講義 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測技術(shù)全

講義隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測技術(shù)1B414021隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)公路隧道施工應(yīng)加強(qiáng)施工地質(zhì)工作，以達(dá)到地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)的目的。常規(guī)地段應(yīng)實(shí)施跟蹤地質(zhì)調(diào)査，不良地質(zhì)地段應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)應(yīng)作為必備工序納入施工組織管理。一、公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的跟蹤地質(zhì)調(diào)查與超前地質(zhì)預(yù)報(bào),應(yīng)達(dá)到下列主要目的：1.

在施工前期地質(zhì)勘察成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步查明掌子面前方一定范圍內(nèi)圍巖的地質(zhì)條件，進(jìn)而預(yù)測前方的不良地質(zhì)以及隱伏的重大地質(zhì)問題。2.為信息化設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)。3.

降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。4.

為編制竣工文件提供可靠的地質(zhì)資料。二、公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)包括（但不限于）以下內(nèi)容：1.

地層巖性，重點(diǎn)為對軟弱夾層、破碎地層、煤層及特殊巖土等。2.

地質(zhì)構(gòu)造，重點(diǎn)為對斷層、節(jié)理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構(gòu)造發(fā)育情況。3.

不良地質(zhì)，特別是溶洞、暗河、人為坑洞、放射性、有害氣體、高地應(yīng)力、高地溫、高巖溫等發(fā)育情況。4.

地下水，特別是對巖溶管道水、富水?dāng)鄬?、富水褶皺軸及富水地層。三、公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法主要有：地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、物理勘探法（TSP法、TGP法和TRT法）、超前導(dǎo)洞法、水力聯(lián)系觀測。1.

地質(zhì)調(diào)查法是隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，適用于各種地質(zhì)條件隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，調(diào)查內(nèi)容應(yīng)包括隧道地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查和隧道內(nèi)地質(zhì)調(diào)查。2.

物理勘探法適用于長、特長隧道或地質(zhì)條件復(fù)雜隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，主要方法包括有彈性波反射法、地質(zhì)雷達(dá)法、陸地聲吶法、紅外探測法、瞬變電磁法、高分辨直流電法。3.

TSP法適用于各種地質(zhì)條件，對斷層、軟硬接觸面等面狀結(jié)構(gòu)反射信號較為明顯，每次預(yù)報(bào)的距離宜為100~150m,連續(xù)預(yù)報(bào)時(shí)，前后兩次應(yīng)重疊10m以上。4.

地質(zhì)雷達(dá)法適用于巖溶、采空區(qū)探測，也可用于探測斷層破碎帶、軟弱夾層等不均勻地質(zhì)體，在巖溶不發(fā)育地段每次預(yù)報(bào)距離宜為10~20m,在巖溶發(fā)育地段預(yù)報(bào)長度可根據(jù)電磁波波形確定，連續(xù)預(yù)報(bào)時(shí)，前后兩次重疊不應(yīng)小于5m。5.

超前水平鉆探每循環(huán)鉆孔長度應(yīng)不低于30m,連續(xù)預(yù)報(bào)時(shí)，前后兩循環(huán)孔應(yīng)重疊5~8m;可能發(fā)生突泥涌水的地段，超前鉆探應(yīng)設(shè)孔口管和出水裝置，防止高壓水突出；富含瓦斯的煤系地層或富含石油天然氣地層應(yīng)釆用長短結(jié)合的鉆孔方式進(jìn)行探測。6.

富水構(gòu)造破碎帶、富水巖溶發(fā)育地段、煤系或油氣地層、瓦斯發(fā)育區(qū)、采空區(qū)以及重大物探異常地段等地質(zhì)復(fù)雜隧道和水下隧道必須采用超前鉆探法預(yù)報(bào)、評價(jià)前方地質(zhì)情況。7.超前導(dǎo)洞法可采用平行超前導(dǎo)洞法和隧道內(nèi)超前導(dǎo)洞法，兩座并行隧道可根據(jù)先行開挖的隧道預(yù)測后開挖隧道的地質(zhì)條件。8.

