监测成果资料分析整理技巧

1.围岩位移监测

（1）测试方法、仪器及测点布置［16］。围岩位移量测采用两种方法，即绝对位移和相对位移量测，其中相对位移量测又分为围岩内部相对位移和洞壁收敛量测。

试验洞顶拱下沉及底板隆起的绝对位移测量使用精密水准仪，精度为二等水准；围岩内部相对位移量测使用21m、10m长的机械式钻孔多点伸长计，读数用游标卡尺，量测精度0.02mm，还有引进法国的4m长电感式钻孔多点伸长计，其读数值可到0.02mm；洞壁净空收敛量测，采用铟丝收敛计，读数可到0.01mm，实际量测精度为0.05mm。

监测断面距开挖面的距离，开始观测的时间是一个很重要的问题，原则上应尽量缩短监测断面与开挖面的距离，并争取尽早开始观测，以取得更多的岩体变形资料。如果没有辅助洞时，在试验洞距开挖面2～3m处打钻孔安装仪器，此距离是洞跨的1/8～1/5，可基本满足围岩变形监测要求。开始量测的时间，机测位移一般在停止掘进10d以后，精密水准一般在1～2d后即可观测。从精密水准点开始观测到多点钻孔伸长计开始测读这段时间内，实测顶拱下沉量很小（常在1mm之内），这说明在停止掘进的情况下，围岩的位移变形是很小的。如果从辅助洞内，安装仪器，可捕捉岩体的最早的变形量。

关于测点布置，根据一般表层围岩变形较大，深部变形逐渐减小的特征，钻孔多点伸长计测点的布置，在21m深的测孔中，测点的布置为1m，2m，4m，10m，15m，21m；10m深的测孔中，测点布置为2m，4m，10m；电感式多点伸长计的固定测点深度为1m，2m，4m。围岩绝对位移的精密水准测点布置比较灵活，除在0+64m及0+84m两个量测断面安装3个测点（分别在拱顶和拱腰处）外，为了加强试验洞的拱顶安全监视可增加测点。洞底隆起测点2个分别埋设于桩号0+78和0+88m洞轴线处。洞壁收敛量测测线布置见图8-7。

（2）围岩绝对位移量测成果。

图8-7　0+64m，0+84m 量测断面布置

1）洞顶沉陷测量。根据精密水准仪量测结果，试验洞顶拱下沉情况，大体有如下规律，即当开挖面距测点3～4m以内时，拱顶最大沉陷值为3.4 mm，最小为0.7mm，平均值1.4mm；当开挖面距测点10m以内时，最大下沉7mm，最小为0.8mm，平均3mm；当开挖面距测点10m以外时，围岩下沉变形逐渐趋于稳定，实测最大下沉8.8mm，平均5.2mm，最小下沉1.0mm。图8-8列出了几个测点的沉陷时间过程线。从曲线上可以看出，各测点在开始观测1个月内沉降速率较大，其平均值每天可达0.1mm，1个月后速率大为减小，一般3 个月后变形即趋于稳定。

图8-8　小浪底大跨度试验洞洞顶沉陷（a）及洞底板隆起（b）曲线

2）洞底隆起测量。见图8-8，0+78m测点洞底隆起的特征是，当测点距开挖面大于10m之后，洞底隆起变形趋于稳定，总隆起量为8.83mm。0+88m测点总隆起量只有2mm 左右，比0+78m 测点小得多，此点隆起值小的原因是由于施工干扰，测点不能及时埋设等造成的。但从实测资料可以看出有顶拱位移大于拱腰的总趋势。

（3）围岩相对位移量测成果。

1）0+64m断面（砂页岩试验段）量测成果。拱顶G2 机械式钻孔多点伸长计于1983年4月11日开始观测（观测曲线见图8-9），随着中间导洞的开挖，围岩位移逐渐增加，到0+76m时，0～1m段围岩压缩位移1mm，1～10m 段围岩松动位移2～3mm，10～21m段松动位移1mm，此时中间停挖，开始扩挖东部，洞跨达10m左右，由于跨度增大，围岩又产生了较大位移。根据图8-10 中Δx1，Δx2，Δx5三条位移曲线可以看出，从孔口到深部围岩位移为松动—压缩—松动的特征。围岩经过此次较大位移变形后逐渐趋于稳定状态，直至大洞开挖结束。

