数显应力仪使用方法(监控量测作业指导书)

Posted 2023-05-27

篇首语：真正的知识使人真正地、实实在在地胜过他人。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数显应力仪使用方法(监控量测作业指导书)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

数显应力仪使用方法(监控量测作业指导书)

监控量测作业指导书

1.适用范围

适用于本标段铁路隧道正洞量测作业。

2.作业准备

监测点的布置

净空变化、拱顶下沉等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点

数量根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法确定。具体按表 1进行。

表 1 必测项目量测断面间距和每断面测点数量

围岩级别断面间距(m)每断面测点数量

净空变化拱顶下沉

Ⅴ（断层影响带） 5～10 2 条基线 1点

Ⅳ 10～30 2 条基线 1点

Ⅲ 30～40 1 条基线 1点

Ⅱ 50～100 1 条基线 1点

注：洞口及浅埋地段断面间距取小值。

3.技术要求

3.1 量测频率

表 2 拱顶下沉及周边收敛量测频率表

变形速度（mm/d）量测断面距开挖面距离（m）量测频率

>10 12 1～2 次/d

5～10 12～24 1 次/d

1～5 24～50 1 次/2d

<1 >50 1 次/周

注：1.当按表 3选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实

- 54 -

施的量测频率。

2.各量测作业均应持续到变形基本稳定后 2～3周结束。对于断层影响

带、大变形地段围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。

3.2 量测方法及仪器选择

1）洞内观察

开挖工作面的观察，在每个开挖面进行，特别是在软弱围岩条件下，开挖后

应立即进行地质调查，并绘出地质素描图，拍摄地质数码照片。若遇特殊不稳定

情况时，应派专人不间断的观察。

2）对开挖后没有支护的围岩的观测

（1）岩层种类和分布情况，岩层强度，风化及变质情况，填充物的性状，

断层的位置、走向和破碎程度，节理裂隙发育程度及其方向；

（2）开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；

（3）涌水情况：涌水位置、涌水量、水压和水质等；

（4）是否有地板隆起现象。

3）对开挖后已支护地段围岩动态的观测

（1）是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；

（2）喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；

（3）钢拱架有无被压变形情况；

（4）锚杆注浆和喷混凝土，施工质量是否符合规定的要求。

4）观察围岩破坏形态分析

（1）危险性不大，不会发生急剧破坏。如：加临时支护之后即可稳定的情

况；

（2）应当引起注意的破坏。如：拱顶混凝土喷层因受弯曲压力的影响而出

- 55 -

现的裂隙；

（3）危险征兆的破坏。如：拱顶混凝土喷层出现有对称性局部的崩落、侧

墙内移等。

洞内观察必须反映在量测报表中，与相应的净空变化量测、拱顶下沉共同分

析整理。

3.3 净空变化量测

用于量测开挖后隧道净空变化情况。仪器采用弹簧式 JSS30/10 型伸缩式数

显收敛计。弹簧式 JSS30/10 型伸缩式数显收敛计量测精度为±0.06mm，量测时，

把伸缩式数显收敛计的挂钩钩住施测的两水平测点的三角。将净空变化仪装好，

初次量测（测始读数）在钢尺上选择一个适当的孔位，将钢尺套在钢尺支架固定

螺杆上，孔位应选择钢尺张紧时滑块能与百分表顶端接触且读数在 0—25mm 的范

围内，拧紧钢尺压紧螺帽并记下钢尺孔位读数，然后调整滑套长度，顺时针旋进

调节螺母使视窗内红线与视窗刻度红线对齐，并记下数值，重复测试 3次，取平

均值作为初始观测值 R0。

un= R0 – Rn ①

