搜索
隧道监控量测及超前地质预报专题讲座四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院道桥试验研究所二○一○年十二月四川•绵阳吉随旺朱国保专题一、新奥法专题二、监控量测专题三、地质超前预报专题四、监控量测、地质预报案例专题一、新奥法1、地下工程形成原理地下施工基本目的是在各类地质体中修建长期稳定的洞室结构体系，这个结构体系是周围地质体和各种支护结构构成的。形成过程如下与之相适应力学过程如下一、新奥法原始岩体毛洞支护体系稳定洞室开挖支护时间初始应力状态(一次应力状态)坑道开挖后应力状态(二次应力状态)支护体系应力状态(三次应力状态)终极应力状态(四次应力状态)开挖支护时间2、新奥法基本原理新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。一、新奥法3、新奥法核心内容充分发挥围岩的自承能力。围岩是承载的主体，结构是安全贮备。锚杆喷混凝土二次衬砌岩体围岩松弛区一、新奥法4、新奥法施工基本流程一、新奥法5、新奥法施工的基本原则“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”少扰动：隧道开挖时，尽量减少对围岩的扰动次数、强度、范围和持续时间。早喷锚：开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩变形进入受控制状态。勤量测：以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态或动态发展趋势，以便及时调接支护形式、开挖方法。紧封闭：一方面采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减；另一方面要适时对围岩施作封闭形支护。主要内容1.监控量测的目的和内容2.监控量测的项目与方法3.监控量测的管理4.监控量测数据分析5.监控量测的信息反馈6.监控量测的未来展望1量测目的与内容1.1监测目的和意义监测目的：掌握围岩稳定和支护受力与变形的动态信息，判定隧道的安全性和经济性。确保安全：掌握围岩和支护状态，进行动态管理，根据量测信息，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。指导施工：量测数据经过分析处理，预测和确认隧道围岩最终稳定时间，指导施工顺序和施作二次衬砌时间。修正设计：根据隧道开挖后所获得的量测信息，进行综合分析，修正支护参数和检验施工与设计。积累资料：已有工程的量测结果可以直接应用到后续同类围岩中或者间接地应用到其他类似工程中，作为设计和施工的参考资料。1量测目的与内容•监控量测意义对隧道在施工过程中进行监控量测，具有重大的经济意义和实用价值。因为通过现场监控量测，将迅速、准确地获得第一手数据资料，将数据资料和现场量测资料进行分析，并将分析结果及时反馈给设计、施工单位、监理和业主，直接服务于隧道施工；并能及时预报和预测施工过程中出现的险情，对可能出现的事故进行防范和处理。可以避免由于缺乏隧道施工监控量测数据和结果分析而造成施工与支护等工作安排的盲目性，尽量降低工程造价，争取时间，保证在计划工期内圆满的完成隧道施工任务。总之，监控是量测的目的，而量测是监控的手段。1量测目的与内容监测意义：A.提供设计依据B.指导施工和预报险情C.对运营工程提供安全监视D.校核理论E.为工程类比提供依据1量测目的与内容1.2监测内容隧道安全及环境控制监测内容：序号监测内容监测项目备注1地质及水文监测地质构造、不良地质和水文地质的预报和评价超前地质预报2变形监测地表下沉传统的隧道监控量测项目周边位移及拱顶下沉围岩内部位移支护状况观察3受力监测锚杆质量（轴力、长度和饱满度）接触压力钢架内力衬砌内力孔隙水压力4有害气体监测瓦斯浓度硫化氢浓度5爆破震动监测震动速度6隧道周边建（构）筑物监测地表建（构）筑物监测主要在城市地铁地下构筑物监测地下管线监测7其它特殊地质隧道监测高地应力、高地温和放射性等1量测目的与内容•监控量测必测项目编号项目名称仪器设备要求及目的量测类别1地质和支护状况观察地质罗盘，数码相机岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断层描述，支护结构裂缝观察。