隧道超前地质预报方案文档格式.docx
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1）区域地质分析
从本标段隧道所在地区的各种比例尺区域地质图、区域构造体系图及其施工图纸资料中获取。
初步了解隧道所在地区：
⑴主要构造方位、力学性质和构造多期活动特征及其不同方位构造对隧道围岩稳定性的影响程度；
⑵主要地层类型（如素填土、粉质粘土、凝灰熔岩等等）特征及其隧道围岩稳定性的影响程度；
⑶主要岩浆岩的类型特征、空间分布特征及其隧道围岩稳定性的影响程度。
2）不良地质条件分析：
它是隧道所在地区不良地质宏观预报的依据。
因为：
大多数隧道不良地质体本身就是区域地层、地质构造或岩溶地质体的一部分。
主要包括：
依据地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析，溶洞、暗河、岩溶陷落柱和岩溶淤泥带成生条件和展布规律分析等。
3．2．2TSP长距离超前预报
TSP设备是由瑞士安伯格公司开发、生产的，是当前国内外最先进的隧道长期超前地质预报设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要手段。
它与其它超前地质预报的设备相比，最大优点是：
探测距离远（可达隧道掌子面前方300～500米,有效预报距离100～150米），分辨率高（最高分辨率为1米），抗干扰能力强（基本不受干扰），影响施工很少（钻孔和测试在侧壁进行，洞内探测时间仅用45分钟）。
该设备主要用于超前预报隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模，最大探测距离为掌子面前方300~500m，设备限定的有效预报距离为掌子面前方100m，最高分辨率为≥1m地质体。
1）操作要点
⑴准备工作操作人员4人，其中电工、爆破工各1人，配合人员2人；
瞬发雷管约30个，引爆电线约60m，炸药600g/次，每孔装20～30g。
⑵钻孔接收器钻孔位置距工作面约55m，与爆破孔同侧壁，数量1个，直径38mm，深度2.4m，方向垂直于隧道轴线或向底面倾斜10o，向洞口回斜10o，高度约在地面以上1.0m。
第一个爆破孔距离接收器20m，而后所有向前至工作面的爆破孔间距约1.5m，爆破孔数量根据隧道工作面的实际位置而定，但应大于18个；
直径38mm，深度1.5m，线向垂直于隧道轴向，或向上与工作面成10o夹角，向地面倾斜10o～20o，高度约在地面以上1.0m。
⑶接收器套管的埋置与爆破孔的保护，接收器套管的埋置关系到接收器所收集震波信息的准确性。
在接收器钻孔钻好后，用不收缩的快干砂浆或锚固剂注满钻孔，然后将套管插入孔中，24h后固化备用，整个过程应小心操作，力求套管与围岩无孔缝存在。
爆破孔钻好后，为防止钻孔在不稳定围岩中坍塌，可用塑料管（直径30mm，长约1.5m）插入孔中备用，实测时取出装药。
⑷仪器调试包括基本工程数据的输入，测量几何图形参数的输入，地震波参数的输入。
⑸现场测试在接收器套管埋设24h后，即可进行现场测试，探测断层产状及有无设计遗漏断层。
2）TSP能解决的主要技术问题
⑴预报掌子面前方的断层破碎带、软岩、岩溶陷落柱等不良地质体的性质、位置和规模；
⑵预报涌水量的存在、位置和规模；
⑶预报地层的边界和其中的富水砂岩；
⑷粗略地预报围岩级别（类别）；
⑸定性地预报发生塌方、突泥突水等施工地质灾害的危险性。
3）TSP的主要技术指标
⑴探测距离一般为掌子面前方300～500米，最大可达1500米；
有效预报距离为掌子面前方100～150米。
⑵最高分辨率为1米地质体；
⑶预报不良地质体位置的精度可达90%以上；
⑷预报不良地质体规模的精度可达85%以上。
3．2．3超前钻孔
当通过TSP长距离超前预报和TEM地质雷达短距离探测（瞬变电磁仪法探测）初步判断前方有不良地质时，如区域性断层、岩溶发育段、突涌水段等，应采用钻孔检查验证，探孔长度20～30米，保护段长度不小于10米。
根据不良地质地空间规模，确定钻孔的施作位置、方位、孔数，一般一个断面钻孔1个，钻进时应对钻进速度、取芯情况、出水点位置、流量、水压、水温及出水状态等作详细记录。
超前钻孔见下图所示
超前钻孔示意图
