8地下隧洞矿上巷道施工监测技术.pdf

8 地下隧洞矿山巷道施工监测技术本章提要本章主要介绍地下隧洞施工监测的理论与方法，其中包括监测目的和意义、监测方案的设计以及监測结果的分析和处理；同时还介绍了矿山巷道支护监测的具体方法，详细讲述了岩体位移监測、淡板离层监測以及锚杆受力监测等方面的内容；最后，给出了. 一个隧道工程施工监測实例和一个丨矿山巷道工程实例8.1 地下隧洞新奥法施工监测 地下隧洞主要包括隧道和地下空间、水电系统的地下厂房群等，本节介绍隧道和地下洞室采用新奥法暗挖施工时的监测技术对于明挖隧道和地下洞室来说，施工监测属于基坑工程施工监測技术，见第7 章本节的监测技术主要适用于岩体隧洞，也可用于土体隧洞8.1.1 观测的意义、适用范围及主要内容8.1.1.1 观测的意义地下隧洞围岩和支护系统观测的目的和意义.要有；①及时掌握和提供围岩及支护系统变化信息和工作状态○ 2 评价围岩和支护系统的稳定性、安全性③及时预报围岩险情，以便采取措施，防止事故发生④指导安全施工，修正施工参数或施工工序⑤验证、修改设计参数⑥为地下隧洞设计和施工积累资料，为围岩稳定性理论研究提供基破数据⑦对地下隧洞未来性态作出预测依据各类观测曲线的形态特掌握其变化规律，进而对其未来性态作出有效的预测。

⑧法律及公证的需要经过计量认证的观测单位，其所提供的加盖有CMA 章的观測结果，具有公证效力 对由于工程事故而引起的责任和赔偿问题，观测资料有助于确定其原因和责在8.1.1.2 观测范围并非所有地下隧洞都需要实施现场聪控量测地下隧洞是否需要现场监控量测，主要取决于地下隧洞围岩的类别和规模（跨度）当地下隧洞跨度小于5m 时， I? IV 类围岩均不需要现场监控量測；但当地下隧洞规模很大时，如当地下隧洞跨度大于20 m 时，即便是I 类围岩，也需要实施现场监控量測《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086—2001）对应实施现场监控量测的工程范围进行了规定，见表 8.1表 8.1 的规定表明：凡是跨度较大和围岩较差的地下隊洞，均应进行现场监控量測；围岩好或特别好但跨度很大的地下璲洞，宜在局部地段进行量测，控制和监视局部不稳定块体的动态，以保证安全8.1.1.3 地下隧洞围岩观测内容及项目地下隧洞围岩观测内容及项目与适用范围见表8.2表 8.2 地下隧洞围岩观测项目及适用范围一览表现拥项目观測内容观测仪器适用范围巡视检查①开挖掌子面处围岩稳定性；②围岩构造情况； ’③围岩和支护变形及稳定性；④校核围岩类别目视、地质锤、 地质罗盘地下隧洞各部位变 形 ( 位移： )观测收敛计测量隧洞周壁两点间的相对位移①围岩表面变形測量；②围岩内部变形测量；位移计测量围岩中不同深度处各点之间的相对位移和绝对位移③支护表面变形测量测斜仪测量钻孔内垂直于钻孔方向的位移挠度计测量隧洞周壁各点或围岩中某一点的位移应变现測①围岩内部应变量測；②支护 (喷混凝土 )内部应变量测；③衬砌内部应变量測应变计测量围岩、 支护、 衬砌结构的应变，并计算应力应变砖測量支护、衬砌结构应变，并计箅应力锚杆 (钢筋〉应变计測量围岩应变、锚杆（钢筋〉应变〖应力〉应力现测①围岩初始应力量测；②围岩二次应力量测；③支护、衬砌内部应力量测；④围岩支护间接触应力量测液 压 应 力计、 差动电阻应力计、钢 弦 应 力计、钢筋计、 荷载测力计测量围岩、支护结构的应力及两者界面的压力地下水位、 水压现测①地下水位；②地下水渗透压力；③外水压力测尺、渗压计测量围岩内部、作用在支护结构上的地下水位压力^^ 温度现测①围岩温度；②混凝土温度；③气温和水温电 阻 温 度计、 —般温度计测量隧洞围岩、支护衬砌混凝土及捐内气 8、 水温等一 --—^ 松 弛 困 现測①围岩爆玻松弛范围量测；②围岩二次应力调整松弛范围量测声波仪、钻孔多 点 位移计适用地下隧洞开挖后不同时期围岩松弟变化測量^^ ―――一一一 '一动态现测①围岩及支护系统动载观测；②围岩及结构振动速度现测；③围岩声波速度量測高 频 应 变仪 、测 振仪、 声波仪测量大型隧洞开挖爆硖影响；籌量地下鏵籌波波速8.1.2.1 观测项目的确定(1) 观测项目的确定原则①以安全观测项目为主作为判断地下隧洞围岩稳定的最直观、最可靠的位移观测和应力观测，应成为最主要的观测项目。

