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隧道监控与信息化施工 主讲教师 张 子 新 教 授、博导 同济大学地下建筑与工程系，上海，200092Tel（Fax):021E-mail:zxzhang@mail.tongji.edu.cn 提 要 一、监控设计的概念和原理 二、隧道现场监测的必要性 三、隧道监测的设计 四、仪器安装埋设与观测 五、监测数据的整理分析 六、必威体育精装版监测进展 七、监测的频率、变量管理值及报警 八、反馈设计和指导 九、千岛湖支线监控量测介绍 一、监控设计的概念和原理 1.概念: 现场量测与工程地质、数学力学处理分析紧密结合,形成的一套信息化设计的原理和方法。量测是手段,监控是量测的目的。 2.原理:通过现场监测获得围岩介质力学的动态特性和支护结构工作状态的有关参数或数据(信息),对这些数据进行数学力学上的处理和分析,来预报(当前和未来)围岩及支护结构体系的稳定性及工作状态,进一步选择和修正支护及开挖设计参数,指导施工, 确保隧道施工及运营的安全与可靠。 二、隧道现场监测的必要性 1.地质构造的复杂、介质材料的不确定 掌握围岩及支护结构力学性态的变化和规律 2.各种力的作用(施工)和自然作用影响 掌握施工方法方式进展及外界作用力对隧道结构及其围岩力学性态的影响 3.对工程诊断的需要: 为理论解析、数值分析提供计算数据 验证设计参数 施工方法技术的评估改进 对稳定性判断 验证运营安全状况及时发现险情采取相应补救 措施 4.未来预测的需要:对未来的性态进行预测,防患于未然 5.法律的需要:确定事故责任原因 6.研究需要 三、隧道监测的设计 1.了解隧道工程条件与概况: 形式,类型,功能,尺寸,地层条件,周围环境,服务年限等 2.明确监测目的:各阶段的安全评估需要,施工稳定性需要,验证设计,新技术新方法或新材料的研究性需要 3.监测内容(监测项目或监测变量) 分前期原位观测、施工期监测和运营期监测三部分 1).前期原位观测:围岩多点位移 2).施工期监测 必测项目:掌子面附近的地层特性及支护状况观测 收敛位移 拱顶下沉 锚杆轴力及拉拔力 选测项目:掌子面前方的地质探测 地表下沉及分层沉降(覆盖层小于40m) 隧道内围岩多点位移 围岩压力及两层支护之间的压力 钢支撑内力及外力 支护结构应力及应变 支护结构表面裂缝量测 围岩弹性波松动圈测试 爆破监测 渗压和渗流及温度测试 3).运营期观测:变形、应力、支护应力和应变、裂缝等 4.仪器选择: 可靠性(在特殊环境下元件与测试仪器的可 行性与可靠性),仪器量程,精度等 5.监测断面布置的原则 1).在综合考虑经济和技术条件下优化布置测试断面和测试内容 2).地层构造、围岩特性和工程形状尺寸变化部位 3).断面关键部位和关键施工阶段的情况 4).在少数点或断面安装较全面的测试项目,即最重要的断面进行最详细的观测,其他断面进行一种或几种不同内容的观测 5).在少量测试元件情况下, 不要在大区域内均匀分散布置, 应集中布置获取尽可能多的详细资料以分析 6).不宜限制埋设的元件数量和观测频率,应留有随机布置的数量和余地,适当调整和优化 四、仪器安装埋设与观测 1.接触压力是通过埋设压力盒来测试的 2.衬砌内力通过埋设钢筋应力计或混凝土应力计测试 3.沉降和收敛变形观测点(隧道的三维变形观测) 4.围岩深层位移或沉降通过埋设多点位移计观测 5.爆破震动监测是通过布设的震动传感器量测震动时的震速 五、必威体育精装版监测进展 1）、传感器的发展：由大向小、精度高、抗各种因素高（水、磁、振动等）、耐久性强、光纤传感器（比喻为神经）的应用 2）、由监测设备发展到自动监测仪器：数据自动采集仪、全站仪、电子水平尺、自动沉降仪、自动测斜仪等，以及超前地质雷达及TSP的应用； 3）、监测模式发生变化：手动发展到自动采集、电话传真到网络实时传送文字和图像多媒体等、实时（Real Time）监测、远程（远距离）遥控监测 六、监测数据的处理、分析和预测 一）、数据的取舍 1、数据的统计分析 1）平均值（表示变量分布的集中位置） 算术平均值、几何平均值及加权平均值 2）标准差或方差（表示变量的分散程度） 3）变异系数（表示变量的相对偏差程度） 2、异常数据舍弃的数学方法 1）3?方法