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1、6.1.1.1隧道内观察 洞内观察是不借助于任何量测仪器，而用肉眼凭经验判断围煤（岩）、锚杆、衬砌和隧道安全性的最直观方法，对于个别现象和特殊情况的发现尤其重要。其目的是核对地质资料，判别围岩和支护系统的稳定性，为施工管理和工序安排提供依据，并检验支护参数。因此，监测人员在用仪器监测之前，首先是细致地观察洞内地质条件的变化情况，裂隙的发育和扩展情况，渗漏水情况，观察隧道两边及顶部有无松动岩石，锚杆有无松动，喷层有无开裂以及中墙衬砌上有无裂隙出现，尤其是中墙衬砌上的裂缝。如发现有裂缝则要用裂缝观察仪密切观测记录裂缝的开展情况。洞内观察这项工作应与施工单位的工程技术人员配合进行，并及时交流信息和资
2、料。此项工作贯穿于巷道施工的全过程，以便为施工提供直观的信息。第1页/共33页6.1.1.2隧道内位移监测 在隧道入口一定范围内及埋深较浅的隧洞，需监测地表沉降和水平位移。拱顶沉降通常采用水准仪监测，隧洞拱顶一般较高，用通常使用的标尺不能测量，可在拱顶用短锚杆设置挂钩，悬挂长度略小于隧洞高度的钢钢丝，下面悬挂标尺的方法监测。为了监测洞周表面或围岩不同深度的位移，可采用单点位移计、多点位移计和滑动式位移计等。6.1.1.3 压力监测压力监测包括隧道内部和支衬结构内部的压力，以及围岩和支护结构间接触压力的监测。压力监测通常采用应力计或压力盒。在支衬内部及围岩与支撑接触面上的压力盒的埋设，只需在浇注
3、混凝土前将其就位固定，监测围岩压力的压力盒则需专门的钻孔，将压力盒放人钻孔内预定的深度后，用速凝砂浆充填密实。在现场测试使用较多的是钢弦式压力盒和应变式压力盒。第2页/共33页6.1.2监测方案设计作为工程监控手段的现场量测，其目的在于了解围岩的动态过程、稳定情况和支护系统的可靠程度，是直接为支护系统的设计和施工决策服务的。量测规划是否合理，不仅仅决定了这种现场量测能否顺利进行，而且关系到量测结果能否反馈于工程的设计和施工，同时亦可验证及完善室内模型试验和有限元数值模拟计算所得的主要结论，因此，合理、周密的量测方案的设计是现场量测的关键。现场量测方案设计的主要内容如下：量测项目的确定，量测手段
4、仪表和工具的选择；施测部位、测点布置、测试频率的确定；实施计划的制定。第3页/共33页6.1.2.1 监测项目的确定确定监测项目的原则是监测简单、结果可靠、成本低，便于施工单位采用，监测元件要能尽量靠近工作面安设。监测项目应根据具体工程的特点来确定，主要取决于：工程的规模、重要性程度；隧道的形状、尺寸、工程结构和支护特点；地应力大小和方向；工程地质条件；施工工序和方法；在尽量减少施工干扰的情况下，要能监控住整个工程的主要部位的位移。第4页/共33页6.1.2.2 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，以及测旦的环境条件。通常，对于软弱围岩中的隧洞工程，由
5、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，电测仪表往往能工作得很好；在地下水发育的地层中进行电测就较为困难。埋没各种类型的监测元件时，对深理地下工程，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，从而可以监测隧洞工程开控过程中围岩变形后的全过程。第5页/共33页6.1.2.3 监测部位的确定和测点的布置（1）监测部位的确定 从围岩稳定监控出发，应重点监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），也应设置观测断面。
6、观测点的安装埋设应尽可能地靠近巷道掌子面，最好不超过2米，以尽可能完整地获得围岩开挖后初期力学形态的变化和变形情况，这段时间内量得的数据，对于判断围岩性态是特别重要的。第6页/共33页（2）测点的布置 收敛位移的现场监测方案，应视隧洞跨度和施工情况而定监测方向一般可按十字形、三角形和交叉形等布置，十字形布置适用于底部施工己基本完成的隧洞，测试结构物内部的收敛位移量。如果隧洞顶邪布有施工设备，可采用交叉形布置。三角形布置易于校核监侧的数据，一般均采用这种形式监测，隧洞较大时，可设置多个三角形的监测方案。位移计通常布置在地下洞室的拱顶、边墙和拱脚部位。当围岩比较均一时，可利用对称性仅在洞室一侧布置
