《第十二章 監(jiān)控設(shè)計(jì)法》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第十二章 監(jiān)控設(shè)計(jì)法（45頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),歷史使人明智；,詩(shī)詞使人靈秀；,數(shù)學(xué)使人周密；,自然哲學(xué)使人深刻；,倫理使人莊重；,邏輯辭學(xué)使人善辨。,培根,第十二章 監(jiān)控設(shè)計(jì)法,第十二章 監(jiān)控設(shè)計(jì)法,12.1,監(jiān)控設(shè)計(jì)原理,原理：,通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲得圍巖力學(xué)動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的信息（數(shù)據(jù)），再通過必要的力學(xué)分析，以修改和確定支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工對(duì)策。,監(jiān)控設(shè)計(jì)通常包括兩個(gè)階段，即施工前的預(yù)設(shè)計(jì)階段和修正設(shè)計(jì)階段。,施工前的預(yù)設(shè)計(jì),，是在認(rèn)真研究勘測(cè)資料和地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用工程類比法進(jìn)行。,修正設(shè)計(jì)：,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)所得到的信息進(jìn)行理

2、論解析與數(shù)值分析，對(duì)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性做出綜合判斷，得出最終合理的設(shè)計(jì)參數(shù)與施工對(duì)策。,監(jiān)控設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)包括：,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)處理,信息反饋三個(gè)方面。,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),:,制定監(jiān)測(cè)方案,確定測(cè)試內(nèi)容,選擇測(cè)試手段,實(shí)施監(jiān)測(cè)計(jì)劃,數(shù)據(jù)處理：,原始數(shù)據(jù)的整理,明確數(shù)據(jù)處理的目的,選擇處理方法,提出處理結(jié)果,信息反饋：反饋方法：理論反饋和經(jīng)驗(yàn)反饋,反饋?zhàn)饔茫盒拚O(shè)計(jì)和指導(dǎo),施工,12.2,監(jiān)控設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè),一、量測(cè)目的,提供監(jiān)控設(shè)計(jì)的依據(jù)和信息。,掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化和規(guī)律,掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài),指導(dǎo)施工，預(yù)報(bào)險(xiǎn)情,做出工程預(yù)報(bào)，確定施工對(duì)策,監(jiān)視險(xiǎn)情，確保施工安全,校核理論，完善工程類比方法,

3、為理論解釋，數(shù)據(jù)分析提供計(jì)算數(shù)據(jù)與對(duì),比指標(biāo)。,為工程類比提供參數(shù)指標(biāo)。,為隧道工程設(shè)計(jì)與施工積累資料,二、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分為應(yīng)測(cè)項(xiàng)目（,1,4,）和選測(cè)項(xiàng)目,（,5,11,）,肉眼觀察,巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)試,應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試,壓力測(cè)試,位移測(cè)試,溫度測(cè)試,物理探測(cè),三、現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)計(jì)劃,量測(cè)項(xiàng)目的確定及量測(cè)手段的選擇,必測(cè)項(xiàng)目,A,類量測(cè),選測(cè)項(xiàng)目,B,類量測(cè),量測(cè)斷面的確定（量測(cè)間隔）,單一測(cè)試斷面,綜合測(cè)試斷面,測(cè)試間距,凈空位移、拱頂下沉的測(cè)點(diǎn)間距,條件,量測(cè)斷面間距（,m),洞口附近,10,埋深小于,2B,10,施工進(jìn)展,200m,前,30(,土砂圍巖減少到,10m),施工進(jìn)展,200m,后,30(,

