《敞開式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》編制說明

《敞開式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》編制說明

一、標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性

我國的城市人口規(guī)模越來越大，目前大部分省會城市以及一些主要的地級市

都在興建城市地鐵。在國務(wù)院等相關(guān)部門的審批下，城市地下綜合管廊項(xiàng)目也在

大量開展，建設(shè)海綿城市已經(jīng)成為各個(gè)城市奮斗目標(biāo)。同時(shí)國家交通發(fā)展戰(zhàn)略勢

頭強(qiáng)勁，軌道交通優(yōu)先發(fā)展，高鐵網(wǎng)絡(luò)越來越發(fā)達(dá)，穿山越嶺也離不開鐵路隧道

的開挖。而鉆爆法施工月平均掘進(jìn)里程200m，這種施工速度已經(jīng)無法滿足我國

年均300km隧道開挖歷程和適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件的要求，同時(shí)傳統(tǒng)的施工法也無

法解決隧道開挖過程中環(huán)保、安全等問題。隧道工程對開挖設(shè)備需求越發(fā)強(qiáng)烈，

因此全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（TunnelBoringMachine，TBM）正逐漸成為當(dāng)今開挖隧

道工程舞臺的主角，也逐漸成為現(xiàn)代隧道高效安全施工不可或缺的主要機(jī)械設(shè)備。

TBM是一種靠刀盤旋轉(zhuǎn)并推進(jìn)，通過滾刀進(jìn)行破巖（巖石表面材料去除）而

使隧洞全斷面一次成型的大型工程機(jī)械設(shè)備，在跨流域調(diào)水、大型水電站引水輸

水及穿越山嶺的鐵路工程的長大隧道建設(shè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盤形滾刀位于

TBM最前方，是直接與巖石發(fā)生接觸的關(guān)鍵部件。TBM滾刀破巖的基本原理為：

盤形滾刀在刀盤推力的作用下侵入巖石一定深度，依靠擠壓使巖石內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，

當(dāng)相鄰兩把滾刀引發(fā)的側(cè)向裂紋相互貫通時(shí)，會形成大塊巖片剝落，同時(shí)刀盤旋

轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾刀沿巖石表面滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)地破巖掘進(jìn)。TBM振動(dòng)是TBM法施工時(shí)

應(yīng)用刀盤在掌子面的巖面上連續(xù)滾壓和切削進(jìn)行破巖，在侵入硬巖時(shí)，單把滾刀

所承受的法向推力最高可達(dá)數(shù)十噸，并且硬巖彈脆性損傷的特點(diǎn)決定了滾刀破巖

是伴隨著振動(dòng)與沖擊的動(dòng)態(tài)過程，因此在掘進(jìn)過程中刀盤不斷切削巖體會導(dǎo)致

TBM及周圍巖體產(chǎn)生振動(dòng)。

一方面由于TBM施工本身具有高風(fēng)險(xiǎn)性，一旦出現(xiàn)事故，影響面非常廣，

因此有必要利用現(xiàn)代化科技手段，盡可能減小事故發(fā)生率。為規(guī)范化隧道施工，

國家也出臺了一系列相關(guān)政策，要求TBM必須安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。因此有

必要建設(shè)一套符合國家政策要求的振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，為安全生產(chǎn)保

駕護(hù)航。

另一方面，巖爆是在高地應(yīng)力條件下，巖體受開挖或其他外界擾動(dòng)影響，聚

1

集在其內(nèi)部的彈性應(yīng)變能突然釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射的一種復(fù)炸動(dòng)力型地質(zhì)

