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1. ：测量和监控

10-1测量和监控的目的

a许多地下建筑工程的承包合同地质仪器的测量和监控作为合同中不可或缺的一部分。

这样的监控程序必须定义明确的目的,精心策划,由主管人员通过监控程序的操作完成和实现。

b仪器的基本原理和监测,以及许多仪器的细节,可以在EM 1110-2-4300,混凝土结构仪器中发现。

C岩土工程监测项目进行一个或多个以下用途:

1. 当基于现有的条件选择初始支撑面时，监测可以证明它的合理性或指出它是否需要更多的条件支持才成立。
2. 早期监测在施工期间,也许在一个测试区域可以帮助在规划建设过程或帮助决定是否需要使用应急计划。
3. 位移和载荷的新奥法测量是施工过程的一个重要组成部分,提供持续的过程设计的输入和验证施工。
4. 在论证支撑面是否合理的过程中，监控可以监测地层的稳定和对潜在的地质危害预警。
5. 在某些情况下，最终的衬砌是否需要加强或添加钢筋是基于监控确定的。
6. 可能需要监控显示对环境有影响的指标(如地下水降低，地面建筑,振动)或合同规定的其他。
7. 有时其他地下结构设计的数据也可以获得列如(地下厂房、大坝、其他隧道附近)。
8. 监测可以用来诊断承包商的有缺陷的操作步骤并提供更好的方案。
9. 一些实验设施，试点隧道或为了获得设计重要的建筑的数据而开挖的巷道都需要特殊的仪器来检测。
10. 偶尔获得的基线数据可能对设施的长期运行很有帮助如地下水压力。

d.成功的监测程序一般包括一下步骤

. 按需和客观的制定目标

.计划和设计

.可执行的程序

.解释数据

.基于监测的数据执行

所有的这些步骤必须仔细的提前计划如果获得的数据不能被及时的合理的解释，或没有预见的操作要执行，既定的程序将会没有目的并且也不应该执行。很多隧道尤其是由TBM开凿的隧洞不需要监测程序。大型的洞室和接近地表的构筑更受益于监测。监控安全参数,如空气质量,甲烷,或氡的浓度,在第5 - 13节中讨论。环境监测是为5 - 14节中讨论。

10-2规划和设计监控程序

监控程序的开发始于定义项目的目的和以计划如何实现测量数据。系统规划需要隧道设计人员和操作专业仪器人员的团队合作。在规划成功的监测计划中需要考虑的事项列于表10-1，并在下面的小节中概述。更全面的信息由Dunnicliff（1988）给出。 与隧道和地下室建造，隧道和门户以及城市环境中的监测有关的具体问题在第10-3节中讨论。

A 定义项目条件。 熟悉项目设计的工程师或地质学家应负责规划监测计划。 但是，如果计划由其他人计划，则必须特别努力熟悉项目条件，包括隧道或井的类型和布局，地下材料的地下地层和工程性质，地下水条件，附近结构的状态或其他 设施，环境条件和计划施工方法。

B 预测机制控制行为。 在定义仪器和监测程序之前，必须为可能控制行为的机制建立一个或多个工作假设。 然后应围绕这些假设规划仪器。 例如，如果目的是监测安全，则必须为可能导致岩石或支撑失效的机制建立假设。

c说明仪器和监测的目的以及需要回答的问题。除非有可以辩护的有效目的，否则不应使用仪器。 Peck（1984）指出：“合法使用化学是如此之多，仪器和观察可以回答的问题是至关重要的，我们不应该冒险通过不正当或不必要地使用它们的价值。”应该选择每一种文书， 放置以帮助回答具体问题。 如果没有问题，应该没有仪器。 在解决测量方法本身之前，应该列出在施工期间可能出现的问题。

d选择要监视的参数。表10-2给出了可能需要监视的参数列表。 重要的是要考虑哪些参数对每个特定情况最重要。例如，如果问题是“支持是否重载？”支持中的压力或负载可能是感兴趣的主要参数。 然而，认识到应力是由岩石的变形引起的，还可能需要监测变形。 通过监测原因和效果，通常可以形成两者之间的关系，并且可以采取行动以通过消除原因来补救任何不期望的影响。