式中：un—第 n次量测时的净空变化值；

Rn—第 n次量测时的观测值；

R0—初始观测值。

当百分读数大于 2500×10-2mm 时，钢尺需另换一个孔位与尺架联接，为了

消除钻孔间距的误差，换孔前后应各测一次。往后计算净空变化时，即以后一次

表读数为基准再加上换孔时的净空变化值。

即 uk= un＋Rk - Rn0 k＞n ②

式中：uk—第 k次量测时的净空变化值；

- 56 -

un—第 n次量测时的净空变化值；

Rk—第 k次量测时的观测值；

Rn0—第 n次量测时的后一次读数。

当量测间隔中变形比较大时，换孔前不能同时测读时应按下式计算：

uk= Rk＋R0 - A0- Ak k＞A ③

式中：A0—钢尺初始孔位读数；

Ak—第 k次量测时孔位读数。

读数的温度修正：

Rnt=（20-tn）* L * α（以 20℃为标准温度） ④

式中：Rnt—第 n次量测的温度修正；

tn—第 n次量测时的钢尺温度；

L—钢尺长度；

α—钢尺线胀系数，α=12×10-6/℃（或钢尺检验资料）

量测记录表附后：量测原始记录表，收敛量测记录表。

3.4 拱顶下沉量测

用于量测开挖后隧道拱顶下沉情况。仪器采用精密水准仪（配测微器）、铟

钢尺和钢卷尺，量测精度为 0.1mm。在量测过程中，必须配备大、小电筒各一支。

扶铟钢尺时要用两根合适长的竹竿，把铟钢尺支成三条腿，利于稳定，保证精度。

钢卷尺为白底黑线，尺头经特殊处理后，做成一个稳固的背相连、一上一下的双

挂钩。为把钢卷尺轻易挂上拱顶量测点，需专门制作长竹竿一根。

量测记录表附后：量测原始记录表、拱顶下沉记录表。

3.5 量测数据的整理、反馈及围岩稳定性的判断

1）资料的整理

- 57 -

（1）量测数据整理完成以后，由量测组长组织量测人员对量测数据的完整

性和真实性进行审核，确认无误后上报分部技术室；

（2）分部技术室对原始数据进行整理、分析；出具《量测日报》、《量测周

报表》及《量测月报表》、《量测数据说明及分析报告》，并作好回归分析。量测

分析报告及施工建议同时报分部现场有关领导。

（3）量测资料在分部技术室主任检查无误后签字上报分部技术主管审核，

审核无误后签字，上报项目经理部。

（4）分部技术室根据每天量测数据定期绘制时态曲线，以作为分析报告的

依据，对异常数据及时和量测组沟通核实，对非量测错误出现的数据异常点，应

及时分析，并作情况说明及时汇报。量测数据错误时，量测组必须重新测量并做

情况说明报测量组组长备案。

（5）统计分析

现场量测数据中存在偶然误差，具有一定的离散性，故量测数据在时间散点

图上下波动，难于找出规律。为检验量测结果的可靠性，了解围岩应力状态、变

形规律和稳定性程度，故应对量测数据进行回归分析。位移-时间曲线最能直接

明确的反映围岩和支护衬砌受力状态随时间的变化情况，故予采用。

（6）位移-时间曲线的选定

位移-时间曲线通常选用下面三种非线性函数中精度最高者进行回归分析，

观测数据不宜少于 25 个。

1.对数函数 u = Alg（1+t）,

u = A + B/ lg（1+t）； ⑤

2.指数函数 u = Ae-B/t，

u = A（1-e-B/t）； ⑥

- 58 -

3.双曲线函数 u = t/（A+Bt）,

u =A1-〔1/（1+Bt）〕2； ⑦

其中，对数函数用于软弱围岩隧道开挖后初期变形进行回归分析，可取得较

高的回归精度。但是，对数函数随 t的增加而发散，因此不能用该函数预估围岩

变形的最终值。而指数函数可用来预估围岩变形的最终值（当 t→∝，u∝=A），

但该函数的曲线在开始部分有拐点，这与实测数据变化规律不符。当对长期观测

B值很小时，则拐点的影响不大，可取得较好的结果，双曲线函数可预计最终位

移值，u∝=1/B。

（7）量测数据的应用

将量测数据进行处理与回归分析后，绘出位移-时间曲线，配合地质、施工

各方面的信息，再与由经验和理论所建立的标准进行比较，对于设计所确定的结

构形式、支护衬砌设计参数、预留变形量、施工方法和工艺及各工序施作时间等

进行检验，若与原设计指标基本相符，则可继续施工，若差别过大，应立即修改

设计（加强或减弱支护衬砌），改变施工方法，调整作业时间，以求安全可靠，

经济合理。

