隧道監(jiān)控量測(cè)及地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案

1、成成昆昆鐵鐵路路改改擴(kuò)擴(kuò)建建工工程程廣廣昆昆段段第第二二標(biāo)標(biāo)段段 超超前前地地質(zhì)質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)報(bào)及及監(jiān)監(jiān)控控量量測(cè)測(cè) 方方 案案 中 國 路 橋 工 程 有 限 公 司 廣 昆 鐵 路 指 揮 部 二 0 0 七 年 十 一 月 隧隧道道超超前前地地質(zhì)質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)報(bào)及及監(jiān)監(jiān)控控量量測(cè)測(cè)方方案案 一、一、編編制依據(jù)：制依據(jù)： 1、改建鐵路成昆線廣通至昆明段擴(kuò)能改造工程第二標(biāo)段施工投標(biāo)文 件、標(biāo)前答疑及有關(guān)補(bǔ)充資料。 2、鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院提供隧道施工圖紙、設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)資料。 3、鐵道部頒布的鐵路隧道施工規(guī)范和鐵路隧工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 二、二、編編制范制范圍圍： ： 改建鐵路成昆線廣通至昆明段擴(kuò)能改造

2、工程第二標(biāo)段隧道超前地質(zhì) 預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)方案。 三、工工程程概概況況 本標(biāo)段設(shè)計(jì)共有隧道 6.5 座,計(jì) 16520 延米，其中大于 1000m 隧道 有 5 座。小于 1000m 隧道 2 座。其中三棵樹隧道長 7405m,為標(biāo)段最長 隧道，公山隧道長 3715m，秀良村隧道長 1854m，大尖山二號(hào)隧道長 1305m，大尖山一號(hào)隧道長 2112m（本標(biāo)段負(fù)責(zé)出口端施工 1053m 的施 工），金家營隧道長 993 米，任家村隧道 195 米，其中三棵樹隧道采用雙 塊式無碴軌道整體道床。隧道所處地質(zhì)條件比較復(fù)雜，按新奧法進(jìn)行設(shè) 計(jì)和施工，開挖以臺(tái)階法、臺(tái)階法加臨時(shí)仰拱、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、交叉中隔

3、 壁法（CRD 法）為主，洞口明洞段采用明挖法；暗洞初期支護(hù)則采用全環(huán) 工 18 型鋼或 I20b型鋼鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)及濕噴聯(lián)合支護(hù)，輔以超前管 棚、超前小導(dǎo)管等加固措施進(jìn)行超前支護(hù)；二次襯砌采用復(fù)合式襯砌， 級(jí)、級(jí)、級(jí)圍巖均采用曲墻仰拱襯砌；隧道防水達(dá)到國家一級(jí)防水標(biāo) 準(zhǔn)。 四四、 、工工程程地地質(zhì)質(zhì)條條件件及及可可能能存存在在的的主主要要工工程程地地質(zhì)質(zhì)問問題題 1本合同段隧道數(shù)量多，施工跨度大，地理結(jié)構(gòu)復(fù)雜。全隧工程地 質(zhì)為：地表多覆蓋第四系全新統(tǒng)坡崩積層（Q4dl+col）、坡洪積（Q4dl+pl）、全 新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土、塊石土；下伏侏羅系中統(tǒng)上祿豐群（J2）及

4、白堊系石門群（K）泥巖夾砂巖、礫巖、灰?guī)r，侏羅系中統(tǒng)上祿豐群（J2）、 下統(tǒng)三疊系上統(tǒng)下祿豐群（T3-J1）泥巖夾砂巖、泥灰?guī)r。全段為泥巖、砂 巖等軟巖，巖層產(chǎn)狀平緩，巖體較軟，巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，完整性較 差，圍巖自穩(wěn)性差，暴露后極易風(fēng)化碎裂，且遇水易軟化塌方。地下水主 要為土層孔隙潛水和巖石裂隙水，且在斷裂帶易發(fā)生隧道突水、涌水。全 隧范圍內(nèi)發(fā)育有金山背斜、煉石鋪向斜、中屯背斜、中屯向斜及斷裂帶。 2.根據(jù)全隧工程地質(zhì)條件，全隧施工可能存在的工程地質(zhì)問題如下： 全隧不良地質(zhì)主要為順層偏壓、巖溶、巖堆，特殊巖土主要為石膏和 具有一定膨脹性的基巖，各種斷裂帶的突水、涌水。 （1）順層偏壓：測(cè)