7、测点。若要较精确地掌握洞室外挖前后围岩位移变化的全过程，可在地表或临近洞室打钻孔预埋。测孔的深度一般应超出变形影响范围，测孔中测点的布置应根据位移变化梯度确定，梯度大的部位应加密，在孔口和孔底一般都应布置测点，在软弱结构面、接触面和滑动面等两侧应各设置一个测点。第7页/共33页6.1.2.4 观测及其频度确定 各监测项目通常的观测频度为：在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测1-2次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2倍洞径的距离后，每2天观测一次；一到三个月每周测读1-2次；三个月以后，每月测读l-3次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行，遇突发事件则加强观测。各监测项目
8、原则上应根据其变化的大小来确定观测的频度。不同的基线和测点，位移速度也不同，因此，应以产生最大位移者来决定监测频度，整个断面内的各基线或测点应采用相同的监测频度。第8页/共33页6.1.2.5 监测数据警戒值及围岩稳定性判断准则（1）容许位移量 容许位移量是指在保证隧洞不产生有害松动和保证地表不产生有害下沉量的条件下，自隧洞开挖起到变形稳定为止，在起供线位置的隧洞壁面间水平位移总量的最大容许值，或供顶的最大容许下沉量，在隧洞开挖过程中若发现监测到的位移总量越过该值，或者根据已测位移预计最终位移将超过该值，则意味着围岩不稳定，支护系统必须加强。（2）容许位移速率 容许位移速率是指在保证围岩不产生
9、有害松动的条件下，隧洞壁面间水平位移速度的最大容许值。第9页/共33页6.1.3 监测结果分析由于各种可预见或不可预见的原因，现场监测所得的原始数据具有一定的离散性，必须进行误差分析、回归分析和归纳整理等去粗存精的分析处理后，才能很好地解释监测结果的含义，充分地利用监测分析的成果。由于不对能在开挖后立即紧贴开挖面埋没元件进行监测，因此，从开挖到元件埋没好后读取监测零读数已经历过时间t0，在这段时间里已有量值为u1的围岩变形释放；此外，在隧洞开挖面尚未到达监测断面时，其实也已有量值为u2的变形产生，这两部分变形都加到临测值上以后才是围岩真实的变形。即：u=um+u1+u2 第10页/共33页6.
10、2 地下岩体洞室新奥法施工监测 6.2.1观测目的意义、适用范围6.2.1.1观测目的意义地下洞室围岩和支护系统观测的目的和意义概括起来如下：（1）及时掌握和提供围岩和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）为地下洞室设计和施工积累资料，为围岩稳定性理论研究提供基础数据。（7）对地下洞室未来性态作出预测。依据各类观测曲线的形态特征，可掌握其变化规律，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
11、加盖有CMA章的观测结果，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任。第11页/共33页6.2.1.2 观 测 范围 跨度（B）围岩分级 5 5B10 10B15 15B20 20B25 III 表6-1 地下洞室进行现场监控量测的工程范围选定表注：“”者为应进行现场监控量测的地下洞室；“”者为选择局部地段进行量测的地下洞室。第12页/共33页6.2.1.3地下洞室围岩观测内容及项目观测项目观 测 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洞室各部位变形（