图8-9　G2（上图），G3 机械式多点伸长计相对位移曲线

（1983年4月～1984年3月观测）

拱腰G3 机械式多点伸长计于1983年4月20日开始观测，从位移曲线（图8-9）可以看出，随着洞室的开挖，0～2m段围岩为受力压缩位移1mm 左右，2～21m段围岩为松动位移4.3mm，其中10～21m段围岩基本无位移。6月15日以后基本稳定，历时不到两个月，此时，测孔距开挖面距离一倍洞跨左右。

G2，G3 两机械式多点伸长计监测结果表明：0+64m断面，拱顶围岩的位移大于拱腰，且在0～10m范围内都存在一个压缩区，监测断面距开挖0.5～1.0 倍洞跨后，围岩位移变形逐渐停止达到稳定状态。

边墙的围岩位移，根据E1 电感式多点伸长计监测结果，0～1m为压缩位移，1～4m段为松动位移，位移量很小，只有0.1～0.5mm。E3 电感式伸长计监测结果，0～4m范围内均为松动段，松动0.2mm。

2）0+84断面（断层破碎带试验段）量测成果：拱顶G6 机械式钻孔多点伸长计于1983年10月1日开始量测（量测曲线见图8-10），监测孔最初距开挖面2m，随着东导洞的开挖，围岩位移逐渐增加，到东导洞开挖0+105m时，0～21m间围岩总松动位移2mm。11月13日中间岩墙开始开挖后，位移值又有增加，当中间岩墙开挖到0+95m后，位移值趋于稳定，0～21m间总松动位移量为2.5mm。西拱腰G5 多点伸长计量测结果是：0～21m总松动位移为2.5mm。东拱腰G7 多点伸长计量测的位移值是：0～21m总松动位移2.3mm。边墙G4，G8 两支杆式多点伸长计实测位移值基本相等，0～2m无位移，2～4m压缩位移为3～4mm，4～10m间松动位移3～4mm，0～10m基本无位移。

图8-10　G5，G6，G7 机械式多点伸长计相对位移曲线

（1983年7月～1984年1月观测）

该断面铟钢丝收敛计量测成果见图8-11。拱顶收敛值达2mm 左右即稳定，这同钻孔伸长计，精密水准所测结果基本一致。边墙收敛值不到1mm，与G4，G8 钻孔伸长计所测结果也相符合。

（4）围岩稳定性评价。

1）0+64m监测断面围岩稳定性评价。从图8-9可知G2 孔0～21m的相对松动位移为10mm，此值略大于0+62m精密水准测点所测的绝对下沉值8.3mm，G3 孔0～21m的相对位移为4mm，此值与0+62m精密水准测点所测绝对下沉值5.4mm基本相符。这说明21m深处围岩已无位移。根据G3孔10～21m段已无位移，可以基本判定拱腰围岩松弛变形深度在10m以内。根据G2 孔所测资料，拱顶处围岩松弛深度在10～21m之间，故可以认为拱顶、拱腰围岩松弛深度不超过一倍洞跨，且拱顶大于拱腰。

边墙围岩松弛深度：根据两支电感式钻孔伸长计量测量结果可知，边墙松动位移很小，仅0.1～0.5mm，因此可以估计到边墙的围岩松弛深度远小于顶拱。

图8-11　0+84m 断面拱顶、边墙收敛量测曲线（1983年8月～1984年1月观测）

监测结果还表明：拱顶、拱腰0～10m深度范围内有一个压缩区，形成此压缩位移区的原因，主要是喷锚层的支护效应，围岩在喷锚支护后，增大了力学强度，形成了一个承载拱圈，在承受上部岩体由松弛变形而传来的压力时受到压缩，因而承载拱圈段围岩表现为压缩位移。总的来说，围岩在喷锚支护后，当开挖面距监测断面10m以上时，围岩变形停止，处于稳定状态。

