隧道超前地质预报与监控量测技术方案.doc

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1、第八篇 技术实施方案一、现场超前地质预报和监控量测编制依据本次新建铁路巴准线2标段隧道工程的监控量测所执行的国家和行业标准与规范主要有：(1)铁路隧道监控量测技术规程TB10121-2007(2)工程测量规范GB50026-93(3)铁路隧道设计规范TB10003-2005(4)铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008(5)锚杆喷射混凝土支护技术规范GB500862001(6)铁路隧道衬砌质量无损检测规程TB10223-2004(7)铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设2008105号(8)超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS02:88二、总体概况和特点概述新建铁路巴准线隧道共193

2、59km/16座，占线路总长的15.11%。其中第2标段隧道8918米/8座，主要分布于低中山区。1.1 工程概况(1) 隧道概况敖包沟隧道位于内蒙古高原区，主要地貌单元为低中山区，地形凌乱，冲沟较发育，沟底多见基岩出露，地面高程在1343.51431m，相对高差87.5m，隧道最大埋深86.8m。隧道起讫里程为DK32+809DK34+763，全长1954m，为双线隧道，洞身左线DK34+506.82至隧道出口段于R=800m的曲线上，其余段均位于直线上，洞内纵坡为-5.0和-3.0单面下坡。王家梁隧道位于内蒙古高原区，主要地貌单元为低山丘陵区，地形凌乱，冲沟和沟谷较发育，多呈“V”字形，部

3、分呈“U”字形，沟底多见基岩出露，地面高程在13151420m，相对高差105m。隧道起讫里程为DK45+599DK48+816,全长3217m，为双线隧道，最大埋深约83m，洞身除左线进口至DK45+637.45位于R=1200m的曲线段上及右线进口至DK45+655.70位于R=1195.7m的曲线段上外，余均位于直线段上，洞内设计纵坡为+3.0、+3.5的单面坡。忽吉图沟隧道位于低中山区，地形起伏不大，冲沟较发育，冲沟断面多呈“V”字形，进出口端坡度较陡。隧道起讫里程为DK+48+920DK49+604,全长684m，为双线隧道，隧道最大埋深约43m。洞身均位于直线段上，洞身纵坡为3.5

4、和4单面上坡。李家圪卜1号隧道位于低山丘陵区，地形起伏不大，冲沟较发育，进口段坡度较陡，洞身、出口端覆盖砂质黄土，进口段基岩裸露。该隧道下穿高速公路，高速公路处埋深约20m。隧道起讫里程为DK58+272.38至DK58+513.47段位于半径2000m的曲线上，其余均位于直线段上，洞内纵坡为-10.5单面下坡。李家圪卜2号隧道位于鄂尔多斯市准格尔旗李家圪卜村境内。属低山丘陵区，地形起伏较大，冲沟较发育两洞口端坡度较陡，洞身基岩裸露。隧道洞顶地面最高处高程1335.949m，隧道最大埋深48.41m。隧道起讫里程为DK59+230DK60+000,全长770m，为双线隧道。洞身均位于直径160

5、0m的曲线上，洞内纵坡为-11单向下坡。王连圪卜1号隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大，冲沟较发育，进、出口端坡度较陡，洞身局部覆盖砂质黄土；进、出口端基岩裸露，地面高程1289.94m，洞顶地面最高处高程1315.345m，隧道最大埋深34m。隧道起讫里程为DK60+212DK60+457,全长245m，为双线隧道，洞身均位于直线段上，洞内设坡度为-11.5的单面坡。王连圪卜2号隧道位于低山丘陵区，地形起伏大，冲沟较发育，进、出口端坡度较陡，洞身基岩裸露，隧道最大埋深约41m。隧道起讫里程为DK60+830DK61+015，全长185m，为双线隧道，洞内均位于R=1200m的曲线上，洞身纵坡为

