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1、学习资料六 超前地质预报及监控量测技术,为什么要进行超前地质预报？,成洞的三种情形,有时不需要任何支撑就可获得稳定的洞室,有时则需要加以支撑才能获得稳定的洞室,由于支撑不及时或不足而导致围岩坍塌堵塞洞室,是最希望的,经常要做的,要尽量避免,第一部分 超前地质预报,一、地质预报内容：,开挖后没有支护的围岩：主要是了解开挖工作面的工程地质和水文地质条件。 岩石的种类和分布状态，境界面位置的状态； 岩性特征：岩石颜色、成分、结构、构造； 节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面产状特征，充填物的类型和产状等； 断层的性质、产状、破碎带宽度、特征； 软弱夹层的位置、规模及其性质；
2、地下水类型，涌水量大小、涌水位置、涌水压力、水的化学成分，湿度等； 开挖工作面的稳定状态。,目的,细致的观测，对于监测围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，通过观测可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息。其主要的观测目的是： 预测开挖面前方的地质条件； 为判断围岩、隧道稳定性提供地质依据； 总之，将地质超前预报及洞内地质状况观测两者结合起来，可以获得具体而真实的围岩状况，为隧道的安全施工、节省投资提供可靠的地质依据。,6/56,二、地质预报方法,隧道开挖工作面爆破后应立即进行工程地质状况的观察和记录、地质描述。衬期支护完成后应进行喷层表面观察和记录，必要时进行裂缝描述。将这两项观察定为各类围
3、岩都应采用的第一项应测项目。,1.常规地质法：工程地质状况的观察,7/56,1.概念：在设计位置钻孔取样，分析判断岩层变化、岩性差异、地层含水率等，预报工程地质条件，指导建筑设计、结构设计和施工设计。,2.物理勘探法,3.钻探法,1.概念：用爆破、激振装置发生并向围岩内发射弹性波或电磁波，用仪器接收为围岩不同界面反射回的波，通过专业分析，判断并预报前方工程地质、水文情况等。 2.特点：被探测对象与周围介质之间有明显物理性质差异被探测对象具有一定规模，且地球物理异常明显。,否,修改施工方案,改变开挖步骤、顺序,修正支护参数,是,确定施工方法,施工准备,开 挖,现场监控量测,初期支护,防水层,二次
4、衬砌,竣 工,是否符合管理基准,新奥法施工基本程序,监控量测目的是什么？,第二部分 监控量测技术,一、概述,1.概念 隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护、衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价。,2.目的 1.确保安全：根据量测信息，预见事故和险情，防患于未然。 2.指导施工：分析处理量测数据，预测和确认隧道围岩最终稳定时间及变形量，指导施工顺序、开挖预留变形量和施作二次衬砌时间。 3.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措施的可靠性。 4.环境监控：对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控，
5、判断隧道施工对周围环境的影响程度。,准 备 工 作,确定埋设断面,测点埋设,数据整理分析,资料归档,数据采集,二、监控量测工作程序,三、隧道现场监控量测要求内容,开挖后已支护段 ： 初期支护完成后对喷层表面的观测以及裂缝状况的描述和记录； 有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象； 喷层混凝土是否产生裂隙或剥离，特别注意喷层混凝土是否发生剪切破坏； 有无锚杆和喷层混凝土施工质量问题； 钢架有无被压屈现象； 是否有底鼓现象。,一、支护状况观察（必测项目）,四、量测内容,该方法用一测量钢尺和高精度的水准仪配合测量来实现对拱顶下沉的量测。测量时把钢尺挂在预埋的测点上，下挂一1Kg的垂球保持钢尺牵直，有