必测2周边收敛量测收敛计或全站仪根据位移、收敛状况、断面变形状态等判断：①周边围岩体的稳定性；②初期支护的设计与施工方法是否妥善；③二次衬砌的浇注时间等。3拱顶下沉量测水平尺、水准仪、钢尺监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性。4地表下沉量测水平尺、水准仪从地表设点观测，根据下沉位移量判定开挖对地表下沉的影响，以确定隧道支护结构。1量测目的与内容•监控量测选测项目编号项目名称仪器设备要求及目的量测类别5围岩内部位移量测多点位移计了解隧道围岩的松弛区、位移量，为准确判断围岩的变形发展提供数据选测6锚杆轴力量测钢筋应力计、频率计根据锚杆所承受的拉力，判断锚杆布置是否合理。了解围岩内部应力的分布情况。7衬砌应力量测钢筋应力计、频率计量测二次衬砌内应力、喷混凝土内轴向应力。了解支护衬砌内的受力状态。8围岩压力及层间支护压力压力盒、频率计判断复合式衬砌中围岩荷载大小，判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况。1量测目的与内容•监控量测选测项目编号项目名称仪器设备要求及目的量测类别9钢拱架应力量测钢筋应力计、频率计量测钢拱架应力，推断作用在钢拱架上的压力大小。判断钢拱架尺寸、间距及设置钢拱架的必要性。选测10锚杆拉拔力检测锚杆拉拔计检查锚杆的抗拔能力。……2监测项目与方法2.1地质及支护状况观察内容1.掌子面地质素描岩性，产状，节理（断层）性质，地下水状态等。2.支护状况的观察①喷层表面的观测及裂缝状况的描述与记录②有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象③喷混凝土是否发生剪切破坏④钢拱架有无被压曲现象2监测项目与方法•地质和支护状况观察观察内容：(1)岩石种类和产状；(2)岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造；(3)节理性质、组数、间距、规模；(4)断层的性质、产状、破碎带宽度、特征；(5)地下水类型，涌水量大小、涌水位置、涌水压力等；(6)开挖工作面的稳定状态；(7)开挖后支护段初期支护是否有异常现象。观察目的：(1)预测开挖面前方的地质条件；(2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据；(3)根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。2监测项目与方法2.1地质及支护状况观察测试仪器地质罗盘、地质锤、放大镜、数码相机或摄像机测试频率目测在隧道开挖工作面爆破后及初期支护后立即进行，每个监测断面绘制隧道开挖工作面及两帮素描剖面图2监测项目与方法2.2地表下沉量测监测的内容浅埋隧道洞口开挖成形后，地表岩土下沉量。监测的目的地表下沉量的多少和下沉的快慢，判断分析隧道洞口围岩是否稳定，为设计优化支护参数提供可靠的数据，保证施工安全。2监测项目与方法2.2地表下沉量测测试方法：水准测量和三角高程测量监测仪器与测点布设：水准测量：水准仪和标尺三角高程：全站仪、反射片(棱镜）、钢尺等仪器2.3拱顶下沉和周边位移量测量测内容:拱顶下沉量量测，是指对隧道拱顶的实际位移值进行量测，是相对于不动点的绝对位移量测目的：了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性；根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机测试方法：水准测量和三角高程测量监测仪器与测点布设：水准测量：水准仪和标尺三角高程：全站仪、反射片(棱镜）、钢尺等仪器2.3拱顶下沉和周边位移量测监测断面布置测点布置：根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定Ⅳ级以下围岩监测点布置型式双侧壁导坑法监测点布置型式Ⅴ级以上围岩监测点布置型式CRD法监测点布置型式2.3拱顶下沉和周边位移量测监测频率管理等级2.4拱顶下沉和周边位移量测接触量测法非接触量测法2.4锚杆质量检查-锚杆轴力量测锚杆应力量测测点布设量测目的a)了解锚杆受力状态及轴力的大小，为确定合理的锚杆参数提供依据；b)判断围岩变形的发展趋势，概略判断围岩内强度下降区的界限；c)评价锚杆的支护效果；d)掌握围岩内应力重分布的过程2.4锚杆质量检查-锚杆轴力量测量测方法：采用ZX-425BT型钢筋应力计连接而成的量测锚杆；沿锚杆不同长度上布置原件，量测沿锚杆长度各点的轴力。