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监控量测施工技术浅析 中铁隧道集团有限公司 二O一O年十月二十日 一.监控量测是喷锚构筑法施工的重要内容 1．岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。 2 ．充分发挥岩体的承载能力，允许并控制岩体的变形。 3 ．改善支护结构的受力性能，施工中尽快闭合，而成为封闭的环形结构。（隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。） 4 ．量测工作的特殊性 5．二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。 由上所述，可总结：围岩是载物体，是承载结构；围岩承载圈和支护体组成巷道的统一体，是一个力学体系；隧道的开挖和支护是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务。基本要点可概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。 附1：新奥法简介 “新奥地利隧道施工法”（NATM）法，由奥地利学派创始人之一米勒教授提出的。包括三方面的内容： 1、支护-围岩共同作用原理。 2、柔性支护观点/锚喷网综合支护主要支护手段。 3、设计、施工、监测一条龙作业方式。 优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和施工顺序。 附二、隧道围岩中的自承体系及其变化 隧道开挖是个4维问题：3维空间+时间 在掌子面前方1~4倍洞径远，岩体已经变形，沿切向、径向都受压缩。隧道开挖断面是在已经被压缩的岩体状况下进一步变形。隧道一开挖，周边岩体向洞内移动，发生张性变形，这样就在隧道周边岩体中形成由外向内的一个自承结构，最外层为松弛带，中间经过一个过渡带到压密区，然后是未受扰动的原岩 松弛带岩体靠近临空面的部分，岩体受爆破、自重影响，变形最严重；靠里的一部分，则主要是受应力解除影响的变形。松弛带岩体在开始时并未松动，除局部或特殊情况外还是自稳的。而压密区的岩体，是在三维空间中受压缩的。岩体强度大于单轴抗压强度。因此，压密区岩体有很高的强度，形成岩拱，与原岩应力相平衡或承载原岩压力。 压密区通过过渡带受松弛带的支护，如果松弛带不破坏，不发展，压密区就会渐趋完善，保护岩体整体稳定。 松弛带、过渡带、压密区，广义的加上支护，形成一个围岩自承体系。 自承体系随时间如何变化？由支护，即对自承体系的保护来决定。 若不作支护，松弛带岩体张性变形将继续发展，直至由松弛带发展到松动，同时松弛带向深部发展，不仅使过渡带变成松弛带，而且使压密区逐渐消失，岩体因承载力大大减弱，而出现整体失稳 如果及时做支护，及时保护了松弛带，随着对岩体径向和切向变形的约束，松弛带就可能情况改善，张性变形减少，松弛带缩小，过渡带成为压密区的一部分，压密区扩大并均匀化，最后达到稳定 支护中的几个现象 每一个开挖步骤都可引起围岩中的一次调整，所以每一个步骤的影响是好是坏，要作评估； 洞形可以影响一开挖就形成的自承体系的形态，自承体系形态好，调整得就快，所以开挖的洞形是能促进围岩自承体系的手段之一； 开挖速度体现在4维中的t这一坐标，要考虑到围岩自承体系产生和调整需要时间； 开挖断面附近，在刚开挖时松弛带一般还有自稳能力，此时还有掌子面的支撑，产生桥跨作用，此时如及时支护对巩固松弛带的作用很大； 对于中小跨度的隧道和地下工程，加固松弛带，尤其是加固松弛带的最外层，能起到保护自承体系的作用； 浅埋情况，自承体系不完整。 浅埋土质隧道，由于自承体系不完整，拱部以上土体靠原生结构，靠土、砂的粘滞性和摩擦维持。 附三 深埋圆形洞室 二次应力状态的弹性分布 （2）应力和位移 圆形洞室二次应力分布 （3）洞室的径向位移（平面应变时） 轴对称、切向位移：V=0 径向位移： 开挖前，岩体产生的位移（ra=0 ）由上式得： （4）洞周的应变 开挖前，岩体已完成应变 （5）洞壁的稳定性评 （2）应力—位移分析 三、深埋椭圆洞室的二次应力状态 (2)洞壁应力计算公式 ①巷道周边应力 对称均匀分布； ②巷道周边不出现拉应力； ③应力值是各种截面中的最小值。 当 时，满足此条件故 为数佳轴比。 此时 （与 无关） 当 时，K=1，圆形最优。 四、深埋矩形洞室的二次应力状态 用复变函数方法求解。 孔边应力分布： Kx，Kz-分别为水平、垂直方向的应力集中系数表7-2。 时，由表可见多点出现拉应力。 二、监控量测目的与作用