隧道超前地质预报与监控量测技术方案

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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标准主要有：(1)?铁路隧道监控量测技术规程?TB10121-2007(2)?工程测量标准?GB50026-93(3)?铁路隧道设计标准?TB10003-2005(4)?铁路隧道工程施工技术指南?TZ204-2021(5)?锚杆喷射混凝土支护技术标准?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2021105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

2、点概述新建铁路巴准线隧道共19359km/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

3、和沟谷较发育，多呈“V字形，局部呈“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

4、直线段上，洞身纵坡为3.5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

5、隧道。洞身均位于直径1600m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=12

6、00m的曲线上，洞身纵坡为-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，洞身大局部基岩裸露。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

7、过地区在大地构造单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。

8、含水层呈条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，主要靠大气降水及局部河水补给。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+513.47103

9、55李家圪卜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，最大开挖跨度到达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

10、目的主要有：(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，进行预测和反响，以保证隧道的施工平安和围岩稳定，为隧道平安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平安质量管理，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

11、使业主能完全客观真实地了各隧道工程平安状态和质量程度，掌握工程各主体局部的关键性平安和质量指标，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平安和质量真相，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平安预警发出报警信息，既可以对平安和质量事故做到防患于未然，又可以对各种潜在的平安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

12、如下目的：(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，及时发现平安隐患并予采取相应的措施，确保隧道施工期间的平安。(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。为了到达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

13、，有必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?TZ204-2021的相关内容，为确保隧道施工的平安与顺利进行，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

14、于指导施工和变更设计。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工程一览表序号监控量测工程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

15、护厚度和空洞地质雷达、钻芯及尺量表3 隧道现场监控量测工程及量测方法序号工程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1

16、2次/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?TZ204-2021的相关内容，为确保隧道施工的平安与顺利进行，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标段序号工程内容隧道全长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19次4超

18、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=221320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标段序号工程内容隧道全长3217米工程量合计级级1450米1767米数量数量数量1开挖面地质

19、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=531344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=320320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

20、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标段序号工程内容隧道全长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342=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

21、道地质超前预报与监控量测汇总表第2标段序号工程内容隧道全长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=16480点次7隧道拱顶下沉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=10210

22、2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标段序号工程内容隧道全长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77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

23、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标段序号工程内容隧道全长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衬砌支护厚度和空洞24

24、53=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标段序号工程内容隧道全长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

25、拉沟隧道地质超前预报与监控量测汇总表第2标段序号工程内容隧道全长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60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1

26、0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

27、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

28、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

29、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

30、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，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

31、测完为止。探测时的考前须知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当洞外处于零下假设干度，而隧道中温度又较高时，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，那么会得到错误的结论；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；

32、7如果初期支护已施作且没干，那么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

33、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，查出威胁隧道平安的隐蔽水体。5.1.4 隧道地质超前钻探在大范围区域地质预报的根底之上，采用常规的地质钻孔预报方法。沿线隧道现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

34、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那么沿隧道轴线方向钻进。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

35、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根底上，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外表会硬化，加上混凝土外表碳化硬化，使混凝土回弹值偏高；对于湿混凝土，那么外表硬度降低，回弹值偏低。

36、而对于超声法来讲，情况那么相反，随着龄期的增长，混凝土内部趋于枯燥，传播速度偏低；对于湿混凝土，声波的传播速度要比枯燥混凝土中快得多。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、选择适宜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根本稳定的声波。2、混凝土强度

37、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，或按以下公式计算：粗集料为卵石时：粗集料为碎石时：式中：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

38、内机器、管线等金属物体的电磁干扰，因此雷达探测的最正确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

39、。数据采集数据采集的根本要求如下：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因素综合确定。一般选用100MHz低频屏蔽天线，假设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通过试验选择适宜的仪器参数，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

40、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，水平测线高度根本一致，垂直测线应保持铅直。采用连测时，应匀速缓慢移动天线，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 隧道周边收敛量测对于施工监测工程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

