隧道检测实施方案.docx

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隧道检测实施方案

隧道检测实施方案

一、工作依据

（1）JTGF602009《公路隧道施工技术规范》；

（2）JTJ071-98《公路工程质量检验评定标准》；

（3）JTGF80/1-2004《公路工程质量检验评定标准》；

（4）JB50021-2001《岩土工程勘察规范》；

（5）JTJ064-98《公路工程地质勘察规范》；

（6）GB50086-2001《锚杆喷射砼支护技术规范》；

二、隧道地质超前预报

在隧道施工阶段开展超前地质预报工作对确保

施工安全和进度具有十分重要的作用。

隧道施工超前地质预报方法历经几十年的发展，已经由单一的地质分析预报阶段发展到地质分析结合地球物理探测的综合预报阶段，并取得了许多成功的工程案例。

隧道信息化施工中综合超前地质预报技术，但预报方法只采用了地面地质调查法、地质雷达和TSP法，没有将地质综合分析技术和一些新的物探超前预报技术纳入预报方法体系。

在对综合超前地质预报方法研究基础上，优化综合超前地质预报的流程，并提出隧道地质灾害四色预警机制，制定相应的应急预案，但没有建立隧道常见不良地质体的综合预报模型。

谭天元等[7]建立深埋长大隧道综合预报体系和方法的框架较全面，但没有提出具体合适的综合预报模型。

从当前各种超前预报新旧方法的应用情况可知，每种方法都不可避免地存在局限性，并且各有优缺点。

提高超前地质预报的准确性仍是国内外隧道与地下工程界急需解决的技术难题，有必要提出一种完善的、易于推广的综合预报体系。

2.2隧道超前地质预报方法与评价

隧道介质的物性差异

隧道主要介质为岩土体、水、空气。

空气的主要物性特点是电阻率最大；介电常数最小，一般为

1；电磁波速最高，衰减最小；地震波波速最小，纵波波速一般为340m/s[8]。

水的物性特点是介电常数最大，一般为81；电磁波速最低；地震波波速较小，纵波波速一般为1430～1590m/s。

干燥岩土体的物性特点是多数属于高阻介质，电磁参数有差异，但差异不大，介电常数为4～9，电磁波波速中等；地震波波速相差很大，常见范围为1500～8000m/s。

在隧道超前地质预报中，物探方法常以隧道介质的弹性和电性差异为基础。

如TSP预报利用的物性差异是隧道介质的弹性，地质雷达预报利用的是介电常数，瞬变电磁法利用的是介质的视电阻率，BEAM预报利用的是介质的激发极化效应。

3.2隧道常见超前预报方法

（1）地质分析预报法

地质分析预报是隧道超前预报中的一项基本方法，地质分析方法细分的种类很多，常见的有：

地面地质调查、隧道掌子面地质编录、超前钻探等。

其中，地面地质调查和掌子面地质编录与分析两种方法的优点是不干扰施工，设备简单，出结果快，预报效果较好，而且为整个隧道提供详细的地质资料；缺点是对于隧道前方未开挖的不良地质容易漏报。

超前钻探可以直观反映掌子面前方基本地质情况，是施工预报最有效方法之一，对岩体完整性、地下水和垂直隧洞轴线的地质结构面等预报效果较好，但需占用较长的施工作业时间，费用高，所以超前钻探只适用于针对某些重点疑难问题的预报。

（2）TSP法

TSP（tunnelseismicprediction）法基于地震波的反射原理，是利用地震波在不均匀地质构造中产生的反射波特性来预报隧道施工前方的地质条件和岩石特性变化的一种方法[9]。

