隧道監(jiān)控量測(cè)施工方案

1、隧道監(jiān)控量測(cè)施工組織設(shè)計(jì)1、隧道監(jiān)控量測(cè)方法根據(jù)瓦斯隧道的工程特點(diǎn)，隧道設(shè)置專業(yè)地質(zhì)預(yù)報(bào)組，以地質(zhì)素描法、TSP地震波法、地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)水平鉆探等相結(jié)合的綜合手段對(duì)前方圍巖情況的探測(cè)，對(duì)掌子面前方的隧道圍巖進(jìn)行長(zhǎng)期、中期及短期預(yù)報(bào)。通過(guò)長(zhǎng)、中、短期預(yù)報(bào)相結(jié)合，達(dá)到相互驗(yàn)證，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，從而建立一套適合本隧道的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，對(duì)異常地質(zhì)情況認(rèn)真分析，為決策提供依據(jù)，以便制定施工方案及處理預(yù)案，及時(shí)采取相應(yīng)的防治手段，避免地質(zhì)災(zāi)害所帶來(lái)的損失和負(fù)面影響，確保施工安全。地質(zhì)素描開(kāi)挖后通過(guò)對(duì)圍巖類別、巖性的判斷，圍巖風(fēng)化程度、節(jié)理裂隙、產(chǎn)狀，地下水等工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況進(jìn)行觀察和測(cè)

2、定后，繪制剖面、平面地質(zhì)素描圖，并結(jié)合位移量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)資料來(lái)判斷前方地質(zhì)情況，據(jù)以指導(dǎo)施工。TSP地震波法TSP（Tunnel Seimic Prediction）超前預(yù)報(bào)技術(shù)節(jié)省時(shí)間，對(duì)施工干擾少，每次爆破記錄時(shí)間僅需45min，整個(gè)量測(cè)循環(huán)（包括儀器清理）共需2h。采用TSP 對(duì)隧道前方的地質(zhì)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，每次預(yù)測(cè)距離為100m，根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果分析圍巖的地質(zhì)情況，對(duì)TSP探測(cè)斷層、裂隙發(fā)育的地段可采用超前鉆孔進(jìn)行重點(diǎn)探測(cè)。同時(shí)每個(gè)開(kāi)挖循環(huán)根據(jù)地質(zhì)素描對(duì)前方圍巖進(jìn)行判斷。地質(zhì)雷達(dá)為提高地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確型，除采用常規(guī)地質(zhì)法和陸地聲納以進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)外，同時(shí)利用SIR10B型地質(zhì)雷達(dá)

3、進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，其探測(cè)范圍40m內(nèi)，是一種非破壞型的探測(cè)技術(shù)，具有抗電磁干擾能力強(qiáng)，分辨率高，可現(xiàn)場(chǎng)直接提供實(shí)時(shí)剖面記錄圖，圖象清晰直觀。超前地質(zhì)水平鉆孔隧道正洞在開(kāi)挖前采用加深炮眼探測(cè)是否有瓦斯、天然氣等氣體，每個(gè)斷面加深炮眼的個(gè)數(shù)不小于5個(gè)，均勻分布于掌子面，炮眼深度不小于5m。當(dāng)加深炮眼探測(cè)到有瓦斯、天然氣等有害氣體后，應(yīng)采用3臺(tái)100HQF110全風(fēng)動(dòng)水平鉆鉆孔進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，孔長(zhǎng)度為20m，搭接長(zhǎng)度不小于5m，超前地質(zhì)鉆孔每15m一循環(huán)。超前地質(zhì)鉆孔按下圖布置，并在超前地質(zhì)鉆孔處設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)是否有有害氣體涌出，并檢測(cè)瓦斯涌出的濃度及壓力是否超標(biāo)。每個(gè)循環(huán)工序必須做好記