E 预测变化的幅度，并设置动作10的响应值。 预测是必要的，使得可以选择所需的仪器范围和所需的仪器灵敏度或精度。 感兴趣的最大可能值或最大值的估计将确定仪器范围，并且最小感兴趣值确定仪器灵敏度或精度。 精度和可靠性通常是冲突的，因为高度精确的仪器可能是精密的和/或脆弱的。应预先确定指示需要采取补救措施的仪器读数。 绿色，黄色和Ed响应值的概念很有用。 绿色表示一切都很好; 黄色表示需要采取预防措施，包括增加监测频率; 红色表示需要及时采取补救措施。

F 制定补救行动，安排实施。 在仪器使用中固有的是必须提前确定用于解决可能由观察结果公开的任何问题的积极手段（Peck 1973）。 如果达到响应值的意见，设计和征集人员应在施工期间保持开放的沟通渠道，以便在任何时候讨论补救行动计划。

G 分配所有阶段的职责和责任。监测计划中的职责包括规划，仪器采购，校准，安装，维护，阅读，数据处理，数据显示，数据解释，报告和决定实施结果。 当分配职责进行监测时，对数据中具有最大既得利益的一方应给予准确生产的直接责任。

H 选择和确定位置

1. 可靠性是选择监测仪器最可取的特性。 仪器的最低成本不应主导仪器的选择。 应该对可用仪器的采购，校准，安装，维护，读取和数据处理的总成本进行比较。最便宜的仪器可能不会产生最低的总成本，因为它可能不太可靠，因为仪器的成本 本身通常是总成本的一小部分。
2. 用户需要对他们选择的仪器进行充分的理解，并且在选择仪器之前，经常与制造商的工作人员讨论应用。 在讨论期间，应确定拟议文书的任何限制。
3. 选择仪器的位置应基于隧道或轴的预测行为。 位置应该与人员在解释数据时将使用的问题和分析方法兼容。 选择仪器位置的实践方法涉及三个步骤。
4. 首先，确定特别关注的区域，例如结构薄弱的地区或负载最重的地区，并找出适当的仪器。
5. 第二，选择区域（通常是横截面），其中预测的行为被认为代表整个行为。 这些区域被认为是主要的仪器部分。 安装在这些区域的仪器将提供全面的性能数据。

（c）第三，因为主区域可能不是真正代表性的，所以在多个次级仪表部分安装简单仪器作为比较行为的指标。 如果一个或多个次级部分的行为看起来与主要部分显着不同，则随着施工进度，可以在第二部分安装附加仪器。

I 记录影响测量的因素。

1. 为了正确解释几乎所有现场仪表数据，必须监测和记录所有对测量结果有影响的现场活动和气候条件。 这些包括至少以下：

.挖掘进度（例如，从安装前进的隧道面的距离）。

.相邻开口的挖掘，包括爆破的影响。

.安装衬里或其他地面支撑。

.安装排水沟或灌浆。

.不寻常的事件（地面不稳定，多余的水流等）。

.继续监测地下水流入地下空间。

1. 通常，地质或岩石质量的变化对监测数据有很大的影响。 虽然通常建议在施工期间沿着重要的地下设施绘制地质图，但在大量监测设施附近尤为重要。

J 建立程序以确保数据正确性。负责监控仪器的人员必须能够回答以下问题：“仪器是否正常运行？”他们有时可以通过视觉观察来确定答案。 在关键情况下，可以使用多于一种相同类型的仪器来提供备用系统，即使其准确度显着小于主系统的精度。 例如，光学测量通常可用于检查为安装用于监测地下变形的仪器的表面安装头部的安装运动的正确性。 重复性也可以给出数据正确性的线索。 经常值得在短时间跨度上进行许多读数以确定缺乏正常重复性是否指示可疑数据，