2）0+84m监测断面围岩稳定性评价。从图8-10 可知G5 孔0～18m 松动位移2.5mm，G6孔0～21m松动位移3mm 左右，G7 孔0～21m 松动位移2.3mm，以上数值同精密水准监测洞顶的绝对下沉位移基本一致。以上三孔资料还表明：16～21m深度已基本无位移变形，因此拱顶拱腰处围岩松弛深度在16m以内，这与0+64m断面相近。

边墙G4，G8 孔，4～10m间松动位移为3～4mm，而2～4m 之间压缩位移为3～4mm。以上两位移互相抵消，因而0～10m间位移为零，同铟钢丝收敛计所测两拱脚洞壁无净空收敛是一致的，即两边墙围岩松弛深度不大于10m。

监测结果还表明：0+84m监测断面顶拱下沉位移只有3～4mm，小于0+64m断面，且0～8m范围也存在一个无位移区。说明也有一个承载拱圈形成。分析本断面顶拱下沉位移小于0+64m断面的原因有两点：①在本断面围岩中，喷锚支护比0+64m断面强，喷层加厚5～10cm，锚杆加长1m，且还有5根15m长的深孔预应力锚索。②此段洞室的开挖方式为先拱脚后中间，此种施工方法对防止围岩松动位移，增强围岩稳定性起了良好作用。

2.围岩及锚杆应变量测

（1）应变计的布置、制作与安装。

锚杆应变计布置在0+63m和0+83m两个断面内，量测的锚杆按径向埋设。0+63m断面每根量测锚杆应变计的布置如图8-12。量测锚杆的制作为沿直径25mm，长3～4m的螺纹钢筋上，在铣床上铣一深6mm，宽12mm的一条直槽，在槽内按设计位置粘贴电阻片，用环氧树脂防潮，每根量测锚杆设一温度补偿片，温度补偿片贴在一块钢板上，并设置在两端用914 树脂封闭的钢质圆筒内，安装时，将制作好的量测锚杆直接送入钻孔内，然后进行注浆，使其与围岩联成一体。

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图8-12　0+63m 断面锚杆及围岩应变计测点布置

（a）锚杆应变计；（b）围岩应变计

（2）围岩应变计的布置、制作与安装。围岩应变计的钻孔方向，在顶拱为垂直，拱脚为水平，孔深10m。0+63m断面每个钻孔内应变计布置如图8-12。围岩应变计的制作是将电阻片粘贴在厚4mm，宽14mm，长40mm 的环氧树脂板上，在电阻片上再覆盖4mm 厚的环氧树脂板。并用相同的应变元件置于硬塑料管内，两端用环氧树脂封闭，作为温度补偿元件，安装时将上述元件按设计位置挂在硬塑料管上，送进钻孔，然后灌注水泥砂浆。

（3）应变观测成果。0+63m断面锚杆与围岩应变量测的部分成果列于图8-13、图8- 15。

图8-13　0+63m 断面锚杆应变曲线

从锚杆应变变化的时间过程线来看：观测初期，锚杆无论在拱顶、拱腰、拱脚都是拉应变，而且都有一个不大的峰值，说明锚杆受力增加，随着时间的延长和开挖面的推进，应变逐渐趋向稳定，当开挖面达0+86m 时，应变基本稳定，历时2～3 个月，量测点距开挖面约1 倍洞跨，这与位移量测有相同的特征。围岩应变变化随时间的过程线都是压应变，与位移测试结果相符，也说明围岩在喷锚支护作用下，形成了一个承载圈。