2）根据量测结果进行围岩稳定性的判断

（1）根据位移速度判别

净空变化速度持续大于 5.0mm/d 时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支

护系统。

净空变化速度小于 0.2mm/d 时，围岩达到基本稳定。

在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其它指标判别。

（2）根据位移时态曲线的形态来判别：

作位移时态回归曲线，根据回归后位移时态曲线的形态，当围岩位移速度不

- 59 -

断下降时表示围岩趋于稳定状态；当位移速度保持不变时表示围岩不稳定；当位

移速度不断上升时表示围岩进入危险状态。围岩变形曲线可分为三个区段：

①基本稳定区：当围岩位移速率不断下降，位移加速度为负值（du2/d2t＜0），

称为一次蠕变区，围岩趋于稳定，支护是安全的。

②过渡区：当围岩位移速率保持不变，位移加速度为零（du2/d2t＝0），称

为二次蠕变区，围岩不稳定，应调整施工程序和加强支护系统的刚度与强度。

③破坏区：当围岩位移速率不断上升，位移加速度为正值（du2/d2t＞0），

称为三次蠕变区，曲线出现反弯点，围岩达到危险状态，必须立即停止掘进，加

强支护。

量测分析报表中必须注明支护结构和已经采取的加固措施。

4.施工程序及工艺流程

4.1 量测项目

隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测

项目可分为必测项目（A类量测）（见表 3）和选测项目（B 类量测）。必测项目

是指新奥法施工时必须进行的常规测量，用来判断围岩稳定和支护衬砌受力状

态，指导设计施工的经常性测量。选测项目是指在重点和有特殊意义的隧道或区

段进行的补充量测，用来判断隧道开挖过程中围岩应力状态、支护衬砌效果。本

项目仅设洞内观察、拱顶下沉、净空变化、二衬后净空变化等 4项。

监控量测必测项目

序号监测项目测试方法和仪表测试精度备注

1洞内、外观

察

现场观察、地质素描、

地质照片、地质罗盘

2 净空变化JSS30/10 型伸缩式数

显收敛计0.1mm

进行水平收

敛量测

3 拱顶下沉水准测量的方法、高

精度水准仪、铟钢尺0.1mm

- 60 -

4.2 监控量测流程

4.3 量测资料的整理及管理信息流程

对量测资料应认真检查、审核和计算，每次量测结束后，在二小时内进行资

料整理工作。及时将资料填入有关图表，便于了解数据反映的变化规律。设有量

测日报，作为日常工作向分部领导和项目经理部及时汇报初期支护的稳定状况。

每周的周一作一次汇总，向分部总工、分部领导、项目经理部作汇报、分析。每

月月末整理出阶段性分析报表，对过去一段时间内的量测成果作一次总结，以进

一步指导施工。（拱顶下沉、水平收敛）量测日报、初支单点水平收敛分析、量

测月报（分析报告）初支水平收敛量测原始记录、初支拱顶下沉量测原始记录、

衬砌水平收敛量测原始记录。

监控量测工作

现场量测资料分析及上报

分部技术主管

项目部工程部复核

总工程师审核

提供决策依据

指导现场施工

监理机构设计单位建设单位

- 61 -

5.施工要求

量测结果在不同等级会对施工支护参数做出调整。

5.1 围岩情况

进入正洞后，围岩为Ⅴ级围岩，石英闪长岩，块状构造，弱风化，节理裂隙

少，地下水不发育。

5.2 量测检验施工支护合理性

1）确定最终支护时间和仰拱灌注时间，最终支护应在围岩稳定后进行，应

满足：

周边收敛速率明显下降

收敛量已达总收敛量的 80%~90%

收敛速率≤0.2mm/d

否

分析、研究地质勘测资料

制定监控量测计划

施工

监控量测

开挖工作面

状态评价

初期支护

变形量测

临时加固

稳定性量测

衬砌

净空量测

量测数据处理

稳定性判别

施工是否完成

结束

调整施工

工序或修正

支护参数

- 62 -

仰拱灌注应在围岩稳定后，二次衬砌施作前进行，但对量测收敛速率和位移

量很大的地段，应尽早进行仰拱灌注，以维持围岩稳定，对封底后仍然变形大的

地段，应加强支护。

2）对量测的收敛速率超过允许值时，应调整施工方法、加强支护，调整支

护参数；

