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【正文】 錨固。當巖層發(fā)生相對位移時，錨固點的位移通過鋼絲傳遞到滑桿，鋼絲從滑桿中心穿過，用壓緊螺釘和夾線塊將鋼絲與滑桿夾住，壓簧頂緊滑桿使鋼絲撐緊，壓簧簧座固定在外殼的底部，用深度測微計測出滑桿的滑動距離，便可算得圍巖各測點的相對位移。 ②串聯(lián)式多點位移計是采用電感式位移傳感器的串聯(lián)式多點位移計，它由位移傳感器、錨固頭、連接錨頭和金屬桿及二次儀表組成，位移傳感器的線圈安裝在錨 頭的內殼中，錨頭用三片互成 120176。角的彈簧片固定在孔壁上，金屬桿上安裝有鐵芯，作為位移傳感器的一部分，金屬桿的一端固定在孔口或孔底，從而組成電感式多點位移計。當巖體產生位移時，各測點上鐵芯在線圈中的位移量也是不一樣的，因而引起不同的電感的變化，用與之配套的二次儀表測讀。這種傳感器串聯(lián)在金屬桿上，并固定在孔內不同深度的基準點上，傳感器或其差動構件的另一部分與錨頭直接連在一起的多點位移計，稱為串聯(lián)式多點位移計。 ③滑動式位移計 滑動多點位移計是一臺高精度的位移計，用于測定的巖土和混凝土中沿某一測線的軸向位移的 分布情況。它主要由測頭、測讀儀、操作桿以及套管組成。套管通 35 常為外徑 60mm，壁厚 5mm 的塑料管或鋁合金管，沿套管軸向每隔 1m 放置一個具有特殊定位功能的錐形測量標志，帶有 PVC 保護套。測頭用操作桿送入，探頭做成球形，測標下部做成圓錐形，在測量位置時，兩者可形成球面和圓錐面間的精密接觸。兩者都有鍥口，當探頭轉動到滑動位置時，探頭能沿著測標滑動，從滑動位置把探頭轉動 45176。就轉到測量位置，往回拉緊導桿，就能使探頭的兩個測頭在兩個相鄰的測標間張緊。當張緊力達到一定值時，探頭中的線性位移傳感器（ LVDT）被觸發(fā)，測得數 據并通過電纜傳送到數字式讀數器，也可以用一臺手提式計算機經過 RS232 接口來記錄數據。松開導桿，把探頭轉動 45176。就轉到滑動位置，移到下一個測標位置繼續(xù)測量。如此可由外向里逐點測試各測點的位移。測頭主體長 1m，內裝有電感式位移傳感器（ LVDT），并裝有遙測溫度計，以作溫差校正。在上述儀器中，若在該位移計探頭上部安設兩個測斜探頭，測斜方向互為正交，就可同時測定鉆孔的軸向和兩個互為正交的橫向變形，即為三向位移計，從而可測定沿鉆孔各測點的三向位移分量。 該種位移計由于不必在鉆孔中埋設傳感元件，克服了多點位移計測試 費用高、測點少、位移計可靠性不易檢驗及測頭易損壞等特點，具有一臺儀器對多個測孔進行巡回檢測，而每孔中的測點數不受限制的優(yōu)點?？蓱糜诖髩?、隧道以及巖土工程中位移，也可通過測量樁和隔墻的兩側的測線的應變量確定其曲率，從而估算其彎矩或偏位曲線。 （ 3）收斂位移監(jiān)測 隧洞周邊或結構物內部凈空尺寸的變化，常稱為收斂位移。收斂位移監(jiān)測所需進行的工作比較簡單，以收斂位移監(jiān)測值為判斷圍巖穩(wěn)定性的方法比較直觀和明確，所以是隧洞監(jiān)測中的常規(guī)監(jiān)測項目。 ①穿孔鋼卷尺式收斂計，監(jiān)測的粗讀元件是鋼尺，細讀元件是百分表或測微計，鋼尺 的固定拉力可由重錘實現(xiàn)，或用彈簧、測力環(huán)配百分表實現(xiàn)。由于百分表的量程有限，鋼卷尺每隔數厘米宜打一小孔，以便根據收斂量的變化情況調整粗讀數。 ②銦綱絲彈簧式收斂計，收斂位移量由讀數表讀取，固定拉力由彈簧提供，并由拉力百分表顯示拉緊程度，采用銦鋼絲制作收斂計，可提高收斂計的溫度穩(wěn)定性，從而提高監(jiān)測精度。 ③銦鋼絲扭矩平衡式收斂計，收斂位移是由讀數表讀取，固定拉力由微型電機提供，電 36 機由控制器操縱，達到一定扭矩后能自動停轉。收斂測試的固定端一般采用短錨桿，并應設置保護裝置。 ④對于拱頂絕對下沉量，可用精密水準儀監(jiān) 測。一些跨度和位移均較大的洞室。也可用精密經緯儀觀測。 ⑤洞周收斂位移也可用巴塞特收斂系統(tǒng) ,它是一種測量隧洞橫斷面輪廓線的儀器 ,由多組首尾相接內設傾角傳感器的桿件組成 ,桿件之間用活動鉸連接 ,隧洞壁上任一點的位移通過桿件的轉動使傾角傳感器產生角度變化 ,已知各桿件的長度和一個桿件一端的坐標點及各傾角傳感器的起始傾角 ,就能以此為起點用以后各時刻測得的桿件傾角計算各點的變化值和坐標位置。巴塞特收斂系統(tǒng)配備有一個專用的數據采集系統(tǒng)，即可用串行口與計算機相連，也可用電話線經調制解調器與計算機相連，采集的數據可自動處理。 ⑥測試設備應根據預計位移量的大小進行選擇，位移較小或精度要求較高時，可采用錮鋼絲收斂計，其精度為 ，穿孔鋼卷尺式收斂計的精度也相當高，亦可以采用。