采用鋼筋的錨桿也可采用鋼筋應力監測。

7.10.4、巖體工程災害預報

?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停頓的主要原因之一，采用聲發射技術，可以預報巖體工程大面積地壓和巖爆等災害，從而防止或避免事故的發生。在巖體工程施工中，工人經常聽到巖石的聲響，并以此作為巖石破壞緊急險情的前。室內和現場研究表明，從巖石破壞所產生的次聲能發射是這些可見聲響的前兆，因此，在巖爆活動敏感的巖體工程中，檢測開挖引起的聲發射已越來越成為檢測計劃中的基本部分。

可聽得見的波或聲波的頻率介于20Hz-20kHz之間，取決于可能發生的事件的規律，其頻率隨能量釋放量的增長而降低。巖石在應力的作用下會發射可探測的聲能，其發射頻率隨應力值的增大而提高。一般來說，發射速率的增長超前于巖石主破裂，采用三角網法可以確定聲發射源，它是根據聲波傳播到幾個接收站的時間差而確定的。地音檢測系統就是根據上述原理研制的，在地音檢測系統中，用地音探測器系統從聲源傳播出來的聲波，它們將機械振動轉變成電信號，信號經放大并輸送到檢測站，經調試后，信號進入計算機接口，以足以起動檢測系統的記時和控制部件的信號，計算機將確定記錄聲波到達每一個探測器的最初時刻，根據這些數據，利用幾何和波速的關系，可確定記錄聲波到達每一個探測器的最將用來確定事件的相對量級，聲發射的時間、位置、能量等有關數據可打印出來。地音檢測系統的地音探測器是安裝在地下巖體工程的巖石壁面上的，數據收集也是地下進行的。對淺埋的巖體工程，探頭也可放到從地面往下打的鉆孔中，所有數據在地表收集。

7.10.5、監測部位的確定和測點的布置

1、監測部位的確定

從圍巖穩定監控出發，應重點監測圍巖質量差及局部不穩定塊體；從反饋設計、評價支護參數合理性出發，則應在代表性的地段設置監測斷面，在特殊的工程部位（如洞口和分叉處）也應設置監測斷面。監測點的安裝埋設應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形態的變化和變形情況。這段時間內量得的數據對于判斷圍巖性態是特別重要的。

1）洞周收斂位移、拱頂沉降量、多點位移計及地表沉降量應盡量布置在同一斷面上，錨桿應力和襯砌應力等最好布置在同一斷面上，以使監測結果互相對照，相互檢驗。監測斷面的間距視工程長度、地質條件變化而定。當地質條件情況良好，或開挖過程中地質條件連續不變時，間距可加大，地質變化顯著時，間距應縮短。在施工初期階段，要縮小監測間距，取得一定數據資料后可適當加大監測間距，在洞口及埋深較小地段亦應適當縮小監測間距。

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測的斷面間距根據圍巖類別定為：Ⅱ類：5-20m；Ⅲ類：20-40m；Ⅳ類：40m以上。

3）地表沉降監測的斷面間距與隧洞埋深和地表狀況有關，當地表是山嶺田野時，斷面間距根據埋深定為：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）錨桿應力和襯砌應力其監測斷面的縱向間距可定為200-500m。

2、測點的布置形式

1）收斂位移的現場監測方案，應視隧洞跨度和施工情況而定，監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，測試結構物內部的收斂位移量。如果隧洞頂部布有施工設備，可采用交叉形布置。三角形布置易于校核監測的數據，一般均采用這種形式監測，隧洞較大時，可設置多個三角形的監測方案。

2）若收斂位移監測的目的只是為圍巖穩定監控服務，且洞室尺寸不大時，可采用較為筒潔的布置形式。若收斂位移監測的目有還要考慮對巖體地應力場和圍巖力學參數作反分析，則要采用多個三角形的監測方案。當地下洞室邊墻很高時，則可以沿墻高一定間距設置多個水平測量基線。

3）位移計通常布置在地下洞室的拱頂、邊墻和拱腳部位。當圍巖比較均一時，可利用對稱性僅在洞室一側布置測點。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埋。測孔的深度一般應超出變形影響范圍，測孔口測點的布置應根據位移變化梯度確定，梯度大的部位應加密，在孔口和孔底一般都應布置測點，在軟弱結構面、接觸面和滑動面等兩側應設置一個測點。

4）監測圍巖內位移的位移計測孔在隧洞內孔口處一般需布設收斂位移測點，淺埋隧洞在拱頂布設拱頂沉降測點，在地表對應部位布設地表沉降和水平位移測點，在這兩者之間再布設多點位移計測孔，在隧洞壁上對應部位布設收斂位移測點，從而可分析從拱頂到地表各測點圍巖向隧洞內位移變化的規律，同時可驗證沉降、多點位移、拱頂沉降和收斂位移各監測項目的正確性及其相互關系。