4、錄、地質(zhì)素描和影像資料。平導(dǎo)在開(kāi)挖前必須“先探后掘”，在掌子面上也采用加深炮眼探測(cè)是否有瓦斯、天然氣等氣體，每個(gè)斷面加深炮眼的個(gè)數(shù)不小于3個(gè)，均勻分布于掌子面，炮眼深度不小于5m。當(dāng)加深炮眼探測(cè)到有瓦斯、天然氣等有害氣體后，應(yīng)采用3臺(tái)100HQF110全風(fēng)動(dòng)水平鉆鉆孔進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，超前鉆孔后的施工長(zhǎng)度為20m，留出5m的安全距離。隨時(shí)監(jiān)測(cè)探孔的瓦斯溢出量。若探測(cè)到有害氣體，要根據(jù)記錄確定有害氣體的涌出位置，當(dāng)超前探物及驗(yàn)證孔確認(rèn)富含瓦斯時(shí)，增加不少于3個(gè)100超前鉆孔(46號(hào)孔)，進(jìn)一步確認(rèn)瓦斯、天然氣濃度、巖體破碎程度。圖1 正洞超前探孔布置示意圖2、監(jiān)控量測(cè)方案2.1監(jiān)控量測(cè)內(nèi)

5、容表1 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目序號(hào)監(jiān)控項(xiàng)目測(cè)試方法和儀表測(cè)試精度備注1洞內(nèi)、外觀察現(xiàn)場(chǎng)觀察、地質(zhì)羅盤(pán)、數(shù)碼相機(jī)2襯砌前凈空變化隧道凈空變化測(cè)定儀（收斂?jī)x、全站儀）0.1mm3拱頂下沉水準(zhǔn)測(cè)量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼掛尺或全站儀1mm水平收斂量測(cè)4地表下沉水準(zhǔn)測(cè)量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼掛尺或全站儀1mm淺埋隧道必測(cè)（H02b）5二次襯砌后凈空變化隧道凈空變化測(cè)定儀（收斂?jī)x、隧道斷面儀）0.01mm注：H0-隧道埋深；b-隧道最大開(kāi)挖寬度。2.2量測(cè)斷面間距表2 必測(cè)項(xiàng)目量測(cè)斷面間距和每斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)量圍巖級(jí)別斷面間距（m）每斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)量?jī)艨兆兓绊斚鲁?12條基線13點(diǎn)101條基線1點(diǎn)301條基線1點(diǎn)注：洞口及淺埋段斷

6、面間距取小值；各選測(cè)項(xiàng)目量測(cè)斷面的數(shù)值，宜在每級(jí)圍巖內(nèi)選有代表性的12個(gè)；軟巖隧道的觀測(cè)斷面適當(dāng)加密。2.3監(jiān)控量測(cè)方法及要求2.3.1洞內(nèi)外觀察（1）洞內(nèi)外觀察分開(kāi)挖工作面觀察，已施工區(qū)段觀察以及地表觀察，開(kāi)挖工作面觀察應(yīng)在每次開(kāi)挖后進(jìn)行一次，內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育狀況、工作面穩(wěn)定狀況、圍巖變形等，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況基本無(wú)變化時(shí)，可每天進(jìn)行一次，觀察后應(yīng)繪制開(kāi)挖工作面略圖并作好地質(zhì)素描，填寫(xiě)工作面狀態(tài)記錄表及圍巖級(jí)別判定卡。（2）對(duì)已施工區(qū)段的觀察每天至少一次，觀察內(nèi)容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀況，以及施工質(zhì)量是否符合規(guī)定要求。（3）洞內(nèi)外觀察包括洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定、地表水滲

7、透的觀察。（4）地表下沉的量測(cè)必須在隧道開(kāi)挖之前進(jìn)行，量測(cè)斷面應(yīng)與隧道內(nèi)的量測(cè)處于同一橫斷面，每個(gè)量測(cè)斷面的觀測(cè)點(diǎn)不少于7個(gè)，監(jiān)控范圍應(yīng)延伸布置在隧道開(kāi)挖影響范圍以外。地表構(gòu)筑物應(yīng)在其周圍增設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。量測(cè)應(yīng)超前于隧道開(kāi)挖工作面。監(jiān)控量測(cè)時(shí)間應(yīng)一直持續(xù)到地表下沉長(zhǎng)期穩(wěn)定、隧道襯砌施做完畢后方可停止。2.3.2拱頂下沉及水平相對(duì)凈空變化量測(cè)（1）拱頂下沉及水平相對(duì)凈空變化量測(cè)應(yīng)在同一斷面進(jìn)行，并采用相同的量測(cè)頻率。如位移出現(xiàn)異常情況，應(yīng)加大量測(cè)頻率。（2）測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2：（3）凈空變形量測(cè)應(yīng)在每次開(kāi)挖后盡早進(jìn)行，初讀數(shù)應(yīng)在開(kāi)挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得大于24h，而且在下一循環(huán)開(kāi)挖前，必須完成初讀數(shù)

