊要求。102基本监测项目的确定原则103Y施测部位的确定和测点布置S 104其它监测项目的布设：S土体分层沉降测孔一般布置在隧道中心线上；S体深层水平位移沿盾构中心线前方两侧设测孔；S土体回弹测点设在盾构前方一侧的盾构底部以上土体中；S隧道沉降每1015个衬砌环设置一个沉降点；1051061074.影响地层移动的原因108地层移动特征S开挖面之前L=-3m-(H+D)m，地下水位下降引起的前期固结沉降；S近切口处，欠挖导致地表隆起，超挖导致地表沉降；S从切口到达至盾尾通过，土体扰动后引起的沉降；S盾尾通过后，由于注浆不及时或注
35、浆量不足引起的盾尾间隙的沉降；S后期沉降，地层扰动引起的次固结沉降。注：H为隧道上部土层的覆盖深度；D为盾构外径。109地表沉降的估算S地表沉降的估算方法主要有：派克法（Peck）有限元法 考虑固结因素的派克修正公式110二、顶管法施工监测 顶管法施工近年来在城市上下水管道、煤气管道和共同沟的施工中已经得到越来越多的使用。顶管可采用钢管、钢筋混凝土管段，直径可达3m以上；顶管埋深也从几米发展到30米以上。深埋顶管在施工中，在顶管两端需开挖较深的工作井，工作井可采用地下连续墙和沉井法施工，工作井在施工中的监测与基坑工程的监测方法相类似。1112米砼管顶管施工米砼管顶管施工 主顶设备主顶设备 11
36、2浅埋顶管要进行地表沉降、分层沉降、水土压力和地下水位等环境监测，对于埋深大于3倍直径的顶管，一般不必进行环境监测。顶管顶进过程中对管道可进行如下项目的监测：管道内力测试、水土对管段的接触压力测试、管道接头相对位移量测和管道收敛变形量测等，但在大多数情况下是不监测的，除非在顶管的设计中采用了新方法或在施工中采用了新工艺，为保证安全并积累经验时才作监测。1.顶管导向监测 顶管工程导向监测的目的主要是控制接收井预留孔中心点位的横向误差，确保顶管工具头按测设的导向轴线顶进，正确地穿入接收井的预留孔中，顺利贯通。在顶管推进时的导向测量工作主要包括顶管导向基准线测设和顶管工具头顶进偏差监测。由于工作井内
37、导向基准线的长度仅10多米，而顶管长度达12km，其比例为1:100横向误差的主要部分，应合理配置横向误差。2.内力与变形监测管道内力测试包括管道纵向和环向应力测试。在管道环向和纵向钢筋上安设钢弦式钢筋应力传感器，用测读的环向和纵向的钢筋应力值以推算管道所受的弯矩和轴力；钢筋测力计应在制管厂管段制作时进行埋设。为取得管道实际承受的水土压力值，用土压力盒直接测试管道外壁面上的接触压力；测试接触压力采用土压力盒，每个量测断面均应在上下左右4个方位各埋设1个土压力盒；土压力盒应在制管厂管段制作时进行埋设。为确保管道结构的安全性，应测试管道周边的水土压力的大小和分布。采用的量测仪表为土压力盒与孔隙水压
38、力计。钢筋测力计、接触土压力盒和管段收敛变形监测工作的实施应与顶进同步进行，即埋设测试元件后测取初读数，埋有测试断面的管段顶进后按需要每天或每两天监测一次，测试数据变化较大时次数适当增加，稳定后逐步减少。管道顶进完毕后仍适当测取一定量的数据，以辅助检验工程的持久稳定性和可靠性。管道接头相对位移量量测，即设置若干个管道接头相对位移监测断面，每个监测断面上布设五个测点。在管道接头两侧用膨胀螺丝安装测标，用数显式测微计量测测标间相对位移。管道收敛变形量测，指在两条管道内均布设收敛变形量测装置，以测量管段在水土压力作用下的变形情况。断面上收敛变形测线为水平直径、垂直直径以及拱顶与水平直径上两点的连线，
39、用膨胀螺丝形成测点。0 00第六节第六节 工程实例工程实例一.部分隧洞工程监测实例概要二、十三陵抽水蓄能电站地下厂房工程监测十三陵抽水蓄能电站地下厂房深埋地下200多米，设计规模为长145m、宽23m、高4.6m，拱座部位开挖宽度为27.5m。厂区岩体为侏罗纪砾岩，其层理不清，略有沉积韵律，呈巨厚层状，产状为NE40、SE40左右，总厚达500多米，厂房选在最厚的部位。厂房洞室布置在岩性单一的砾岩内，岩石强度中等，弹性模量较高，渗透性较弱，涌水量不大，裂隙不甚发育，地应力不高，这对厂房区围岩稳定有利的。厂区断层主要有三组，这些断层和厂房轴线呈大角度相交，其影响仅限于断层宽度的范围内，但有一组走
40、向近直立的裂隙与厂房轴线交角甚小，对高边墙的稳定极为不利。1.监测方案设计M位移计；MC锚杆应力计地下厂房位移计和锚杆应力计观测布置图2.观测结果及分析3.观测成果的工程应用 本次围岩观测成果主要应用于以下几个方面：根据观测资料及时发现险情，采取加强支护措施，从而使围岩稳定得到保证；用观测资料指导开挖，个别由于单层开挖厚度较大(12m)，从而使围岩变形突然增加很多，调整了单层开挖厚度，变形增加减少；根据现测资料评价喷锚支护参数，有些部位第三点的锚杆应力仍很大(200MPa以上)，指出了这些部位锚杆长度不能满足围岩应力调整的需要，应适当加长锚固深度；验证建筑物的安全度，判定围岩的稳定性。124三
41、、上海地铁二号线盾构工程监测实例隧道：外径6.2m，内径5.5m；管片：厚35cm，宽100cm，一环6片；螺栓：环向为12根M27x400，环间为16根M30 x950；覆土：厚度68m，淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土层。125 ：地面沉降监测、轴线附近建筑物及地下管线沉降；距离隧道轴线左右10米；距离盾构机头前方20米，后方30米。用道钉打入地下，再用水泥固牢；沿轴线每隔5米布一个测点（轴线点）；每隔30米布设一个横监测剖面；横剖面测点按距离轴线2、5、9米布设；用道钉打入地下，再用水泥固牢；在地下管线所在的地面上每隔10米布设一个监测点。用“L”型钢筋，固定在墙体内；在建筑物墙上每隔510米
42、布设一个监测点。126监测频率及报警127监测结果128129130131四、某合流污水外排工程监测实例 1、工程概况l始发工作井顶管口底标高：27.00(自然地坪+4.50)；l接收工作井顶管口底标高：10.34；l顶管全长：764.78米，江底下平均埋深78m左右；l顶管内径：2200管段长3m，管壁厚240mm；l预制混凝土管段：配制三级钢筋，纵向10，环向12。1322、监测的目的l保证两条管道顶进施工的安全性；l跟踪监视第二条管道顶进对第一条管道的影响；l验证管道设计中采用的理论在上海的适用性。1333、监测方案134监测断面分布图135两顶管间水土压力测试测点布设图1364、监测频率l1次/12天1375、测试结果分析l管段的轴力实际最大顶进力：10000kN 138l接触压力和侧压系数139l环向弯矩最大正弯矩：31.8kNm/m，最大负弯矩：37.1kNm/m，均小于设计最大弯矩：52.7kNm/m注：约定正弯矩为外壁受压、内壁受拉。