12、位移）观测1.围岩表面变形测量2.围岩内部变形测量3.支护表面变形测量收敛计测量洞室周壁两点间的相对位移位移计测量围岩中不同深度处各点之间的相对和绝对位移测斜仪测量钻孔内垂直于钻孔方向的位移挠度计测量洞室周壁各点或围岩中某一点的位移应变观测l.围岩内部应变量测2.支护（喷混凝土）内部应变量测3衬砌内部应变量测应变计测量围岩、支护、衬砌结构的应变，并计算应力应变砖测量支护、衬砌结构应变，并计算应力锚杆（钢筋）应变计测量围岩应变、锚杆（钢筋）应变（应力）应力观测l.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.围岩支护间接触压力量测液压应力计差动电阻应力钢弦心力计钢筋计材载测力
13、计测量围岩、支护结构的应力及两者介面的压力地下水位水压观测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观测1.围岩温度2.混凝土温度3.气温和水温电阻温度计一般温度计测量洞室围岩、支护测量围岩、支护衬砌混凝土及洞内气温、水温等松弛圈观测l.围岩爆破松弛范围量测2.围岩二次应力调整松他范围量测声波仪钻孔多点位移计适用地下洞室计挖后不同时期围岩松弛变化测量动态观测1.围岩及支护系统动载观测2.围岩及结构振动速度观测3.围岩声波速度量测高频应变仪测振仪声波仪测量大型洞室开挖爆破影响测量地下洞室声波波速表6-2 地下洞室原位观测项目及适用范围一览
14、表 第13页/共33页6.2.2监测方案设计 6.2.2.1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的原则 2）观测项目设计宜体现全面的原则 3）观测项目宜同步设置 4）少而精的原则 5）贯彻经济性原则（2）观测项目分类及确定我国国标和日本设计指南均将地下洞室围岩观测项目分为必测项目和选测项目。必测项目是地下洞室围岩观测的核心，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）对必测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。第14页/共33页6.2.2.2观测布置观测布置包括观
15、测断面的确定（断面间距）和观测测点的布置。观测断面又细分为系统观测断面和一般观测断面。把多项观测内容有机地组合在一个观测断面里，且有计划有目的的使观测内容。（1）观测断面的确定（断面间距）埋深与洞室跨度D关系 测点距离（m）h D 5.010.0 Dh2D 10.020.0 h2D 20.050.0 表6-3 地表下沉观测的测点纵向间距 第15页/共33页（2）观测测点的布置形式观测测点的布置形式，主要依据洞室断面尺寸、形状、围岩地质条件、开挖方式、程序、支护类型等因素进行布置。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。l）围岩周边收敛位移（测点、线布置）2）钻孔位移计观测孔布置形
16、式3）锚杆应力计观测孔布置形式4）钻孔测斜观测孔布置形式5）支护结构应力应变观测点布置形式第16页/共33页6.2.2.3观测频度（时间间隔）的确定 在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测l2次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2倍洞径的距离后，每2天观测一次；一到三个月期间，每周测读l2次；三个月以后，每月测读13次。若设计有特殊要求，则可按设计要求执行。若遇突发事件或原因参量发生异常变化，则应按特殊观测要求执行，即应加强观测，增加观测频度。类 型项 目量测次数015天1630天31天以上A测量洞内观察及调查l次天l次天l次天收敛位移、拱顶下沉l次天l次2天l次周B测量围岩
17、内部位移、锚杆轴向力衬砌应力l2次天l2次天l次周洞内弹性波速度l次l次l次表6-4 观测项目与观测频度 第17页/共33页6.2.3 监测数据的分析及处理 6.2.3.1观测资料的整理（1）收敛观测资料整理l）收敛观测记录整理包括的内容 工程名称、观测阶段和观测断面及观测点的编号与位置、基线长度、地质描述、收敛计编号。收敛计读数、观测时间、观测温度、观测断面与开挖掌于面的间距等；观测值的温度修正；计算各断面两侧点间收敛值，测点绝对位移值等。2）实际收敛值的计算 经温度修正的实际收敛值，计算公式如下：（6-1）3）图表整理 收敛观测图表整理主要包括：收敛变形与时间关系曲线；收敛变形与距掌子面距