6、-11.5的单面下坡。哈拉沟隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大，冲沟较发育，进、出口端坡度较陡，洞身大部分基岩裸露。隧道洞顶地面最高处高程1344.36m，隧道最大埋深83m。工点位于鄂尔多斯市准格尔旗郝家庙嫣村境内，交通不便利。隧道起讫里程为DK61+762DK62+590，全长828m，为双线隧道，隧道最大埋深约72m。洞身主线DK61+790.63至DK62+566.28至出口段位于R=1600m的曲线上，其余均位于直线上，洞内纵坡为-11和-11.6单面下坡。1.2 主要工程及水文地质（1）地层岩性沿线各时代地层复杂，自新生界到太古界地层均有出露。（2）地质构造线路所经过地区在大地构造单

7、元上属于华北地台鄂尔多斯台向斜，为一较稳定的中生代内陆坳陷盆地。构造运动极其微弱，只有轻微的波状褶皱和小断裂构造，地壳运动主要表现为升降运动，褶皱构造轻微。地层多为中生代沉积岩，产状平缓或近于水平，呈宽缓波状起伏，为一自北东向南西缓倾斜的单斜岩层，沿线地质构造简单。（3）不良地质全线的不良地质主要有：采空区、泥石流、错落、崩塌、落石等。（4）主要水文地质特征沿线主要河流、沟川有：束会川、四道柳川、暖水川、纳林川、十里长川等均属黄河水系。枯水期水量很小，甚至干涸，洪水期水量突增，水势凶猛。由于河流内植被稀疏，坡度大，水土流失严重。沿线主要的地下水类型有沟谷松散地层孔隙潜水和基岩裂隙水。含水层呈条

8、带状分布于各沟谷中，由第四系冲积、冲洪积松散堆积物组成，厚度0.810.1m不等。地下水埋深0.42.5m。地下水水位变幅12m，主要靠大气降水及部分河水补给。含水层主要赋存于侏罗系、三叠系砂岩、泥岩风化裂隙中，主要靠大气降水补给。地下水埋深3.624.3m不等。沿线地表水及地下水对混凝土结构一般不具侵蚀性。表1 第2标段隧道工程一览表序号隧道名称起讫里程长度（米）1敖包沟隧道DK32+809DK34+76319542王家梁隧道DK45+599DK48+81632173忽吉图沟隧道DK+48+920DK49+6046844李家圪卜1号隧道DK58+272.38DK58+513.4710355李

9、家圪卜2号隧道DK59+230DK60+0007706王连圪卜1号隧道DK60+212DK60+4572457王连圪卜2号隧道DK60+830DK61+0151858哈拉沟隧道DK61+762DK62+590828三、监控量测的目的由于全线隧道工程跨度大，最大开挖跨度达到13.8m。而且所穿越的地层围岩条件较差；同时岩体的生成条件和地质作用复杂，岩体的产状和结构也非常复杂；并且在隧道掘进过程中，由于开挖方法、支护时机、支护结构刚度等均对围岩稳定性产生影响，因此可通过对隧道施工期间围岩和支护结构的监控，及时分析围岩与支护结构的工作状况，以指导隧道施工和支护结构的设计。开展本次隧道现场监测的目的主

10、要有：(1) 掌握隧道围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，及时指导施工；(2) 预测事故和险情，以便及时采取措施，控制围岩发生过大的变形，防止发生坍塌和事故；(3) 积累资料，为今后类似地质条件下的隧道设计和施工提供技术资料和依据；(4) 量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证隧道的施工安全和围岩稳定，为隧道安全施工提供可靠的信息。通过对隧道施工期间开展的现场监控量测，可获得围岩和支护结构的力学与变形状况，并且此项工作还是加强工程安全质量管理，防止重大事故发生的有力措施。现场监测的数据和资料，需要满足以下几方面的要求：(1) 现场监测的数据和资料将使业主

11、能完全客观真实地了各隧道工程安全状态和质量程度，掌握工程各主体部分的关键性安全和质量指标，确保隧道工程能按照预定的要求顺利完成；(2) 现场监测数据和资料是处理工程合同纠纷的重要依据，它可以防止承包商提供虚假的资料和数据隐瞒工程安全和质量真相，并在业主进行索赔时提供确凿的证据；(3) 现场监测的数据和资料可以按照安全预警发出报警信息，既可以对安全和质量事故做到防患于未然，又可以对各种潜在的安全和质量风险进行监控。(4) 通过现场监测，掌握隧道爆破对围岩的影响程度，用以修改钻爆设计参数而保护围岩，防止围岩过大变形和坍塌而失稳。通过对新建铁路巴准线沿线隧道工程所开展的第三方监控量测，可以实现如下目