洞室斷面較大時，可采用光電測距儀測取讀數，精度可達 。 （ 4）壓力監(jiān)測 壓力監(jiān)測包括地下洞室內部和支襯結構內部的壓力，以及圍巖和支襯結構間接觸壓力的監(jiān)測。壓力監(jiān)測通常采用應力計或壓力盒。在支襯內部及圍巖與支襯接觸面上的壓力盒的埋設，只需要澆注混凝土前將其就位固定，監(jiān)測圍巖壓力的壓力盒則需專門的鉆孔，將壓力盒放入鉆孔內預定的深度后，用速凝砂漿充填 密實。 ①液壓枕 液壓枕主要有枕殼、注油三通、紫銅管和壓力表組成，為了安設時排凈系統(tǒng)內空氣，設有球式排氣閥。液壓枕需在室內組裝，經高壓密封性試驗合格后才能埋設使用。 液壓枕在埋設前用液壓泵往枕殼內充油，排盡系統(tǒng)中空氣，埋入測試點，待周圍包裹的砂漿達到凝固強度后，即可打油施加初始壓力，此后壓力表值經 24h 后的穩(wěn)定讀數定為該測試液壓枕的初承力，以后將隨地層附加應力變化而變化，定期觀察和記錄壓力表上的數值，就可得到圍巖壓力或混凝土層中應力變化的規(guī)律。 在混凝土結構和混凝土與圍巖的接觸面上埋設，只需在澆注混凝土前將 其定位固定，待 37 澆注好混凝土后即可。在鉆孔內埋設時，則需先在試驗位置垂直于巖面鉆預計測試深度的鉆孔，孔徑一般為 43~45mm，埋設前用高壓風水將孔內巖粉沖洗干凈，然后把液壓枕放入，并用深度標尺校正其位置，最后用速凝砂漿充填密實。一個鉆孔中可以放多個液壓枕，按需要分別布置在孔底中間和孔口。液壓枕常要緊跟工作面埋設，對外露的壓力表應加罩保護，以防爆破或是其它人為因素損壞。 液壓枕又稱油枕應力計，可埋設在混凝土結構內，巖體內或結構與圍巖的接觸面處，長期測試結構、圍巖或它們的接觸面的應力。 液壓枕測試直觀可靠、結構簡 單、防潮防震、不受干擾、穩(wěn)定性好、讀數方便、成本低、不要電源，能在有瓦斯的隧洞工程中使用等優(yōu)點，故是現(xiàn)場測試常用的手段。 ②錨桿軸力的監(jiān)測 支護錨桿在巖石隧洞支護系統(tǒng)中占有重要地位，為監(jiān)測施工錨桿的受力狀態(tài)及大小，需以錨桿的應力進行監(jiān)測。其原理通常是利用錨桿受力后，錨桿發(fā)生變形，采用應變片或應變計測量錨桿的應變，得出與應變成比例的電阻或頻率的變化，然后通過標定曲線或公式將電測信號換算成錨桿應力。監(jiān)測錨桿應力用的應變計主要有電阻式、差動電阻式和鋼弦式。 電阻式錨桿應變計由內壁按一定間距粘貼有電阻片的鋼管或鋁合 金管組成，電阻片粘貼后需做嚴格的防潮處理。也有直接采用工程錨桿，對粘貼應變片的部位經過特殊的加工，粘貼應變片后經防潮處理，并加密封保護罩制成。這種方法價格低廉，使用靈活，精度高，但由于防潮要求高，抗干擾能力低，大大限制了它的使用范圍。 差動電阻式和鋼弦式錨桿應變計是將應變計裝入鋼管，或裝入錨桿加粗段的槽孔中，然后與錨桿連接而成，一根錨桿上可連接多節(jié)，其中的鋼弦式應變計由于環(huán)境適用性強，測讀儀器輕巧方便，故可適用于不同地質條件和環(huán)境條件的錨桿應力觀測。 采用鋼筋的錨桿也可采用鋼筋應力監(jiān)測。 （ 5）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(fā)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(fā)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(xiàn)場 38 研究表明，從巖石破壞所產生的次聲能發(fā)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(fā)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 20Hz20kHz 之間，取決于可能發(fā)生的事件的規(guī)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(fā)射可探測的聲能，其發(fā)射頻率隨應力值的增大而提高。一般來說，發(fā)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(fā)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(tǒng)就是根據上述原理研制的，在地音檢測系統(tǒng)中，用地音探測器系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)射的時間、位置、能量等有關數據可打印出來。地音檢測系統(tǒng)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。 