1、隧道監(jiān)控量測施工組織設(shè)計1、隧道監(jiān)控量測方法根據(jù)瓦斯隧道的工程特點，隧道設(shè)置專業(yè)地質(zhì)預(yù)報組，以地質(zhì)素描法、TSP地震波法、地質(zhì)雷達、地質(zhì)水平鉆探等相結(jié)合的綜合手段對前方圍巖情況的探測，對掌子面前方的隧道圍巖進行長期、中期及短期預(yù)報。通過長、中、短期預(yù)報相結(jié)合，達到相互驗證，準確預(yù)報，從而建立一套適合本隧道的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，提高預(yù)報的準確度，對異常地質(zhì)情況認真分析，為決策提供依據(jù)，以便制定施工方案及處理預(yù)案，及時采取相應(yīng)的防治手段，避免地質(zhì)災(zāi)害所帶來的損失和負面影響，確保施工安全。地質(zhì)素描開挖后通過對圍巖類別、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)情況進行觀察和測

2、定后，繪制剖面、平面地質(zhì)素描圖，并結(jié)合位移量測和超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報資料來判斷前方地質(zhì)情況，據(jù)以指導(dǎo)施工。TSP地震波法TSP（Tunnel Seimic Prediction）超前預(yù)報技術(shù)節(jié)省時間，對施工干擾少，每次爆破記錄時間僅需45min，整個量測循環(huán)（包括儀器清理）共需2h。采用TSP 對隧道前方的地質(zhì)特性進行預(yù)測預(yù)報，每次預(yù)測距離為100m，根據(jù)預(yù)測的結(jié)果分析圍巖的地質(zhì)情況，對TSP探測斷層、裂隙發(fā)育的地段可采用超前鉆孔進行重點探測。同時每個開挖循環(huán)根據(jù)地質(zhì)素描對前方圍巖進行判斷。地質(zhì)雷達為提高地質(zhì)預(yù)報的準確型，除采用常規(guī)地質(zhì)法和陸地聲納以進行地質(zhì)預(yù)報外，同時利用SIR10B型地質(zhì)雷達

3、進行地質(zhì)超前預(yù)報，其探測范圍40m內(nèi)，是一種非破壞型的探測技術(shù)，具有抗電磁干擾能力強，分辨率高，可現(xiàn)場直接提供實時剖面記錄圖，圖象清晰直觀。超前地質(zhì)水平鉆孔隧道正洞在開挖前采用加深炮眼探測是否有瓦斯、天然氣等氣體，每個斷面加深炮眼的個數(shù)不小于5個，均勻分布于掌子面，炮眼深度不小于5m。當加深炮眼探測到有瓦斯、天然氣等有害氣體后，應(yīng)采用3臺100HQF110全風(fēng)動水平鉆鉆孔進行超前地質(zhì)探測進行驗證，孔長度為20m，搭接長度不小于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)置檢測點，檢測是否有有害氣體涌出，并檢測瓦斯涌出的濃度及壓力是否超標。每個循環(huán)工序必須做好記

4、錄、地質(zhì)素描和影像資料。平導(dǎo)在開挖前必須“先探后掘”，在掌子面上也采用加深炮眼探測是否有瓦斯、天然氣等氣體，每個斷面加深炮眼的個數(shù)不小于3個，均勻分布于掌子面，炮眼深度不小于5m。當加深炮眼探測到有瓦斯、天然氣等有害氣體后，應(yīng)采用3臺100HQF110全風(fēng)動水平鉆鉆孔進行超前地質(zhì)探測進行驗證，超前鉆孔后的施工長度為20m，留出5m的安全距離。隨時監(jiān)測探孔的瓦斯溢出量。若探測到有害氣體，要根據(jù)記錄確定有害氣體的涌出位置，當超前探物及驗證孔確認富含瓦斯時，增加不少于3個100超前鉆孔(46號孔)，進一步確認瓦斯、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)控量測方案2.1監(jiān)控量測內(nèi)