12、的：(1) 掌握隧道围岩的变形规律，用以调整施工方法和支护参数。(2) 通过对围岩压力和支护结构内力的测定，了解支护结构的受力状况和应力分布，揭示围岩变形与衬砌结构的相互作用关系，对原支护结构形式、支护参数和做出评价。(3) 通过对开挖面地质状况以及已支护地段衬砌结构工作状况的观察和分析，及时发现安全隐患并予采取相应的措施，确保隧道施工期间的安全。(4) 通过现场的监控量测可为变更设计和调整施工方法提供科学依据。为了达到以上的监控量测目的，监控量测工作将贯穿隧道施工的全过程。监控量测数据及其分析结果可立即与事先预设计支护参数相比较，并对预设计做出正确评价，如监控量测结果与原设计有较大出入，有必

13、要对支护作加强和减弱的修正，使隧道的设计和施工纳入动态的科学管理中。为了确保沿线各隧道施工的顺利进行，并较为准确地掌握施工过程中围岩的稳定状态，指导施工和变更设计，现场监控量测按照隧道设计图纸和铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）的要求开展。四、现场监控量测的内容和数量4.1 监控量测的内容根据新建铁路巴准线（巴图站至点岱沟段）工程地质超前预报与现场监控量测招标文件的要求，并结合隧道设计文件以及铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008的相关内容，为确保隧道施工的安全与顺利进行，并较为准确地掌握隧道施工过程中围岩的稳定状态，采用现场监测的方式监测各项支护手段的效果，以利于指导

14、施工和变更设计。沿线隧道均按照“新奥法”原理进行设计，现将现场监测的主要内容和数量安排如下。表2 沿线各隧道现场监控量测项目一览表序号监控量测项目量测方法及工具地质超前预报1开挖面地质及支护状况观察岩性和产状编录 地质罗盘，数码相机2红外探水红外线探测仪3地质超前预报隧道地震探测仪TSP2034开挖面超前钻探工程钻机监控量测5隧道周边位移测桩和收敛计或激光隧道断面检测仪6隧道地表下沉测桩和水准仪或激光隧道断面检测仪7隧道拱顶下沉测桩和水准尺或激光隧道断面检测仪8钢拱架内外力钢筋应力计和频率读数仪9围岩变形量测单点或多点位移计隧道检测10支护喷射混凝土强度超声-回弹综合法检测及钻芯11衬砌支护厚

15、度和空洞地质雷达、钻芯及尺量表3 隧道现场监控量测项目及量测方法序号项目名称方法及工具断面布设量 测 间 隔 时 间115d16天1月13月大于3个月1开挖面地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝，地质罗盘、数码相机等开挖后及初期支护后进行每次爆破后进行2开挖面超前钻探工程钻机间隔100m一个断面，每个断面取3个钻孔3地质超前预报地震法超前预报仪或掌子面地质超前钻孔间隔100m一个断面4红外探水红外线探测仪间隔100m一个断面5隧道拱顶下沉水平仪、水准尺、钢尺或测杆每1050m一个断面12次/d1次/2d12次/周13次/月6隧道周边位移收敛计每1050m一个断面，每断面23个测点12次

16、/d1次/2d12次/周13次/月7隧道地表下沉水平仪、水准尺每10m一个断面开挖面距量测断面前后2B时，12次/d；开挖面距量测断面前后5B时，1次/2d；开挖面距量测断面前后5B时，1次/周8钢支撑内力轴力计或钢筋计每代表性地段一个断面，每断面宜为5个测力计12次/d1次/2d12次/周13次/月9隧道围岩变形观测单点或多点位移计间隔200米一个断面，每个断面取2个测点10支护喷射混凝土强度超声-回弹综合法或钻心间隔200米一个断面，每组3个试样11衬砌支护厚度及空洞地质雷达衬砌施工完成后，按3条测线测试注：B为隧道开挖的宽度。4.2 监控量测的数量根据新建铁路巴准线（巴图站至点岱沟段）工