其中对中小地下隧洞，应以围岩收敛观测为主;对具有髙边墙、大跨度的地下厂房，其位移观測项目（仪器〉， 应以钻孔多点位移计为主，钻孔测斜仪配合,前者可测量围岩内部不同深度处位移，后者则具有隐蔽性特点及位移变化连续性特点无论是哪一个观测项目，其在空间分布和在数量上,都应体现以安全观测为主的原则②观测项目设计宜体现全面观测项目不仅要重点突出，还要考虑全面的原则，因为观测目的是多方面的，不仅要考虑围岩安全，还要考虑荷载条件及变化、设计计箅等要求，但对于次要观测项目，如围岩温度观测，宜少量布置③观测项目宜同步设置对系统观测断面的观测点及重要部位的随机观测点，应同时埋设两类或两类以上观测项目(仪器〉 ，如围岩内部位移观测、锚杆应力观测、锚索应力观测等这样可通过成果的互相印证，提高成果的可靠性④少而精对长期观测项目(包括施工期和运行期、应在反映地下厂房围岩实际工作状况的前提下,力求做到少而精⑤经济性原则在保证观测仪器质量的前提下,应适当考虑观测仪器的经济性2）观测项目分类及确定《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086—2001）规定的观测项目如表8.3 所示，并将其分为必測项目和选測项目表 8.3 现场胜控量測内容和项目表日本《新奥法设计技术指南〈草案〉》将采用新奥法修建地下工程时所进行的观测项目分为A 类和 B 类,其中 ,A 类是必须进行量测的项目，B 类是根据情况选测的项目，其建议的具体项目见表8.4。

项目类别必测项目选测项目项目序号（1）(2) ⑶⑷（5）（ 6）（7）（8）（9）（10）（11）项目名称地质和支护状况观察周 边位移拱顶下沉地表下沉围岩内部位移松动区范围围岩压力两层支护间接触应力钢 架结 构受力支护结构内力锚杆应力表 8.4 地下工程观测项目一览表从表 8.3 和表8.4 可知，我国和日本均将地下隧洞围岩观测项目分为必测项目和选澜项目.必痛，目是地下隧洞闺岩观测的核心，它是设计、施工等所必须进行的经常性量测项目两国规范 (规定〉对必费项目的规定基本一致，仅是表述略有不同选测项目则是由于岩土工程条件、工程规模、工程性质等具体条件和设计要求不同而选择的观测项目8.1.2.2 观测布置观测布置包括观测断面的确定（断面间距） 和观测测点的布置观测断面又可分为系统观测断面和、般观测断面观测手段互相校验、印证，综合分析观测断面的变化，这种观测断面称为系统观測断面；仅将单项观測内容布置在一个观測断面内（通常指收敛观测断面或称必测项目断面、了解围岩和支护在这个断面上各部位的变化情况，这种观测断面称为一般观测断面通常认为 ,从围岩稳定性监控出发，应重点观测围岩质量差及局部不稳定块体；从反馈设计、评价支护参数合理性出发，则应在代表性的地段设置观测断面；在特殊的工程部位（如洞口和分叉处，也应设置8 測断面。

1）观测断面的确定（断面间距）应该指出，《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086— 2001〉对观测断面间距并没有明确规定 ,而 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(扮 86—85〉中，则对观测断面间距规定如下：对一般性观測断面(必侧项目断面〉，观测断面间距为20? 50 m；对系统观測断面，仅规定选择有代表性的地段測试该规范同时規定 ,測点布置的数量与地质和工程有关在地质条件差和重要工程，应从密布点系统观测断面间距,其位置与数量由具体需要而定，对洞径小于15m 的长隧洞，在一般围岩条件下，应 200 ~ 500 m 设一个断面地表下沉观測结果与埋深关系很大，其观测断面间距见表8.5表 8.5 地表下沉观瀏的滴点纵向间钜埋深 h 与隧洞跨度D 关系测点距离（ m）h < D 5.0 ? 10.0 D< h <2D 10.0? 20.0 h＞2D 20.0? 50.0 在一般的铁路和公路隧洞中，根据围岩类别， 洞周收敛位移和拱顶下沉观测的断面间距定为：II 类 :5.0? 20.0m;III 类： 20.0? 40.0m； IV 类： 40.0m 以上（注 :铁路和公路隧洞围岩类别划分有所不同，详见相关规范）。