5、區(qū)內(nèi)部分巖層走向與線路有一定的夾角并發(fā)生偏斜， 開挖后會(huì)對(duì)圍巖產(chǎn)生局部偏壓。 （2）巖溶：測(cè)區(qū)內(nèi) J2 地層中部夾灰?guī)r，施工中可能遇巖溶洞穴等巖溶 形態(tài)。 （3）石膏：測(cè)區(qū)內(nèi) J2 地層局部夾有石膏，在地下水的作用下，對(duì)鋼筋 混凝土危害極大。 （4）特殊巖土：段內(nèi)侏羅系中統(tǒng)上祿豐群10-3泥巖（J2）與三疊 系上統(tǒng)下祿豐群10-5泥巖（T1-J1），質(zhì)軟，易水化軟化，暴曬后易崩 解。 （5）突水、涌水：測(cè)區(qū)內(nèi)有多條斷裂地層，其裂隙發(fā)育，透水性相對(duì)較 好，施工中揭穿該地層時(shí)可能發(fā)生突水、涌水現(xiàn)象。 3 全隧工程施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)重點(diǎn)和難點(diǎn)的確定 通過對(duì)全隧工程的地質(zhì)條件及施工中可能存在的

6、工程地質(zhì)問題分析， 全隧工程施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)的重點(diǎn)為：隧道進(jìn)口淺埋段、順 層偏壓及其影響帶、巖溶洞穴發(fā)育地段、石膏發(fā)育地段和巖層斷裂地段。 其中，難點(diǎn)是巖溶洞穴和巖層斷裂地段地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。具體部位根據(jù)施 工圖提供的地質(zhì)狀況而定。 五五、 、 地地質(zhì)質(zhì)超超前前預(yù)預(yù)報(bào)報(bào) 1 根據(jù)本標(biāo)段各隧道施工特點(diǎn)確定相應(yīng)的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法 （1）綜合物探超前探測(cè) 主要針對(duì)可溶巖分布地段的斷層破碎帶及其影響帶、層間滑動(dòng)帶、構(gòu) 造及巖溶裂隙發(fā)育帶、可溶巖地層界限、巖性突變地段、可能存在的大型 溶洞的超前探測(cè)。 遠(yuǎn)距離超前探測(cè)：采用 TSP203 地質(zhì)探測(cè)儀探測(cè) 150200 米范圍內(nèi) 的地質(zhì)情況并采用 HSP

7、 聲波反射法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。 近距離超前探測(cè)：采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè) 30 米范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，并采 用數(shù)碼成像，CT 成像法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。 （2）水平鉆孔超前探測(cè) 遠(yuǎn)距離超前探測(cè)：采用水平取巖心鉆孔超前探測(cè)探測(cè) 3050 米，驗(yàn) 證遠(yuǎn)距離超前探測(cè)成果。利用加深炮眼超前探測(cè) 10 米范圍內(nèi)的地質(zhì)情 況，驗(yàn)證近距離超前探測(cè)的成果。 （3）常規(guī)地質(zhì)法 通過對(duì)正洞掌子面及側(cè)邊墻的量測(cè)與地質(zhì)速描，收集地層的巖性特 征，結(jié)構(gòu)面性質(zhì)與產(chǎn)狀發(fā)育程度、巖體破碎程度與充填情況，洞壁變形破 壞特征、巖溶發(fā)育程度、突泥與塌方部位、方式與規(guī)模及其時(shí)間的變化特 征。 通過以上資料的相關(guān)性分析，對(duì)掌子面前方一定范圍內(nèi)（520 米