通过地质超前预报和探孔，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水量情况及围岩结构的完整性，从而为优化施工隧道方案提供依据，为预防隧道突水、突泥、有害气体溢出等可能形成的灾害性事故及时提供信息
3．2．4有毒有害气体监测
当隧道穿过有毒有害气体的地层时，有毒有害气体会突然释放出来，威胁施工人员的生命安全。
因此，必需对隧道施工过程中的有毒有害气体进行监测。
本项目采用移动式复合气体检测仪，对隧道中空气进行实时监测。
该议器有四个检测通道，最多可同时检测1－5种气体，一种可燃气体及四种毒气，即插即用。
360度光报警及103dB声报警。
3．3超前地质预报小组组织机构
超前地质预报是施工过程中的一道非常重要的工序，施工中坚持先探后挖的施工原则，将超前地质预报纳入施工循环，不探明前方地质，不能开挖。
为确保施工安全，真正做到信息化指导施工，确保施工安全、顺利进行，成立超前地质预报小组，实行超前地质预报专人责任制，由有经验的专业人员组成，制定实施性计划使超前地质预报按计划有步骤地进行。
3．4超前地质预报仪器
1）地质罗盘
2）TSP203；
3）地质钻孔机；
4）移动式复合气体检测仪（瓦斯探测）。
3．5超前地质预报周期
⑴、隧道每掘进100米使用TSP进行一次长距离超前地质预报；
⑵、每60米使用SIR20地质雷达结合40MHz天线进行一次超前地质预报；
⑶、每20米使用SIR20地质雷达结合100MHz天线进行一次超前地质预报；
⑷、超前钻孔，不良地质带平均每20～30m一次。
⑸、有毒有害气体检测。
当进入瓦斯设防地段时严格按照《煤矿安全规程》的有关要求进行瓦斯检测。
对各种分析方法的预报结果进行综合分析后提交报告，根据报告合理制定施工方案，安全顺利通过不良地质地段，为隧道施工提供有利保障。
4．隧道监控量测施工技术方案
4．1监控量测原则及人员设备
1）监控量测原则
（1）隧道内一般地段沉降观测断面的布设根据围岩级别和结构类型分别确定，不良地质和复杂地质区段适当加密布设。
（2）隧道洞口、明暗分界处和变形缝处均应进行沉降观测。
（3）隧道主体工程完工后，变形观测期一般不应少于3个月。
观测数据不足或完工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。
2）监控量测人员、仪器配置
1）监控量测人员配置
为确保施工监测质量，真正做到信息化指导施工，确保隧道施工安全、顺利进行，成立监测管理小组，实行监测质量专人负责制。
2）监控量测仪器配备
名称
技术指标
仪器编号
数量
状态
任用途
天津威斯曼AL12-22水准仪
每公里双次观测标准偏差0.3mm
水准仪圆水器灵敏度8ˊ/2mm
居中精度0.3
相当于DS05级水准仪”
1台
鉴定合格
用于布置垂直位移监测网，测量沉降监测桩、沉降板
南方系列NTS-362R全站仪
侧角精度：
2“-5”
高精度：
1“-0.5”
测距精度：
2+2PPM-5+2PPM
53140
侧角度，坐标，里程，坡度
JSS30A
收敛仪
测量范围：
0.5m～20m
数显示值：
0.5m～20m
测量精度：
0.1mm
分辨率：
0.01mm
数显示值稳定度：
24h内不大于0.01mm
35462
用于变形发展规律,确定合理支护参数
4．2监控量测的基本规定
监控量测的管理必须科学合理，设计单位应进行监控量测设计，施工单位应编制监控量测实施细则，施工中应按细则实施，工程竣工后应将监控量测资料整理归档并纳入竣工文件中。
1）监控量测设计内容
（1）确定监控量测项目;
（2）确定测点布置原则、监控量测断面及监控量测频率;
（3）确定监控量测控制基准。
2）现场监控量测工作内容
（1）现场情况的初始调查;
（2）编制实施细则;
（3）布设测点并取得初始监测值;
（4）现场监控量测及分析;
（5）提交监控量测成果。
3）监控量测流程及注意事项
（1）监控量测实施细则应报监理、业主，经批准后实施，并作为现场作业、检查验收的依据。
监控量测变更必须经项目技术负责人审核，报监理工程师批准。
（2）监控量测系统应可靠、稳定、耐久，在服务期内运转正常。
仪器设备应按规定进行检查、校对和率定，并出具相关证明。
（3）测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防损坏。
（4）施工现场必须建立严格的监控量测数据复核、审查制度，保证数据的准确性。
监控量测数据应利用计算机系统进行管理，由专人负责。