8、。（4）測(cè)點(diǎn)應(yīng)牢固可靠，易于識(shí)別并妥善保護(hù)。拱頂量測(cè)后視測(cè)點(diǎn)必須埋設(shè)在穩(wěn)定巖面上，并和洞內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)建立聯(lián)系。（5）量測(cè)應(yīng)選擇精度適當(dāng)、性能可靠、使用及攜帶方便的儀器。變形量測(cè)可選用電阻式或電感式儀器，儀器使用前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格標(biāo)定。（6）水平相對(duì)凈空變化量測(cè)線的布置應(yīng)根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、量測(cè)斷面所在位置、隧道埋深等條件確定。在地質(zhì)條件良好，采用全斷面開(kāi)挖時(shí)，可設(shè)一條水平測(cè)線。當(dāng)采用臺(tái)階法開(kāi)挖時(shí)，可在拱腰和邊墻部位各設(shè)一條水平測(cè)線。（7）拱頂下沉量測(cè)與水平相對(duì)凈空量測(cè)在同一斷面內(nèi)進(jìn)行，可采用水準(zhǔn)儀等測(cè)定下沉量。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，下沉量大或偏壓明顯時(shí)，除量測(cè)拱頂下沉外，尚應(yīng)量測(cè)拱腰下沉及基底隆起量。

9、（8）拱頂下沉量測(cè)與水平相對(duì)凈空量測(cè)宜采用相同頻率。2.3.3地表下沉量測(cè)表3地表下沉量測(cè)斷面間距表隧道埋深(m)量測(cè)斷面間距(m)H2B2050BH2B1020HB10注：B表示隧道開(kāi)挖寬度。（1）地表下沉量測(cè)應(yīng)根地質(zhì)條件、地表有無(wú)建筑物、埋置深度及所采用的開(kāi)挖方式等因素確定。測(cè)點(diǎn)應(yīng)與水平凈空量測(cè)和拱頂下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置在同一斷面內(nèi)，沿隧道中線，地表下沉量測(cè)斷面間距可按下表采用。（2）橫斷面方向地表下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)取25m，在一個(gè)量測(cè)斷面內(nèi)設(shè)711個(gè)測(cè)點(diǎn)。（3）地表下沉量測(cè)應(yīng)在開(kāi)挖工作面前方H+h(隧道埋置深度+隧道高度)處開(kāi)始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止為止。（4）地表下沉量測(cè)頻率

10、應(yīng)和拱頂下沉及水平相對(duì)凈空變化的量測(cè)頻率相同。2.3.4量測(cè)頻率表4 量測(cè)頻率表變形速度(mm/d)量測(cè)斷面距開(kāi)挖面距離(m)量測(cè)頻率5(01)B(12)次/d15(12)B1次/d0.51(12)B1次/(23d)0.20.5(25)B1次/2d0.25B1次/1周注：B表示隧道開(kāi)挖寬度。2.4量測(cè)資料整理及信息反饋（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)繪制位移時(shí)間曲線或散點(diǎn)圖，在位移時(shí)間曲線趨以平穩(wěn)時(shí)進(jìn)行回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律，當(dāng)位移時(shí)間曲線圖出現(xiàn)反彎點(diǎn)，即位移出現(xiàn)反常的急聚增加現(xiàn)象，表明圍巖和支護(hù)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)停止掘進(jìn)，采取必要的安全措施。（2）根據(jù)位移變化速率