災(zāi)害。開挖應(yīng)力重分布后，處于高應(yīng)力狀態(tài)的深部工程圍巖受到工程爆破、機(jī)械

鉆鑿、地震及相鄰隧道巖爆等引起的動(dòng)力擾動(dòng)作用而發(fā)生巖爆災(zāi)害。TBM施工

過程中刀盤在切削巖石需要相當(dāng)大的功率(通常高達(dá)幾千kW)，消耗大量的能量，

同時(shí)刀盤不斷切削擠壓巖體會產(chǎn)生一種振動(dòng)波，該振動(dòng)波攜帶著大量能量源源不

斷地傳遞到掌子面后方圍巖處，形成一種長時(shí)持續(xù)擾動(dòng)，對巖爆等地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)

生均有重要影響，因此對TBM施工振動(dòng)監(jiān)測有重要意義。

1.提高振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性：制定TBM振動(dòng)測試標(biāo)準(zhǔn)，可以明

確TBM振動(dòng)監(jiān)測目的，監(jiān)測方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有助于振動(dòng)監(jiān)測在實(shí)際應(yīng)用中測

量結(jié)果準(zhǔn)確率和可靠率的提高，從而提高測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和有效性。

2.填補(bǔ)TBM振動(dòng)監(jiān)測國內(nèi)空白領(lǐng)域：在吸收總結(jié)鉆爆法施工爆破振動(dòng)監(jiān)測

已有國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，填補(bǔ)TBM這一特殊施工工法振動(dòng)監(jiān)測國內(nèi)空

白領(lǐng)域。

3.促進(jìn)行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化發(fā)展：制定TBM施工振動(dòng)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)有助于統(tǒng)

一行業(yè)內(nèi)的指標(biāo)評定、監(jiān)測方法和數(shù)據(jù)報(bào)告等方面的規(guī)范。這有助于不同機(jī)構(gòu)、

不同施工工法振動(dòng)監(jiān)測進(jìn)行方法與數(shù)據(jù)比對，提高行業(yè)整體的標(biāo)準(zhǔn)化水平，減少

因標(biāo)準(zhǔn)不一致而引起的誤差和偏差。

4.促進(jìn)國際交流與合作：制定TBM振動(dòng)測試標(biāo)準(zhǔn)的過程中，可以參考國際

先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)，吸納國際間的共識和優(yōu)秀實(shí)踐。有助于推動(dòng)國際交流與合作，

提高我國在該領(lǐng)域的話語權(quán)和影響力，促進(jìn)國內(nèi)振動(dòng)測試行業(yè)與國際接軌。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及依據(jù)

1、按照GB/T1.1－2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草

規(guī)則》要求進(jìn)行編寫。

2、參照相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)定，按照標(biāo)準(zhǔn)化對象將標(biāo)準(zhǔn)定義為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定

產(chǎn)品需要滿足的要求以保證其適用性的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在保證可用性、互換性、兼容

性、相互配合或品種控制的前提下形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

三、項(xiàng)目背景及工作情況

2

（一）任務(wù)來源

依托國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《超大埋深極高地應(yīng)力隧道延保產(chǎn)生演化機(jī)理及安全

防控技術(shù)》任務(wù)要求，根據(jù)《中國國際科技促進(jìn)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管

理辦法》的有關(guān)規(guī)定，經(jīng)中國國際科技促進(jìn)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會及相關(guān)專家技術(shù)

審核，批準(zhǔn)《敞開式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》團(tuán)體標(biāo)

準(zhǔn)制定計(jì)劃，計(jì)劃編號為：CI2024011。本標(biāo)準(zhǔn)由東北大學(xué)等單位提出，中國國

際科技促進(jìn)會歸口。

（二）標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位是東北大學(xué)、中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、北

方重工集團(tuán)有限公司、中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司、中鐵隧道局集團(tuán)有限公

司、四川華能瀘定水電有限公司、中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，

負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)文檔起草及相關(guān)文件的編制等。何本國、王杰、馮夏庭、黃勇、申玉生、

劉書兵、李志軍、江權(quán)、尚俊龍、姚志賓、胡磊、張偉、李紅普、孟祥瑞、李嘉

雨、喬志賓等參與起草，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)中重要技術(shù)點(diǎn)的研究和建議，并參與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