當(dāng)隧道排水或突涌水對地下水資源或周圍建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生重大影響時(shí)，應(yīng)進(jìn)行水力聯(lián)系觀測。四、公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的分級超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)實(shí)行分級管理，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害對隧道施工安全的危害程度，對工程進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害分級，采取不同地質(zhì)預(yù)報(bào)方案。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害對隧道施工安全的危害程度，地質(zhì)災(zāi)害分為以下四級：A級：存在重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的地段，如大型暗河系統(tǒng)，可溶巖與非可溶巖接觸帶，軟弱、破碎、富水、導(dǎo)水性良好的地層和大型斷層破碎帶，特殊地質(zhì)地段，重大物探異常地段，可能產(chǎn)生大型、特大型突水突泥地段，誘發(fā)重大環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的地段，高地應(yīng)力、瓦斯、天然氣問題嚴(yán)重的地段以及人為坑洞等。B級：存在中、小型突水突泥隱患的地段，物探有較大異常的地段，斷裂帶等。C級：水文地質(zhì)條件較好的碳酸鹽巖及碎屑巖地段、小型斷層破碎帶，發(fā)生突水突泥的可能性較小。D級：非可溶巖地段，發(fā)生突水突泥的可能性極小。地質(zhì)復(fù)雜隧道的預(yù)測預(yù)報(bào)應(yīng)堅(jiān)持隧道洞內(nèi)探測與洞外地質(zhì)勘探相結(jié)合、地質(zhì)方法與物探方法相結(jié)合、輔助導(dǎo)坑與主洞探測相結(jié)合，開展多層次、多手段的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并貫穿于施工全過程。不同地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)方式可采用：1級預(yù)報(bào)可用于A級地質(zhì)災(zāi)害。采用地質(zhì)調(diào)査法、地震波反射法、超聲波反射法、陸地聲吶法、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法、紅外探測法、超前水平鉆探法等進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)。2級預(yù)報(bào)可用于B級地質(zhì)災(zāi)害。釆用地質(zhì)調(diào)査法、地震波反射法、陸地聲吶法、超聲波反射法，輔以紅外探測法、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法，必要時(shí)進(jìn)行超前水平鉆孔。3級預(yù)報(bào)可用于C級地質(zhì)災(zāi)害。以地質(zhì)調(diào)查法為主。對重要地質(zhì)界面、斷層或物探異常地段宜采用地震波反射法或超聲波反射法進(jìn)行探測，必要時(shí)釆用紅外探測和超前水平鉆孔。4級預(yù)報(bào)可用于D級地質(zhì)災(zāi)害。采用地質(zhì)調(diào)查法。1B414022隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)量測計(jì)劃應(yīng)根據(jù)隧道的圍巖條件、支護(hù)類型和參數(shù)、施工方法以及所確定的量測目的進(jìn)行編制，同時(shí)應(yīng)考慮量測費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，并注意與施工的進(jìn)程相適應(yīng)。隧道施工監(jiān)控量測應(yīng)作為重要工序列入施工組織設(shè)計(jì)和工序管理。一、監(jiān)控量測的目的監(jiān)控量測是施工工藝流程中的一個(gè)重要工序，應(yīng)貫穿施工的全過程。監(jiān)控量測應(yīng)達(dá)到下列目的：1.

掌握圍巖和支護(hù)的動態(tài)信息并及時(shí)反饋，指導(dǎo)施工作業(yè)。2.

通過對圍巖和支護(hù)的變形、應(yīng)力量測，為修改設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3.

分析各項(xiàng)量測信息，確認(rèn)或修正設(shè)計(jì)參數(shù)。二、量測內(nèi)容與方法1.量測項(xiàng)目分必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目，見表1B414022-1和表1B414022-2。隧道施工時(shí)必須進(jìn)行必測項(xiàng)目的量測，選測項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求、隧道斷面形狀、大小和埋深、圍巖條件、周邊環(huán)境條件、支護(hù)類型和參數(shù)、施工方法等綜合選擇。表

1B414022-1序號項(xiàng)目名稱方法及工具布置測試精度1洞內(nèi)、外觀察現(xiàn)場觀測、地質(zhì)羅盤開挖及初期支護(hù)后進(jìn)行—2周邊位移各種類型收斂計(jì)、全站儀每5~50m—1

個(gè)斷面，每斷面2~3對測點(diǎn)0.1mm3拱頂下沉水準(zhǔn)測量的方法，

水準(zhǔn)儀、鋼尺等每5~50m—個(gè)斷面0.1mm4地表下沉水準(zhǔn)測量的方法，

水準(zhǔn)儀、銦鋼尺等洞口段、淺埋段（h0≤2b）0.5mm注：b——隧道開挖寬度；h?——隧道埋深。2.