11、判斷圍巖狀況變形基本穩(wěn)定應(yīng)符合下列條件：隧道周邊變形速度有明顯變緩趨勢(shì)；拱腳水平相對(duì)凈空變化速度小于0.2mm/d，拱頂相對(duì)下沉速度小于0.15mm/d。（3）圍巖及支護(hù)的穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)開(kāi)挖工作面的狀態(tài)、凈空水平收斂值及拱頂下沉量的大小和速率綜合判斷，并及時(shí)反饋于設(shè)計(jì)和施工中，根據(jù)水平相對(duì)凈空變化值進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)符合鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。（4）測(cè)量過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象或與設(shè)計(jì)不符時(shí)，應(yīng)及時(shí)提出，以便修改支護(hù)參數(shù)。（5）根據(jù)量測(cè)結(jié)構(gòu)及鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，可按“變形管理等級(jí)”指導(dǎo)施工。表5 變形管理等級(jí)管理等級(jí)管理位移施工狀態(tài)(U0)(Un/3)可正常施工(Un/

12、3)(2Un/3)應(yīng)考慮加強(qiáng)支護(hù)(U0)(2Un/3)應(yīng)采取特殊措施3、TSP方法原理及儀器3.1 TSP方法原理圖3 TSP探測(cè)原理地層或斷層入射波前反射波前震源傳感器傳感器隧道TSP方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設(shè)計(jì)的震源點(diǎn)（根據(jù)地層或構(gòu)造的走向，通常在隧道的左或右邊墻，大約24個(gè)炮點(diǎn)）用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性變化等)時(shí)，一部分地震信號(hào)反射回來(lái)（圖1），一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)。反射的地震信號(hào)將被高靈敏度的加速度地震傳感器接收并以數(shù)字形式記錄下來(lái)。采集數(shù)據(jù)通過(guò)TSPwin專用軟件處理，便可了解隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱

13、巖帶、破碎帶、斷層、含水巖層等）和位置及規(guī)模。3.2 儀器采用1套TSP200超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要組成及其技術(shù)特性： 記錄單元：12道，24位A/D轉(zhuǎn)換，采樣間隔62.5s和125s，最大記錄長(zhǎng)度為1808.5ms，記錄帶寬8000Hz和4000Hz，動(dòng)態(tài)范圍120dB。接收器（檢波器）：三分量加速度地震檢波器，靈敏度為1000mV/g5%，頻率范圍為0.55000Hz，共振頻率9000Hz，橫向靈敏度1%，操作溫度065。TSPwin PLUS 2.1軟件：數(shù)據(jù)采集、處理及評(píng)估一體化，高度智能。3.3、野外數(shù)據(jù)采集布置及鉆制炮孔和接收器孔，進(jìn)入隧道采集數(shù)據(jù)。3.4、觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)隧道采用

14、臺(tái)階法施工。接收器位置在設(shè)在開(kāi)挖面后方54m，設(shè)計(jì)24炮，1個(gè)接收器位于隧道右邊墻接收，一個(gè)接收器位于左邊墻接收。觀測(cè)系統(tǒng)詳細(xì)情況見(jiàn)表1：觀測(cè)系統(tǒng)詳細(xì)情況表 表6接 收 器 孔炮 孔數(shù)量2個(gè)，位于隧道的左、右邊墻24個(gè), 位于隧道右邊墻直徑50mm鉆頭鉆孔40mm鉆頭鉆孔深度2m1.5m定向垂直隧道邊墻，下傾510垂直隧道邊墻，下傾1020高度離隧底高1m離隧底1m位置距離開(kāi)挖面59m第1個(gè)炮點(diǎn)離同側(cè)接收器孔16m，炮點(diǎn)距1.5m掌子面54m隧道軸TA圖4 觀測(cè)系統(tǒng)示意圖接收孔R(shí)120m炮孔S1 S2 S3 S23 S24接收孔R(shí)2觀測(cè)系統(tǒng)示意見(jiàn)圖2。3.5、 儀器參數(shù)及數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集時(shí)，采

15、用X-Y-Z三分量同時(shí)接收，采樣間隔62.5s，記錄長(zhǎng)度451.125ms（7218采樣數(shù)）。激發(fā)地震波時(shí)，采用無(wú)爆炸延期的瞬發(fā)電雷管，防水乳化炸藥（藥卷包裝，200克/卷），激發(fā)藥量第1-5炮為75克，第6-10炮為100克，第11-24炮為150克，起爆前注水封堵炮孔。實(shí)際激發(fā)和記錄地震數(shù)據(jù)24炮。所記錄的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量差，但可用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理和評(píng)估。3.6、 數(shù)據(jù)處理采集的數(shù)據(jù)采用TSPwin PLUS 2.1專用軟件進(jìn)行處理。處理時(shí)，首先正確輸入隧道及炮點(diǎn)和接收點(diǎn)的幾何參數(shù)。剔除質(zhì)量差的記錄道。質(zhì)量合格的地震道才用于數(shù)據(jù)處理和解釋。由于測(cè)區(qū)圍巖為弱風(fēng)化砂質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，地震波傳播一