3.物探γ-γ测井围岩密度变化监测

图8-14　0+63m 断面围岩应变曲线

为了研究开挖全过程对围岩的影响范围及空间效应，试验洞开挖前在洞线上0+82m 处山顶上打一钻孔，孔深70m，孔底稍高于洞顶高程，开挖过程中在钻孔内进行物探γ测量岩体密度变化。测量使用的仪器是TYXE-5-50 型组合测井仪，监测结果表明：由于大洞的开挖，钻孔中岩体γ-γ散射强度产生较明显变化，当开挖面尚未达到测孔位置，距离7～8m时，测孔中在洞顶高程以上岩体的γ-γ散射强度开始减小，说明岩体的密度增大（压密），当开挖面超过监测孔4～5m以后，岩体中γ-γ散射强度开始增加，说明岩体密度减小。当开挖面超过测孔10m后，岩体中γ-γ散射强度不再变化，达到稳定。这和位移量测成果是一致的。故可以估计围岩松弛范围在15m左右。

4.岩壁吊车梁承载试验

（1）试验目的和试验方法。承载试验的主要目的是检验2×2500kN桥机和岩壁吊车梁的承载能力是否达到了设计吨位，了解在有限的超载情况下结构的工作运行情况，验证设计假定和结构措施的正确性和合理性，为大吨位桥机在砂岩地区采用岩壁式吊车梁设计积累经验。

加载是通过特制吊笼钢锭的办法来实现的。由于是结构承载试验而非破坏试验，所以加载分别为单桥机负荷的75%，双桥机并车负荷的75%、100%、110%，吊重分别为375t、750t、1000t、1100t。四级荷载全部为动载试验。

（2）测试项目。

1）观测断面位置。针对仪器埋设位置，断面位置为（桩号0+55.25）、B（桩号0+129.25）、A（桩号0+235.25），共设有锚索测力计、钢筋计、多点位移计、测缝计、锚杆测力计共121 支仪器。

2）观测项目。

A.锚杆及钢筋应力；

B.岩石变位；

C.裂缝开合度。

为相互验证，在B、C断面，岩壁梁内侧粘贴反光片，采用高精度经纬仪进行同步观测，同时测定变形监测点的三维坐标，以检验上下游梁之间收敛变化及任一梁体的水平位移和垂直变形量。

桥机停放位置以起吊中心为标志确定到达断面位置，各断面需停留30min，以便读数。

3）观测成果与分析。各级荷载观测成果见表8-7。

桥机负荷试验期间，岩壁梁各观测仪器测值设计规定限制如下：

预应力锚杆测车计和钢筋计测值不大于500kN；

加载前后岩壁梁与岩面间的测缝计读数差不大于0.08mm；

表8-7　观测成果（表中数字仅为最大增加值）

加载前上、下游岩壁梁收敛变形读数差不大于4mm。

成果分析：

A.从观测仪器在试验各阶段测值变化看，多点位移计测值过程线在整个试验过程中平稳，说明试验期间吊车梁未发生变位。

B.当桥机到达观测断面时，吊车梁上部锚杆受拉，岩台部位锚杆受压，测缝计表明的吊车梁与岩面间裂缝开合度也印证了这一现象，说明设计假定是合理的。

C.锚杆测力计和钢筋计的测值变化均不大，没有超过限值。

D.测缝计测值变化最大为0.02mm。

E.由桥机荷载所引起的仪器测值变化，在荷载移走后几乎全部都复原。

从桥机承载试验结果可以看出，吊车梁几乎没有变形，预应力锚杆应力增加值小于岩壁开挖时增加值，说明岩壁吊车梁采用的加固方法安全可靠，施工工艺可行，运行期可以确保吊车安全运行。

目前，在地下工程建设中对围岩稳定性进行监测，已成为指导设计和保证施工安全的重要手段。它对于丰富和发展工程地质与岩石力学的理论和实践也有着重要的意义。通过量测所取得的数据，可以反分析岩体的力学性质。这是室内和野外岩石试验无法实现的。本试验洞中通过几种位移量测的手段，基本揭示了洞室开挖支护后围岩稳定变化过程的空间和时间效应，并可对支护措施的可靠性作出初步评价。但令人遗憾的是，最主要的位移监测及围岩锚杆应变量测，因为没有观测辅助洞可供事先安装测试仪器，而只有当洞子成型后才能开始安装测试仪器，因而使剧烈变形的早期资料捕捉不到。所以说本节所介绍的资料是不完整的。不过对于如何收集资料进行整理分析的方法还是有重要参考价值的。