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1、隧道施工监控量测技术,一、监控量测的目的和内容 二、监控量测方法 三、监控量测计划 四、量测数据的处理与应用 五、三维位移监测及应用,主要内容,(一)量测目的1.提供监控设计的依据和信息：掌握围岩力学形态的变化和规律；掌握支护结构的工作状态。2.指导施工，预报险情 作出工程预报，确定施工对策；监视险情，确保施工安全。3.校核理论，完善工程类比方法4.为隧道工程设计与施工积累资料,一、监控量测的目的和内容,(二)监测项目与内容,1.地质和支护状态现场观察；2.岩体(岩石)力学参数测试；3.围岩与结构应力应变测试；4.围岩压力测试；5.围岩性能物理探测；6.围岩和结构位移测试；7.爆破振动测试等。
2、,表1 隧道现场监控量测项目及量测方法,二、量测方法,(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、最经济的描述和评价。,1.岩性；2.结构构造特征；3.岩体风化程度；4.地下水的特征、涌水量化数值；5.施工情况；6.不良地质特征；7.支护情况；,(二)位移监测,隧道开挖后，深埋隧道位移、浅埋地表位移和隧道位移是围岩施工动态的最显著表现，最能反映出围岩和支护的稳定性。因此对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
3、测项目。,包括：1.浅埋隧道的地表位移；2.拱顶下沉；3.现对收敛变形；4.隧底隆起变形；5.围岩内部变形；6.围岩三维变形。,乌鞘岭隧道大变形规律,乌稍岭隧道分区段最大变形速率与累计变形量统计,最大变形速率与累计变形的关系,在隧道工程监控量测中，除累计变形外，变形速率是另外一个进行围岩稳定性评价的重要判别指标。研究最大变形速率与累计变形的关系也是在施工初期阶段进行最终变形预测的方法之一。,表2 预留变形量(mm),包括：1.锚杆轴力监测；2.钢架应力监测；3.支护应力监测；4.二衬混凝土应力监测,(三)应力监测,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
4、的影响，另一方面取决于锚杆的工作状态。通过锚杆监测验证锚杆设计长度。,1.锚杆轴力,锚杆轴力量测的布置,2.钢架、支护、衬砌混凝土应力,3.围岩压力（接触压力）监测,支护(喷射混凝土或模筑混凝土衬砌)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。这种量测可采用盒式压力传感器(称压力盒)进行测试。将压力盒埋设于混凝土内的测试部位及支护围岩接触面的测试部位，则压力盒所受压力即为该部位(测点)压力。,通过对实测支护压力终值的统计分析，可得荷载侧压力系数。具体统计公式为：对F4断层的2个量测断面及志留系千枚岩地层的7个量测断面进
5、行统计分析，得侧压力系数结果如表3-5-8所示。,初期支护与二次衬砌的围岩压力比例始终是隧道界讨论的热点问题之一，作为“荷载结构”模式计算中的重要计算参数，它关系到二衬受力状态及稳定程度。根据实测初支围岩压力和二衬接触压力进行统计分析，可得出实测二衬分担压力比例，具体计算公式为：,三、监控量测计划,(一)量测项目的确定及量测手段的选择,(二)测试断面的确定(量测间隔),（三)测点的布置,(四)量测仪器(测点)的安设与量测频率,（五）量测数据分析与反馈,表7-9-5 净空位移量测的测线数,四、量测数据分析与反馈,(一)围岩和支护状态评价(1)在洞内直观评价当前已暴露围岩的稳定状态，检验和修正初步
6、的围岩分类；(2)根据修正的围岩分类，检验初步设计的支护参数是否合理，如不恰当，则应予修正；(3)直观检验初期支护的实际工作状态；(4)根据当前围岩的地质特征，推断前方一定范围内围岩的地质特征，进行地质预报；防范不良地质突然出现。(5)根据地质预报，并结合对已作初期支护实际工作状态的评价，预先确定下循环的支护参数和施工措施；(6)配合量测工作进行测试位置选取和量测成果的分析。,(二)净空位移分析与反馈,表6-3-1 单线隧道初期支护极限相对位移(%),表6-3-2 双线隧道初期支护极限相对位移(%),表7-9-6 量测数据管理基准参考值,表6-3-3 变形管理等级,注：U实测位移值；U0最大允
