隧道检测.docx

1、隧道检测施工监控量测第一节 概 述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观察，并对其稳定性进行评价，统称为监控量测。它是保证工程质量的重要措施，也是判断围岩和衬砌是否稳定，保证施工安全，指导施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提供设计信息的主要手段。一、 隧道施工监控量测的必要性隧道与地下工程是一种特殊的工程结构体系。从岩体力学的角度看，它是处于与围岩相互作用的体系这中的结构物；从地质力学的角度看，它是处于千变万化的地质之中的工程单元体。在这样的岩体与地质体中，隧道一经开挖，其中所包容的原状力学体系便被打破，四周原有的受力状态已经改变。

2、随着开挖断面的增大或者深度的增长，这种变化将不断地延续。在支护敷设后的一段时间内，虽然受力状态已发生改变，但是支护与围岩体之间力的作用还没有达到最终平衡。随着时间的推移，根据得到的信息对支护再作若干变动，这种受力状态的改变才逐渐停止，支护与围岩体间力的作用体系逐渐达到最终平衡。从隧道与地下工程这种复杂的力学发展过程，我们可以认识到以下两点：第一、 隧道与地下工程如果作为一种工程结构物看，它的受力特点和地面工程有很大的差别。由于隧道与地下工程是处于千变万化的岩体之中，其所受外力是不明确的。迄今为止，国内外学术界和工程界对外荷体的分布和量值还处于研究阶段，这就决定了隧道与地下工程设计是建立在若干假

3、定条件下进行的。第二、 隧道与地下工程的形成过程，自始至终都存在着受力状态变化这一特性。换言之，隧道从开挖起，一直到受力平衡和体系稳定，或者到结构受损，围岩内部结构一直是在变动，支护和衬砌的内力和外形都在变动之中。从上面两点可以看出，试验性研究，特别是隧道现场监控量测，是从个体到群体解决隧道与地下工程力学、设计、施工问题的一种重要手段和主要途径。可以断言，如果没有这种手段和途径，要最终解决复杂围岩中的隧道与地下工程问题是不可想象的。正因为如此，国内外的许多隧道与地下工程都应用了并在不断应用着现场监控量测方法来对付工程中出现的复杂受力问题。二、 施工监控量测的任务（1） 确保安全。为此须要掌握围

4、岩和支护动态，进行动态管理，根据量测信息，预见事故险情，以便及时采取措施，防患于未然。（2） 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。（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，修正支护参数检验施工预设计，确保设计与施工的合理性和经济性。（4） 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是间接的应用到其它类似工程中，作为设计和施工的参考资料。三、 量测要求（1） 快速的埋设测点。隧道在开挖过程中，开挖工作面四周两倍洞径范围内受开挖影响最大。测点一般是开挖后埋设的，为了尽开获得围岩开挖初始阶段的变形动态

5、，测点应紧靠工作面快速埋设，尽早量测。一般设置在距开挖面2m范围内，开挖后24H内，下次爆破前测取初计数。（2） 每一次量测数据所需时间尽可能的短。（3） 测试元件应具有良好的防震、防冲击波能力。（4） 测试数据应准确可靠。（5） 测试元件在埋设后能长期有效的工作。（6） 测试元件应有足够的精度。四、 量测项目与方法现场监控量测应根据设计要求、隧道横断面形状与断面大小、埋深、围岩条件、周边环境条件、支护类型和参数、施工方法等来选择测试项目。公路隧道施工技术规范（JTG F602009）规定，现场量测项目分为必测项目（表6-1）和选测项目（表6-2）两大类。隧道现场监控量测必测项目及量测方法序号

6、项目名称方法及工具布置测试精度（mm）量测间隔时间115d16d1个月13个月大于3个月1洞内外观察现场观测、地质罗盘等开挖及初期支护后进行2周边位移各种类型收敛计每550m一个断面，每断面23对测点0.112次/d1次/2d12次/周13次/月3拱顶下沉水准量测的方法，水准仪、钢尺等每550m一个断面0.112次/d1次/2d12次/周13次/月4地表下沉水准量测的方法，水准仪、锢钢尺等洞口段、浅埋段（H2B）0.5开挖面距量测断面前后2d，12次/d 开挖面距量测断面前后5d，1次/（23）d 开挖面距量测断面前后5d，1次/（37）d注：d为隧道开挖宽度，h为隧道埋深。隧道现场监控量测选