的討論。

（三）標(biāo)準(zhǔn)研制過程及相關(guān)工作計(jì)劃

1、前期準(zhǔn)備工作

項(xiàng)目立項(xiàng)前，標(biāo)準(zhǔn)編制小組查閱、研讀相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)，廣泛收集敞開式

TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)相關(guān)的材料。同時(shí)，多次投身于現(xiàn)場TBM施工隧道工

程監(jiān)測試驗(yàn)，并與該行業(yè)相關(guān)人員進(jìn)行調(diào)研、交流，廣泛征求標(biāo)準(zhǔn)制定方面的意

見和建議。

2、標(biāo)準(zhǔn)起草過程

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)通知公示后，標(biāo)準(zhǔn)編制小組首先組織了標(biāo)準(zhǔn)制定工作會議，各

編寫人員根據(jù)工作計(jì)劃分工和編寫要求開展了相關(guān)工作。在標(biāo)準(zhǔn)起草期間，編制

小組主編單位及參編單位組織了數(shù)次內(nèi)部研討會和專家咨詢會，經(jīng)過多次修改，

于2024年2月完成了標(biāo)準(zhǔn)初稿及編制說明的撰寫?作。

3、征求意見情況

2024年3月標(biāo)準(zhǔn)編制小組先后通過現(xiàn)場會議、電話、微信等多種形式征集?

3

業(yè)專家相關(guān)意見和建議。針對征集的意見，標(biāo)準(zhǔn)編制小組召開了研討會，將收集

到的意見進(jìn)行匯總處理分析，在充分吸納合理意見的基礎(chǔ)上，先后修改和完成標(biāo)

準(zhǔn)內(nèi)容，于2024年3月底根據(jù)在各單位反饋意見基礎(chǔ)上，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿

并由中國國際科技促進(jìn)會提交全國標(biāo)準(zhǔn)信息平臺公示。

（四）主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析

通過系統(tǒng)研究TBM振動(dòng)源產(chǎn)生機(jī)理及其在巖石中的傳播規(guī)律，并調(diào)研各種

現(xiàn)有行業(yè)爆破振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備、技術(shù)及數(shù)據(jù)處理方法，深入研究并優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)體

系，提出了具體的敞開式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)方案。

本技術(shù)規(guī)程主要闡述利用現(xiàn)有一體化三軸智能振動(dòng)監(jiān)測傳感器，現(xiàn)在國家重

大鐵路某鉆爆法隧道進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測，借鑒爆破振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)敞開式

TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測，具體要點(diǎn)包括：

(1)敞開式TBM刀盤、護(hù)盾、撐靴振動(dòng)監(jiān)測：闡明敞開式TBM關(guān)鍵部位刀盤、

護(hù)盾、撐靴的振動(dòng)監(jiān)測意義、測點(diǎn)選取技術(shù)要點(diǎn)、關(guān)鍵部位傳感器安裝技術(shù)要點(diǎn)、

無線長時(shí)連續(xù)監(jiān)測技術(shù)要點(diǎn)，并基于國家重大研發(fā)計(jì)劃對重大鐵路TBM施工隧

道進(jìn)行關(guān)鍵部位護(hù)盾和撐靴位置處的現(xiàn)場振動(dòng)監(jiān)測，得出TBM護(hù)盾尾部振動(dòng)遠(yuǎn)