K 准备仪表系统设计报告。 应编写“仪器系统设计报告”以总结所有以前步骤的规划。 这份报告迫使设计者记录所有的决定，在这一点上，他们可以被审查，以确保他们满足项目的需要

L 计划定期校准和维护。 在使用寿命期间需要定期校准和维护读数单元。 在规划过程中，仪表设计人员应制定程序和时间表，用于定期维护现场终端和可访问的嵌入式组件。

M 计划数据收集和数据管理。应在仪器仪表工作开始之前准备收集，处理，呈现，解释，报告和实施数据的简明程序。 不应低估这些任务所需的努力。 计算机化的数据收集，处理和呈现程序大大减少了人员的工作量，但仍然存在局限性。 没有计算机化系统可以取代工程判断，工程师必须特别努力确保数据被解释和报告，测量的效果与可能的原因相关。

10-3。 隧道和地下室建设监测

隧道掘进的行为最显着地表现为隧道壁和围绕隧道的岩体的位移。 隧道的收敛是迄今为止隧道性能的最重要的指标，并且也相对容易测量。 载荷，应变和应力通常更难以测量，并且更难以解释。

A 位移和会聚。有时可以预测隧道收敛的绝对值，并且超过这个值可能引起关注;然而，收敛速度是更重要的参数。图10-1概念性地示出了收敛速率的几个时间图。曲线a和b显示收缩减小，表明结构的稳定性。如果收敛速度达到零，则此后隧道中的最后一个衬里安装将没有负载。如果位移接近渐近值，则可以通过安装它来减小最终衬里上的载荷。通常，时间依赖性位移与时间的对数线性地变化，并且位移与iog时间的曲线可以用于预测长期性能。非均匀收敛是永久内衬上的潜在不均匀电场的证据。可以通过使用假定的均匀或不均匀的负载分布的反向计算来推断负载，使得负载可以与设计假设进行比较，并且可以评估设计的充分性。

图10-1。 隧道收敛速率

具有增加的收敛速率的曲线c，d，e通常表示不可接受的性能。

（1）最常见的会聚测量是横跨水平直径。 由于设备和业务的干扰，通常不进行垂直测量。 也可以使用Di.ametrai测量。 TBM设备经常阻止或严重妨碍收敛监测的尝试。 在这种情况下，使用全站仪和反射器目标的精密测量可能是一种实用的方法。 在具有在弱地面（例如粘土页岩）中的地板的隧道中的过应力的典型类型是过度的地板隆起。由于水流的流动和软化，地板升沉的监测是困难的。 测量点可以设置在地板顶部以下的距离并受到保护，并且可以通过高精度电子调平读取。

（2）通常需要确定由于爆破破坏的岩石的深度以及在隧道或地下室的壁后面的非弹性或蠕变变形的深度。如果收敛估计是地面支持或衬里设计的基础的一部分，以及是否必须区分收敛的弹性和非弹性部分，这种测量尤其有用。隧道壁后面地面运动的数据通常使用多位置钻孔延伸计（MPBXS）获得。锚定件在距离壁不同距离处附接到径向钻孔的井壁上。这些锚连接到壁处的测量装置，其允许确定锚固点之间的相对位移。将这些数据与理论弹性或弹塑性位移变化相比较，可以导出弹性和塑性分析的参数，并确定塑性位移的程度。这对于确定榫钉或岩石锚栓的所需深度很重要。在大多数隧道中，这样的测量将仅用于严重位移的区域，或者用于典型的测试段，其中数据可适用于大长度的隧道。 MPBXS通常在大型复杂岩石腔中更有用。在相邻隧道之间留有柱子，或在隧道壁处留下岩石，MPBX装置可用于评估过度应力的程度或柱或鼻部内的稳定性，如位移所示。

B 负载测量。在过去几年中，当在隧道中广泛的钢支撑是常见的时，称重传感器常常被并入选定的钢组中。有时，称重传感器安装在钢组和地面之间，以测量钢组内和钢组上的负载，以验证设计假设并添加到钢组设计的

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