采用鋼筋的錨桿也可采用鋼筋應(yīng)力監(jiān)測。

7.10.4、巖體工程災(zāi)害預(yù)報(bào)

?巖體冒落和崩塌以及巖爆是造成巖體工程傷亡事故和生產(chǎn)停頓的主要原因之一，采用聲發(fā)射技術(shù)，可以預(yù)報(bào)巖體工程大面積地壓和巖爆等災(zāi)害，從而防止或避免事故的發(fā)生。在巖體工程施工中，工人經(jīng)常聽到巖石的聲響，并以此作為巖石破壞緊急險(xiǎn)情的前。室內(nèi)和現(xiàn)場研究表明，從巖石破壞所產(chǎn)生的次聲能發(fā)射是這些可見聲響的前兆，因此，在巖爆活動(dòng)敏感的巖體工程中，檢測開挖引起的聲發(fā)射已越來越成為檢測計(jì)劃中的基本部分。

可聽得見的波或聲波的頻率介于20Hz-20kHz之間，取決于可能發(fā)生的事件的規(guī)律，其頻率隨能量釋放量的增長而降低。巖石在應(yīng)力的作用下會(huì)發(fā)射可探測的聲能，其發(fā)射頻率隨應(yīng)力值的增大而提高。一般來說，發(fā)射速率的增長超前于巖石主破裂，采用三角網(wǎng)法可以確定聲發(fā)射源，它是根據(jù)聲波傳播到幾個(gè)接收站的時(shí)間差而確定的。地音檢測系統(tǒng)就是根據(jù)上述原理研制的，在地音檢測系統(tǒng)中，用地音探測器系統(tǒng)從聲源傳播出來的聲波，它們將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變成電信號，信號經(jīng)放大并輸送到檢測站，經(jīng)調(diào)試后，信號進(jìn)入計(jì)算機(jī)接口，以足以起動(dòng)檢測系統(tǒng)的記時(shí)和控制部件的信號，計(jì)算機(jī)將確定記錄聲波到達(dá)每一個(gè)探測器的最初時(shí)刻，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，利用幾何和波速的關(guān)系，可確定記錄聲波到達(dá)每一個(gè)探測器的最將用來確定事件的相對量級，聲發(fā)射的時(shí)間、位置、能量等有關(guān)數(shù)據(jù)可打印出來。地音檢測系統(tǒng)的地音探測器是安裝在地下巖體工程的巖石壁面上的，數(shù)據(jù)收集也是地下進(jìn)行的。對淺埋的巖體工程，探頭也可放到從地面往下打的鉆孔中，所有數(shù)據(jù)在地表收集。

7.10.5、監(jiān)測部位的確定和測點(diǎn)的布置

1、監(jiān)測部位的確定

從圍巖穩(wěn)定監(jiān)控出發(fā)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測圍巖質(zhì)量差及局部不穩(wěn)定塊體；從反饋設(shè)計(jì)、評價(jià)支護(hù)參數(shù)合理性出發(fā)，則應(yīng)在代表性的地段設(shè)置監(jiān)測斷面，在特殊的工程部位（如洞口和分叉處）也應(yīng)設(shè)置監(jiān)測斷面。監(jiān)測點(diǎn)的安裝埋設(shè)應(yīng)盡可能地靠近隧洞掌子面，最好不超過2m，以便盡可能完整地獲得圍巖開挖后初期力學(xué)形態(tài)的變化和變形情況。這段時(shí)間內(nèi)量得的數(shù)據(jù)對于判斷圍巖性態(tài)是特別重要的。

1）洞周收斂位移、拱頂沉降量、多點(diǎn)位移計(jì)及地表沉降量應(yīng)盡量布置在同一斷面上，錨桿應(yīng)力和襯砌應(yīng)力等最好布置在同一斷面上，以使監(jiān)測結(jié)果互相對照，相互檢驗(yàn)。監(jiān)測斷面的間距視工程長度、地質(zhì)條件變化而定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件情況良好，或開挖過程中地質(zhì)條件連續(xù)不變時(shí)，間距可加大，地質(zhì)變化顯著時(shí)，間距應(yīng)縮短。在施工初期階段，要縮小監(jiān)測間距，取得一定數(shù)據(jù)資料后可適當(dāng)加大監(jiān)測間距，在洞口及埋深較小地段亦應(yīng)適當(dāng)縮小監(jiān)測間距。

2）在一般的鐵路和公路隧道中，洞周收斂位移和拱頂沉降監(jiān)測的斷面間距根據(jù)圍巖類別定為：Ⅱ類：5-20m；Ⅲ類：20-40m；Ⅳ類：40m以上。

3）地表沉降監(jiān)測的斷面間距與隧洞埋深和地表狀況有關(guān)，當(dāng)?shù)乇硎巧綆X田野時(shí)，斷面間距根據(jù)埋深定為：埋深大于兩倍洞徑：20-50m；埋深在一倍洞徑與兩倍洞徑之間：10-20m；埋深小于洞徑：5-10m。