41、计特点以及铁路内运营平安的需要，级围岩的最大开挖跨度到达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局部分别布设一条测线，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

42、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。 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

43、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5个测点处内外侧所安装轴力计的振弦频率读数，按照以下公式计算测点处钢支撑的轴力。式中

44、钢筋计标定曲线的截距，通常取；第j只轴力计的标定系数，kN/Hz2；轴力计埋设后初始的频率读数，Hz，轴力计埋设后第i次测试的频率读数，Hz；第i次观测时测点的轴力值，kN。5.3.3 隧道地表沉降观测结合沿线各隧道工程地质条件以及隧道结构设计特点，隧道穿越的岩体存在浅埋地段。由于浅埋段隧道围岩难以形成自然平衡拱，开挖会影响到地表，严重时会导致地表塌陷。因此对各隧道的浅埋段进行地表沉降的监测。监测断面和测点布置如图13所示。地表下沉采用精密水准仪和测桩进行观测。地表下沉测量的测试桩埋设方式如图14所示。图13 隧道浅埋段地表沉降测点布置图14 地表沉降控制点测试桩六、检测平安目标及平安保障措施

45、6、检测平安管理措施我公司在新建铁路巴准线第2标段隧道工程施工检测工作中，坚持“平安第一，预防为主的工作方针和“谁主管，谁负责的原那么，安排一位主管领导负责平安生产管理工作，并设立专职平安员。建立健全工程平安管理组织机构和平安生产责任制，认真履行各项平安生产制度。6.1 平安员在检测工作中安排一名专职平安员，专职平安员具有平安工作资格，熟悉工作类型，其工作任务包括制定健康保护与事故预防措施和个人检查，查看所有平安规那么与条例的实施情况。平安员持证上岗，佩证为红色，以示醒目，内容有姓名、职务和本人照片。6.2平安文明检测规程1检测人员现场作业时候应该着装整齐、统一，且要符合劳动保护的有关规定。2

46、作业现场实行秩序化、标准化、标准化管理，落实岗位责任制。3材料、检测设备应该合理定置，不得乱停乱放。4保持驻地、作业现场等区域的环境卫生，秩序井然。5协调好与作业当地政府及村民的关系，尽量防止发生不文明的行为。6所有检测人员严禁酒后作业。进洞作业要注意平安。7严格遵守操作规程，按设备说明书的要求平安合理的使用机械设备。8严禁设备超负荷或带病作业，发现异常情况及时排除或报修。9检测完毕后，应对所用检测仪器按仪器保养规定进行保养，并定期自检。七、信息的收集、管理、分析及反响系统7.1监控量测及地质超前预报工作的组织管理为确保量测数据的真实可靠及连续性，本次沿线各隧道监测工作的组织管理工作按照以下要

47、求进行： 现场监控量测由专人专职负责，量测人员相对稳定； 各类量测仪器和工具的性能应准确可靠，长期稳定，保证精度和易于掌握，仪器采用专人使用、专人保养、专人检验； 量测设备、传感器等各种元器件在使用前均经检查、校准合格前方可投入使用； 各量测工程在监测过程中必须严格遵守相应的监测工程实施细那么； 量测数据需经现场检查，室内复核，两次检查前方可上报。突变数据必须重新量测，查清原因后，及时上报； 量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行； 各量测工程的设备管理、使用及量测资料的整理均由专人负责；由于现场量测与隧道施工作业易发生干扰，因此量测工作与施工作业必须紧密配合、相互支持。在施工过程中，

48、各预埋测点，应牢固可靠、易于识别，并要妥善保护，防止因施工造成人为破坏，以确保现场量测工作的顺利进行。为保证量测测桩和仪表的平安，在现场对所有的引出电缆线采用木箱等加以保护。7.2 监测数据的整理与分析对现场量测的数据及时进行整理和分析。主要的内容如下：(1)对各项量测所获得的数据作详细记录，及时进行整理，并绘制相关的时程曲线：净空位移拱顶下沉和周边位移量测：a)绘制位移(u)和时间(t)的时程关系曲线。b)绘制位移(u)和距开挖面距离(l)的时程关系曲线。地表下沉量测：a)绘制地表下沉位移(u)和时间(t)的关系曲线。b)绘制地表下沉位移(u)和距开挖面距离(l)的关系曲线。钢拱架内力量测：