5、容表1 監(jiān)控量測項目序號監(jiān)控項目測試方法和儀表測試精度備注1洞內(nèi)、外觀察現(xiàn)場觀察、地質(zhì)羅盤、數(shù)碼相機2襯砌前凈空變化隧道凈空變化測定儀（收斂儀、全站儀）0.1mm3拱頂下沉水準測量的方法，水準儀、鋼掛尺或全站儀1mm水平收斂量測4地表下沉水準測量的方法，水準儀、鋼掛尺或全站儀1mm淺埋隧道必測（H02b）5二次襯砌后凈空變化隧道凈空變化測定儀（收斂儀、隧道斷面儀）0.01mm注：H0-隧道埋深；b-隧道最大開挖寬度。2.2量測斷面間距表2 必測項目量測斷面間距和每斷面測點數(shù)量圍巖級別斷面間距（m）每斷面測點數(shù)量凈空變化拱頂下沉512條基線13點101條基線1點301條基線1點注：洞口及淺埋段斷

6、面間距取小值；各選測項目量測斷面的數(shù)值，宜在每級圍巖內(nèi)選有代表性的12個；軟巖隧道的觀測斷面適當加密。2.3監(jiān)控量測方法及要求2.3.1洞內(nèi)外觀察（1）洞內(nèi)外觀察分開挖工作面觀察，已施工區(qū)段觀察以及地表觀察，開挖工作面觀察應(yīng)在每次開挖后進行一次，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?shù)刭|(zhì)情況基本無變化時，可每天進行一次，觀察后應(yīng)繪制開挖工作面略圖并作好地質(zhì)素描，填寫工作面狀態(tài)記錄表及圍巖級別判定卡。（2）對已施工區(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）地表下沉的量測必須在隧道開挖之前進行，量測斷面應(yīng)與隧道內(nèi)的量測處于同一橫斷面，每個量測斷面的觀測點不少于7個，監(jiān)控范圍應(yīng)延伸布置在隧道開挖影響范圍以外。地表構(gòu)筑物應(yīng)在其周圍增設(shè)觀測點。量測應(yīng)超前于隧道開挖工作面。監(jiān)控量測時間應(yīng)一直持續(xù)到地表下沉長期穩(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凈空變化量測（1）拱頂下沉及水平相對凈空變化量測應(yīng)在同一斷面進行，并采用相同的量測頻率。如位移出現(xiàn)異常情況，應(yīng)加大量測頻率。（2）測點布置見圖2：（3）凈空變形量測應(yīng)在每次開挖后盡早進行，初讀數(shù)應(yīng)在開挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得大于24h，而且在下一循環(huán)開挖前，必須完成初讀數(shù)

8、。（4）測點應(yīng)牢固可靠，易于識別并妥善保護。拱頂量測后視測點必須埋設(shè)在穩(wěn)定巖面上，并和洞內(nèi)水準點建立聯(lián)系。（5）量測應(yīng)選擇精度適當、性能可靠、使用及攜帶方便的儀器。變形量測可選用電阻式或電感式儀器，儀器使用前必須經(jīng)過嚴格標定。（6）水平相對凈空變化量測線的布置應(yīng)根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、量測斷面所在位置、隧道埋深等條件確定。在地質(zhì)條件良好，采用全斷面開挖時，可設(shè)一條水平測線。當采用臺階法開挖時，可在拱腰和邊墻部位各設(shè)一條水平測線。（7）拱頂下沉量測與水平相對凈空量測在同一斷面內(nèi)進行，可采用水準儀等測定下沉量。當?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時，下沉量大或偏壓明顯時，除量測拱頂下沉外，尚應(yīng)量測拱腰下沉及基底隆起量。

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

10、應(yīng)和拱頂下沉及水平相對凈空變化的量測頻率相同。2.3.4量測頻率表4 量測頻率表變形速度(mm/d)量測斷面距開挖面距離(m)量測頻率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表示隧道開挖寬度。2.4量測資料整理及信息反饋（1）根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)繪制位移時間曲線或散點圖，在位移時間曲線趨以平穩(wěn)時進行回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律，當位移時間曲線圖出現(xiàn)反彎點，即位移出現(xiàn)反常的急聚增加現(xiàn)象，表明圍巖和支護呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)及時加強支護，必要時停止掘進，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；拱腳水平相對凈空變化速度小于0.2mm/d，拱頂相對下沉速度小于0.15mm/d。（3）圍巖及支護的穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)開挖工作面的狀態(tài)、凈空水平收斂值及拱頂下沉量的大小和速率綜合判斷，并及時反饋于設(shè)計和施工中，根據(jù)水平相對凈空變化值進行判斷時，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）測量過程中，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象或與設(shè)計不符時，應(yīng)及時提出，以便修改支護參數(shù)。（5）根據(jù)量測結(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”指導(dǎo)施工。表5 變形管理等級管理等級管理位移施工狀態(tài)(U0)(Un/3)可正常施工(Un/

