采用钢筋的锚杆也可采用钢筋应力监测。

7.10.4、岩体工程灾害预报

 岩体冒落和崩塌以及岩爆是造成岩体工程伤亡事故和生产停顿的主要原因之一，采用声发射技术，可以预报岩体工程大面积地压和岩爆等灾害，从而防止或避免事故的发生。在岩体工程施工中，工人经常听到岩石的声响，并以此作为岩石破坏紧急险情的前。室内和现场研究表明，从岩石破坏所产生的次声能发射是这些可见声响的前兆，因此，在岩爆活动敏感的岩体工程中，检测开挖引起的声发射已越来越成为检测计划中的基本部分。

可听得见的波或声波的频率介于20Hz-20kHz之间，取决于可能发生的事件的规律，其频率随能量释放量的增长而降低。岩石在应力的作用下会发射可探测的声能，其发射频率随应力值的增大而提高。一般来说，发射速率的增长超前于岩石主破裂，采用三角网法可以确定声发射源，它是根据声波传播到几个接收站的时间差而确定的。地音检测系统就是根据上述原理研制的，在地音检测系统中，用地音探测器系统从声源传播出来的声波，它们将机械振动转变成电信号，信号经放大并输送到检测站，经调试后，信号进入计算机接口，以足以起动检测系统的记时和控制部件的信号，计算机将确定记录声波到达每一个探测器的最初时刻，根据这些数据，利用几何和波速的关系，可确定记录声波到达每一个探测器的最将用来确定事件的相对量级，声发射的时间、位置、能量等有关数据可打印出来。地音检测系统的地音探测器是安装在地下岩体工程的岩石壁面上的，数据收集也是地下进行的。对浅埋的岩体工程，探头也可放到从地面往下打的钻孔中，所有数据在地表收集。

7.10.5、监测部位的确定和测点的布置

1、监测部位的确定

从围岩稳定监控出发，应重点监测围岩质量差及局部不稳定块体；从反馈设计、评价支护参数合理性出发，则应在代表性的地段设置监测断面，在特殊的工程部位（如洞口和分叉处）也应设置监测断面。监测点的安装埋设应尽可能地靠近隧洞掌子面，最好不超过2m，以便尽可能完整地获得围岩开挖后初期力学形态的变化和变形情况。这段时间内量得的数据对于判断围岩性态是特别重要的。

1）洞周收敛位移、拱顶沉降量、多点位移计及地表沉降量应尽量布置在同一断面上，锚杆应力和衬砌应力等最好布置在同一断面上，以使监测结果互相对照，相互检验。监测断面的间距视工程长度、地质条件变化而定。当地质条件情况良好，或开挖过程中地质条件连续不变时，间距可加大，地质变化显著时，间距应缩短。在施工初期阶段，要缩小监测间距，取得一定数据资料后可适当加大监测间距，在洞口及埋深较小地段亦应适当缩小监测间距。

2）在一般的铁路和公路隧道中，洞周收敛位移和拱顶沉降监测的断面间距根据围岩类别定为：Ⅱ类：5-20m；Ⅲ类：20-40m；Ⅳ类：40m以上。

3）地表沉降监测的断面间距与隧洞埋深和地表状况有关，当地表是山岭田野时，断面间距根据埋深定为：埋深大于两倍洞径：20-50m；埋深在一倍洞径与两倍洞径之间：10-20m；埋深小于洞径：5-10m。

4）锚杆应力和衬砌应力其监测断面的纵向间距可定为200-500m。

2、测点的布置形式

1）收敛位移的现场监测方案，应视隧洞跨度和施工情况而定，监测方向一般可按十字形、三角形和交叉形等布置，十字形布置适用于底部施工已基本完成的隧洞，测试结构物内部的收敛位移量。如果隧洞顶部布有施工设备，可采用交叉形布置。三角形布置易于校核监测的数据，一般均采用这种形式监测，隧洞较大时，可设置多个三角形的监测方案。

2）若收敛位移监测的目的只是为围岩稳定监控服务，且洞室尺寸不大时，可采用较为筒洁的布置形式。若收敛位移监测的目有还要考虑对岩体地应力场和围岩力学参数作反分析，则要采用多个三角形的监测方案。当地下洞室边墙很高时，则可以沿墙高一定间距设置多个水平测量基线。

3）位移计通常布置在地下洞室的拱顶、边墙和拱脚部位。当围岩比较均一时，可利用对称性仅在洞室一侧布置测点。若要较精确地掌握洞室开挖前后围岩位移变化的全过程，可在地表或临近洞室打外孔预埋。测孔的深度一般应超出变形影响范围，测孔口测点的布置应根据位移变化梯度确定，梯度大的部位应加密，在孔口和孔底一般都应布置测点，在软弱结构面、接触面和滑动面等两侧应设置一个测点。

4）监测围岩内位移的位移计测孔在隧洞内孔口处一般需布设收敛位移测点，浅埋隧洞在拱顶布设拱顶沉降测点，在地表对应部位布设地表沉降和水平位移测点，在这两者之间再布设多点位移计测孔，在隧洞壁上对应部位布设收敛位移测点，从而可分析从拱顶到地表各测点围岩向隧洞内位移变化的规律，同时可验证沉降、多点位移、拱顶沉降和收敛位移各监测项目的正确性及其相互关系。