49、a)绘制各量测断面钢拱架各测点的内力与时间变化关系曲线。b)绘制各量测断面钢拱架内力的分布曲线。上述的位移和内力与时间和距离的变化关系曲线如图20所示。 (a) 正常曲线 (b)反常曲线图15 位移与时间的关系曲线对于当位移与内力等的曲线出现反常时，必须采取相应的措施，加强支护，确保施工的平安。(2) 数据的处理、分析及应用根据所绘各曲线的变化情况与趋势，判定围岩的稳定性，及时预报险情，确定施工时应采取的措施，为修改设计提供参考依据。当位移时态曲线的曲率趋于平缓时，应对数据进行回归分析或其他数学方法分析，以推算最终位移值，确定位移变化规律。回归分析通常采用如下的函数关系：式中 u量测的变形、位

50、移或压力值；a,b回归常数；t量测时间，d；t0测点初始读数时距开挖时的时间，d；T量测时距离开挖时的时间，d。根据现场量测的数据散点图确定相应的回归函数。根据量测的结果，依据表11的极限相对位移来判定隧道围岩的稳定性。因此当量测的周边位移相对值或用回归分析推算的最终位移值小于表11所规定的值时可以判定围岩和初期支护趋于稳定。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近表11所规定的数值，同时支护的混凝土外表已出现明显的裂缝；或者实测位移速度出现增长，必须立即采取补强措施并改变原施工程序和设计参数，必要时立即停止开挖，进行施工处理。表17 隧道周边允许相对位移值%允许相对位移值围岩级别覆盖层厚

51、度300m地段0.030.100.080.400.30.600.100.30.200.800.71.20.20.50.42.01.83.0拱顶相对下沉%0.030.060.040.150.120.300.060.100.080.400.300.800.080.160.141.100.801.40根据内空变位速度预报险情，修改设计和确定二次衬砌构筑时机，根据最终变位量修改开挖断面尺寸。当隧道净值收敛值的速度明显下降，收敛量已达总收敛量的80%90%且水平收敛速度小于0.2mm/d或拱顶位移速度小于0.1mm/d时，一般可认为围岩已根本到达稳定。隧道稳定的判定依据是后期支护施作后位移速度趋近于零，

52、支护结构的外力和内力的变化速度也应趋近于零。依据地质超前预报和监控量测资料反分析的结果进行信息化设计，通过不断反响前方开挖、监控量测的信息来逐步完善前方施工、设计。使前方的设计逐渐到达经济、平安，施工方法合理、适当，真正到达控制工程投资，确保工程平安、防止工期延误的目的。洞内各测点的安装应保证初始读数在爆破24h内和下一次循环爆破前完成，各个量测断面与开挖面的距离不超过2m，且不大于一个循环进尺。各个测点的传感器在安装后引出的电缆线均采用木箱加以保护，防止下次爆破后损坏。围岩压力和拱顶下沉、周边位移的量测测点尽可能布设在同一断面内，以便能使测量的结果相互印证。7.3 现场监控量测数据的处理与反

53、响系统根据现场监控量测获得的数据，及时对隧道围岩稳定性和支护结构的工作状况进行评价，了解隧道在特定地质条件下其围岩位移与压力的变化特点，了解围岩因岩体开挖后而发生的松弛范围，以便对隧道围岩稳定性作出评价。同时通过对围岩和支护结构工作状况的观察与动态量测，以到达合理安排隧道施工工序、确定日常施工管理、保障施工平安、修改设计参数和积累施工技术资料的目的。根据目前铁路隧道施工监控量测的经验，结合量测数据，可参考以下的经验对隧道围岩稳定性和施工方法进行调整。(1)浅埋隧道应及早施作二次衬砌，且二次衬砌应予以加强。(2)围岩及初期支护变形过大或变形不收敛，又难以及时补强时，可提前施作二次衬砌，以改善施工