18、离关系曲线；收敛速率与时间关系曲线；相对变形与相对距离关系曲线；收敛变形值断面分布图；收敛变形汇总表和综合表。第18页/共33页（2）钻孔岩体轴向位移观测资料整理1）钻孔岩体轴向位移观测记录整理钻孔岩体轴向位移及整理内容包括：工程名称、观测断面和观测孔及测点的编号及位置。地质描述、轴向位移读数值、观测时间。观测断面与开挖掌子面的距离、观测数据校核及计算。2）图表整理钻孔岩休轴向位移观测图表整理主要包括“4线2图”，即：围岩位移与时间关系曲线；围岩位移与开挖进尺关系曲线；围岩位移随埋设深度变化曲线；围岩位移速率与时间关系曲线；观测断面围岩位移分布图；钻孔位移计安装竣工图。第19页/共33页（3）
19、锚杆应力观测资料整理 1）锚杆应力观测记录整理 锚杆应力观测记录的整理包括：工程名称、观测端面、观测孔及测点的编号及位置、地质描述、钢弦频率值或电阻值、观测时间、观测断面与开挖掌子面的距离。2）图表整理锚杆应力观测表整理主要包括“4线1表”，即：测点应力与时间关系曲线；测点应力与掌子面距观测断面距离关系曲线；测点应力与埋设深度关系曲线；锚杆应力变化率与时间关系曲线；锚杆应力综合汇总表。资料整理时，应注意影响锚杆应力观测成果的因素。这些因素主要有：锚杆应力计的精度、稳定性和灵敏度；钻孔注浆质量；安装质量；测读人员技术素质。第20页/共33页（4）钻孔岩体横向位移观测资料整理1）钻孔主体横向位移观
20、测记录整理钻孔岩体场问门移观测记录及整理内容包括：工程名称、导槽方位、测斜孔编号、测孔位置、地质描述、最大位移方向及垂直最大位移方向的读数值、观测时间、观测数据校核及计算等。2）横向位移变化值计算3）图表整理钻孔岩体横向位移观测图表整理主要包括“3线1图”，即：测点变化值与深度关系曲线图；水平位移量与深度关系曲线图；测点位移与时间关系曲线；倾斜仪安装竣工图。第21页/共33页6.3 矿山巷道锚喷支护工程施工监测6.3.1 监测目的 矿山巷道施工监测能够为巷道支护的实施提供了基础数据，是巷道支护工程得以巩固和发展的重要保证。其主要目的在于：掌握巷道围岩动态及其规律性，为软岩巷道支护进行日常动态化
21、管理提供科学依据；为检验支护结构。设计参数及施工工艺的合理性，修改、优化支护参数和合理确定二次支护时间提供科学依据；监控巷道支护的施工质量，对支护状况进行跟踪反馈和预测，及时发现工程隐患，以保证施工安全和软岩巷道稳定；为其他类似工程的设计与施工提供全面的参考依据；通过监测资料，可作为判断软岩巷道工程的质量检查和验收的标准。第22页/共33页6.3.2巷道围岩表面位移观测 巷道表面位移测量观测内容包括顶、底板相对移近、两帮相对移近、顶板下沉以及底臌等。根据测量结果，可以分析巷道周边相对位移变化速度、变化量以及它们与工作面位置的关系、与掘巷时间的关系，也可以得到巷道周边的最终位移，从而判断支护效果
22、和围岩的稳定状况，为完善支护参数提供依据。第23页/共33页6.3.2.1测点布置及安设1）测点布置 一般采用十字或双十字布点法（图6.1）2）测点安设 若监测巷道为新掘巷道，则观测断面应布置在距掘进头56m范围内。按设计在观测断面布点，测点的安设方法如下：在测点处钻直径42mm，深380mm垂直围岩表面的钻孔，将直径42mm、长约400mm的木桩打人孔内，木桩端部安设环形钩和平头测钉，作为测量基点。(a)十字布点法 (b)双十字布点法图6.1 表面位移测点布置示意图 第24页/共33页6.3.2.2测量方法按一定的时间间隔，用测杆、测枪、收敛计或测线绳分别测量AC、BD、AO、BO6.1（a
23、）或AC、BD、EF、AO、BO、EO1、BO1等各测点间的距离，即可计算出个点的位移量，两测点相邻两次测试数据的差值即为两点相对移近量，以此累加相邻两次测试数据的差值即可得两点相对总移近量。6.3.2.3监测数据处理(2)数据处理现场量测的数据应及时整理绘制出位移-时间曲线(U-t曲线）或位移-距离曲线(U-D曲线）。时间-位移曲线如图6.2所示。曲线的时间横坐标下应注明开挖工作面距量测断面的距离。（a）正常曲线 （b）异常曲线图6.2 时间位移曲线第25页/共33页6.3.3 巷道围岩深部位移监测6.3.3.1 监测仪器多点位移计常用来监测巷道围岩深部位移。它是一种监测巷道在掘进和受采动影