17、程地质超前预报与现场监控量测招标文件的要求，并结合隧道设计文件以及铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008的相关内容，为确保隧道施工的安全与顺利进行，并较为准确地掌握隧道施工过程中围岩的稳定状态，采用现场监测的方式监测各项支护手段的效果，以利于指导施工和变更设计。现将现场监测的主要内容和数量安排如下。表4 敖包沟隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长（1954米）工程量合计级级705.5米1248.5米数量数量数量1开挖面地质及支护状况观察35个125个160个2红外探水705.5米1248.5米1954米3地质超前预报7次（每100米一次）12次（每200米一次

18、）19次4超前钻孔73=21个123=36个57个5隧道周边位移35个（每20米一个断面）125个（每10米一个断面）800点次6隧道地表下沉浅埋（874/10=88个）深埋（1248.5/50=22）1320点次7隧道拱顶下沉35个（每20米一个断面）125个（每10米一个断面）160点次8钢拱架内外力35个（每20米一个断面）125个（每10米一个断面）800点次9围岩变形量测982=196196点次10支护喷射混凝土强度103=30个30个11衬砌支护厚度和空洞19543=5862米5862米表5 王家梁隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长（3217）米工程量

19、合计级级1450米1767米数量数量数量1开挖面地质及支护状况观察73个177个250个2红外探水1450米1767米3217米3地质超前预报14次（每100米一次）18次（每200米一次）32次4超前钻孔143=52个183=54个106个5隧道周边位移73个（每20米一个断面）177个（每10米一个断面）1250点次6隧道地表下沉浅埋地段（583/10=59）深埋地段（2634/50=53）1344点次7隧道拱顶下沉73个（每10米一个断面）177个（每10米一个断面）250点次8钢拱架内外力73个（每20米一个断面）177个（每10米一个断面）1250点次9围岩变形量测1602=3203

20、20点次10支护喷射混凝土强度163=48个48个11衬砌支护厚度和空洞32173=9651米9651米表6 忽吉图沟隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长（684米）工程量合计全长为级围岩数量1开挖面地质及支护状况观察69个69个2红外探水684米684米3地质超前预报7次（每100米一次）7次4超前钻孔73=21个21个5隧道周边位移69个（每10米一个断面）345点次6隧道地表下沉浅埋段（407米/10=40个）深埋段（277/50=6个）552个7隧道拱顶下沉69个（每10米一个断面）69点次8钢拱架内外力69个（每10米一个断面）345点次9围岩变形量测34

21、2=6868点次10支护喷射混凝土强度33=9个9个11衬砌支护厚度和空洞6843=2052米2052米表7 李家圪卜1号隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长（1035米）工程量合计级级260米775米数量数量数量1开挖面地质及支护状况观察13个78个91个2红外探水260米775米1035米3地质超前预报2次（每100米一次）8次（每100米一次）10次4超前钻孔33=9个73=21个30个5隧道周边位移13个（每20米一个断面）78个（每10米一个断面）455点次6隧道地表下沉浅埋地段（236/10=24个）深埋地段（800/50=16）480点次7隧道拱顶下沉

22、13个（每20米一个断面）78个（每10米一个断面）1092点次8钢拱架内外力13个（每20米一个断面）78个（每10米一个断面）455点次9围岩变形量测512=102102点次10支护喷射混凝土强度53=1515次11衬砌支护厚度和空洞10353=3105米3105米表8 李家圪卜2号隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长（770米）工程量合计全长为级围岩770米数量数量1开挖面地质及支护状况观察77个77个2红外探水770米770米3地质超前预报8次（每100米一次）8次4超前钻孔73=21个21个5隧道周边位移77个（每10米一个断面）385点次6隧道地表下沉7

23、7个（每10米一个断面）924点次7隧道拱顶下沉77个（每10米一个断面）77点次8钢拱架内外力77个（每10米一个断面）385点次9围岩变形量测382=7676点次10支护喷射混凝土强度43=12个12个11衬砌支护厚度和空洞7703=2310米2310米表9 王连圪堵1号隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长（245米）工程量合计全长为级围岩数量数量245米1开挖面地质及支护状况观察25个（每10米一个断面）25个2红外探水245米245米3地质超前预报2次（每100米一次）2次4超前钻孔23=6个6个5隧道周边位移25个（每10米一个断面）125点次6隧道地表下