6、水准仪读取钢尺上的读数，来实现数据的采集。,二、拱顶下沉（必测项目）,量测原理： 第一次读数前视点读数为A1，后视读数为B1；第二次前视点读数为A2，后视读数为B2。拱顶变位计算方法如下：差值计算法：钢尺和标尺均正立（即读数上小下大）。 前视读数差：A=A2-A1 ；后视读数差：B=B1-B2；拱顶变位值：C=A-B =A2+B2-A1-B1，C0拱顶上移；C0拱顶上移；C0拱顶下沉。,注意事项： 1.开挖后尽快测设测点，并测试初始值，要求12h内完成。 2.测点应尽可能靠近开挖面，要求在2m以内。,用全站仪量测拱顶下沉量： 该方法用一全站仪来来实现对拱顶下沉的量测。测量时在拱顶测点位置贴一个
7、反光膜，用全站仪测量测点处的标高，来实现数据的采集。,全站仪要具有免棱镜激光测距功能，采用两次读数取平均值的方法。,三、地表下沉量测（选测项目）,设点：地表沉降测点横向间距为25m。每个断面设711个点，监测范围应在隧道开挖影响范围以内。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于Ho + B（Ho为隧道埋深，B为隧道开挖宽度 ），地表有控制性建(构)筑物时，量测范围应适当加宽。 测点采用22螺纹钢，深入坡体6080cm，外露5cm，表面磨平后在表面打眼作标记。 地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深及隧道开挖高度之和处开始，直到二次衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。 地表下沉
8、量测频率应与洞内拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。,地表监测点,地表沉降与隧道埋深,注：B为洞室跨度，H为隧道埋深。,地表沉降测点纵向间距,510,HB,1020,BH2B,2050,H2B,纵向测点间距（m）,埋深与开挖宽度,四、用收敛计测坑道水平相对位移（必测项目）,周边收敛量测是最基本的主要量测项目之一，布置在主测断面。先在测点处用凿岩机（或电钻）在待测部位成孔，然后将藕合剂（锚固剂）置入孔中，最后将收敛预埋件敲入，旋正收敛钩，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，以利收敛计悬挂和观测。待凝固后，周边收敛量测采用收敛计进行数据采集。,隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛。所谓周边收敛量测
9、主要是隧道内壁面两点连线方向的距离的变形量的量测。收敛值为两次量测的距离之差。,测试原理 收敛计是用于测量和监控隧道变形的主要仪器,由连接、测力、测距三部分组成。 1连接转向：连接转向是由微轴承实现的，可实现空间的任意方向转动； 2测力弹簧：用来标定钢尺张力，从而提高读数的精度； 3测距装置：测距是由钢尺与测微千分尺组成。钢尺测大于20mm以上的距离，钢尺上每隔20mm有一定位孔，螺旋千分尺最小读数0.01mm，测距钢尺读数螺旋千分尺读数。测量时，收敛计悬挂于两测点之间旋进千分尺时，钢尺张力增加，直至达到规定的张力时，即进行读数。,千分尺测试中读得初始数值X0；间隔时间t后，用同样的方法可读得
10、t时刻的值Xt，则t时刻的周边收敛值Ut即为的两次读数差。即 UtL0LtXt1Xt0 式中：L0初读数时所用尺孔刻度值； Lt时刻时所用尺孔刻度值； Xt1时刻t时经温度修正后的读数值，Xt1Xtt1 Xt0初读数时经温度修正后的读数值，Xt0X0t0 Xtt时刻量测时读数值； X0初始时刻读数值； t温度修正值；t（T0T）L 钢尺线膨胀系数； T0鉴定钢尺的标准温度， T0 =20 T每次量测时的平均气温； L钢尺长度。,洞周收敛量测,洞周收敛量测,周边位移测线的布置（周边位移测点布置可与拱顶下沉的测点布置在同一测面。）,周边位移和拱顶下沉的量测频率,注：B为洞室跨度,锚杆内力、应力量测