7、测项目及量测方法 表6-2序号项目名称方法及工具布置测试精度量测间隔时间115d16 d1个月13个月大于3个月1钢架内力及外力支柱压力计或其他测力计每代表地段12个断面，每断面钢架内力37个测点，或外力1对测力计0.1MPA12次/d1次/2d12次/周13次/月2围岩体内位移（洞内设点）洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢丝式位移计每代表性地段12个断面，每断面37个钻孔0.1mm12次/d1次/2d12次/周13次/月3围岩体内位移（地表设点）地面钻孔中安设各类位移计每代表性地段12个断面，每断面35个钻孔0.1mm同地表下沉要求4围岩压力各种类型岩土压力盒每代表性地段12个断面，每断面37

8、个测点0.01MPA12次/d1次/2d12次/周13次/月5两层支护间距压力盒每代表性地段12个断面，每断面37个测点0.01MPA12次/d1次/2d12次/周13次/月6锚杆轴力钢筋计、锚杆测力计每代表性地段12个断面，每断面37根锚杆（索），每根锚杆24测点0.01MPA12次/d1次/2d12次/周13次/月7支护、衬砌应力各类混凝土内应变计及表面应力解除法每代表性地段12个断面，第断面37个测点0.01MPA12次/d1次/2d12次/周13次/月8围岩弹性波速度各种声波仪及配套探头在有代表性地段设置9爆破震动测振及配套传感器邻近建（构）筑物随爆破进行10渗水压力、水流量渗压计、流

9、量计0.01MPA11地表下沉水准测量的方法，水准仪、铟钢尺等洞口段、浅埋段（h2b）0.5 mm开挖面距量测断面前后2b时，12次/d开挖面距量测断面前后5b时，1次/（23）d开挖面距量测断面前后5b时，1次/（37）d注：b为隧道开挖宽度，h为隧道埋深必测项目是为了在设计、施工中确保围岩的稳定，并通过判断围岩的稳定性来指导设计、施工的经常性量测。这类量测通常测试方式简单，费用少，可靠性高，但对监视围岩稳定、指导设计施工却有巨在作用。选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性意义的区段以及试验区段进行补充测试，以求更深入地掌握围岩的稳定状态与锚喷支护效果，指导未开挖区的设计与施工。这类量测项目

10、测试较为麻烦，量测项目较多，花费较大，一般只根据需要选择其部分项目。应当指出，当隧道采用环形开挖预留核心土法或分部开挖施工时，由于施工场地的限制，采用收敛计和水准仪无法及时进行位移量测（只有在核心土开挖后才能进行量测），因此前期位移无法量测，长安大学的研究表明，这部分的位移占了总位移的50%；此外，在下台阶或仰拱开挖后，由于开挖高度和宽度增大，采用收敛计和水准仪进行位移量测也极为不便。此时应采用非接触（全站仪）法观测拱部沉降和周边位移。关于全站仪的量测精度问题，长安大学开展了用接触观测法（收敛计和水准仪）与非接触观测法（全站仪）进行隧道位移（周边位移和拱部下沉）量测的现场对比试验，结果表明两种

11、监控方法所得到的位移时态曲线变化趋势大致相同，量值非常接近。由于软弱围岩（、）条件下，隧道开挖后位移多在几十毫米甚至几百毫米以上，因此，用高精度全站仪在隧道内近距离（50100）进行高程和距离量测（精度可达2 mm），完全能满足工程要求。此外，在硬岩情况下，只进行拱顶下沉量测即可满足工程要求。在浅埋、软弱破碎围岩隧道中，采用台阶法施工时，隧道拱部往往会产生整体沉降，这种现象在大跨度隧道和超大跨度隧道表现尤为突出。拱顶沉降、拱脚下沉和地表下沉三者是直接相关的，是判定隧道是否发生整体下沉的重要依据，这也是隧道开挖后一个重要的位移动态。因此，软弱围岩条件下，应进行拱部沉降（包括拱顶沉降和拱脚沉降）量

12、测。 五、 监控量测断面及测点布置必测项目的量测距离为每550m一个量测断面。对于洞口段、浅埋地段、特别软弱地层段，应小于20m，可参照表6-3选用。选测项目的量测间距应视需要而定，或在有代表性的地段选取若干个测试断面。凡是地质条件差或重要的工程，应从密布点。各测试项目的测点应尽可能布置在同一横断面上，以便于对各测试项目测试结果进行对比分析。地表下沉监测范围横向应延伸至隧道中线两侧（12）（b/2+h+h0）（b为隧道开挖宽度，h为隧道开挖高度，h0为隧道埋深），纵向应在掌子面前后（12）（h+h0）。测点间距宜为25m，并应根据地质条件和环境条件进行调整。 周边位移、拱顶下沉量测断面间距（单