24、沉25个（每10米一个断面）300点次7隧道拱顶下沉25个（每10米一个断面）25点次8钢拱架内外力25个（每10米一个断面）125点次9围岩变形量测122=2424点次10支护喷射混凝土强度13=3个3个11衬砌支护厚度和空洞2453=735米735米表10 王连圪堵2号隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长185米工程量合计隧道全长为级围岩数量数量全长185米1开挖面地质及支护状况观察19个（每10米一个断面）19个2红外探水185米185米3地质超前预报2次（每100米一次）2次4超前钻孔23=6个6个5隧道周边位移19个（每10米一个断面）85点次6隧道地表下

25、沉19个（每10米一个断面）228点次7隧道拱顶下沉19个（每10米一个断面）19点次8钢拱架内外力19个（每10米一个断面）85点次9围岩变形量测92=1818点次10支护喷射混凝土强度13=3个3个11衬砌支护厚度和空洞1853=555米555米表11 哈拉沟隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段）序号项目内容隧道全长（828米）工程量合计级级230米598米数量数量数量1开挖面地质及支护状况观察12个60个72个2红外探水230米598米828米3地质超前预报2次（每100米一次）6次（每100米一次）8次4超前钻孔23=6个33=9个15个5隧道周边位移12个（每20米一个断面）6

26、0个（每10米一个断面）360点次6隧道地表下沉浅埋地段（236/10=24个）深埋地段（800/50=16个）480点次7隧道拱顶下沉12个（每20米一个断面）60个（每10米一个断面）72点次8钢拱架内外力12个（每20米一个断面）60个（每10米一个断面）360点次9围岩变形量测412=8282点次10支护喷射混凝土强度43=12个12个11衬砌支护厚度和空洞8283=2484米2484米五、隧道地质超前预报、无所检测和监控量测技术方案5.1 地质超前预报技术方案5.1.1隧道开挖面地质调查根据沿线各隧道在级和级围岩条件下的衬砌结构设计形式，在具有代表性的地段设置监测断面。隧道开挖面地质

27、状况的观察是最直观的方法。根据对开挖面所揭露的围岩产状及其岩性的分析可为施工方法和支护措施提供最直接的依据。隧道开挖面岩层产状和岩体特性采用现场素描或数码相机进行收集，典型的地质素描图如图1所示。图1 开挖面岩性地质素描示意5.1.2 TSP法超前地质预报目前隧道地质超前预报方法主要利用物理勘探法或超前地质探孔预报两种方法。物理勘探法常用的有隧道地震探测仪法即Tunnel Seismic Prediction、Relay波法和地质雷达（Ground Penetration Radar）以及瞬变电磁法和直流电法等。但物理勘探的方法只能从宏观上对较大区域的地质构造进行初步的分析和判断，并不能预报近

28、距离的地质状况，而且预报结果的准确率也较低，因此往往需要与地质超前的钻探和开挖期间的地质状况的观察相结合来作出综合评判。根据沿线各隧道的地质条件，在掘进期间对隧道开展超前地质预报。采用隧道地震探测仪预报开挖面前方大范围如150m200m范围内的工程地质状况，以此作为隧道开挖面前方大范围内地质状况的参考。隧道地质超前预报采用TSP203的布置方式如图2至图4所示。图2 TSP203地质超前预报布置图 图3 接收器孔布置图图4 爆破震源孔布置图在距离开挖面前方55m左右的区域设置接收器钻孔，在距离接收器孔20m的区域靠近开挖面设置124个爆破震源孔。根据爆破孔产生的地震波在地层中的反射和折射来确定