遠(yuǎn)大于撐靴位置處，振動(dòng)加速度-10~10g，振動(dòng)效應(yīng)相當(dāng)明顯，而撐靴位置處主

要振動(dòng)方向?yàn)樗淼垒S線方向，撐靴位置處沿隧道軸線方向振動(dòng)速度：1.5~2.5cm/s、

振動(dòng)頻率：30~40Hz，隧道徑向和垂直于隧道底板方向振動(dòng)速度均小于1cm/s、

振動(dòng)頻率均為280~320Hz，即沿隧道軸線開挖方向撐靴對圍巖產(chǎn)生較高振速，低

振幅、低頻率擾動(dòng)，有效揭示了護(hù)盾和撐靴振動(dòng)對圍巖拱頂及邊墻位置處破壞的

影響程度。

(2)敞開式TBM施工隧道圍巖表面振動(dòng)監(jiān)測：闡明敞開式TBM施工隧道圍巖

表面振動(dòng)監(jiān)測試驗(yàn)段選取技術(shù)要點(diǎn)、圍巖表面?zhèn)鞲衅靼惭b技術(shù)要點(diǎn)、考慮結(jié)構(gòu)面、

斷層布置測點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)，并基于國家重大研發(fā)計(jì)劃對重大鐵路TBM施工隧道掌

子面附近30m范圍內(nèi)圍巖表面開挖擾動(dòng)監(jiān)測，在距離掌子面10m處的振動(dòng)速度：

0.1~0.9cm/s、振動(dòng)加速度：-3~3g；在距離掌子面20m處的振動(dòng)速度：0.1~0.4cm/s、

振動(dòng)加速度：-0.3~0.1g。有效揭示了開挖一定距離內(nèi)的振動(dòng)波傳播規(guī)律。

(3)敞開式TBM施工隧道圍巖內(nèi)部振動(dòng)監(jiān)測：闡明敞開式TBM施工隧道圍巖

內(nèi)部振動(dòng)監(jiān)測測點(diǎn)選取技術(shù)要點(diǎn)、圍巖內(nèi)部傳感器安裝技術(shù)要點(diǎn)、綜合振動(dòng)監(jiān)測

4

（軸向、徑向）系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)，并計(jì)劃于2024年7月進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證。

(4)振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)清洗處理技術(shù)及其頻譜分析、功率譜、能量譜分析技術(shù)要

點(diǎn)：闡明結(jié)合TBM掘進(jìn)信息及地質(zhì)信息的TBM振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)清洗技術(shù)要點(diǎn)，運(yùn)

動(dòng)傅里葉變換、功率譜、幅度譜的振動(dòng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)要點(diǎn)。

四、標(biāo)準(zhǔn)制定的基本原則

標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，遵循了以下基本原則：

1、標(biāo)準(zhǔn)需要具有行業(yè)特點(diǎn)，指標(biāo)及其對應(yīng)的分析方法要積極參照采用國家

標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2、標(biāo)準(zhǔn)能夠體現(xiàn)出產(chǎn)品的具有關(guān)鍵共性的技術(shù)要素。

3、標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)楫a(chǎn)品的開發(fā)、改進(jìn)指出明確的方向。

4、標(biāo)準(zhǔn)需要具有科學(xué)性、先進(jìn)性和可操作性。

5、要能夠結(jié)合行業(yè)實(shí)際情況和產(chǎn)品特點(diǎn)。

6、與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)協(xié)調(diào)一致。

7、促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步。

五、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了敞開式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范要求，正文部分共分六

章包括標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、基本規(guī)定、監(jiān)測設(shè)備、

TBM振動(dòng)監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和報(bào)告編制。

六、與有關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

遵守和符合相關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求。規(guī)范性引用文件包括：

GB/T41052-2021全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

GB/T41051-2021全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)巖石隧道掘進(jìn)機(jī)安全要求

GB/T34652-2017全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)敞開式巖石隧道掘進(jìn)機(jī)

TB10313-2019鐵路工程爆破振動(dòng)安全技術(shù)規(guī)程

T/CECS986-2021爆破安全監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

七、重大意見分歧的處理依據(jù)和結(jié)果

本標(biāo)準(zhǔn)起草過程中沒有重大分歧意見。

5

八、后續(xù)貫徹措施

建議由隧道與地下工程相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)構(gòu)組織貫徹本標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)活

動(dòng)，利用各種活動(dòng)