4、土砂圍巖減少到,20m),地表下沉測(cè)點(diǎn)布置,注：,當(dāng)施工初期、地質(zhì)變化大、下沉量大、,周圍有建筑物時(shí)取低值。,表中,B,為隧道開挖寬度。,覆蓋層厚度,H,測(cè)點(diǎn)間距（,m),H2B,20,2BHB,1020,HB,510,量測(cè)儀器（測(cè)點(diǎn)）的布置,凈空位移量測(cè)的測(cè)線布置,圍巖內(nèi)部位移測(cè)孔的布置,錨桿軸力量測(cè)的錨桿布置,噴層（襯砌）應(yīng)力量測(cè)布置,格柵（鋼架）應(yīng)力量測(cè)布置,地表、地中沉降測(cè)點(diǎn)布置：軟弱破碎圍巖、,覆蓋層小、大跨度。測(cè)出擾動(dòng)范圍、最大沉,陷量、地表沉陷傾斜程度。,圍巖壓力量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置,一般埋設(shè)在拱頂、拱腳和仰拱的中間。,量測(cè)儀器（測(cè)點(diǎn)）的安設(shè)與量測(cè)頻率,盡快安設(shè)，并測(cè)出初讀數(shù),盡量靠近掌

5、子面,12.3,量測(cè)數(shù)據(jù)的處理,量測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化規(guī)律,時(shí)態(tài)曲線（時(shí)間效應(yīng)）。,量測(cè),數(shù)據(jù)變,化速度,隨時(shí)間,的變化,規(guī)律。,量測(cè)數(shù)據(jù)與距離之間的關(guān)系曲線,空間效應(yīng),此外，還需進(jìn)行回歸分析，找出測(cè)試數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的規(guī)律，并推算出測(cè)試數(shù)據(jù)的極值，為監(jiān)控設(shè)計(jì)提供,重要的信息。,一、絕對(duì)位移的換算,圖中有關(guān)系式：,式中 、,i,，,j,兩測(cè)點(diǎn)絕對(duì)位移的,水平和垂直分量,i,，,j,聯(lián)線與水平方向夾角,基線,ij,方向的收斂值,當(dāng)隧道拱頂點(diǎn)及兩側(cè)邊墻中點(diǎn)（或墻角附近）布置成閉合三角形收斂量測(cè)基線時(shí)，有：,令 ，,則上式變?yōu)椋航馍鲜龇匠探M可得：,二、回歸分析,一元線性回歸方程：,求回歸系數(shù),a,，,b

6、,的方法有,選點(diǎn)法、圖解,法、平均法和最小二乘法等。,最小二乘法原理：,觀測(cè)值,的,改正數(shù)的代數(shù)和恒為零，即,觀測(cè)值的改正數(shù)之平方和為最小，即：,對(duì)于,根據(jù)微分學(xué)中求解極限值的原理，要使上式達(dá),到最小值，則分別對(duì)回歸系數(shù),a,，,b,進(jìn)行偏微,分，求其偏微商并令其等于零，即：,解上式得：,回歸精度為：,式中 ，,n,為量測(cè)次數(shù),同理，對(duì)方程，有：,解上式得：,回歸精度為：（剩余標(biāo)準(zhǔn)離差）,一元非線性回歸方程,一元非線性回歸分析步驟：,選擇能代表變量,x,與,y,之間內(nèi)在關(guān)系的函數(shù),類型。,求出變量,x,與,y,相關(guān)函數(shù)的未知量。,經(jīng)過剩余標(biāo)準(zhǔn)差分析，感到精度不夠理想,時(shí)，則可另選一種曲線函數(shù)按

7、照上述步驟,再進(jìn)行重新分析。,目前隧道工程中常用的一元非線性回歸方程有：,對(duì)數(shù)方程,：，,，,指數(shù)方程,：，,雙曲線方程,：，,冪函數(shù),：,求解回歸系數(shù),a,、,b,的方法有：,化成直線型的變量代換法,將一元非線性回歸方程作適當(dāng)?shù)淖兞看鷵Q,后，對(duì)新的變量作線性回歸，然后再還原,到原來的變,量。,例如對(duì)對(duì)數(shù)方程 進(jìn)行變量代,換，設(shè) ，則,回歸系數(shù) ，當(dāng),a,求出后，對(duì)數(shù)方程即可確,定。,它的位移速率表達(dá)式為：,令 ，作為衡量圍巖與初期支護(hù)共同變形達(dá)到基本穩(wěn)定時(shí)的標(biāo)志，則達(dá)到 值所需要的時(shí)間 （收斂時(shí)間）為：,例如：,將 取為自然對(duì)數(shù)：,令 ，,則有,，即為線性方程。,兩倍時(shí)差法,對(duì)如下指數(shù)函數(shù)方