監(jiān)測部位的確定 從圍巖穩(wěn)定監(jiān)控出發(fā)，應重點監(jiān)測圍巖質量差及局部不穩(wěn)定塊體；從反饋設計、評價支護參數合理性出發(fā)，則應在代表性的地段設置監(jiān)測斷面，在特殊的工程部位（如洞口和分叉處）也應設置監(jiān)測斷面。監(jiān)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(tài)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(tài)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(jiān)測結果互相對照，相互檢驗。監(jiān)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(xù)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(jiān)測間距，取得一定數據資料后可適當加大監(jiān)測間距，在洞口及埋深較小地段亦應適當縮小監(jiān)測間距。 （ 2）洞周收斂位 移和拱頂沉降監(jiān)測的斷面間距根據圍巖類別定為：Ⅳ類： 520m；Ⅲ類：2040m；Ⅱ類 40m 以上。 39 （ 3）地表沉降監(jiān)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： 2050m；埋深在一倍洞徑與兩倍洞徑之間： 1020m；埋深小于洞徑： 510m。 （ 4）錨桿應力和襯砌應力其監(jiān)測斷面的縱向間距可定為 200500m。 測點的布置形式 （ 1）收斂位移的現(xiàn)場監(jiān)測方案，應視隧洞跨度和施工情況而定，監(jiān)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(jiān)測的數據，一般均采用這種形式監(jiān)測，隧洞較大時，可設置多個三角形的監(jiān)測方案。 （ 2）若收斂位移監(jiān)測的目的只是為圍巖穩(wěn)定監(jiān)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(jiān)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(jiān)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(jiān)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(guī)律，同時可驗證沉降、多點位移、拱頂沉降和收斂位移各監(jiān)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(qū)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(tài)，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 40 孔中布置 3 個或以上的測點。 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(huán)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(jiān)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 12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 12 次；三個月以后，每月測讀 13 次。若設計有特殊要求，則可按設計要求進行，遇突發(fā)事件則加強觀測。各監(jiān)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(jiān)測頻度可根據位移速度及離開挖面的距離而定，見表下表 ，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(jiān)測頻度，整個斷面內的各基線或測點應采用相同的監(jiān)測頻度。 位移速度與監(jiān)測頻度 位移速度 (mm/d) 15 115 頻 度 12 次 /d 1 次 /d 1 次 /2d 1 次 /7d 1 次 /15d 監(jiān)測數據警戒值及圍巖穩(wěn)定性判斷準則 針對工程實踐的具體情況規(guī)定容許位移量與容許位移速率值，是進行施工監(jiān)控的基礎工作。 （ 1）容許位移量 ①