29、隧道围岩的地质状况和不良地质。由于爆破测试期间易受到隧道内其他开挖工作的影响，因此在测定期间必须停止施工和其他的振动影响源，以免影响测试结果。5.1.3 红外探水地质超前预报红外探测是利用一种辐射能转换器，将接收到的红外辐射能转换为便于测量或观察的电能、热能等其他形式的能量，利用红外辐射特征与某些地质体特征的相关性，进而判定探测目标地质特征的一种方法。自然界中任何介质都因其分子的振动和转动每时每刻都在向外辐射红外电磁波，从而形成红外辐射场，而地质体向外辐射的红外电磁场必然会把地质体内的地质信息以场的变化的形式表现出来。当隧道外围介质正常时，沿隧道走向，按一定间距分别对四壁逐点进行探测时，此时所

30、获得的探测曲线是略有起伏且平行于坐标横轴的曲线，此探测曲线称为红外正常场。其物理意义是表示隧道外围没有灾害源。当隧道外围某一空间存在灾害源时（含水裂隙、含水构造和含水体），灾害源自身的红外辐射场就要叠加在正常场上，使获得的探测曲线上某一段发生畸变，其畸变段称为红外异常场，由于到场源的距离不同，畸变后的场强亦不同。其物理意义是隧道外围存在灾害源。值得说明的是：由于地下水的来源不同，异常场可高于正常场也可低于正常场。现场工作方法红外探测属非接触探测，探测时用红外探测仪自带的指示激光对准探测点，扣动扳机读数即可。具体过程如下：（1）探测一般在放炮、清碴完毕后的测量放线时间进行。（2）进入探测地段时，

31、首先沿隧道一个侧壁，以5m间距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到掌子面处。（3）在掌子面处，首先对掌子面前方进行探测；测完掌子面后，返回时，每遇到一个标号，就站到隧道中央，用红外探测仪分别对标号所在断面的隧道左壁中线位置、顶部中线位置、右部中线位置和底部中线位置进行探测，并记录所测值，然后进行下一测点断面的探测，直至所有标号所在的断面测完为止。探测时的注意事项（1）开始探测前，先自选一个目标重复探测几下，看探测的结果是否一致，当读数一致时，说明仪器运转正常；（2）当发现探测值突然变化时，应重复探测，且应在该点外围多探测几个点，以确定该异常非人为异常；（3）当洞外处于零下若干度，而隧道中温度又

32、较高时，从很冷处把仪器拿到很暖处不得立即工作，应停留25分钟；（4）不同来路的水有不同的场强，为此，在探测过程中应该对已知水体进行探测，并记录在备注栏内，这样便于对未知水进行探测；（5）扣动扳机读数后须松开食指，特别是使用平均读数档时更是如此，如不松开，则会得到错误的结论；（6）探测时的起点位置、终点位置和中间所经过的隧道特征点都应记录在备注栏内，以备解释用；（7）如果初期支护已施作且没干，则不宜对侧壁进行探测；成果图的要求（1）成果图的图头应写明隧道名称、使用技术方法和探测时间。 （2）红外探测曲线图是用直角坐标系表示不同位置场值的变化，纵坐标标明场强Trad、横坐标标明里程；（3）探测曲线

33、的尾端应绘在图的右方靠近掌子面处，并标明该处的里程。（4）探测曲线的比例一般用1/1000即可，过大或过小均不利于数据的解释。红外探水与其它方法的配合（1）当红外探测发现前方存在含水构造时，通过雷达或其它电法测出含水构造至掌子面的距离和含水构造影响隧道的宽度。（2）确定含水构造距掌子面的距离和其宽度后用钻探方法给出前方含水构造的涌水量。由于涌水量与水源、水头压力、出水断面的大小有关，因而目前所有物探仪器均不能确定涌水量的大小。物探与钻探相结合可有效搞好地下水的超前预报，查出威胁隧道安全的隐蔽水体。5.1.4 隧道地质超前钻探在大范围区域地质预报的基础之上，采用常规的地质钻孔预报方法。沿线隧道现

34、场地质超前预报主要采用常规的隧道开挖面前方超前地质钻孔探测和取芯的方法分析开挖面前方的地质状况，并以此对隧道前方的地质条件进行预报，及时指导隧道的施工和开挖。 地质超前钻探法是最为直观和相对可靠的预报方法，可以根据钻探过程中的岩芯状况确定开挖面前方的地质构造和状况。超前地质探孔的布置如图5所示。(a) 横断面图 (钻孔长度50m)（b）纵断面图 (钻孔长度50m)图5 开挖面超前探孔布置方式通常在开挖面布置3个超前地质钻孔，采用工程钻机钻探，必要时钻取岩芯。对于在图5中所示的超前探孔2和超前探孔3而言，在钻探时钻孔的轴线应与隧道轴线所在的平面具有510的夹角，孔位向上倾斜。而中间的探孔1则沿隧