8、程，取兩個(gè)點(diǎn),，,當(dāng)量測(cè)時(shí)間時(shí) ，則可采用兩倍時(shí)差法求,解回歸系數(shù),a,、,b,值。,由上面兩式得：,解得：,單因素優(yōu)選法,原理：逐漸選取回歸系數(shù),a,、,b,值，用回歸精度,控制，當(dāng)達(dá)到最高回歸精度時(shí)，其相應(yīng),的回歸系數(shù)即為所求之值。,例：令 ，,則 為線性方程,求解步驟為：,在方程,u=f,（,a,b,t,）,中令 （為初始值，,可取任意值，一般取,=1,），,并令 ，則,u=f,（，,y,），,為線性方,程。,計(jì)算 ，則回歸方程為,u=f(,t),回歸精度 （剩余標(biāo)準(zhǔn)離差）,再令,（為步長(zhǎng)系數(shù),可取（，）,計(jì)算 ，。,同理可求得 ，,，,，,，若其中 ，則相應(yīng)的 ，即為所,求之回歸系數(shù)值

9、。,例,1,下表為某隧道拱頂下沉量測(cè)數(shù)據(jù)，現(xiàn)采用兩,倍時(shí)差法求其位移函數(shù)表達(dá)式。,取,，,則位移函數(shù)方程式為：,量測(cè)時(shí)間,第,8,天,第,10,天,第,12,天,第,19,天,第,34,天,拱頂下沉量（,mm,）,0,12,13,14,15,量測(cè)間隔（,d,）,0,2,4,11,26,例,2,某隧道初期支護(hù)后，采用單點(diǎn)桿式位移計(jì),測(cè)得隧道側(cè)壁,A,點(diǎn)處隨時(shí)間變化的絕對(duì)位移值如下,表所示，現(xiàn)采用三種回歸方程與所繪出的散點(diǎn)圖,進(jìn)行擬合，計(jì)算結(jié)果為：,對(duì)數(shù)方程 ，,指數(shù)方程,量測(cè)時(shí)間（,d,）,2,5,10,20,30,40,50,60,70,測(cè)得的位移值,u,（,mm,）,3,10,17,23,2

10、4,25.5,26.5,27,27.9,雙曲線方程,最佳回歸方程為,指數(shù)方程,。,對(duì)于一組量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析時(shí)，通常選取幾個(gè)（一般為三個(gè)）適當(dāng)?shù)幕貧w方程與它擬合，對(duì)比要用相關(guān)系數(shù),r,值來選取與散點(diǎn)圖擬合得最佳的回歸方程，即當(dāng)相關(guān)系數(shù),r,愈接近,1,時(shí)，回歸效果最佳，回歸方程與散點(diǎn)圖的擬和程度也就愈好。,相關(guān)系數(shù),r,用下式計(jì)算：,12.4,信息反饋,反饋方法：,理論反饋法,和,經(jīng)驗(yàn)反饋法,一、理論反饋法,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)信息，推求設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)分為直接反饋法和間接反饋法,直接反饋法,正算法,按工程類比法確定計(jì)算參數(shù)。,用理論解析法或數(shù)值分析法求解隧道周,邊的位移值。,計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，當(dāng)