24、响的整个服务期间内深部围岩变形随时间变化情况的仪器。安设多点位移计的目的是：了解巷道围岩各部分不同深度的位移，岩层弱化和破坏的范围（离层情况、塑性区、破碎区的分布等）；判断锚杆与围岩之间是否发生脱离，锚杆应变是否超过极限应变量；为修改锚杆支护设计提供依据。国内外围岩深部多点位移计的种类很多，尽管它们具有不同的结构参数、组成和适用条件，但其目的都一样，如KDWl型机械式多点位移计、DW机械式多点位移计、声波多点位移计等。第26页/共33页6.3.3.2 KDWl型多点绘制观测数据曲线，绘制的曲线可有两种形式。l）以量测点距巷道表面距离为横坐标，各测点围岩绝对位移值为纵坐标，绘制出围岩内部位移曲线
25、，则根据该曲线的斜率变化可以判断岩体非弹性变形区和松动区范围。2）以巷道掘出时间为横坐标，围岩绝对位移值为纵坐标，绘制出距巷道表面不同深度围岩随时间的变化曲线，则根据不同深度位移变化亦可以判断围岩松动区范围以及巷道受掘进影响的程度。图6.3 KDW-1型多点位移计围岩内部绝对位移计算原理图 第27页/共33页6.3.4 顶板离层监测6.3.4.1 监测目的安装离层指示仪的目的：对顶板离层情况提供连续的直观显示，及早发现顶板失稳的征兆，以避免冒顶事故发生；监测数据可作为修改、完善锚杆支护初始设计数据的依据之一。6.3.4.2监测仪器顶板离层指示仪是监测顶板锚固范围内及锚固范围外离层值变化大小的一
26、种监测装置。顶板离层指示仪实际上是两点巷道围岩位移计。在顶板钻孔中布置两个测点：一个在围岩深部稳定处；一个在锚杆端部围岩中。离层值就是围岩中两测点之间以及锚杆端部围岩与巷道顶板表面间的相对位移值。并可直观显示出相对位移值（离层量）的大小。第28页/共33页6.3.4.3监测数据处理及应用通过测量2个基点与顶板表面相对位移变化情况，测得顶板总离层量（S），以及相对于深基点的锚固范围之外的离层量（S外）与相对于浅基点锚固范围之内的离层量（S内）。其中锚固范围之内的离层量（S内）和顶板总离层量（S）可直接从测筒上读出，锚固范围之外的离层量。S外=SS内 （6-2）绘制监测数据结果曲线，根据曲线变化，
27、判断顶板离层情况，及早提供发现顶板失稳的征兆，以避免冒顶事故发生。同时根据曲线判断锚固范围内离层情况，及时调整锚杆设计参数。第29页/共33页6.3.5巷道喷层质量监测巷道喷层质量监测是锚喷支护的重要环节之一，同时为锚喷工程质量管理提供依据。喷层质量监测内容为喷层强度和厚度检测、喷层应力状况检测等。6.3.5.1喷射混凝土层强度检测喷射混凝土的物理力学性能指标中，强度标号（指28d抗压强度）是一个主要指标。检验喷射混凝土强度时，通常有以下五种方法。（1）喷模成型试件法（2）凿方试作法（3）超声波法（4）取芯法（5）回弹仪法第30页/共33页6.3.5.2喷射混凝土层厚度检测 喷层厚度直接体现了
28、支护施工的质量，同时也会影响喷层的强度。对喷层厚度的测量通常可用以下两种方法。（1）凿孔法在已喷射混凝土支护的巷道壁上，用凿岩机等机械对喷层凿一孔洞，直接测出自喷层与岩体的接触面至喷层表面之间的厚度，即为喷射混凝土的厚度。（2）预埋钢筋柱法在待喷面上预先钉入一钢筋柱，其露出长度（L1）可根据实际情况而定。待喷射作业完成后，量出喷层外的钢筋长度（L2），即可得出喷层的厚度：LL1L2 （6-3）第31页/共33页6.3.6锚杆受力监测 6.3.6.1 观测原理锚杆支护在巷道支护系统中占有重要地位，为监测施工锚杆的受力状态及大小，需对锚杆的应力进行监测。其原理通常是利用锚杆受力后，锚杆发生变形，采用应变片或应变计测量锚杆的应变，得出与应变成比例的电阻或频率的变化，然后通过标定曲线或公式将电测信号换算成锚杆应力。6.3.6.2 观测仪器监测锚杆受力用的应变计主要有电阻式、差动电阻式和钢弦式。6.3.6.3 观测频度观测频度为：距掘进工作面和回采工作面50m之内，每天观测1次；其他时间每周1-2次。第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页