13、位：m） 表6-3位置围岩洞口附近埋深小于是2b施工进展200m前施工进度200m后硬岩地层（断层破碎带除外）10102030软岩地层（不产生很大塑性地压）10102030软岩（产生很大塑性地压）10102030土砂1010102020注：b为隧道开挖宽度。周边位移量测的测线数，可参照表6-4及图6-1选用 位移量测的测线数 表 6-4开挖方法一般地段特 殊 地 段洞口附近埋深小于2b有膨胀压力或偏压地段选测项目量测位置全断面开挖1条水平测线3条或6条3条或6条短台阶法2条水平测线4条或6条4条或6条4条或6条4条或6条多台阶法每台阶1条水平测线每一台阶3条每一台阶3条每一台阶3条每一台阶3条

14、注：b为隧道开挖亮度。当采用全断面开挖时，可将测得的净空垂直位移代替拱顶下沉量测。斜测线的设置有助于了解垂直方向的变化情况。同时亦可通过三角计算与多点位移计测得的结果进行对比。拱顶下沉量测的测点原则上设置在拱顶中心线上。当洞跨较在时，亦可在拱顶设置三个测点。选测项目中，各种量测项目布置见图6-2。多点位移计每断面一般采用35个钻孔。锚杆轴力量测，喷层应力量测，接触压力量测，每断面一般设置37个测点。测点布置应尽量靠近实际锚杆位置，多点位移计位置应靠近周边位移测点，以便数据上互相验证。用声测法确定围岩松动区范围时，一般需设置三对测孔。六、 监控量测频率周边位移量测和拱顶下沉量的测试频率主要根据位

15、移速度和量测断面距开挖面距离确定。见6-5和表6-6。当按表6-1、表6-5和表6-6选择量测频率出现较大差异时，应按量测频率较高的作为实施的量测频率。施工状况发生变化时（各开挖、支护工序衔接），应增加量测频率。选测项目量测频率基本与必测项目相同。量测作业应持续到变形基本稳定23周后结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，就适当延长量测时间。 周边位移和拱顶下沉的量测频率(按位移速度) 表6-5位移速度（mm/d）量测频率位移速度（mm/d）量测频率523次/d0.20.51次/3d151次/d0.21次/(37)d0.511次/(23)d周边位移和拱顶下沉的量测频率(按距开挖面

16、距离) 表6-6量测断面距开挖面距离(m)量测频率量测断面距开挖面距离(m)量测频率(01)b2次/d(25)b1次/(23)d(12)b1次/d5b1次/(37)d注:b为隧道开挖宽度。七、测线的保护在量测实施过程中，应当注意对测线的保护。埋设过程中，电缆线应平行于钢筋布设，并用胶布固定在钢筋这上，电缆线布设时不应太紧或者太松，避免在喷射砼时损坏电缆线。量测传感器埋设过程中，首先采用防水胶布把电缆线缠在钢筋网上，然后统一拉出来，拉出来的电缆线要采取一事实上的保护措施，以防止隧道开挖放炮时被损坏，最后把上部引下来的测线全部理清分好放在PVC管内保护，管外包上土工布和防水板，管口用土工布设住或用

17、铁丝将土工布扎紧密封，防上施工过程中人为破坏或盗窃电缆线。二次衬砌砼浇筑过程中，一定要告诫施工人员在振捣过程中，尽量使振捣棒远离测试传感器，避免由于振荡过大而使传感器中比较敏感的元件损坏。待二次衬砌拆模后，找到管口，将土工布拿开，取出测线进行量测。完毕后，将测线包好放入PVC管中，并设上土工布。八、施工监控量测计划的制定施工监控量测计划应综合施工、地质、测试等方面的要求，由设计人员完成。量测计划应根据隧道地质地形条件、支护类型和参数、施工方法和其它有关条件制订。现场量测结果能否反馈工程设计与施工，进而达到修改设计和指导施工，在很在程度上取决于量测计划的制订是否合理。施工监控量测计划包括下列内容

18、：（1） 监控量测项目、方法及监控量测断面选定，包括断面内测点数量和位置、量测频率，量测仪器和元件的选定及其精度和率定方法，测点埋设时间等。（2） 传感器埋设设计，包括埋设方法、步骤、各部分尺寸、回填浆液配比、工艺选定及与工程进度衔接等。（3） 固定测试元件的结构设计和测试元件附件设计。一般应保证测点的空间或平面位置正确，使测到的力和变形方向明确，防震、安全可靠，包括钻孔内、钻孔口部和引出线的布线方法，测试仪器对环境的要求。（4） 量测数据记录表格式，表达量测结果的格式，量测数据精度确认的方法。（5） 量测断面布置图和文字说明及量测设计说明书。（6） 量测数据处理方法，并利用量测反馈信息修正设