11、兩者有差,異時(shí)，應(yīng)修正原先假定的計(jì)算參數(shù)，重,復(fù)計(jì)算直至兩者之差符合計(jì)算精度時(shí)為,止。,采用最后的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行同樣條件下隧,道設(shè)計(jì)。,間接反饋法,逆算法,根據(jù)隧道施工中量測(cè)到的隧道周邊位移值，,用數(shù)值分析方法來反算出主要的計(jì)算參數(shù)，并以,此進(jìn)行隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。,推算側(cè)壓力系數(shù),假定地層為各向同性的線彈性介質(zhì),量測(cè)信息：拱頂下沉量 ，,側(cè)壁中部水平位移,利用彈性力學(xué)中帶圓孔薄板的圓孔周邊外,徑向位移計(jì)算公式有：,有：,整理后有：,而 ，代入即可求出 ，進(jìn)而求,當(dāng) 已知時(shí)，可求,推求彈性模量,E,當(dāng) 、為已知時(shí),或,假定初始地應(yīng)力,，,由實(shí)測(cè)的隧,道周邊量測(cè)的位移值，采用位移聯(lián)圖反分析,法

12、，推求 及,E,值。,采用地應(yīng)力系數(shù)法求解三維空間狀態(tài)下初始地,應(yīng)力值,二、經(jīng)驗(yàn)反饋法,將量測(cè)的信息與判別準(zhǔn)則進(jìn)行比較。,允許位移值,所謂允許位移值是指在工程的全過程中，,在保證圍巖不產(chǎn)生有害松動(dòng)，地表不產(chǎn)生,有害沉降（指淺埋隧道）條件下的最終位,移量的數(shù)值范圍。,允許位移值，即變形預(yù)留量的控制標(biāo)準(zhǔn)。,影響隧道周邊位移量的大小的因素：,原始地應(yīng)力,開挖方法：全斷面一次開挖比臺(tái)階法開,挖最終位移量要小。,開挖速度,;,特別是距離量測(cè)斷面為,2,倍隧道直徑,范圍內(nèi)的開挖工作面，其開挖速度對(duì)量測(cè)斷面,處的最終位移值的影響最大，開挖速度快最終,位移量小，反之則大。,支護(hù)時(shí)機(jī)：及時(shí)支護(hù)比延遲支護(hù)變形量小

13、，反,之則大,支護(hù)方式,:,預(yù)支護(hù)后再開挖可使最終位移量減少,4,倍，并使位移停止時(shí)間縮短。,確定適宜的允許位移：應(yīng)根據(jù)已建工程的工程,類比初步確定出范圍后，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)果的,統(tǒng)計(jì)分析和工程實(shí)際情況進(jìn)行修正。,位移變化速率,位移變化速率是用每天位移量來表示的。,位移速率的收斂狀態(tài)可表明隧道周邊位移趨于,穩(wěn)定狀態(tài)。,鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則,中規(guī)定：復(fù),合式襯砌中二次襯砌應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基,本穩(wěn)定并具備下列條件時(shí)施作：,隧道周邊位移速率有明顯減緩趨勢(shì),水平收斂（拱腳附近）速率小于,0.2mm/d,或拱,頂位移速率小于,0.15mm/d,施作二次襯砌前的收斂量已達(dá)到總收斂量的,80,以

14、上,初期支護(hù)表面沒有再發(fā)展的明顯裂縫,時(shí)間,位移曲線形態(tài)（位移加速度,）,0(,曲線上凹,),，說明圍巖正處于危險(xiǎn)狀,態(tài)，須立即停工進(jìn)行加固。,圍巖內(nèi)位移及松動(dòng)區(qū),用多點(diǎn)位移計(jì)量測(cè)圍巖內(nèi)部位移，并繪制各位,移計(jì)的圍巖內(nèi)位移圖，由圖即能確定圍巖的松,動(dòng)范圍，可與圍巖最大允許松動(dòng)區(qū)半徑進(jìn)行比,較，同時(shí)也可復(fù)核錨桿的長(zhǎng)度是否滿足要求。,錨桿軸力,根據(jù)日本工程隧道的實(shí)際調(diào)查，錨桿的受力有,下列特點(diǎn)：,錨桿軸力超過屈服強(qiáng)度時(shí)，凈空變位值一般,超過,50mm,。,同一斷面內(nèi)，錨桿軸力最大值多數(shù)在拱部,45,附近到起拱線之間的錨桿。,拱頂錨桿，不管凈空位移值大小如何，出現(xiàn),壓力的情況是不少的。,圍巖壓力,圍