5）压力盒和锚杆轴力计应在典型区段选择应力变化最大或地质最不利的部位，并根据位移变化梯度和围岩应力状态，在不同的围岩深度内布测点，观测锚杆的长度应与工程锚杆相同。用于埋设压力盒的钻孔和观测锚杆的钻孔的布置形式与多点位移计的相似，通常在钻孔中布置3个或以上的测点。

7.10.6 观测及其频度的确定

1．整个观测期间，应设立值班记录本，详细记载值班期间的一切情况，包括施工进展情况，施工部位，施工工艺流程情况，气候环境，及人工对隧洞的观察情况，喷射混凝土和衬砌上的裂缝开展情况等。

2．各监测项目通常的观测频度为：在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测1-2次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2倍洞径的距离后，每天2天观测一次；一到三个月每周测读1-2次；三个月以后，每月测读1-3次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行，遇突发事件则加强观测。各监测项目原则上应根据其变化的大小来确定观测的频度。如洞周收敛位移和拱顶沉降的监测频度可根据位移速度及离开挖面的距离而定，见表7.10.6，不同的基线和测点，位移速度也不同，因此，应以产生最大位移者来决定监测频度，整个断面内的各基线或测点应采用相同的监测频度。

位移速度与监测频度                表7.10.6

 

7.10.7监测数据警戒值及围岩稳定性判断准则

针对工程实践的具体情况规定容许位移量与容许位移速率值，是进行施工监控的基础工作。

1．容许位移量

1）容许位移量是指在保证隧洞不产生有害松动和保证地表不产生有害下沉量的条件下，自隧洞开挖起到变形稳定为止，在起拱线位置的隧洞壁面间水平位移总量的最大容许值，或拱顶的最大容许下沉量。在隧洞开挖过程中若发现监测到的位移总量超过该值，或者根据已测位移预计最终位移将超过该值，则意味着围岩不稳定，支护系统必须加强。

2）容许位移量与岩体条件、隧洞埋深、断面尺寸及地表建筑物等建筑物等因素有关，例如城市地铁，通过建筑群时一般要求地表下沉不超过5-10mm；对于山岭隧道，地表沉降的容许位移量可由围岩的稳定性确定。

3）弗朗克林警颧标准，见表7.10.7

弗朗克林警戒标准        表7.10.7

4）容许位移量的确定并不是一件容易的事，每一具体工程条件各异，显现出十分复杂的情况，因此，需根据工程具体情况结合前人的经验，再根据工程施工进展情况探索改进。特别是对完整的硬岩，失稳时围岩变往往较小，要特别注意。

 2容许位移速率

1）容许位移速率是指在保证围岩不产生有害松动的条件下，隧洞壁面间水平位移速度的最大容许值。       

2）容许位移速率与岩体条件、隧洞埋深及断面尺寸等因素有关，容许位移速率目前的无统一规定，一般都根据经验选定，例如美国某些工程对容许位移速率的规定：第一天的位移量不超过容许位移量的1/5-1/4（约2.54-3.18mm），第一周内平均每天的位移量应小于容许位移量的1/20（约0.63mm）。而南岭隧道、大瑶山隧道、下坑隧道、金川矿区运输平巷、张家港铁矿的稳定形速度为0.1mm/d，引滦入津输水隧洞的开挖后一个月的稳定变形速度大于10mm/30d。

3）一般规定，在开挖面通过测试断面前后的一二天内容许出现位移加速，其他的时间都应减速，达到一定程序后才能修建二次支护结构。

 3．根据位移-时间曲线判断围岩稳定性

 由于岩体的流变特性，岩体坏前的变形曲线可以分成三个区段；

 1）基本稳定区，主要标志是变形速度不断下降，即变形加速度小于0；

2）过渡区，变形速度长时间保持不变，即变形加速度等于0；

3）破坏区，变形速率渐增，即变形加速度大于0。

   相应地，现场监测到的位移-时间曲线也可能呈现出以上三种形态，对于隧洞开挖后在洞内测得的位移曲线，如果始终保持变形加速度小于0，则围岩是稳定的；如果位移曲线随即出现变形加速度等于0的情况，亦即变形速度不再继续下降，则说明围岩进入“定常蠕变”状态，须发出警告，及时加强支护系统；一旦位移出现变形加速度大于0的情况，则表示已进入危险状态，须立即停工，进行加固，根据该方法判断围岩的稳定性，应区分由于分步开挖时围岩中随分步开挖进度而随时间释放的弹塑性位移的突然增加，使位移-时间曲线上呈现位移速率加速，由于这是由隧洞开挖引起，所用并不预示着围岩时入破坏阶段。

   4．在隧洞施工险情预报中，应同时考虑收敛或变形速度，相对收敛量或变形量及位移时间-曲线，结合观察到的洞周围岩喷射混凝土和衬砌的表面状况等综合因素作出预报。隧洞位移或变形速率的骤然增加往往是围岩破坏、衬砌开裂的前兆，当位移或变形速率的骤然增加报警后，为了控制隧洞变形的一步发展，可采取停止掘进、补打锚杆、挂钢筋网、衬喷混凝土加固等施工措施，待变形趋于正常后才可继续开挖。