11、 锚杆锚索内力、应力量测采用钢筋计焊接组成量测锚杆来实现。测点安装前，在锚杆待测部位并联焊接钢弦式钢筋计，在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温，然后将锚杆按设计进行安装和注浆，记下钢筋计型号，并将钢筋计编号，用热缩管或透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。测试时根据设计锚杆长度，把钢筋计焊接在一起，组成一个长度比设计锚杆长度长约20cm的量测锚杆，钻孔后先塞入锚固剂，然后植入量测锚杆，待锚固剂凝固后就可进行测量。测试时采用振弦仪测得量测锚杆上每个钢筋计在受力状态下的频率化，根据标定时的频率变化与应力的对应关系，可反推算出锚杆和锚索的内力及应力分
12、布情况。,五、用钢筋计测锚杆内应力（必测项目）,孔内砂浆或锚固剂一定要饱满,a) 钢弦式钢筋计,b) 振弦仪,测试断面布置： 锚杆和锚索内力、应力断面布设时尽可能的与周边收敛测点布设在同一个断面（但比收敛测点断面的间距要大，可在不同类的围岩段只设13个代表断面），这样可以有利于标识和对测点的保护，同时可以减少对施工的影响。其断面布设间距同拱顶、周边收敛量测时断面布设要求。,应变计,表面式应变计,钢筋应变计,混凝土应变计,埋入式应变计,表面应变计,测钢结构应力应变,测钢筋应力应变,测混凝土应力应变,表面应变计,焊接（长期用）,粘贴（短期用）,钢筋应变计,对焊,搭接焊,双面焊（搭接长度5D）,单面
13、焊（搭接长度10D）,混凝土应变计,绑扎在钢筋上,安装在固定支架上,钢筋计,钢筋计,锚杆抗拨力测量 锚杆锚索抗拨力测量采用锚杆拉拨仪来实现测量。将锚杆拉拔计的接口与待测锚杆的外露端连接紧固；然后人工摇动油泵手柄，使油泵压力逐渐升高；量测结束后，填写锚杆拉拔测试报表，根据锚杆拉拔实验的油泵压力与实验标定数据或曲线即可换算出锚杆拉拔力。 目的：可检验锚杆锚固效果和锚杆强度，每300根检查一组,每组做3根锚杆拉拔力检验,锚杆拉拔仪,六、用抗拔器测锚杆抗拔力（必测项目）,锚杆拉拔仪锚具,测点布设：对于格栅钢拱架，使用钢筋应变计。钢筋计分别沿钢架的内外边缘对应布设。安装前，在钢拱架待测部位并联焊接钢弦式
14、钢筋计，在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温，然后将钢格栅或钢拱架由工人搬至洞内安装或立好，记下钢筋计型号，并将钢筋计编号，用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。对于型钢拱架，使用表面应变计或钢筋应力计。其他与格栅钢拱架的钢筋计量测法相同。 量测：根据钢筋计的频率轴力标定曲线可将量测数据来直接换算出相应的轴力值，然后根据钢筋混凝土结构有关计算方法可算出钢筋轴力计所在的拱架断面的弯矩。,七、用钢筋计和表面应变计测钢拱架应力（选测项目）,钢筋应变计和表面应变计量测钢拱架应力,钢筋计测格栅应力,测点布设：对于设计配有钢筋的砼衬砌，砼应力计安装前，在
15、主筋待测部位绑扎砼应力计。对于没有配筋的砼，传感器埋设时要做一个专用的支架，把传感器固定在支架上，再把支架点焊在砼模板台车表面，以实现传感器的固定。 量测：根据砼应力计的频率轴力标定曲线可将量测数据来直接换算出相应的轴力值，然后根据钢筋混凝土结构有关计算方法可算出应力计所在断面的轴力、弯矩。,八、用混凝土应变计测二衬混凝土应力（选测项目）,二层衬砌应变计的布置,目的：围岩体内位移监测用于监测隧道围岩的径向位移分布和松弛区域范围，通过监测及分析，用来验证隧道施工时设计锚杆长度是否能够确保施工及结构安全。 方法:先向围岩内钻孔，然后安装位移计，用位移计量测围岩内部各点相对于孔口（岩壁）固定点的相对
16、位移。,九、用位移计测围岩内部位移（选测项目）,围岩内部相对位移的测孔，一般与周边位移测线相应布置，以便使两项测试结果能够互相验证，协同分析和应用。,围岩深部位移测试,十、用压力盒测支护与围岩之间的接触应力（选测项目）,接触应力产生的原因：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，这样就会产生围岩作用与支护结构上的围岩压力。 量测位置：围岩与支护之间喷层与二次衬砌混凝土之间。 测点布设：压力盒布设在围岩与支护之间和围岩与二次初衬之间，即测得围岩压力。应把测点布设在具有代表性的断面的关键部位上，如拱顶、拱腰、拱脚等，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