如有监控量测数据缺失或异常，应及时采取补救措施，并详细做出记录。
（5）根据监控量测精度要求，应减小系统误差，控制偶然误差，避免人为错误。
应经常采用相关方法对误差进行检验分析。
（6）施工与监控量测应密切配合，监控量测元件的埋设与监控量测应列人工程施工进度控制计划中，监控量测工作应尽量减少对施工工序的影响。
5．隧道监控量技术要求
5．1一般规定
1）监控量测应达到下列目的:
（1）确保施工安全及结构的长期稳定性;
（2）验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据;
（3）确定二次衬砌施做时间;
（4）监控工程对周围环境影响;
（5）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。
2）监控量测设计应根据围岩条件、支护参数、施工方法、周围环境及监控量测目的进行。
3）监控量测实施细则应根据设计要求及工程特点编制，内容应包括:
（1）监控量测项目;
（2）人员组织;
（3）元器件及设备;
（4）监控量测断面、测点布置、监控量测频率及监控量测基准;
（5）数据记录格式;
（6）数据处理及预测方法;
（7）信息反馈及对策等。
4）监控量测工作必须随施工工序及时进行，尽快读取初始读数，并根据现场情况及时调整监控量测的项目和内容。
5．2监控量测项目
1）监控量测项目分为必测项目和选测项目。
2）必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目。
具体监控量测项目见表5.1。
表5.1监控量测必测项目
序号
监测项目
方法及工具
测试精度
备注
1
洞内外观察
现场观察，数码相机
2
水平净空收敛
隧道净空变化测测定仪（收敛仪、全站仪）
0.1mm
3
拱顶下沉
水平仪、钢尺
1mm
4
地表下沉
水平仪、水准尺
3）选测项目是为满足隧道设计与施工的特殊要求进行的监控量测项目。
具体监控量测项目按表5.2选择。
4）隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像，必要时应进行物理力学试验。
5）初期支护完成后应进行喷层表面裂缝及其发展、渗水、变形观察和记录。
表5.2监控量测选测项目
围岩内部位移
洞内钻孔中安设测点
支护、衬砌内应力表面应力及裂隙测量
压力计、压力盒
0.1MPa
钢支撑内力及外力
测力计
5．3监控量测断面及测点布置原则
监控量测测量点分为基准点、工作基点和监控量测观测点。
其布设按下列要求：
1）每个独立的监测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点。
基准点应选设在监控量测影响范围以外便于长期保存的稳定位置。
2）工作基点应选在比较稳定的位置。
对观测条件较好或观测项目较少的项目，可不设立工作基点，在基准点上直接测量监控量测观测点。
3）监控量测观测点应设立在变形沉降体上能反应变形沉降特征的位置。
4）一般条件下，地表沉降测点纵向间距应按表5.3的要求布置。
布点位置如下图。
拱顶下沉测点和净空变化测点布置在同一断面上。
测点应尽量对称布设，即“同面等高”，以便数据的相互验证。
表5.3地表沉降测点纵向间距
隧道埋深与开挖宽度
纵向测点间距（m）
2B<
Ho<
2.5B
20一50
B<
Ho≤2B
10一20
Ho≤B
5一10
注:
H为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。
地表沉降测点横向间距为3m。
在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于Ho+B，地表有控制性建（构）筑物时.量测范围应活当加宽。
其测点布置如图5.4所示。
图5.4地表沉降横向测点布置示意图
5）拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。
拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近。
表5.5必测项目监控量测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
V～VI
≤5
Ⅳ
≤10
Ⅲ
≤30
II
≤50
注:
Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。
6）选测项目量测断面及测点布置应考虑围岩代表性、围岩变化、施工方法及支护参数的变化。
监控量测断面应在相应段落施工初期优先设置，并及时开展量测工作。
7）不同断面的测点应布置在相同部位，测点应尽量对称布置，以便数据的相互验证。
5．4监控量测断面频率
1）必测项目的监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表5.6和表5.7确定。
由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。
出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。
表5.6按距开挖面距离确定的监控量测频率
监控量测断面距开挖面距离（m）
监控量测频率
（0一1）B
2次/d
（1一2）B
1次/d
（2一5）B
1次/2一3d
>
5B
1次/7d
B为隧道开挖宽度。
表5.7按位移速度确定的监控量测频率
位移速度（mm/d）
监控量测频率
≥5
2次/d
1～5
0.5～1
1次/2～3d
0.2～0.5
1次/3d
<
0.2
2）开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建（构）筑物的描述应每施工循环记录一次。
必要时，响范围内的建（构）筑物的描述频率应加大。
3）选测项目监控量测频率应根据设计和施工要求以及必测项目反馈信息的结果确定。
5．5现场监控量测点的布设方法及具体要求
1）浅埋地表沉降观测点布设
地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。
横向间距3米,纵向间距根据地表覆盖厚度设置。
观测点埋设采用预埋22#钢筋，插入地表0.8米,混凝土固定,每个断面埋设5个观测点,并依次编号。
2）洞内水平收敛，拱顶沉降观测点布设
对于隧道进出口端均为V级围岩,水平收敛两条侧线，上部收敛线，下部收敛线，拱顶沉降点一个，V级围岩每5~10米一个量测断面，Ⅳ级围岩每10~20米一个量测断面，采用无棱镜全站仪观测。
洞内Ⅲ、Ⅱ围岩采用全断面开挖方式，水平收敛侧线一条，拱顶沉降点一个，每50米一个量测断面。
监控量测点由洞口端进洞4米位置开始埋设，按照各类围岩间距依次埋设。
3）垂直位移监测网的建立应符合下列规定
⑴垂直位移监测网应布设成闭合环状、结点或附合水准路线等形式；
⑵水准基点应该埋设在变形区以外的基岩或原状土层上，亦可以用稳固的建筑物，构筑物设立墙上水准点。
⑶垂直位移监测网的主要技术要求应符合下表规定。
拱顶沉降量测路线由洞口段依次向洞内推进，按照二等水准测量技术要求施测。
基准点选用洞内控制点做为基准点，当需要增设基准点时，按照线路水准基点的埋设要求增设基准点，使用时作稳定性检查与检验，并应以稳定或相对稳定的点作为测量变形的参考点。
在确保无误情况下开始量测拱顶沉降。
6．隧道监控量方法
6．1拱顶下沉、水平收敛量测方法
采用全站仪非接触测量的方法对隧道拱顶下沉及净空变化进行监控量测，即在外业观测中，采用全站仪任意测站极坐标测量的方法，直接获取各监测点的空间三维坐标，利用各监测点的空间三维坐标，间接得到同一断面上各监测点间的相对位置关系，并通过比较不同周期相同监测点间的相对位置关系的差异，来真实反映隧道的拱顶下沉及净空收敛变化量。
外业数据采集时，应注意以下几点要求：
（1）全站仪（标称精度不得低于2″、2mm+2ppm）必须经过鉴定合格后方能使用，并且各作业面应定期或不定期对全站仪进行自检；
（2）测站位置应尽量靠近隧道中线，并使测站离最近监控断面的距离大于20m，以确保监控量测的精度；
（3）每测站可同时观测数个监控断面，离最远监控断面的距离应根据现场光线等实际情况而定；
（4）每站测量前，需实时在全站仪上进行温度和气压检核或改正；
（5）每站测量，应对各断面的监测点进行两测回观测（盘左、盘右为一个测回），并将测量成果直接存储于全站仪的内存中，便于后续处理；
（6）若遇外界干扰，则应暂停测量，确认仪器稳定后再测量；
（7）为避免误差对监控量测成果的影响，应固定仪器和监控人员。
（8）控量测系统的测试精度应满足设计要求：
拱顶下沉、净空变化、地表沉降、纵向位移、隧底隆起测试精度为0.5--1mm,围岩内部位移测试精度为0.1mm，爆破振动速度测试精度为1mm/s。
