隧道超前地质预报与监控量测技术方案

隧道超前地质预报与监控量测技术方案内容摘要：

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。 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 5176。 ~10176。 的夹角，孔位向上倾斜。 而中间的探孔 1则沿隧 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 1~3个钻孔，并将其加深 4~5m，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。 隧道工程无 损 检测 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。 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。 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： 1 .2 3 1 .9 5, 0 .0 0 3 8 ( ) ( )cicu i if v R 粗集料为碎石时： 1 .7 2 1 .5 7, 0 .0 0 8 ( ) ( )cicu i if v R 式中： ,ccuif —— 第 i 测区混凝土强度换算值（ MPa），精确至 iv —— 第 i 测区修正后的超声声速值（ km/s） ,精确到 iR —— 第 i 测区修正后的回弹精确至 衬砌混凝土厚度检测 地质雷达 (ground perating 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。 目标地质体0岩层2岩层1掌子面7654321 点位双程走时 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 ～ 1m。 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图 6 地质 雷达工作原理示意图 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，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 25～ 30m 时，探测时窗为 50~60ns。 （ 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。 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， Ⅴ 级围岩的最大开挖跨度达到 ，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 B180。 所构成水平位移测线，量测测线 BB180。 位移的变化。 同时在下台阶设置 C、 C180。 测线。 量测下台阶掘进期间 CC180。 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 Ⅳ 、 Ⅴ 级 围岩台阶法开挖 量测断面布置方式 图 8 隧道 Ⅴ 级围岩 CRD工法 量测断面布置方式 图 9 隧道 Ⅴ 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 BB180。 和 CC180。 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 422DIMhFF xaxin  422DIMhFF xaxou  式中 inF —内侧钢筋计的轴力， kN； ouF —外侧钢筋计的轴力， kN； axF —工字钢的轴力， kN； M —工字钢的弯矩， kNm； xI —工字钢 的惯性矩， m4； D —钢筋计的直径，m， h 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： 2 )( ouinax FFF  2 )(4 Dh FFIM ouinx   (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 tiii uLLu  0 式中 0L —测线的初始观测值， mm； iL —测线第 i次观测值， mm； iu —第 i次观测时围岩发生的绝对位移 值， mm； tiu —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。 )( 2020 ffkNN iji  式中 0N —钢筋计标定曲线的截距，通常取 kNN 00  ； jk —第 j只轴力计的标定系数， kN/Hz2； 0f —轴力计埋设后初始的频率读数， Hz， if —轴力计埋设后第 i次测试的频率读数， Hz； iN —第 i次观测时测点的轴力值， kN。 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、检测安全目标及安全保障措施 检测安全管理措施 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 “ 安全第一，预防为主 ” 的工作方针和 “ 谁主管，谁负责 ” 的原则，安排一位主管领导负责安全生产管理工作，并设立专职安全员。 建立健全项目安全管理组织机构和安全生产责任制，认真履行各 项安全生产制度。 安全员 在 检测 工 作中安排一名专职安全员，专职安全员具有安全工作资格，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，查看所有安全规则与条例的实施情况。 安全员持证上岗，佩证为红色，以示醒目，内容有姓名、职务和本人照片。 安全文明检测规程 （ 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）作业现场实行秩序化、标准化、规范化管理，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，尽量避免发生不文明的行为。 （ 6）所有 检测 人员严禁酒后作业。 进洞 作业要注意安全。 （ 7） 严格遵守操作规程，按设备说明书的要求安全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。