爆破開挖后應(yīng)立即進(jìn)行工程地質(zhì)與水文地質(zhì)狀況的觀察和記錄，并進(jìn)行地質(zhì)描述。地質(zhì)變化處和重要地段，應(yīng)有照片記載。初期支護(hù)完成后應(yīng)進(jìn)行噴層表面的觀察和記錄，并進(jìn)行裂縫描述。3.隧道開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行圍巖、初期支護(hù)的周邊位移量測，拱頂下沉量測；安設(shè)錨桿后，應(yīng)進(jìn)行錨桿抗拔力試驗(yàn)。當(dāng)圍巖差、斷面大或地表沉降控制嚴(yán)時(shí)宜進(jìn)行圍巖體內(nèi)位移量測和其他量測。位于Ⅳ~VI級圍巖中且覆蓋層厚度小于40m的隧道，應(yīng)進(jìn)行地表沉降量測。4.量測部位和測點(diǎn)布置，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、量測項(xiàng)目和施工方法等確定。5.

測點(diǎn)應(yīng)距開挖面2m的范圍內(nèi)盡快安設(shè)，并應(yīng)保證爆破后24h內(nèi)或下一次爆破前測讀初次讀數(shù)。6.測點(diǎn)的測試頻率應(yīng)根據(jù)圍巖和支護(hù)的位移速度及離開挖面的距離確定。7.現(xiàn)場量測手段，應(yīng)根據(jù)量測項(xiàng)目及國內(nèi)外人工量測儀器的現(xiàn)狀來選用。一般應(yīng)盡量選擇簡單可靠、耐久、成本低、穩(wěn)定性能好，被測量的物理概念明確，有足夠大的量程，便于進(jìn)行分析和反饋的測試儀具。三、量測數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用1.應(yīng)及時(shí)對現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)繪制時(shí)態(tài)曲線(或散點(diǎn)圖)和空間關(guān)系曲線。2.

當(dāng)位移一時(shí)間曲線趨于平緩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律。3.

當(dāng)位移一時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時(shí)，則表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)視圍巖動態(tài)，并加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)暫停開挖。4.隧道監(jiān)控量測工作應(yīng)根據(jù)控制基準(zhǔn)建立預(yù)警機(jī)制，可按表1B414O22-3實(shí)行分級管理。位移管理等級表

IB414022-3管理等級管理位移(mm)處理建議ⅢU＜(U0/3)正常施工Ⅱ(U0/3)≤U≤（2U0/3）綜合評價(jià)設(shè)計(jì)、施工措施，加強(qiáng)監(jiān)控量測，必要時(shí)釆取相應(yīng)工程對策ⅠU>

(2U0/3)暫停施工，釆取相應(yīng)工程對策注：U實(shí)測位移值；U0-設(shè)計(jì)極限位移值。遇到下列情況之一時(shí)，也應(yīng)提出預(yù)警并分級管理。(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂，實(shí)行I級管理；(2)地表出現(xiàn)開裂、坍塌，實(shí)行I級管理；(2)滲水壓力或水流量突然增大，實(shí)行Ⅱ級管理；(3)水體顏色或懸著物發(fā)生變化，實(shí)行Ⅱ級管理。5.二次襯砌的施作應(yīng)在滿足下列要求時(shí)進(jìn)行：(1)

隧道水平凈空變化速度及拱頂或底板垂直位移速度明顯下降；(2)隧道位移相對值已達(dá)到相對位移量的90%以上。對淺埋、軟弱、高地應(yīng)力圍巖等特殊地段應(yīng)視現(xiàn)場情況確定。四、量測管理隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測應(yīng)成立專門測量小組，由施工單位或委托其他單位承擔(dān)量測任務(wù)。量測組負(fù)責(zé)測點(diǎn)埋設(shè)、日常量測、數(shù)據(jù)處理和儀器保養(yǎng)維修工作，并及時(shí)將量測信息反饋于施工和設(shè)計(jì)。現(xiàn)