8、） 的地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。 （4）對(duì)洞內(nèi)涌突水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 對(duì)正洞各涌突水點(diǎn)的水溫、水量、水壓、水質(zhì)與同位素化學(xué)、位置、地 層巖性、裂隙與巖溶發(fā)育特征等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 對(duì)正洞各涌突水點(diǎn)的地質(zhì)檔案、空間分布、涌水量及其動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行 監(jiān)測(cè)。 （5）各類結(jié)構(gòu)面分析 對(duì)可溶巖地段特別是涌突水地段的各類結(jié)構(gòu)面的洞內(nèi)及地表現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 量、統(tǒng)計(jì)分析、連通性模擬、二維與三維網(wǎng)絡(luò)模擬、滲透張量計(jì)算及主滲 透方向分析。 （6）綜合分析評(píng)價(jià) 通過上述方法綜合分析隧道圍巖特性及涌突水情況，制定合理施工 方案及方法。 2. 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容及達(dá)到目標(biāo) (1)掌子面前方斷層破碎帶及巖體破碎帶的超前預(yù)報(bào)，包括破碎帶的 產(chǎn)

9、狀、厚度、含水情況及力學(xué)特性等； (2)掌子面前方的巖性分界、特別是可溶巖與非可溶巖的分界，以及 軟弱夾層的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)； (3)巖溶地質(zhì)超前預(yù)報(bào)：主要包括巖溶發(fā)育形態(tài)、范圍、部位及充填物 性質(zhì)等的預(yù)報(bào)，以及巖溶涌水、突泥的可能性預(yù)報(bào)； (4)地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要目標(biāo)：及時(shí)進(jìn)行跟蹤掌子面地質(zhì)預(yù)報(bào)，每次現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 試后及時(shí)向施工作業(yè)隊(duì)和監(jiān)理工程師提交當(dāng)次預(yù)報(bào)簡報(bào)，為隧道施工決 策提供可靠的地質(zhì)參考依據(jù)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到 80%以上，保障隧道施工 安全。 3. 地質(zhì)預(yù)報(bào)作業(yè)頻率 預(yù)報(bào)作業(yè)的時(shí)間和預(yù)報(bào)次數(shù)的安排，主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度情況而 定。 (1)掌子面地質(zhì)素描或常規(guī)地質(zhì)工作一般每 23 個(gè)施工循環(huán)一次，

10、在圍巖地質(zhì)條件有變化時(shí)應(yīng)加密進(jìn)行； (2)TSP 法和 HSP 聲波反射法預(yù)報(bào)一般在開挖快接近前次預(yù)報(bào)里程 終點(diǎn)時(shí)或圍巖地質(zhì)條件有變化時(shí)進(jìn)行。TSP 法一般 150200 米一次， HSP 法一般 5070 米一次，根據(jù)掌子面圍巖地質(zhì)條件可適當(dāng)調(diào)整為 7090 米一次； (3)地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工情況，由地質(zhì)預(yù)報(bào)人員與施工方 共同討論確定在何時(shí)采用、以及探測(cè)目標(biāo)和如何探測(cè)等工作。 六六、 、監(jiān)監(jiān)控控量量測(cè)測(cè) 1.監(jiān)測(cè)目的 隧道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)是隧道信息化施工的重要組成部分。本方案主 要針對(duì)隧道圍巖及初期支護(hù)系統(tǒng)的變形情況，掌握隧道在施工過程中的 穩(wěn)定性和安全度，同時(shí)通過掌子面地質(zhì)素描及時(shí)

11、掌握暴露出來的圍巖類 別狀況。通過上述監(jiān)測(cè)信息為正確調(diào)控施工決策和調(diào)整、驗(yàn)證支護(hù)設(shè)計(jì) 參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)，確保隧道安全施工。 2.監(jiān)測(cè)內(nèi)容 (1)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：掌子面地質(zhì)素描、凈空水平收斂、拱頂下沉和地 表沉降。 掌掌子子面面地地質(zhì)質(zhì)素素描描：調(diào)查內(nèi)容主要包括巖層產(chǎn)狀、巖性、斷層、節(jié)理及 地下水情況等，采用地質(zhì)羅盤人工測(cè)繪、輔以數(shù)字?jǐn)z影記錄方式。 凈凈空空水水平平收收斂斂：采用量測(cè)精度比較好的水平基線量測(cè)方式，儀器采用 高精度的 SWJ-IV 隧道收斂計(jì)，該儀器的技術(shù)指標(biāo)均經(jīng)過收斂計(jì)專用基 線場(chǎng)的靜、動(dòng)態(tài)檢測(cè)，具有很高的可靠性。SWJ-IV 隧道收斂計(jì)的重復(fù)性 指標(biāo)0.06m

