监控量测要求(选测)

两层支护间压力量测 支护衬砌内应力

1、监测目的

选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行补充测试，因此，每个隧道要根据其具体情况选择合适的选测项目，一般在Ⅳ级、Ⅴ级围岩段及不良地质段设置，其主要目的：①及时掌握围岩的力学强度，对围岩的稳定、安全性作出评价；②了解和掌握隧道支护结构的受力状态，验证支护结构形式、支护参数的合理性，确定二次支护的时间； ③对支护结构、施工方法的安全性作出评价及建议，以指导现场施工；④为变更设计、调整施工方法提供科学依据；⑤有效避免塌方等工程事故。 2、监控量测依据

（1）《公路隧道设计规范》（JTG D70/2-2014）； （2）《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009； （3）《公路隧道施工技术规范细则》JTG/T F60-2009； （4）《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121-2007； 2监测内容

表2.1 隧道现场监控量测选测项目表《公路隧道施工技术规范（JTG F60—2009）》

间隔标准 序号 项目名称 方法及工具 布置 测试 精度 1～15d 每代表性地段1~2个断支柱压力计或其1 钢架内力及外力 他测力计 3~7个测点，或外力1对面，每断面钢支撑内力Mpa /d 0.1 1~2次1次/2d 周 月 1～2次/1～3次/16d～1个大于3个1～3个月 月 月 间隔标准 序号 项目名称 方法及工具 布置 测试 精度 1～15d 16d～1个大于3个1～3个月 月 月 1～2次/1次/2d （洞内设点） 各类位移计 面，每断面 3~7个钻孔 每代表性地段1~2个断各种类型岩土压3 围岩压力 力盒 点。 每代表性地段1~2个断各种类型岩土压4 两层支护间压力 力盒 点。 每代表性地段1~2个断钢筋计、锚杆测力5 锚杆轴力 计 点。 各类混凝土内应每代表性地段一个断面，0.01 1～2次6 支护、衬砌内应力 变计及表面应力每断面设3～7个测点。 Mpa 解除法 0.01 7 渗水压力、水流量 渗压计、流量计 - Mpa - /天 1次/2天 周 月 1～2次/1～3次/面，每断面设2～4个测Mpa /d 0.01 1~2次1次/2d 周 月 1～2次/1～3次/面，每断面设3～7个测Mpa /d 0.01 1~2次1次/2d 周 月 1～2次/1～3次/面，每断面设3～7个测Mpa /d 0.01 1~2次1次/2d 周 月 1～2次/1～3次/m /d 周 月 1～3次/围岩体内位移 2 洞内钻孔中安设每代表性地段1~2个断0.1m1~2次3、测点布置及量测方法 3.1围岩压力量测

①测点布设：压力盒布设在围岩与初衬之间，即测得围岩压力（见图1）。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。

②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。

振弦仪

压力盒

图1 压力盒安装示意图及压力盒

3.2钢支撑内及外力量测

①测点布设：钢筋计分别沿钢架的内外缘对应焊接布设，其一个断面安装布设3个点，一个点分别在内外缘焊接2个钢筋计。安装前，在钢拱架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保护，记下钢架型号；见图2。

②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，并在隧道横断面上按一定的比例把轴力、弯矩值点画在各钢筋计分布位置，并将各点连接形成隧道钢拱架轴力及弯矩分布图。

图2 钢架内及外力安装示意图及钢筋计

3.3围岩内部位移量测

①测点布设：采用普通风钻钻孔径Ф40~50mm、长度3.6m；清除钻孔中岩渣和积水，灌入水泥砂浆（亦可用锚固剂），注满全钻孔后，将杆式位移计插入钻孔中；用干硬性水泥砂浆将孔口定位体与周围岩体固结牢靠；待水泥砂浆固结后进行初始读数。埋设在岩体钻孔不同深度的各测点和定位体，通过薄壁PVC管、定位块、水泥砂浆与周围岩体连接为一体，共同变形，但固定在各定位块的测杆（一般为铝棒）在PVC管中处于自由状态，不随岩体变形而变形。当围岩变形时由于水泥砂浆的黏结作用，PVC管及定位块、定位体均随岩体变形而变形，由于各测杆（不同深度）在PVC管中处于自由状态，不随岩体变形而变形，则在测杆顶部与定位体上定位面间产生相对位移；见图3。