35、道轴线方向钻进。每次超前钻孔的长度为50m，开挖掘进40m后，预留10m的岩盘，再根据开挖所揭露的围岩地质状况适当设置超前探孔。此外，为减少超前探孔施钻对施工的影响，也可根据开挖面的地质状况，在每循环的爆破孔钻进过程中选取13个钻孔，并将其加深45m，以钻孔钻进的速度和孔内出浆量来分析开挖面前的地质状况。由于采用长度50m的超前探孔施做会对隧道正常施工产生一定的影响，因此可设置一个超前探孔来确定开挖面的地质状况。即沿着隧道中心线设置钻孔TK1。5.2 隧道工程无损检测5.2.1 支护混凝土强度检测所谓超声-回弹综合法，就是采用超声法和回弹法两种测试方式同混凝土强度建立关系。超声-回弹综合是应用

36、回弹法和超声波法综合检测混凝土抗压强度的方法。“超声-回弹”综合法建立在回弹值和超声波传播速度与混凝土抗压强度之间相互关系的基础上，即用回弹值和波形的传播速度综合反映混凝土抗压强度。综合法可以减弱或消除单一方法使用时的某些因素。例如，混凝土龄期和混凝土湿度对于回弹法来说，随混凝土龄期的增长其表面会硬化，加上混凝土表面碳化硬化，使混凝土回弹值偏高；对于湿混凝土，则表面硬度降低，回弹值偏低。而对于超声法来讲，情况则相反，随着龄期的增长，混凝土内部趋于干燥，传播速度偏低；对于湿混凝土，声波的传播速度要比干燥混凝土中快得多。采用综合法后，混凝土龄期和湿度的影响可以减弱，因此对于已失去混凝土组成原始资料

37、的长龄期混凝土构件，采用综合法评定其混凝土抗压强度有较好的效果。1、选择合适的换能器布置方式常用的3种测试波速的换能器布置方式：（1）对侧法：最敏感，换能器直接在2个平行的测试断面上相对布置（2）斜测法：2个换能器布置在相互垂直的测试断面上，用直角三角形斜边为测距，需要通过变化测距获取稳定的声波。（3）平布式：最不敏感，2个换能器布置在同一测面上，一般采用变动测距求出基本稳定的声波。2、混凝土强度的推定（1）测区强度计算1）测强曲线优先采用专用或地区测强曲线推定。当无该类测强曲线时，经验证后也可按规程（CECS02:88）附录二的规定确定，或按下列公式计算：粗集料为卵石时：粗集料为碎石时：式中

38、：第测区混凝土强度换算值（MPa），精确至0.1MPa 第测区修正后的超声声速值（km/s）,精确到0.01km/s 第测区修正后的回弹精确至0.15.2.2 衬砌混凝土厚度检测地质雷达(ground penetrating radar，GPR)法是一种利用电磁波在不同介质中产生透射、反射的特性来进行超前地质预报的方法，其的工作原理如图6所示。图6 地质雷达工作原理示意图 前期准备工作由于地质雷达采集数据时，易受到洞内机器、管线等金属物体的电磁干扰，因此雷达探测的最佳时间是在隧道出渣之后立钢拱架之前，并移走掌子面附近的金属物。对于无法移除的金属物，应将其记录在册，并标出位置，在这样的区域探测时

39、应重复观测，排除干扰的影响。此外，还应在采集前应对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合。测线布置地质雷达的测线布置比较灵活，可以根据具体情况布置一些测点、测线或网格。一般以拱顶为中心呈“十”字形布置3条测线，在开挖工作面凹凸不平不符合条件时，可采用点测法，一般点距0.51m。在地质复杂地段，可以“井”字形布置测线，必要时加密雷达测线以提高试资料结果的解释。实际进行探测时应根据掌子面的实际情况决定测线布置。数据采集数据采集的基本要求如下：（1）雷达探测宜使用先进的地质雷达，雷达主机天线工作频率的选取应根据探测任务要求、探测目的体埋深、分辨率、介质特性以及天线尺寸是否符合场地条件等