其他监控量测项目的测试精度结合元器件的精度确定。
6．2洞内、外观察
（1）施工过程中应进行洞内、外观察。
洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。
（2）开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比。
（3）洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。
6．3地表沉降量测
地表下沉量测一般用精密水准仪和铟钢尺进行测量，量测结果能反映浅埋隧道开挖过程中地表变形的全过程，其量测精度一般为土1mm。
浅埋隧道地表下沉量测的重要性，随隧道埋深变浅而增大，如说明表6.1所示。
地表下沉量测断面宜与洞内周边位移和拱顶下沉量测设置在同一断面，当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。
在隧道纵向（隧道中线方向）至少布置一个纵向断面。
在横断面上应布置多个测点，两测点的距离为3m。
在隧道中线附近测点应布置密一些，远离隧道中线应疏一些。
地表下沉量测方法和拱顶下沉量测方法相似，即通过测点不同时刻标高h,求出两次量测的差值△h，即为该点的下沉值。
表6.1地表沉降量测的重要性
埋深
重要性
测量与否
3B〈H
小
不必要
2B〈H〈3B
一般
最好量测
B〈H〈2B
重要
必需量测
H〈B
非常重要
必要列为主要量测项目
首先埋设参考点（基准点），必须设置在工程施工影响范围以外，以确保参考点，（基准点）不下沉，埋设方式按照标识的方式，预埋22#钢筋头并浇筑混凝土固定，并在工程开挖前对每一个测点读取初始值。
在距离开挖面前方H+h处（H为隧道埋深，h为隧道开挖高度）就应对相应测点进行超前监控量测，然后随着工程的进展按一定的频率进行监控量测。
在读数时各项限差宜严格控制，每个测点读数误差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。
首次观测时，对测点进行连续三次观测，三次高程之差应小于±
1.0mm，取平均值作为初始值。
当所测地层表面立尺比较困难时.可以在预理的测点表面粘贴膜片式反射器作为测点靶标，然后用全站仪进行非接触量测。
观测频率为D（位移变化值）>
5mm/d,2次/d;
1<
D<
5mm/d,1次/d;
0.2<
1mm/d,1次/3d;
D<
0.2mm/d,1次/7d，每次计算出同比上次下沉量及累计下沉量，及时将监控数据反馈给现场技术主管及监理工程师。
6．4观测频率计信息反馈
每周期变形观测时，按照下列规定执行：
1）采用相同的观测线路和观测方法；
2）使用同一套仪器和设备；
3）固定观测人员；
4）固定基准点和工作基点；
5）在基本相同的环境和观测条件下工作。
7．监控量测阶段性成果数据分析
根据量测数据及时绘制拱脚水平相对净空变化、拱顶相对下沉和地表下沉的时态曲线及其与开挖工作面距离的关系图。
对初期支护的时态曲线应进行回归分析，选择与实例数据拟合性好的函数进行回归，预测可能出现的最大位移。
7．1观测频率计信息反馈
根据量测结果按下列要求进行隧道稳定性综合判别：
（1）实测最大位移值或预测最大位移值不大于极限相对位移值得2/3，可认为初期支护达到基本稳定，可以终止量测。
（2）根据位移变化速度，当净空变化速度持续大于1～2mm/d时，表明围岩处于急剧变形状态；
当变化速度小于0.2mm/d时，可认为围岩达到基本稳定。
（3）根据回归后位移时态曲线的形态，当围岩位移速度不断下降时表示围岩趋于稳定状态；
当位移速度保持不变时表示围岩不稳定；
当位移速度不断上升时表示围岩进入危险状态。
（4）根据位移量测结果，可按表7.1，表7.2进行位移管理分级指导施工。
表7.1位移管理等级
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
III
U＜U1B/3
U＜U2B/3
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
I
U＞2U1B/3
U＞2U2B/3
注：
U－实测位移值；
U1B－距开挖面1B时最大
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