（1）调整施工方法

①提前锚喷支护时间；

②提前仰拱封底时间；

③加固开挖面，留核心土。

（2）调整支护参数

①增加或减小锚杆长度或改变锚杆材料、直径等；

②调整拱架间距；

③调整喷层厚度，改变二次衬砌时间；

④修改开挖断面尺寸；

⑤增大或减小预留变形量。

6.劳动组织

项目部成立量测管理小组，分部成立量测小组，负责管段内监控量测工作。

分部量测小组人员为 3人，内业组 1人负责对量测资料的分析整理及上报，外业

组 2人，负责对量测数据的整理归档及量测桩点的埋设。

7.材料要求

1）测点的构造加工要求

根据收敛仪挂钩的要求，水平收敛和拱顶下沉量测点采用φ8的光圆钢筋加

工成三角焊于φ20 螺纹钢筋端头，三角形为 4cm 的等边三角形，φ20 钢筋长为

- 63 -

30cm。对测点要采取保护措施（如用塑料袋包裹，以防喷浆时沾上水泥浆而引起

量测误差）并做上标记。

量测点构造示意图：

φ8钢筋φ20钢筋

4cm30cm

衬砌断面测点可采用与初支相同的构造方法并采用电钻打入φ10mm 的膨胀

螺栓进行埋设，深度 15cm 并焊接量测点。

φ10膨胀螺栓

φ8钢筋

15cm 5cm

2）测点的标识及保护

测点布设在量测组的指导下，由开挖班协助完成，做到牢固可靠。为易于识

别，并有利于保护测点，量测组在测点形成之后，立即用油漆标示出明显的红

"△"，并标有此测点断面的编号（YAS001、YBS001、 YCS001…，ZAX001、ZBX002、

ZCX001…，其中 Y代表右线，Z代表左线，A代表拱顶点，B代表起拱线上 1m 的

基点，C 代表内轨顶面上 1m 的基点，S 代表上行方向，X 代表下行方向）。在布

- 64 -

点时让量测桩露出初期支护面尽可能短，严防意外损坏。

拱顶下沉和洞内水准基点建立联系。在正洞内，量测基点必须保证其稳固和

不动性，为此要做到科学选位，在选定位置上用风钻竖直向下打 1m 深的眼，注

入砂浆，插入一根 1m 长经过处理钢筋棍（顶端打磨成圆凸形，底端焊盘条成十

字叉以利于稳固基点），并对量测基点作明显标志。

8.设备机具配置

净空变化量测采用收敛计和温度计采用、拱顶下沉量测采用铟钢尺和精密水

准仪。地质观察采用地质罗盘。

9.质量控制及检测

变形管理控制等级

见表 4：

表 4 变形管理等级

管理等级管理位移（mm）施工状态

III U<U0/3 可正常施工

II U0/3≤U≤2 U0/3 应加强支护

I U>（2 U0/3）应采取特殊措施

注：U—实测位移值；U0 最大允许位移值；

表 5 单线隧道初期支护极限相对位移（%）

围岩

级别

埋深（m）

≤50 50～300 300～500

拱脚水平相对净空变化值

Ⅱ —— —— 0.20～0.60

Ⅲ 0.10～0.50 0.40～0.70 0.60～1.50

Ⅳ 0.20～0.70 0.50～2.60 2.40～3.50

- 65 -

Ⅴ 0.30～1.00 0.80～3.50 3.00～5.00

拱顶相对下沉

Ⅱ —— 0.01～0.05 0.04～0.08

Ⅲ 0.01～0.04 0.03～0.11 0.10～0.25

Ⅳ 0.03～0.07 0.06～0.15 0.10～0.60

Ⅴ 0.06～0.12 0.10～0.60 0.50～1.20

注：

1.硬岩取表中最小值，软岩取较大值。

2.拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间水平净空变化值与其距离之比；拱

顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。

3.拱墙水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以

1.2～1.3 后采用。

10.安全及环保要求

量测人员进入现场采集数据及埋设桩点前必须在安检人员巡视完掌子面并

确保不会出现危险，并停止掌子面对量测产生干扰的作业。

监控量测作业指导书

1.适用范围
2.作业准备
3.技术要求
4.施工程序及工艺流程
5.施工要求
6.劳动组织
7.材料要求
8.设备机具配置
9.质量控制及检测
10.安全及环保要求