17、岩。在隧道壁面，当所测围岩施加给喷混凝土层的径向压力时，先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上，再谨慎施作喷混凝土层，不要使喷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。记下压力盒编号，并将压力盒编号用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。 量测：采用频率计采集压力盒频率，根据压力盒的频率压力标定曲线，将量测数据直接换算成相应的接触压力。,围岩,围岩与初期支护接触压力,围岩,初期支护与二次衬砌接触压力,压力盒,压力盒埋设,支护围岩接触应力的测点布置,支护围岩接触应力测量应在有代表性的部位布置测点，如拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚等部
18、位。,声波在岩体中传播的纵波速度作为岩体物理力学性质的指标，一般规律如下： (1)岩体风化、破碎、结构面发育则波速低、衰减快、频谱复杂； (2)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不均一和各向异性。,十一、声波测围岩的弹性波速度（选测项目）,“”型，无明显分带，表示围岩较完整； ”L”型，无松弛带，有应力升高带，表示围岩较坚硬； “厂”型，有松弛带，应分析区别是由于爆破引起的松动还是围岩进入塑性后的松动； “凸”型，松弛带、应力升高带均有。,声波测孔布置,上节课回顾,1.下列选项中，那些项目是我们隧道现场监控量测的必选项目？ A.
19、地表下沉 B.周边位移 C.拱顶下沉 D.围岩体内位移 E.锚杆内力 F.锚杆抗拔力 G.围岩弹性波速度测试 H.地质和支护状况观察 BCEFH 2.用收敛计测坑道水平相对位移时，测量的数值除钢尺读数、千分表读数外，还要考虑（）的影响。 温度 3.下列应变计中，（）用于测量锚杆内应力，（）测量钢拱架应力，（）用于测量二层衬砌应力。 A.钢筋应变计 B.混凝土应变计 C.表面应变计 A AC B,钢筋计测格栅应力,成洞的三种情形,有时不需要任何支撑就可获得稳定的洞室,有时则需要加以支撑才能获得稳定的洞室,由于支撑不及时或不足而导致围岩坍塌堵塞洞室,是最希望的,经常要做的,要尽量避免,五、隧道施工
20、监控量测数据的应用,1.根据最大位移值进行施工管理 a.当量测位移U小于Uo/3，表明围岩稳定，可以正常施工。 （U-位移实测值；Uo-极限相对位移值。） b.当量测位移U大于Uo/3并小于2Uo/3时，表明围岩变形偏大，应密切注意围岩动向。可采取一定的加强措施，如加密、加长锚杆等措施。 c.当量测位移U大于2Uo/3时，表明围岩变形很大，应先停止掘进，并采取特殊的加固措施，如超前支护、注浆加固等。,2.根据位移速率进行施工管理 a.当位移速度小于0.2mm/d时，表明围岩已达到基本稳定。 b.当位移速度在0.21mm/d之间时，表明围岩处于缓慢变形阶段。 c.净空变化速度持续大于1mm/d时，表明围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。,3.根据位移时态曲线进行施工管理 每次量测后应及时整理数据，绘制时态曲线。 a.当位移速率很快变小，时态曲线很快平缓，表明围岩稳定性好，可适当减弱支护。 b.当位移速率逐渐变小，即d2u/dt20，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，即d2u/dt2=0，时态曲线直线上升，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，即d2u/dt20，时态曲线出现反弯点，表明围岩已处于不稳定状态，应停止掘进，采取加固措施。,