12、3)(2Un/3)應(yīng)考慮加強支護(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)計的震源點（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個炮點）用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。當?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，一部分地震信號反射回來（圖1），一部分信號透射進入前方介質(zhì)。反射的地震信號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。采集數(shù)據(jù)通過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，最大記錄長度為1808.5ms，記錄帶寬8000Hz和4000Hz，動態(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，進入隧道采集數(shù)據(jù)。3.4、觀測系統(tǒng)設(shè)計隧道采用

14、臺階法施工。接收器位置在設(shè)在開挖面后方54m，設(shè)計24炮，1個接收器位于隧道右邊墻接收，一個接收器位于左邊墻接收。觀測系統(tǒng)詳細情況見表1：觀測系統(tǒng)詳細情況表 表6接 收 器 孔炮 孔數(shù)量2個，位于隧道的左、右邊墻24個, 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位置距離開挖面59m第1個炮點離同側(cè)接收器孔16m，炮點距1.5m掌子面54m隧道軸TA圖4 觀測系統(tǒng)示意圖接收孔R120m炮孔S1 S2 S3 S23 S24接收孔R2觀測系統(tǒng)示意見圖2。3.5、 儀器參數(shù)及數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集時，采

15、用X-Y-Z三分量同時接收，采樣間隔62.5s，記錄長度451.125ms（7218采樣數(shù)）。激發(fā)地震波時，采用無爆炸延期的瞬發(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專用軟件進行處理。處理時，首先正確輸入隧道及炮點和接收點的幾何參數(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)報長度約為150m?；咎幚砹鞒贪?1個主要步驟，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)果解釋與評估處理成果的解釋與評估，主要基于以下的地震勘探基本準則：反射振幅越強，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)，表明堅硬巖層；負反射振幅（藍色）表明軟弱巖層。若橫波反射比縱波強，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4. 1、 監(jiān)控量測測點布設(shè)1）斷面及測點布置周邊收斂：、級圍巖每1020米布置一個斷面；、級圍巖每50米布置一個斷面。拱頂下沉：每1050m一個斷面。開挖輪廓測量：級圍巖每10m布置一個斷面；級圍巖每20m布置一個斷面；II、III級圍巖每50m布置一個斷面。地表沉降：根據(jù)工程實際需要，在隧道洞口段地表布置測試斷面。每洞口設(shè)置5個地表沉降量測斷面。測點布置：采用半斷面開挖時，收斂量測上、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。拱頂下沉布置三測點，間距2.5m。測點布置如圖5所示。地表沉降根據(jù)施工需要進行現(xiàn)場布置。

18、2.52.5收斂基線下沉測點單位：m圖5 圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測測點布置圖2）監(jiān)測頻率測點埋設(shè)后15天內(nèi)每天量測12次，1530天內(nèi)12天量測一次，1月后37天量測一次。特殊地段視具體情況加密監(jiān)測頻率。4. 2、 監(jiān)控量測管理規(guī)定根據(jù)國內(nèi)外20余年的經(jīng)驗積累和理論分析得出，判斷圍巖的穩(wěn)定性單靠一項指標是不能準確對圍巖穩(wěn)定性做出可靠判斷的，隧道圍巖穩(wěn)定性施工監(jiān)測控制標準判斷及圍巖穩(wěn)定和支護效果有以下三個方面標準：1）按圍巖變形最大位移值評判標準表7 隧道施工監(jiān)測管理基準值（公路標準）圍巖類別基準值（mm/d）最大變形量（mm）埋深50m50300m300m深埋斷層破碎帶101001505740801003530405023102030說明：基準值：當埋深大于50m時取表中大值。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)測管理等級及對策（公路標準）管理等級管理值Ms管