54、阶段结构的受力状态，此时二次衬砌应予以加强。(3)当围岩压力和变形量都很大时，说明支护的刚度太小，应加强支护。(4)当围岩压力大，而变形量并不大，说明支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及刚度太大，此时反响支护过早。根据各隧道施工现场监控量测的进展情况，及时根据施工状况将量测的结果和监测情况进行整理与分析，填写当天的现场量测记录表和工作日志。假设出现异常情况应及时向施工单位、监理与业主汇报。并对每一施工阶段的量测总结在当月末以书面的形式提交地质超前预报、现场监控报告和监控指令。八、工程进度与质量保证措施要保证监测工程的质量，除了需要有先进的监测仪器设备及富有经验的工程技术人员外，更重要的

55、还应通过建立明确的责任制和检查校核制度来予以保证。为确保量测数据的真实性、可靠性和连续性，特制定以下管理体系和各项质量保证措施：(1) 监测管理体系针对本工程监测工程的特点建立专业组织机构，由我单位组成监控量测及信息反响小组，成员由多年从事地下工程施工及监测经验的技术人员组成，组长由具有丰富施工经验，较高结构分析和计算能力的工程师担任。监测小组根据监测工程各设一名专项负责人，在组长的领导下负责日常监测及资料整理工作。监控量测流程如图(2)监测管理体系保证措施为保证量测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项质量保证措施：a监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供相关

56、切实、可靠的数据和记录。b测点布置力求合理，应能反映出施工过程中结构的实际变形和应力情况及对周围环境的影响程度。c测试元件及监测仪器必须是正规厂家的合格产品,测试元件要有合格证，监测仪器要定期校核、标定。d测点埋设应到达设计要求的质量。并做到位置准确，平安稳固，设立醒目的保护标志。e监测数据应及时整理分析，一般情况下，应每周报一次，特殊情况下，每天报送一次。监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制历时曲线、与掌子面距离关系曲线等，作必要的回归分析，及对监测结果进行评价。f检测数据均现场检查、室内复核前方可上报；如发现监测数据异常，应立即复测，并检查监测仪器、方法及计算过程，确认无误后

57、，立即上报给甲方、监理及单位主管，以便采取措施。g雨季是隧道施工的不利情况，地下渗水比较严重。因此雨季在保证正常的监测频率的情况下，应加强一些薄弱环节的量测频率，如应力、拱顶下沉、水平收敛等，同时，应根据监测结果，加强一些不利区域的监测，以保证整个工程始终处于监控状态。(3)监控量测工作制度监控量测工作是隧道信息化设计和施工管理的重要一环，也是新奥法的主要内容之一，因此，我们将针对本隧道施工的具体特点和监控量测内容，制定必要的监控量测工作制度进行日常管理。参加测试的人员必须经过严格培训前方可上岗。测试人员须严格遵照测试操作程序和操作要求进行测试。实行岗位责任制，并定期进行常规检查，任何人不得随

58、便谎报监测数据，一经发现，将进行严肃处理。监测人员有义务注意保管好监测的原始纪录。加强保密工作，防止有关信息泄密。监测工程设计要保证根本资料完备，数据可靠，设计文件和图纸符合有关规定；对监测工程的实施，提出严格的技术要求和规定。制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制方案中，在监测工作 中严格执行。仪器在安装埋设的全过程中，必须对仪器、监测元器件和设备工艺等进行连续性的检验，以保证它们的质量的稳定性，并作安装记录。所有量测数据均采用计算机进行管理，由专人负责。现场施工监控量测监测设计资料调研量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及反响分析监测结果的综合评价报送设计、监理单