12、m（p=99%），12m 跨度位移量測(cè)的總不確定度 0.09mm（p=99%）。 拱拱頂頂下下沉沉：采用水準(zhǔn)抄平方法，基準(zhǔn)點(diǎn)分別設(shè)在洞內(nèi)和洞外（用于校 核），視線長度一般不大于 30m。精度要求：采用水準(zhǔn)抄平方法進(jìn)行拱頂 下沉量測(cè)，其精度低于收斂量測(cè)。根據(jù)本隧道級(jí)、級(jí)圍巖變形可能達(dá) 到的量級(jí)（0.51.0102mm），本方案要求拱頂下沉的量測(cè)誤差應(yīng)控制 在 2.0mm 以內(nèi)。 地地表表沉沉降降：采用水準(zhǔn)抄平方法，在線路外相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)站觀測(cè)進(jìn)口淺 埋段拱頂?shù)乇沓两登闆r。視線長度一般不大于 30m。精度要求：控制在 2.0mm 以內(nèi)。 (2)斷面及測(cè)點(diǎn)布置 斷面間距：收斂、拱頂下沉測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)元件均

13、同斷面布置。具體布置 參見各隧道施工圖，如果遇到斷層破碎帶進(jìn)行適當(dāng)加密。地表沉降根據(jù) 施工需要，在隧道進(jìn)口段地表布置測(cè)試斷面。 測(cè)點(diǎn)布置：采用半斷面開挖時(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 1.52m 處。拱頂下沉測(cè)點(diǎn)按 設(shè)計(jì)要求布置，即布置三測(cè)點(diǎn)，間距 2.5m。測(cè)點(diǎn)布置圖如圖 2 所示。地 表沉降根據(jù)施工需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置。 圖 2 圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖 (3)監(jiān)測(cè)頻率 2.52.5 1.0 1.5 收斂基線 下沉測(cè)點(diǎn) 單位：m 地質(zhì)素描：一般每進(jìn)尺 23 個(gè)循環(huán)觀察描述一次，巖性變化明顯、出 水量增大可加密觀測(cè)次數(shù)。 收斂及拱頂下沉量測(cè)：測(cè)點(diǎn)埋設(shè)后

14、 15 天內(nèi)每天量測(cè)一次，1530 天 23 天量測(cè)一次，一月后 37 天量測(cè)一次。 地表沉降監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)施工需要而定。 3.監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)值及管理等級(jí) 為了正確利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)控施工決策，確保隧道施工安全，應(yīng)制 定本工程施工監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)值以及相應(yīng)的施工管理等級(jí)對(duì)策。 (1)基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)值為控制限值，不得超過。本工程采用變形速率指標(biāo) 輔以最大變形量做為監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)值，見表 2 所示。實(shí)施時(shí)，主要采用精 度較好的水平收斂量做為監(jiān)控量，精度稍差的拱頂下沉量做為參考。 (2)管理等級(jí)：取管理值 Ms最大監(jiān)控量/基準(zhǔn)值，根據(jù) Ms所處范圍 劃分管理等級(jí)實(shí)施相應(yīng)對(duì)策。本隧道按三級(jí)管理考慮對(duì)策，見表 3