TSP对掌子面前方遇到与隧道轴线近垂直的不连续面的预报结果可靠。

地震波在断层等不连续面处产生较强发射，出现大量反射界面，同时P波波速VP降低。

由于溶洞（含空腔）发育复杂多变、大小不定、形态各异，几何形状变化大，地震反射波特征复杂，因此TSP对溶洞的预测效果稍差。

常见表现特征为：

地震波在空洞与岩体界面产生较强发射，空洞区域的纵波和横波波速都较低，在深度偏移剖面图中强弱反射界面交替出现等。

对于地下水体，

TSP不甚敏感，预报水的准确性不是很高。

对地下水体的判断一般依靠VP/VS的准确性，VP/VS增加或泊松比突然增大，表明可能有流体的存在。

对于岩体强度的判断，一般依据P波正负反射振幅，正反射振幅表明硬岩层，负反射振幅表明软岩层。

（3）地质雷达法

地质雷达（groundpenetratingradar，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[10]。

对于探测破碎岩体，地质雷达效果好，由于岩石被节理裂隙切割，反射界面增多，反射波能量发生变化、频率降低，同相轴连续性变差，甚至错断，常表现为波形杂乱；对于溶洞，地质雷达探测效果较好，电磁波在含水溶洞周界发生反射，一般形成振幅较强的弧形反射波；当为干溶洞（空腔）时，地震波在空腔与周围岩体界面产生较强发射，强反射界面增多，波幅及相位变化较大，同相轴发生错断；当溶洞中充填碎块石时，则与破碎岩体相似；对于地下水，电磁波对水的反射界面较为敏感，但是由于对水的探测受到种种因素的干扰，效果不甚理想；对于围岩软硬情况，电磁波对均质的传播介质都具有同相轴连续的特征，因此，在软岩硬岩的反应上不易区分。

（4）高密度电法

高密度电法作为隧道施工超前预报的一种方法，已得到越来越多的工程界人士的认可，其主要优点是在隧道地表施测，探测度较大，解释成果图比较直观地反映出整个隧道断面地质情况，为隧道施工提供较为准确的地质资料。

我公司在广东梅河高速、赣粤高速、云南大理铁路、水麻高速、元双公路等隧道施工中应用高密度电法进行隧道超前预报工作，取得了不错的效果，积累了一定的经验。

高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。

通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率

ρ的分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。

该方法对围岩的含水情况特别敏感，围岩破碎含水，其视电阻率明显降低，完整、坚硬岩土的视电阻率明显高于断层带或破碎带和富水带围岩的视电阻率。

这种方法原理清晰，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。

近年来随着计算机数据采集技术的改进，使勘探效率大大提高，增大了剖面的覆盖面积和探测深度，在强干扰的环境下也能取得可靠数据，大大地提高了信噪比，可准确地探测地质体。

该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛而成功的应用。

高密度电法是许多普通电法排列、测点的集合，是将许多电极（一般为60个以上），按一定极距（一般为1～6m）排列，通过电缆、转换开关同测量仪器相连。

测量时，测量仪器通过指令控制转换开关以一定的排列顺序将电极转换成供电电极或测量电极。

当岩体完整时，视电阻率灰阶图像成层状分布，透过表层（水）后其视电阻率沿垂直方向应呈升高趋势，并且在土层（或覆盖层）和基岩的分界面应有明显的视电阻率差异。

电法数据采集使用的仪器为GEOPEN公司生产的E60B型高密度电法仪和终端选址开关电极及专用电缆设备。

本次勘察使用装置为：

点距1~6m、60个电极、排列长度最长360m，勘探深度最大超过100m，滚动覆盖。

由于加大排列长度，会使深层（大极距时）高压供电困难使深部勘探信息变弱，为保证勘探质量，我们采取了如下主要措施：

①保证各电极和电缆连接良好，每天清洗电极和电缆连接点，在安插电极时，将电极和电缆连接点擦试干净，同时检查接点处有无泥土和异物，保证电极、电缆连接良好，减小接地电阻，提高供电效能。

②每次安插好电极时，压紧电极和泥土接触处泥土，减少电极和泥土藕合接触电阻，进一步减小接地电阻和提高供电效能。

③为防止电缆长度加长，内阻加大，电压下降，开关转换不好，造成坏点增多现象，采用多端供电技术。

以上措施有效地减小了接地电阻，提高了供电效能，同时使坏点减小到最低限度甚至完全消除，保证了勘探质量。

④高密度电法资料处理

高密度电法资料处理流程首先将存储在仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机，进行坏点删除、地形校正及格式转换等预处理，然后将数据导入Surfer软件，绘成视电阻率等值线图，图中颜色由深蓝色、兰色、绿色、黄色、紫色、浅红色、红色分别表示视电阻率值由小到大。

