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1、地下工程监测与检测技术地下工程监测与检测技术第八章 地下工程中监测的信息反馈技术人民交通出版社信息反馈的目的及内容信息反馈技术内容提要第一节第一节 信息反馈的目的及内容信息反馈的目的及内容一.信息反馈的目的 将监测所得的围岩及支护结构稳定状况提供给设计与施工单位，以便采取有效措施确保地下工程施工安全；根据监测数据，评价施工活动对周围工程的影响程度，制定合理的保护措施；为设计与施工、监理单位提供沟通渠道，以确保信息化设计与施工的效果,作为设计与施工的重要补充手段。二.信息反馈的内容 1、对设计的反馈内容 通过对监测资料的反分析，修正设计用围岩物理力学参数；通过对监测资料的反分析，修正设计用地应力
2、、渗水压力、围岩压力等基本荷载；通过对围岩和支护结构的位移、应力、应变、地表及周边建筑物位移等监测，修正设计用变形控制基准、安全监测方法和监控判据指标；在上述修正基础上调整支护结构参数，即进行信息化设计。 2、对施工的反馈内容 在施工过程中，通过对监测结果的分析判断，及时调整施工方案，必要时增加辅助施工措施以确保施工的安全性和经济性。第二节第二节 信息反馈技术信息反馈技术一.监测反馈的程序 监测数据反馈指导设计与施工是指在施工过程中，根据施工信息，对施工前设计所确定的结构形式、支护参数、施工方法、施工工艺以及各工序施作的时间等进行检验和修正，贯穿于整个施工全过程。地下工程监测及信息反馈因施工方
3、法不同，如浅埋暗挖法、盾构法、明挖法等，其反馈的内容和方法存在差别。但其基本思想源于新奥地利隧道设计施工方法（简称新奥法）的基本原理：根据经验初步选定设计参数，在施工过程中通过监测地下工程净空收敛位移等数据，以判断围岩的稳定性及支护对围岩的加固效果，并据以修正结构的组成及有关参数二.收敛约束法 弹塑性分析方法又称为弹性及极限平衡分析方法。Fenner和H-Kastner基于理想弹塑性模型和岩石破坏后体积不变的假设得到了圆形巷道的围岩特性曲线。用于分析圆形巷道围岩。 1、基于弹塑性分析的收敛约束法人们把表征支护阻力与变形特性的曲线同围岩特性曲线绘于一张图上，以两条曲线交点的值作为岩土工程设计计算
4、的依据。交点的纵坐标为最终作用的支护阻力。交点的横坐标为支护结构的最终变形量。若支护结构能保持持续稳定，则可判定巷道安全可靠，反之则需调整支护参数，重新进行设计计算。 当围岩的支护阻力降低到一定程度时，围岩强度参数随着其塑性变形的发展而降低，围岩发生破坏，从而产生松动压力，刚出现松动塌落时的支护强度称为最小围岩压力Pmin，如图中C点所示。此后为维持围岩极限平衡状态所需的支护阻力（强度）随着洞壁位移的增大而增大。使得过C点以后的Fenner曲线向上翘起，得到呈槽形的FennerParcher围岩特性曲线，如图中的曲线l所示。在不同时间设置支护和选用不同刚度的衬砌结构，可使围岩特征曲线与支护特征
5、曲线产生不同的组合。支护结构不但要设置时间合理，而且还要有足够的刚度，以使围岩的变形得到一定程度的限制，做到围岩和支护结构共同承担地层压力。关于围岩特征曲线的时间效应，国内外已有相关研究。Pan应用Kelvin模型、Maxwell模型和一般化的Maxwell模型研究了围岩与支护的相互作用及其支护刚性的影响；Ladanyi也利用线性黏弹性模型对围岩特征曲线进行了研究，并对非线性Maxwell模型的情况进行了分析和讨论 2、基于弹塑性分析的收敛约束法三.参数控制法 地下工程周边位移及浅埋地下工程的地表沉降是可以监测和控制的，是围岩-支护系统力学形态最直接、最明显的反映。 围岩稳定的判据都是以周边允
6、许收敛量和允许收敛速度等形式给出的。作为评价施工、判断地下工程稳定性的主要依据，围岩稳定的判据同时还要参考围岩压力等监测数据；对于城市地铁等浅埋地下工程，同时还应采用地表沉降作为判断围岩（地层）稳定的主要依据四.工程类比法 工程类比法是根据监测资料与已有工程监测结果及稳定性评判等资料的对比分析，评判当前工程的安全状态，及时调整施工方案。在工程类比法中，应重点进行以下几个方面的分析：工程的自然条件分析，包括工程地质及水文地质条件、工程规模、施工方法、周边环境等的对比分析；支护结构的对比分析，如支护方式、支护时机、支护参数的对比分析；围岩与支护结构的位移、应力、应变、周边建（构）筑物的变形等的变化
7、趋势分析；周边建（构）筑物的安全稳定性条件的对比分析。五.有限元法 有限元法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个结点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，结点的数目也是有限的，所以称为有限元法。有限元分析的作用：复杂问题的建模简化与特征等效；软件的操作技巧（单元、网格、算法参数控制）；计算结果的评判；二次开发；工程问题的研究；误差控制。六.反分析法 反分析就是根据现场监测到的数据如位移、应力等来反算地层和基础的力学参数及作用于地层和基础的荷载。 通常是根据测量的位移来反算力学参数和荷载，因此通常所称的反分析法是指位移反分析法。 位移反分析有两条途径，一条途径是基于正分析公式的直接反分析法，一种是基于反演公式的反演反分析法。 直接反分析法的基本思路是，借助于正分析法，例如有限元法，通过调整力学参数或荷载来使得计算位移和实测位移最接近。 反演反分析法则是直接导出求解力学参数和荷载的表达式，把测点实测位移作为已知条件。例如在基础开挖中，根据实测的位移可以反算弹性模量和初始应力，初始应力即是开挖荷载。