具有高边墙、大跨度等特点的水电站地下厂房，其系统观测断面间距一般为1.5D— 2. 0D (D为厂房跨度 )现測測点的布置形式观测測点的布置形式，主要依据隧洞断面尺寸、形状、围岩地质条件、开挖方式、程序、支护类 8 等因 , 而定 .在安装埋设和观测过程中，可依据具体情况进行适当的调整①围岩周边收敛位移[测点（线）布置] 收敛观測点 (线）的布置，应根据观測目的、地质条件、隧洞的形态和大小确定比较常见的布置形如图 8.1 所示若收敛观测的目的主要是为围岩稳定监控服务，且隧洞尺寸不大时,则选用图8.1(a)布点 （线）方式即可；若收敛观测的目的，是要反箅岩体地应力场和围岩力学参数，或计箅边墙两侧中部下沉量时，则选择图8.1(b)或（ c)的布点（线）方式较好；当地下隧洞边墙很高，如大于 30m 时，为了观测可行和方便，则选用图8.1(d) 布点（线）方式较好；若为求一侧边墙下沉量（如边墙中部有断层存在时〉，则选用图8.1(e)布点 (线)方式较好②钻孔位移计观测孔布置形式钻孔位移计观测孔常布置在地下隧洞的拱顶、边墙和拱脚部位，图8.2 为钻孔位移计观测孔布置常采用的几种形式当地下隧洞高度和宽度差别不大,围岩又存在各向异性时，可选用图 8.2(c)、(d)布置形式；当围岩比较均一时，钻孔位移计则可仅布置在隧洞的一侧，如图8.2(c)、(d)布置形式；当地下隧洞规模大，且高宽比大于2.0 时，则宜选用图8.2（e）布置形式；当拟掌握隧洞围岩位移变化的全过程时，则可选择由地表向下钻孔，通过钻孔向预定开挖的隧洞围岩中预埋钻孔位移计。

西龙池抽水蓄能电站地下厂房钻位移孔，在隧洞上部岩体中预埋位移计，如图 8.2(f)所示 ，已有观测成果表明，其观测数据和位移时间关系曲线很有规律③锚杆应力计观测孔布置形式锚杆应力计通常布置在地下隧洞的拱顶，边墙中部、中下部和拱脚部位图8.3 为钻孔锚杆应力计观测孔布置常用的几种形式当地下隧洞髙度和宽度差别不大洞径（宽)小于 10 m 时，可选用图8.3(a)布置形式；当地下隧洞高度和宽度差别不大，洞径（宽）大于10m、小于 20 m 时，可选用图8.3(b)布置形式；当地下隧洞规模大，且高宽比大于2.0 时， 则宜选用图8.3(c)布置形式；当围岩比较均一时，锚杆应力计也可仅布置在隧洞一侧，如图 8.3(d)所示图 8.2 钻孔位移计观测孔布置示意图④钻孔测斜观测孔布置形式对具高边墙、大跨度的地下厂房，钻孔测斜观测孔可布置在边墙两侧中部距边墙2.0? 2.5 m的围岩内； 当围岩地质条件均一时，可仅在边墙一侧布置，中小地下隧洞边墙两侧可不布置钻孔测斜仪⑤支护结构应力应变观测点布置形式混凝土衬砌 （喷层〉 应力应变观测布置，除应与锚杆应力观测孔布置相对应外，还应在有代表性的部位布置观测点，以便掌握混凝土衬砌（喷层〉在整个断层上的受力状态和支护作用。

此外，在支护结构应力应变现测点布置时，还应考虑特殊地质部位、特殊结构部位及地下隧洞是否有偏压、位移是否对称、有无底鼓可能性等因素8.1.2.3 监测手段和仪表的选择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，以及测试的环境条件通常 ,对于软弱围岩中的隧洞工程，由于围岩变形量值较大，因而，可以采用精度稍低的仪器和装置；而在硬岩中则必须采用高精度监测元件和仪器在一些干燥无水的隧洞工程中，电测仪表往往能很好地工作；在地下水发育的地层中进行电测就较为困难埋设各种类型的监测元件时’对深埋地下工程，必须在隧洞内钻孔安装，对浅埋地下工程则可以从地表钻孔安装，从而。