②量测：根据隧道周边和内部位移状态不能通过周边位移量测取得，而对于浅埋、偏压和强构造不均质岩体，隧道两侧变形（位移）差异很大，对上述岩体及时监测隧道周边和内部绝对位移，对判别围岩稳定性和支护效果作用极大。围岩内部位移（地中位移）量测是监测隧道周边某点及围岩内部不同深度各点的位移状态，并将各点连接形成隧道围岩内部位移松弛范围弯矩分布图。

图3 围岩内部位移安装示意图及位移计 3.4锚杆轴力

①测点布设：量测锚杆在埋设前必须钻孔，所有的孔位应布置在同一垂直断面内；水平钻孔倾斜角度在垂直断面内不超过5°，水平面内钻孔与隧道壁面交角应在85°~90°。钻孔时孔径应比量测锚杆杆体直径大20~30mm,扩孔深为200~250mm。为了保证量测锚杆的施工质量，必须注意以下几点：（1）为保证量测锚杆与孔壁的胶结质量，钻孔完成后，要求吹干，然后往孔内注满水泥砂浆，注意要均匀地填满全孔长。（2）随后将量测锚杆播入注满砂浆的孔内，务必使锚杆端部与围岩壁面保持在同一平面内，不平之处，用砂浆抹平整，待砂浆凝

固后即可开始初测。（3）在埋设电测锚杆时，要缓慢顺势向钻孔内推进，不可锤击，以免损坏电测元件的测线；见图4。

②量测：根据钢弦式锚杆轴力计，测量线未端与分线器插头相连，分线器上标着每根芯线对应的钢筋应力计。量测时，将插头插入分线器，再与频率仪相连，就可测出每个测点的钢筋应力计中钢弦的频率变化，从而知其应力，并将各点连接形成锚杆实际工作状态及轴向力弯矩分布图。

图4 锚杆轴力安装示意图及锚杆轴力计 3.5渗水压力

①测点布设：渗水压力计布设在围岩与初衬之间，测得围岩水压力。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。埋设渗水压力计时，分别沿钢架背面的钢筋网上进行安装，用扎丝板扎稳固，再谨慎施作喷混凝土层，并将渗水压力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；见图5。

②量测：采用频率计采集渗水压力频率，根据渗水压力的频率－压力标定曲线，将量测数据直接换算成相应的压力。

图5 渗水压力安装示意图及渗水压力计

3.6两层支护间压力量测

①测点布设：压力盒布设在围岩与初衬之间，即测得围岩压力（见图5）。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。

②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。

图6 压力盒安装示意图及压力盒

3.7支护衬砌内应力

①测点布设：支护衬砌内应力计布设在二次衬砌里，每断面上布设5个点，分别沿二衬钢筋网上进行安装，用扎带绑扎稳固；见图6。

②量测：采用频率计采集应力值，根据应力值－应变曲线，在根据混凝土弹性模量计算出混凝土应力。

图7 支护、衬砌内应力安装示意图及应力计

4、工作原理

4.1围岩压力量测

围岩压力监测每断面埋设5个监测点，其设备规格为Φ112*27.5mm（两型单膜），分辨率为≤0.2%F.S，温度范围-10~+60℃，设备量程为（±6.0MPa）。在传感器中

有一根张紧的钢弦,当传感器受外力作用时,弦的内应力发生变化,随着弦的内应力改变,自振频率也相应地发生变化,弦的张力越大,自振频率越高,反之,自振频率越低。因此利用钢弦张拉不同(应力不同)而它的自振频率也相应变化的原理,可由测其钢弦的频率变化而得知引起钢弦应力变化的压力盒薄膜所受压力的变化。