15、所示。 上述監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)值及相應(yīng)管理對(duì)策，應(yīng)在經(jīng)過設(shè)計(jì)及監(jiān)理方確認(rèn) 后，予以實(shí)施，以后應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況逐步加以調(diào)整、完善。 表 2 本工程施工監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)值 最大變形量（mm） 圍巖類別 基準(zhǔn)值 （mm/d） 埋深 50m 50300m300m 深埋斷層破碎帶10100150 級(jí) 574080100 級(jí) 35304050 級(jí) 23102030 （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 3 本工程監(jiān)測(cè)管理等級(jí)及對(duì)策 管理等 級(jí) 管理值 Ms管理對(duì)策 三級(jí)Ms0.7正常施工。 二級(jí)0.7Ms1. 0 警戒，加

16、快支護(hù)進(jìn)度。 一級(jí)Ms1.0暫停有關(guān)工序，商討對(duì)策。 4. 報(bào)表 (1)預(yù)警報(bào)告：當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，超過相應(yīng)管理等級(jí)并經(jīng)過復(fù)測(cè)后， 根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，及時(shí)向業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計(jì)等參建各方提交 預(yù)警報(bào)告。 預(yù)警值由隧道設(shè)計(jì)方會(huì)同監(jiān)理、業(yè)主、監(jiān)測(cè)方等根據(jù)有關(guān)規(guī)范和隧道 實(shí)際情況確定。 (2)月報(bào)表：月報(bào)表是提交給監(jiān)理及業(yè)主的重要監(jiān)測(cè)成果表，每月提交 一次。月報(bào)表給出本階段內(nèi)所測(cè)測(cè)點(diǎn)的所有監(jiān)測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行分析給出 階段性結(jié)論。 (3)總報(bào)告：對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行全面分析、評(píng)價(jià)，給出基于監(jiān)測(cè)成果所做 出的本工程安全性的最終評(píng)估結(jié)論。 七七、 、實(shí)實(shí)施施組組織織設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 1. 實(shí)施組織機(jī)構(gòu)設(shè)置 工程指揮

17、部成立由相關(guān)技術(shù)人員組成的地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)小組。 項(xiàng)目總工程師負(fù)責(zé)整個(gè)地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)實(shí)施過程的全面管理工作； 成立現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)預(yù)報(bào)和圍巖變形監(jiān)控量測(cè)兩個(gè)組，分別負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)預(yù)報(bào) 及監(jiān)控量測(cè)工作。 2.工作機(jī)制及職責(zé)分工 實(shí)行二級(jí)管理制度，項(xiàng)目總工程師對(duì)參加地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)人員 直接管理。 項(xiàng)項(xiàng)目目總總工工程程師師 (1)全面具體地組織隧道施工期間地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)工作的 實(shí)施。 (2)制定組織管理目標(biāo)，建立完整的管理體系，確保既定目標(biāo)的實(shí) 現(xiàn)。 (3)確定組織機(jī)構(gòu)人選及職責(zé)分工。 (4)科學(xué)組織預(yù)報(bào)實(shí)施，及時(shí)編制預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)實(shí)施方案。 地地質(zhì)質(zhì)超超前前預(yù)預(yù)報(bào)報(bào)組組 (1)負(fù)責(zé)具體實(shí)施

18、隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作。 (2)根據(jù)補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查結(jié)果、洞內(nèi)地質(zhì)素描資料和物探分析結(jié)果編 寫隧道施工期地質(zhì)預(yù)報(bào)簡報(bào)。 (3)協(xié)助總工編寫隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)總報(bào)告。 圍圍巖巖變變形形監(jiān)監(jiān)控控量量測(cè)測(cè) 地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)組織機(jī)構(gòu) 項(xiàng)目總工 圍巖變形監(jiān)控量測(cè) 組 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)組 地質(zhì)人員物探人員監(jiān)控信息處理及分析人員現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)人員 (1)開展掌子面地質(zhì)素描工作。 (2)根據(jù)隧道施工進(jìn)度情況，及時(shí)組織埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行量測(cè)。 (3)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，上報(bào)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，協(xié) 助現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人編寫隧道施工監(jiān)控量測(cè)預(yù)警報(bào)告和月報(bào)表。 (4)協(xié)助總工編寫隧道施工監(jiān)控量測(cè)總報(bào)告。 八八、 、量量測(cè)測(cè)中中注注意意事事項(xiàng)項(xiàng)及及要要求求 1、確保量測(cè)儀器