40、因素综合确定。一般选用100MHz低频屏蔽天线，若有必要可使用其他频率天线作为辅助探测手段。（2）仪器设备的信号增益控制应具有指数增益功能，信号增益应保持信号幅值不超出信号监视窗口的3/4，模数转换大于16bit，具有8次以上信号叠加功能，连续测量时，扫描速率大于每秒128次，天线静止时信号应稳定。（3）通过试验选择合适的仪器参数，采样率宜选用天线中心频率的6倍10倍；样点数一般设为512；记录时窗的选择应根据最大探测深度与上覆地层的平均电磁波速确定，探测深度为2530m 时，探测时窗为5060ns。（4）测试过程中，天线应紧贴岩壁，水平测线高度基本一致，垂直测线应保持铅直。采用连测时，应匀速

41、缓慢移动天线，保证点距不大于20cm；采用点测时，点距宜为10cm，采样时保持天线静止。（5）现场测试的同时必须对隧道掌子面及侧壁进行简要地质素描，了解隧道掘进情况，以有助于雷达图象的地质解释与前期雷达成果报告的比对分析与复核。5.3 隧道现场施工监控量测技术方案5.3.1 隧道周边收敛量测对于施工监测项目可在各沿线隧道内的现场量测断面中设置5个测点。在各测点处分别监测钢拱架的内力，同时在该断面处监测拱顶下沉、隧道周边位移。根据各沿线隧道的结构设计特点以及铁路内运营安全的需要，级围岩的最大开挖跨度达到13.8m，因此还在该地段设置相应围岩级别的监控量测断面。当断面采用上下台阶法开挖时，在上台阶

42、掘进期间，可在上台阶内设置测点，具体如图7所示的测点B和 B所构成水平位移测线，量测测线BB位移的变化。同时在下台阶设置C、C测线。量测下台阶掘进期间CC发生的位移。在CRD工法和环形开挖预留核心土工法施工时在每个部分分别布设一条测线，拱顶下沉用A点的位移来表示。图7 隧道、级围岩台阶法开挖量测断面布置方式图8 隧道级围岩CRD工法量测断面布置方式图9 隧道级围岩环形开挖预留核心土工法量测断面布置方式每个量测断面设置5个测点。其中测点A作为拱顶下沉的测点，而BB和CC作为周边位移测量的测点。各测点布设在同一断面内，布设的监测断面与开挖面之间的距离不超过2m。在各个测试原件埋置后读取初读数，并根

43、据开挖掘进的状况在爆破后24h内至下次爆破前读取测量的数据。5.3.2 隧道拱顶下沉和钢拱架应力量测隧道拱顶下沉的测试桩加工和安装方式如图10所示。而隧道边墙的周边位移测试桩如图11所示。 图10 隧道拱顶下沉测试桩 (单位：mm) 图11 隧道周边位移测试桩 (单位：mm)钢拱架的内力采用钢筋计测定，将钢筋计焊接在工字型钢拱架的内外侧面，通过测定与钢拱架焊接在一起的钢筋计轴力，通过计算转换成钢拱架承受的内力。工字钢内、外侧钢筋计的轴力分别为 式中 内侧钢筋计的轴力，kN；外侧钢筋计的轴力，kN；工字钢的轴力，kN；工字钢的弯矩，kNm；工字钢的惯性矩，m4；钢筋计的直径，m，-工字钢横截面的高度，m。整理后可得工字钢的轴力和弯矩分别为： (a) 隧道钢拱架内力量测断面测点布置方式 (b) 钢拱架钢筋计焊接方式图12 隧道钢拱架内力量测与安装在监测断面各个测点的位移和围岩压力可根据以下方式进行计算。隧道围岩周边位移采用如下公式加以计算 式中 测线的初始观测值，mm；测线第i次观测值，mm；第i次观测时围岩发生的绝对位移值，mm；钢尺的温度修正值此外，根据钢支撑