2.4锚杆质量检查-锚杆长度和饱满度量测量测方法：采用锚杆质量检测仪进行无损检测。系统由震源发射器、主机、检波器和分析处理软件组成。2.4锚杆质量检查-锚杆长度和饱满度量测质量分类波形特征注浆锚固状态注浆饱满度百分比长度指标评价结果优波形规则，只有较微弱的底部反射波或没有底部反射波。密实≥90%≥95%合格良波形较规则，有底部反射波和局部有较微弱的反射波。局部欠密实80%～90%≥95%合格波形欠规则，有底部反射波和局部有较强的反射波。局部不密实或空浆75%～80%≥95%不合格波形不规则，底部有较强的反射波或底部反射波提前（锚杆欠长），或有多处较强的反射波。多处不密实或空浆＜75%＜95%不合格检测评价标准2.4锚杆质量检查-锚杆长度和饱满度量测不同质量的波形2.5围岩内部位移量测量测目的：•了解径向位移分布；•判断开挖后围岩的松动区和强度下降区；•判断锚杆长度是否适宜；•判断相邻隧道施工对既有隧道围岩稳定性的影响。地中位移量测测点布设2.5围岩内部位移量测测量仪器多点位移常使用的是四点钻孔伸长计进行量测。它由四个钻孔锚头、四根量测钢丝、一个测筒、四个电感式传感器和它的量测仪器—数字位移计组成2.6围岩压力量测测量目的•围岩压力量测目的是了解初期支护实际受荷情况；•了解初期支护对围岩的支护效果；•保证施工安全，优化支护参数。量测方法：压轴弦式双膜数码压力盒2.7初期支护与二衬间的层间压力量测测量目的•研究二次衬砌的作用与二次衬砌的实际受荷情况；•了解初期支护传递给二次衬砌的力的大小；•保证施工安全，优化设计参数。量测方法：压轴弦式双膜数码压力盒2.8钢支撑应力量测测量目的•了解钢支撑与喷射混凝土对围岩的组合支护效果；•了解钢支撑的实际工作状态；•判断初期支护承载能力，保证施工安全，优化设计参数。量测方法：表面弦式数码应变计2.9二次衬砌应变量测测量目的•了解二次衬砌的受力条件，判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度；•检验二次衬砌设计的合理性，积累资料为类似工程的设计提供经验。量测方法：混凝土应变计3监控量测的管理3.1监控量测组织机构成立监测项目组，项目组由相关专业人员组成3.2监控量测的量测处理系统4.1监测成果的整理与分析在监测过程中，监测断面多，监测布设项目复杂，采集到的数据可以用海量来形容，如何在大量的数据中寻找有用的信息，进行数据分析，对隧道的稳定性作出正确的判断，就成为监测的重中之中。以拱顶下沉监测数据的分析为例简要介绍现场监测数据的分析与判断。4监测数据处理监控量测数据处理(a)当位移速率很快变小，时态曲线很快平缓，表明围岩稳定性良好，可适当减弱衬砌；(b)当位移速率逐渐减小，时态曲线趋于平缓，表明围岩变形趋于稳定，可正常施工；(c)当位移速率不变，则表明围岩变形急剧增长，无稳定趋势，应及时加强支护，必要时暂停掘进；(d)当位移速率逐步增大，时态曲线出现反弯点，则表明围岩已处于不稳定状态，应立即停止掘进，尽快采取加固措施。4.1监测成果的整理与分析正常型：初期位移速度最大，以后日趋减少，下沉逐渐收敛。当在出现收敛趋势后，某一时间段内拱顶位移趋近于零时，判定围岩达到稳定状态。此类曲线占拱顶下沉监测曲线的大部分。4.1监测成果的整理与分析反复型：此种曲线属于比较安全范畴，一般是由于测量误差和施工扰动引起的。此时围岩比较稳定，没有发生内部位移等。4.1监测成果的整理与分析突变型：此类曲线是关注的重点。曲线一旦有突变发生，并且排除测量误差、操作错误和测点松动破坏所引起的突变可能后，一般该点就是隧道稳定与否的节点。4.2监测数据的回归分析测试数据散点分布规律，可选用下列之一函数式进行回归分析4.2监测数据的回归分析采用对数函数回归分析10月7日-0.50010月