4）錨桿應(yīng)力和襯砌應(yīng)力其監(jiān)測斷面的縱向間距可定為200-500m。

2、測點(diǎn)的布置形式

1）收斂位移的現(xiàn)場監(jiān)測方案，應(yīng)視隧洞跨度和施工情況而定，監(jiān)測方向一般可按十字形、三角形和交叉形等布置，十字形布置適用于底部施工已基本完成的隧洞，測試結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的收斂位移量。如果隧洞頂部布有施工設(shè)備，可采用交叉形布置。三角形布置易于校核監(jiān)測的數(shù)據(jù)，一般均采用這種形式監(jiān)測，隧洞較大時(shí)，可設(shè)置多個(gè)三角形的監(jiān)測方案。

2）若收斂位移監(jiān)測的目的只是為圍巖穩(wěn)定監(jiān)控服務(wù)，且洞室尺寸不大時(shí)，可采用較為筒潔的布置形式。若收斂位移監(jiān)測的目有還要考慮對巖體地應(yīng)力場和圍巖力學(xué)參數(shù)作反分析，則要采用多個(gè)三角形的監(jiān)測方案。當(dāng)?shù)叵露词疫厜芨邥r(shí)，則可以沿墻高一定間距設(shè)置多個(gè)水平測量基線。

3）位移計(jì)通常布置在地下洞室的拱頂、邊墻和拱腳部位。當(dāng)圍巖比較均一時(shí)，可利用對稱性僅在洞室一側(cè)布置測點(diǎn)。若要較精確地掌握洞室開挖前后圍巖位移變化的全過程，可在地表或臨近洞室打外孔預(yù)埋。測孔的深度一般應(yīng)超出變形影響范圍，測孔口測點(diǎn)的布置應(yīng)根據(jù)位移變化梯度確定，梯度大的部位應(yīng)加密，在孔口和孔底一般都應(yīng)布置測點(diǎn)，在軟弱結(jié)構(gòu)面、接觸面和滑動(dòng)面等兩側(cè)應(yīng)設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)。

4）監(jiān)測圍巖內(nèi)位移的位移計(jì)測孔在隧洞內(nèi)孔口處一般需布設(shè)收斂位移測點(diǎn)，淺埋隧洞在拱頂布設(shè)拱頂沉降測點(diǎn)，在地表對應(yīng)部位布設(shè)地表沉降和水平位移測點(diǎn)，在這兩者之間再布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)測孔，在隧洞壁上對應(yīng)部位布設(shè)收斂位移測點(diǎn)，從而可分析從拱頂?shù)降乇砀鳒y點(diǎn)圍巖向隧洞內(nèi)位移變化的規(guī)律，同時(shí)可驗(yàn)證沉降、多點(diǎn)位移、拱頂沉降和收斂位移各監(jiān)測項(xiàng)目的正確性及其相互關(guān)系。

5）壓力盒和錨桿軸力計(jì)應(yīng)在典型區(qū)段選擇應(yīng)力變化最大或地質(zhì)最不利的部位，并根據(jù)位移變化梯度和圍巖應(yīng)力狀態(tài)，在不同的圍巖深度內(nèi)布測點(diǎn)，觀測錨桿的長度應(yīng)與工程錨桿相同。用于埋設(shè)壓力盒的鉆孔和觀測錨桿的鉆孔的布置形式與多點(diǎn)位移計(jì)的相似，通常在鉆孔中布置3個(gè)或以上的測點(diǎn)。

7.10.6 觀測及其頻度的確定

1．整個(gè)觀測期間，應(yīng)設(shè)立值班記錄本，詳細(xì)記載值班期間的一切情況，包括施工進(jìn)展情況，施工部位，施工工藝流程情況，氣候環(huán)境，及人工對隧洞的觀察情況，噴射混凝土和襯砌上的裂縫開展情況等。

2．各監(jiān)測項(xiàng)目通常的觀測頻度為：在洞室開挖或支護(hù)后的半個(gè)月內(nèi)，每天應(yīng)觀測1-2次；半個(gè)月后到一個(gè)月內(nèi)，或掌子面推進(jìn)到距觀測斷面大于2倍洞徑的距離后，每天2天觀測一次；一到三個(gè)月每周測讀1-2次；三個(gè)月以后，每月測讀1-3次。若設(shè)計(jì)有特殊要求，則可按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，遇突發(fā)事件則加強(qiáng)觀測。各監(jiān)測項(xiàng)目原則上應(yīng)根據(jù)其變化的大小來確定觀測的頻度。如洞周收斂位移和拱頂沉降的監(jiān)測頻度可根據(jù)位移速度及離開挖面的距離而定，見表7.10.6，不同的基線和測點(diǎn)，位移速度也不同，因此，應(yīng)以產(chǎn)生最大位移者來決定監(jiān)測頻度，整個(gè)斷面內(nèi)的各基線或測點(diǎn)應(yīng)采用相同的監(jiān)測頻度。

位移速度與監(jiān)測頻度??????????????? 表7.10.6

?