19、计和施工的方法。（7） 量测数据大致范围，作为判断异常依据。（8） 用初期量测值预测最终位移的方法，综合判断隧道最终稳定的标准。（9） 施工管理方法，出现异常情况的对策。九、施工监控量测计划的实施计划的实施关键需要解决三个问题：（1） 获得满足精度要求和可靠的量测信息。（2） 正确的进行预测和反馈。（3） 建立管理体制和相应管理基准，进行日常施工管理、量测管理等。由于开挖工作面是不断推进的，所得到的量测信息也是不断变化的，使得量测信息的管理是动态的，大量的信息需要不断地计算和判断。因此，为了及时和用量测信息，应使用微型计算机和绘图仪进行数据处理和施工管理。十、监控量测管理（1）隧道现场监控量测

20、应成立专门的量测小组，由施工单位或委托其他单位承担量测任务。（2）量测小组负责测点埋设、日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，并及时将量测信息反馈于设计与施工。（3）现场监控量测应按照量测计划认真组织实施，并与其他施工环节紧密配合。（4）各预埋测点应牢固可靠，易于识别，并妥善保护，不得任意撤换和遭到破坏。 第二节 洞内外观察在隧道工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以，在施工过程中对开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态应进行观察。对开挖后支护动态进行观察，在新奥法监控量测项目中占有很重要的地位。一、观察目的细致的观察，对监视围岩的稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，它可以

21、获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以观察是新奥法监控量测中的必测项目。隧道观察的目的是：（！）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。二、观察内容隧道洞内外观察的内容有洞内掌子面观察、已施工区间观察和洞外观察。1掌子面观察掌子面观察主要以目视调查来了解开挖工作面的工程地质和水文地质条件。主要包括以下内容：（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） 地层时代归属及产状。（4） 节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，

22、充填物的类型和产状等。（5） 断层的性质、产状，破碎带宽度、特征。（6） 地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水压力，水的化学成分等。（7） 开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。将观察到的有关情况和现象，详细记录，并需绘制以下图册。（1） 绘制隧道开挖工作面及两张剖面素描图。要求每个监测断面绘制剖面图1张。（2） 剖面图位置及间距。一般情况下剖面图的间距应随岩性、构造、水文地质条件不同而异。剖面素描图间距级围岩为10m、级围岩为20m、级围岩为40m、级围岩为50100m。将各个掌子面地质素描图按桩号排列，即可得到隧道纵向地质状况立体图。（3） 现场绘出草图，室内再绘成正规图件，装订成册。

23、2已施工区间观察已施工区间观察主要以目视调查来了解支护状态。主要内容包括：（1） 渗漏水情况（位置、状态、水量等）。（2） 喷层表面的观察以及裂缝状况（位置、种类、宽度、长度及发展）的描述和记录。（3） 喷砼与围岩接触状况，是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷砼是否发生剪切破坏。（4） 有无锚杆被拉坏或垫板陷入围绕岩内部的现象。（5） 有无锚杆和喷射砼施工质量问题。（6） 钢拱架有无被压屈现象。（7） 二次衬砌表面的观察以及裂缝状况（位置、种类、宽度、长度及发展）的描述和记录。（8） 是否有底鼓现象。观察中，如果发现异常现象，要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。3洞外

24、观察 洞外观察是浅埋隧道和隧道洞口段特别重要的量测。为了确认地表面下沉对隧道及周边围岩稳定和地上结构物的影响，要积极地利用洞外观察。 隧道洞口段附近及一般埋深在2D以下埋深小的隧道施工时，开挖影响会波及地表面而使地表面下沉，因此，已施工区间的观察就是要观察隧道上部地表面的状况。在地表面应对以下项目进行观察：（1） 地表面变异：开裂的分布等；（2） 植被状况：树木的破损以及移动等；（3） 水系状况：涌水等的变化（量、污染等）。根据洞外（地表面）观察配合洞内观察到的隧道开挖后的围岩变化，就有可能掌握围岩的动态。4观察时间每次隧道开挖工作面爆破后立即观察，按要求及时记录和整理。三、观察中围岩的破坏形