5）壓力盒和錨桿軸力計應在典型區段選擇應力變化最大或地質最不利的部位，并根據位移變化梯度和圍巖應力狀態，在不同的圍巖深度內布測點，觀測錨桿的長度應與工程錨桿相同。用于埋設壓力盒的鉆孔和觀測錨桿的鉆孔的布置形式與多點位移計的相似，通常在鉆孔中布置3個或以上的測點。

7.10.6 觀測及其頻度的確定

1．整個觀測期間，應設立值班記錄本，詳細記載值班期間的一切情況，包括施工進展情況，施工部位，施工工藝流程情況，氣候環境，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．各監測項目通常的觀測頻度為：在洞室開挖或支護后的半個月內，每天應觀測1-2次；半個月后到一個月內，或掌子面推進到距觀測斷面大于2倍洞徑的距離后，每天2天觀測一次；一到三個月每周測讀1-2次；三個月以后，每月測讀1-3次。若設計有特殊要求，則可按設計要求進行，遇突發事件則加強觀測。各監測項目原則上應根據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測頻度可根據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，位移速度也不同，因此，應以產生最大位移者來決定監測頻度，整個斷面內的各基線或測點應采用相同的監測頻度。

位移速度與監測頻度??????????????? 表7.10.6

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7.10.7監測數據警戒值及圍巖穩定性判斷準則

針對工程實踐的具體情況規定容許位移量與容許位移速率值，是進行施工監控的基礎工作。

1．容許位移量

1）容許位移量是指在保證隧洞不產生有害松動和保證地表不產生有害下沉量的條件下，自隧洞開挖起到變形穩定為止，在起拱線位置的隧洞壁面間水平位移總量的最大容許值，或拱頂的最大容許下沉量。在隧洞開挖過程中若發現監測到的位移總量超過該值，或者根據已測位移預計最終位移將超過該值，則意味著圍巖不穩定，支護系統必須加強。

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，例如城市地鐵，通過建筑群時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定性確定。

3）弗朗克林警顴標準，見表7.10.7

弗朗克林警戒標準??????? 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，顯現出十分復雜的情況，因此，需根據工程具體情況結合前人的經驗，再根據工程施工進展情況探索改進。特別是對完整的硬巖，失穩時圍巖變往往較小，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生有害松動的條件下，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，容許位移速率目前的無統一規定，一般都根據經驗選定，例如美國某些工程對容許位移速率的規定：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），第一周內平均每天的位移量應小于容許位移量的1/20（約0.63mm）。而南嶺隧道、大瑤山隧道、下坑隧道、金川礦區運輸平巷、張家港鐵礦的穩定形速度為0.1mm/d，引灤入津輸水隧洞的開挖后一個月的穩定變形速度大于10mm/30d。

3）一般規定，在開挖面通過測試斷面前后的一二天內容許出現位移加速，其他的時間都應減速，達到一定程序后才能修建二次支護結構。

?3．根據位移-時間曲線判斷圍巖穩定性

?由于巖體的流變特性，巖體壞前的變形曲線可以分成三個區段；

?1）基本穩定區，主要標志是變形速度不斷下降，即變形加速度小于0；

2）過渡區，變形速度長時間保持不變，即變形加速度等于0；

3）破壞區，變形速率漸增，即變形加速度大于0。

?? 相應地，現場監測到的位移-時間曲線也可能呈現出以上三種形態，對于隧洞開挖后在洞內測得的位移曲線，如果始終保持變形加速度小于0，則圍巖是穩定的；如果位移曲線隨即出現變形加速度等于0的情況，亦即變形速度不再繼續下降，則說明圍巖進入“定常蠕變”狀態，須發出警告，及時加強支護系統；一旦位移出現變形加速度大于0的情況，則表示已進入危險狀態，須立即停工，進行加固，根據該方法判斷圍巖的穩定性，應區分由于分步開挖時圍巖中隨分步開挖進度而隨時間釋放的彈塑性位移的突然增加，使位移-時間曲線上呈現位移速率加速，由于這是由隧洞開挖引起，所用并不預示著圍巖時入破壞階段。

?? 4．在隧洞施工險情預報中，應同時考慮收斂或變形速度，相對收斂量或變形量及位移時間-曲線，結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報。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，當位移或變形速率的驟然增加報警后，為了控制隧洞變形的一步發展，可采取停止掘進、補打錨桿、掛鋼筋網、襯噴混凝土加固等施工措施，待變形趨于正常后才可繼續開挖。

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