16、般，預(yù)報(bào)長(zhǎng)度約為150m?；咎幚砹鞒贪?1個(gè)主要步驟，即：數(shù)據(jù)設(shè)置帶通濾波初至拾取拾取處理炮能量均衡Q估計(jì)反射波提取P、S波分離速度分析深度偏移提取反射層。處理的最終成果包括P波、SH波、SV波的時(shí)間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)等，以及反射層二維分布。3.7 處理結(jié)果解釋與評(píng)估處理成果的解釋與評(píng)估，主要基于以下的地震勘探基本準(zhǔn)則：反射振幅越強(qiáng)，反射系數(shù)和波阻抗的差別越大。正反射振幅（紅色）表明正的反射系數(shù)，表明堅(jiān)硬巖層；負(fù)反射振幅（藍(lán)色）表明軟弱巖層。若橫波反射比縱波強(qiáng)，則表明巖層飽含水?？v橫波速度比有較大的增加或泊松比突然增大，常常因流體的存在而引起。若縱波速度下降

17、，則表明裂隙密度或孔隙度增加。4、隧道洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)4. 1、 監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)1）斷面及測(cè)點(diǎn)布置周邊收斂：、級(jí)圍巖每1020米布置一個(gè)斷面；、級(jí)圍巖每50米布置一個(gè)斷面。拱頂下沉：每1050m一個(gè)斷面。開(kāi)挖輪廓測(cè)量：級(jí)圍巖每10m布置一個(gè)斷面；級(jí)圍巖每20m布置一個(gè)斷面；II、III級(jí)圍巖每50m布置一個(gè)斷面。地表沉降：根據(jù)工程實(shí)際需要，在隧道洞口段地表布置測(cè)試斷面。每洞口設(shè)置5個(gè)地表沉降量測(cè)斷面。測(cè)點(diǎn)布置：采用半斷面開(kāi)挖時(shí)，收斂量測(cè)上、下半斷面各布置一條水平基線，基線高度分別位于拱腰及邊墻上1.02m處。拱頂下沉布置三測(cè)點(diǎn)，間距2.5m。測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示。地表沉降根據(jù)施工需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置。

18、2.52.5收斂基線下沉測(cè)點(diǎn)單位：m圖5 圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖2）監(jiān)測(cè)頻率測(cè)點(diǎn)埋設(shè)后15天內(nèi)每天量測(cè)12次，1530天內(nèi)12天量測(cè)一次，1月后37天量測(cè)一次。特殊地段視具體情況加密監(jiān)測(cè)頻率。4. 2、 監(jiān)控量測(cè)管理規(guī)定根據(jù)國(guó)內(nèi)外20余年的經(jīng)驗(yàn)積累和理論分析得出，判斷圍巖的穩(wěn)定性單靠一項(xiàng)指標(biāo)是不能準(zhǔn)確對(duì)圍巖穩(wěn)定性做出可靠判斷的，隧道圍巖穩(wěn)定性施工監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)判斷及圍巖穩(wěn)定和支護(hù)效果有以下三個(gè)方面標(biāo)準(zhǔn)：1）按圍巖變形最大位移值評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)表7 隧道施工監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)值（公路標(biāo)準(zhǔn)）圍巖類別基準(zhǔn)值（mm/d）最大變形量（mm）埋深50m50300m300m深埋斷層破碎帶101001505740801003530405023102030說(shuō)明：基準(zhǔn)值：當(dāng)埋深大于50m時(shí)取表中大值。最大變形量：主要依據(jù)TB10108-2002和JTJ042-94的下限值。表8 隧道監(jiān)測(cè)管理等級(jí)及對(duì)策（公路標(biāo)準(zhǔn)）管理等級(jí)管理值Ms管