7.10.7監(jiān)測數(shù)據(jù)警戒值及圍巖穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則

針對工程實(shí)踐的具體情況規(guī)定容許位移量與容許位移速率值，是進(jìn)行施工監(jiān)控的基礎(chǔ)工作。

1．容許位移量

1）容許位移量是指在保證隧洞不產(chǎn)生有害松動(dòng)和保證地表不產(chǎn)生有害下沉量的條件下，自隧洞開挖起到變形穩(wěn)定為止，在起拱線位置的隧洞壁面間水平位移總量的最大容許值，或拱頂?shù)淖畲笕菰S下沉量。在隧洞開挖過程中若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測到的位移總量超過該值，或者根據(jù)已測位移預(yù)計(jì)最終位移將超過該值，則意味著圍巖不穩(wěn)定，支護(hù)系統(tǒng)必須加強(qiáng)。

2）容許位移量與巖體條件、隧洞埋深、斷面尺寸及地表建筑物等建筑物等因素有關(guān)，例如城市地鐵，通過建筑群時(shí)一般要求地表下沉不超過5-10mm；對于山嶺隧道，地表沉降的容許位移量可由圍巖的穩(wěn)定性確定。

3）弗朗克林警顴標(biāo)準(zhǔn)，見表7.10.7

弗朗克林警戒標(biāo)準(zhǔn)??????? 表7.10.7

4）容許位移量的確定并不是一件容易的事，每一具體工程條件各異，顯現(xiàn)出十分復(fù)雜的情況，因此，需根據(jù)工程具體情況結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)，再根據(jù)工程施工進(jìn)展情況探索改進(jìn)。特別是對完整的硬巖，失穩(wěn)時(shí)圍巖變往往較小，要特別注意。

?2容許位移速率

1）容許位移速率是指在保證圍巖不產(chǎn)生有害松動(dòng)的條件下，隧洞壁面間水平位移速度的最大容許值。???????

2）容許位移速率與巖體條件、隧洞埋深及斷面尺寸等因素有關(guān)，容許位移速率目前的無統(tǒng)一規(guī)定，一般都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定，例如美國某些工程對容許位移速率的規(guī)定：第一天的位移量不超過容許位移量的1/5-1/4（約2.54-3.18mm），第一周內(nèi)平均每天的位移量應(yīng)小于容許位移量的1/20（約0.63mm）。而南嶺隧道、大瑤山隧道、下坑隧道、金川礦區(qū)運(yùn)輸平巷、張家港鐵礦的穩(wěn)定形速度為0.1mm/d，引灤入津輸水隧洞的開挖后一個(gè)月的穩(wěn)定變形速度大于10mm/30d。

3）一般規(guī)定，在開挖面通過測試斷面前后的一二天內(nèi)容許出現(xiàn)位移加速，其他的時(shí)間都應(yīng)減速，達(dá)到一定程序后才能修建二次支護(hù)結(jié)構(gòu)。

?3．根據(jù)位移-時(shí)間曲線判斷圍巖穩(wěn)定性

?由于巖體的流變特性，巖體壞前的變形曲線可以分成三個(gè)區(qū)段；

?1）基本穩(wěn)定區(qū)，主要標(biāo)志是變形速度不斷下降，即變形加速度小于0；

2）過渡區(qū)，變形速度長時(shí)間保持不變，即變形加速度等于0；

3）破壞區(qū)，變形速率漸增，即變形加速度大于0。

?? 相應(yīng)地，現(xiàn)場監(jiān)測到的位移-時(shí)間曲線也可能呈現(xiàn)出以上三種形態(tài)，對于隧洞開挖后在洞內(nèi)測得的位移曲線，如果始終保持變形加速度小于0，則圍巖是穩(wěn)定的；如果位移曲線隨即出現(xiàn)變形加速度等于0的情況，亦即變形速度不再繼續(xù)下降，則說明圍巖進(jìn)入“定常蠕變”狀態(tài)，須發(fā)出警告，及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)；一旦位移出現(xiàn)變形加速度大于0的情況，則表示已進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，須立即停工，進(jìn)行加固，根據(jù)該方法判斷圍巖的穩(wěn)定性，應(yīng)區(qū)分由于分步開挖時(shí)圍巖中隨分步開挖進(jìn)度而隨時(shí)間釋放的彈塑性位移的突然增加，使位移-時(shí)間曲線上呈現(xiàn)位移速率加速，由于這是由隧洞開挖引起，所用并不預(yù)示著圍巖時(shí)入破壞階段。

?? 4．在隧洞施工險(xiǎn)情預(yù)報(bào)中，應(yīng)同時(shí)考慮收斂或變形速度，相對收斂量或變形量及位移時(shí)間-曲線，結(jié)合觀察到的洞周圍巖噴射混凝土和襯砌的表面狀況等綜合因素作出預(yù)報(bào)。隧洞位移或變形速率的驟然增加往往是圍巖破壞、襯砌開裂的前兆，當(dāng)位移或變形速率的驟然增加報(bào)警后，為了控制隧洞變形的一步發(fā)展，可采取停止掘進(jìn)、補(bǔ)打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、襯噴混凝土加固等施工措施，待變形趨于正常后才可繼續(xù)開挖。

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