25、态分析1危险性不在的破坏构筑仰拱后，在拱肩部出现的剪切破坏，一般都进展缓慢，危险性不大，特别是当拱肩部的剪切破坏面上有锚杆穿过时，因锚杆的抵抗作用，更不会发生急剧破坏。 2危险性较大的破坏 在没有构筑仰拱的情况下，当隧道周边位移速率较大且位移变化量级大时，拱楔喷射砼因受弯曲压缩而产生的裂隙常常进展急剧，时常伴有砼碎片剥落，是一种危险性较大的破坏。3、塌方征兆的破坏拱顶喷射砼层出现对称的、可能向下滑落的剪切破坏现象时，或侧墙发生向内侧滑动的剪切破坏，并伴有底鼓现象时，这两种情况都会引起塌方事故。四、利用观察结果修正设计、指导施工（1）开挖后观察到的地质情况与开挖前勘测结果有很大不同时，则应根据观

26、察的情况重新修改设计方案。变更后的围岩类别、地下水情况以及围岩稳定性状况等，由设计单位和监理组确认，报主管部门审批后，对原设计进行修改，以便选择可行的施工方法与合理地调整有关设计参数。（2）当出现开挖工作面自稳时间少于1H的情况时，则可采取下列措施：采用拱部留核心土环形开挖法，先使核心部残留、支护后，再开挖核心部，。采用分部开挖法。对开挖工作面做喷射砼防护后再开挖。用水平超前锚杆或玻璃纤维束锚杆对开挖工作面加固后再开挖。对围岩进行注浆加固后再开挖。（3）开挖后没有支护前，发现顶板剥落现象时，可采用下列措施：开挖后尽快施作喷砼层，缩短掘进进尺及作业时间。采用分部开挖法。增设钢拱架加强支护。对围岩

27、进行注浆加固后再开挖。（4）开挖工作面有涌水时，可根据涌水量大小，由小到大依次选取下列措施中的一项或几项：增加喷砼中速凝剂含量，加快凝结速度。张挂钢筋网改善喷砼的附着条件。对岩面进行排水处理。打排水孔或设排水导坑。对围岩进行注浆堵水。（5）发现有锚杆拉断或垫板陷入围岩壁面内的情况时，可采取下列措施：加密锚杆。加大锚杆长度。使用有弹簧垫圈的垫板。使用高强度锚杆。（6）发现有喷砼与岩面黏结不好的悬空现象时，可采取下列措施：开挖后尽早进行喷砼作业。在喷砼层中加设钢筋网。增加喷砼的层厚度。增长锚杆或增加锚杆数量。（7）发现钢拱架有压屈现象时，可采取下列措施：适当放松钢拱架的连接螺栓。使用可缩性U形钢拱

28、架。喷射砼后留出变形缝。加在锚杆长度。（8）发现喷砼层有剪切破坏时，可采取下列措施：在喷砼层增设钢筋网。施作喷射砼时留出伸缩缝。增加锚杆长度。使用钢拱架或U形可缩性钢拱架。 （9）发现底鼓现象或侧墙有向内滑移现象时，可采取下列措施：尽快施作喷砼仰拱，使断面尽早闭合。在仰拱打设锚杆。原设计方案采用全断面开挖时，可用台阶法开挖，原设计方案采用长台阶或短台阶开挖时，可缩短台阶长度或改用微台阶法开挖，以缩短支护结构形成闭合断面的时间。上述根据观察结果修改设计的措施，可以根据破坏现象程度的不同，单独采用一项或同时采用几项，在确定采用某项措施时，有时还需参考其他量测结果，特别是参考周边位移量测结果进行综合

29、分析后再做决定，新发现的破坏现象，必须排除因施工质量不符合要求所导致的结果，否则难以对破坏现象做出下确的判断。第十二节 量测数据处理及应用一、量测数据的处理1量测数据处理的目的由于现场量测所得的原始数据，不可避免的具有一定的离散性，其中包含着测量误差甚至测试错误。不经过整理和数学处理的量测数据一时难以直接利用。数学处理的目的是：（1） 将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确认量测结果的可靠性；（2） 探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律，判定围岩和支护系统稳定状态。2量测数据处理的内容和方法 量测数据的整理尽量采用微机管理，可用ExceI软件进行管理。其主要内容包括：（1） 绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线时态曲线；（2） 绘制位移速率、应力速率、应变速率随时间变化的曲线；（3） 绘制位移、应力、应变随开挖面推进变化的曲线空间曲线；（4） 绘制位移、应力、应变随围岩深度变化的曲线；（5） 绘制接触压力、支护结构应力在隧道横断面上的分布图。由于量测误差所造成的离散性，按实测数据所绘制的位移等物理量随时间或空间变化的散点图上下波动，很不规则，难以用来分析。因此，需要采用数学处理的方法，将实测数据整理成实验曲线或经验公式。 回