15、巖壓力大，表明噴層受力大，這可能有兩種,情況：,圍巖壓力大但圍巖變形量不大，表明支護(hù)剛度大，或者支護(hù)時(shí)機(jī)過早，尤其是仰拱的封底時(shí)間過早，需降低支護(hù)剛度或者延遲支護(hù)和仰拱封底時(shí)機(jī)，讓原巖釋放較多的壓力。,圍巖壓力大，且圍巖變形量也很大，表明支護(hù)剛度小，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，以限制圍巖變形。,當(dāng)測(cè)得的圍巖壓力很小但變形量很大時(shí)，則還應(yīng)考慮是否會(huì)出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)。,噴層應(yīng)力,噴層應(yīng)力主要是指切向應(yīng)力，因噴層徑向應(yīng)力,不大。,噴層應(yīng)力大，可能由于支護(hù)不足，亦可能是仰,拱封底過早。,噴層應(yīng)力反映噴層的安全度，設(shè)計(jì)者可調(diào)整噴,層厚度。,地表下沉,:,下沉的影響范圍和下沉值,地表下沉曲線可用來表征淺埋隧道的穩(wěn)定性，,

16、同時(shí)亦可用來表征對(duì)附近地表區(qū)已建建筑物的,影響。,橫向地表下沉曲線如左右非對(duì)稱，下沉值有顯,著不同時(shí)，多數(shù)是由于偏壓地形、相鄰隧道的,影響以及滑坡等引起的。,三、反饋信息在設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用,評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定性,用圍巖的位移、位移速率及位移加速度的,反饋信息進(jìn)行評(píng)價(jià)。,評(píng)價(jià)圍巖達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，確定最終支護(hù),時(shí)間及仰拱灌筑的時(shí)間。,調(diào)整施工方法與支護(hù)時(shí)機(jī),當(dāng)測(cè)得的位移速率或位移量超過允許值,時(shí)：,加強(qiáng)支護(hù),調(diào)整施工方法,縮短臺(tái)階長(zhǎng)度；,提前錨噴支護(hù)的時(shí)間；,提前仰拱封底時(shí)間；,對(duì)開挖面進(jìn)行加固：如采用預(yù)支護(hù)（斜插錨,桿、鋼筋、鋼插板等）穩(wěn)定頂部圍巖，用噴,射砼及錨桿等穩(wěn)定掌子面。,調(diào)整錨桿的支護(hù)系數(shù),錨桿的支護(hù)參數(shù)包括錨桿長(zhǎng)度、直徑、數(shù)量,（即間距）及鋼材種類等。,錨桿長(zhǎng)度應(yīng)大于測(cè)試所得的松動(dòng)區(qū)的范圍，,并留有一定的富裕量。,如果測(cè)試顯示錨桿后段的拉應(yīng)變很小和出現(xiàn),壓應(yīng)變時(shí)，可適當(dāng)減小錨桿的長(zhǎng)度。,當(dāng)圍巖位移速率或位移量超過允許值時(shí)，一,般應(yīng)增加錨桿的長(zhǎng)度。如果拉拔力足夠時(shí)，,增加錨桿直徑亦能起到一定的效果，且施工,方便。,當(dāng)錨桿軸向力大于錨桿屈服強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)優(yōu)先,考慮改變錨桿的材料，采用高