7、许位移值。,注：U实测位移值；U0最大允许位移值。,表6-2 岭脊千板岩地层区段隧道极限位移 单位：(mm,表6-3 F7断层区段隧道极限位移 单位：(mm),表6-4 乌鞘岭隧道岭脊段位移控制基准(单位:mm),注：U-隧道开挖后隧道总变形量,2.根据位移速率判断从变形曲线可分为三个阶段：(1)变形急剧增长阶段变形速率大于1mm/d时；(2)变形速率缓慢增长阶段变形速率10.2mm/d时；(3)基本稳定阶段变形速率小于0.2mm/d时。,3.根据位移时间曲线(位移时态曲线)形态判断岩体破坏前变形曲线可分为三个阶段(1)基本稳定区(2)过渡区(3)破坏区 变形速率逐渐增大，即 0。表明围岩已进
8、入危险状态，须停工，进行加固。,(三)围岩内位移及松动区分析与反馈 通过声波、围岩内部位移和锚杆应力测试，综合确定围岩松动区，验证设计锚杆长度。(四)锚杆轴力分析与反馈1.锚杆轴应力超过屈服强度时，净空变位值一般超过50mm；2.同一断面内，锚杆轴应力最大者多数在拱部45附近到起拱线之间；3.拱顶锚杆，不管净空位移值大小如何，出现压应力的情况是不少的。(五)围岩压力分析与反馈 一是围岩压力大但变形量不大，这表明支护时机，尤其是支护的封底时间可能过早或支护刚度太大，可作适当调整，让围岩释放较多的应力；另一种情况是围岩压力大且变形量也很大，此时应加强支护，限制围岩变形，控制围岩压力的增长。,五、三
9、维变形（位移）监测,传统的隧道变形量测方式，主要是对洞室净空各测点间的收敛变形进行量测，所得到的资料为隧道两测点间的相对变形，对于承受偏压或受整体边坡滑动影响的隧道，在很多时候则无法反映其真正的变形情况。,全站仪自由设站三维观测是指从任一观测站观测若干已知点的方向和距离，通过坐标变换算出该自由测站上仪器中心的坐标，以此计算出其余点的新坐标。,表3-5 F7断层和千枚岩地段隧道三维位移实测最大值 单位：mm,图5-24 F7断层位移向量方位趋势线,图6-19 千枚岩地层区段位移向量方位势线,(一)量测目的1.提供监控设计的依据和信息：掌握围岩力学形态的变化和规律；掌握支护结构的工作状态。2.指导
10、施工，预报险情 作出工程预报，确定施工对策；监视险情，确保施工安全。3.校核理论，完善工程类比方法4.为隧道工程设计与施工积累资料,1.地质和支护状态现场观察；2.岩体(岩石)力学参数测试；3.围岩与结构应力应变测试；4.围岩压力测试；5.围岩性能物理探测；6.围岩和结构位移测试；7.爆破振动测试等。,表1 隧道现场监控量测项目及量测方法,(二)净空位移分析与反馈,表6-3-1 单线隧道初期支护极限相对位移(%),表6-3-2 双线隧道初期支护极限相对位移(%),表7-9-6 量测数据管理基准参考值,4 炭质千枚岩区段隧道变形控制思路与建议,表4-1 兰渝铁路隧道大变形分级控制基准(cm)（参
11、考值）,4.1.1 大变形分级基准,4 炭质千枚岩区段隧道变形控制思路与建议,可能会产生大变形的情况分析：(1)常规变形：地应力水平低，薄层炭质千枚岩或千枚岩夹板岩互层。(2)级大变形：地应力水平高，厚层炭质千枚岩，地质构造强烈。(3)级大变形：地应力水平极高，厚层炭质千枚岩，地质构造强烈。(4)级大变形：地应力水平高或极高，厚层炭质千枚岩，地质构造强烈，伴有地下水渗流。,4 炭质千枚岩区段隧道变形控制思路与建议,表4-3 双线隧道不同变形等级的支护参数（参考值）,4.1.2 不同大变形条件下的支护参数,4 炭质千枚岩区段隧道变形控制思路与建议,4.1.3 大变形等级的现场判别和变形管理基准,表4-4 兰渝铁路变形及变形速率管理基准（参考值）,3,贵广铁路天平山隧道,