4.2钢支撑内及外力量测

钢架应力监测每断面内外缘埋设3个监测点，其设备规格为Φ22mm，分辨率为≤0.2%F.S，温度范围-10~+60℃，设备量程为（±150KN）。在型钢拱架上的上、下缘分别安装钢弦式表面应变传感器，量测钢架受力后所发生的应变值，然后通过计算获得钢架的应力值。在传感器中有一根张紧的钢弦,当传感器受外力作用时,弦的内应力发生变化,随着弦的内应力改变,自振频率也相应地发生变化,弦的张力越大,自振频率越高,反之,自振频率越低。因此利用钢弦张拉不同(应力不同)而它的自振频率也相应变化的原理,可由测其钢弦的频率变化而得知引起钢弦应力变化。 4.3围岩内部位移量测

围岩内部位移监测每断面左右各埋设1个监测点，其设备规格为Φ10mm，分辨率为≤0.2%F.S，温度范围-10~+60℃，该设备量程（+60mm）。埋设在钻孔内的各测点与钻孔壁紧密连接，岩层移动时能带动测点一起移动，测量钻孔不同深度岩层的位移，也就是测量各点相对于钻孔深度的相对位移，当在钻孔内布置多个测点时，就能分别测出沿钻孔不同深度岩层的位移值。测点的深度愈大，本身受开挖的影响愈小，所测出的位移值愈接近绝对值。 4.4锚杆轴力

锚杆轴力监测每断面左右各埋设1个监测点，其设备规格为Φ22mm，分辨率为≤0.2%F.S，温度范围-20~+60℃，设备量程为(±150KN)。钢弦式测力锚杆它是由若干个钢弦式钢筋应力计串联组合而成，每个钢弦式钢筋应力是一个单元，各单元之间以螺母形式相联。每个钢筋应力计有一个出线孔，测量线由出线孔引

出，再沿着锚杆引向钻孔外。为了减小测量线的干扰，上一个钢筋应力计的测量线在经过下一个钢筋应力计时，将二者的测量线合并为一条线（零线共用），继续向钻孔外引。量测时，将插头与频率仪相连，就可测出每个测点的钢筋应力计中钢弦的频率变化，从而知其应力。 4.5渗水压力量测

渗水压力监测每断面埋设5个监测点，其设备规格为Φ40mm，分辨率为≤0.08%F.S，温度范围-25~+60℃，设备量程（+20MPa）。根据渗水压力通过频率仪读出空隙水压力计的频率，进而换算出渗水压力。进行对渗水位置水压力的量测。 4.6两层支护间压力量测

初支与二衬间压力监测每断面埋设5个监测点，其设备规格为Φ112*27.5mm（两型单膜），分辨率为≤0.2%F.S，温度范围-10~+60℃，设备量程为（±6.0MPa）。在传感器中有一根张紧的钢弦,当传感器受外力作用时,弦的内应力发生变化,随着弦的内应力改变,自振频率也相应地发生变化,弦的张力越大,自振频率越高,反之,自振频率越低。因此利用钢弦张拉不同(应力不同)而它的自振频率也相应变化的原理,可由测其钢弦的频率变化而得知引起钢弦应力变化的压力盒薄膜所受压力的变化。 4.7支护衬砌内应力量测

二次衬砌混凝土应力监测每断面埋设5个监测点，其设备规格为Φ28mm，温度范围20±2℃，设备量程（-10～+20MPa）。二次衬砌混凝土应力是了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态；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；对于应力的量测是将量测元件安置在二次衬砌中，在岩围逐渐变形过程中由不受力状态逐渐过渡到受力状态。为了使量测数据能直接反映混凝土层的变形状态和受力的大小，要求量测元件材质的弹性模量应与混凝土层的弹性模量相近，从而不致引起混凝土层应力的异常分布，以免量测出的应力（应变）失真，影响评价效果。 5、监测成果及数据分析

为叙述方便，在以下报告中对围岩压力、钢拱架内及外力、围岩内部位移、锚杆轴力、渗水压力、两层支护间压力、支护衬砌内应力、数值的符号作了统一的规定：“+”表示围岩压力受压，钢拱架内及外力受拉，围岩内部位移计受拉围岩向外位移，锚杆轴力受拉，渗水压力受压无拉力，两层支护间压力受压，支护衬砌内应力受拉；“-”则反之。