依据等值线图上的视电阻率值的变化特征结合地质调查资料作出地质解释。

⑤测线布置

高密度电法测线一般是沿隧道轴线方向在地表布置1～2条平行隧道轴线的纵测线，测线长度一般要在隧道进、出口端往外延伸50～100米。

2.3隧道常见物探超前预报方法评价

分析TSP、地质雷达等上述4种超前物探预报手段对断层、破碎岩体、富水情况、干溶洞、软弱岩体这5种不良地质条件预报的准确性，对比评价情况如表1所示。

如对于探测干溶洞（含空腔），地质雷达和高密度电法评价结果为B，预报结果准确度相对较高，为优先考虑的方法；TSP法评价结果为C，预报结果准确度较低，可参考考虑；瞬变电磁法评价结果为D，预报结果准确度低，可不考虑。

根据表1，可有针对性地选择一种或者几种准确率较高的物探预报方法进行综合预报。

表14种物探预报方法预报准确性对比评价

物探方法

准确性评价

断层

破碎岩体

富水情况

溶洞

（干）软弱岩体

TSP

A

B

C

C

B

地质雷达

A

A

C

B

C

高密电法

B

B

A

B

D

注：

A，B，C，D分别表示对应于某一种地质情况，该方法与其他几种方法相比准确度高、较高、较低、低。

2.4隧道综合超前地质预报体系

2.4.1综合预报原则

隧道综合超前地质预报应以“地质分析为核心，综合物探与地质分析结合，洞内外结合，长短预测结合，物性参数互补”为原则：

（1）“以地质分析为核心”是指以地面和掌子面地质调查为主要手段（必要时开展超前钻孔），并将地质分析作为超前预报的核心，贯穿于整个预报工作的始终。

（2）“综合物探与地质分析结合”是指在开展TSP、地质雷达、瞬变电磁法等综合物探工作的同时，必须将物探解译与地质分析紧密结合。

（3）“洞内外结合”是指洞内、洞外预报相结合，并以洞内预报为主，如地面地质调查是洞外预报，掌子面素描、超前钻探和各种物探方法是洞内预报。

（4）“长短预测结合”是指在长距离预报的指导下，进行短距离精确预报，如地面地质调查和TSP是长距离预报，掌子面素描、地质雷达、超前钻探等是短距离预报。

（5）“物性参数互补”是指选取的物探预报方法其预报物性参数应相互补充配合。

TSP、地质雷达、高密电法等物探方法不一定同时同等使用，应在地质分析的基础上，考虑“长短预测结合”等综合预报原则和物探方法适宜性，选取适宜的一种或几种物探方法进行预报。

如对于探测断层，宜选用TSP+GPR组合；对于探测富水情况，宜选用TSP高密电法组合。

2.4.2综合预报工作体系

在上述综合预报原则的指导下，建立隧道超前地质综合预报工作路线，如图1所示。

首先对隧址区勘察设计资料进行详细研究，利用地面地质调查等方法，确定断层和其他不良地质体与隧道轴线交点的大概位置，估测岩层、断层和其他重要地质界面的产状，预测地下水富存段。

在此基础上，根据宏观地质分析预测成果和掌子面地质调查，结合各种物探方法的适宜性（见表1），有针对性的选择一种或者几种物性参数互补的物探方法进行超前探测与预报解译，了解掌子面前方一定距离的详细地质特征信息。

通过上述地质分析和物探预报解译，对掌子面前方的基本地质条件，包括断层、岩体破碎情况、溶洞、地下水情况、岩体软硬程度等，进行综合分析预报，并判断是否存在不良地质体和施工地质灾害，并采取相应的措施指导施工。

图1隧道超前地质综合预报工作路线图

2.4.3综合预报组织机构

在隧道超前地质综合预报工作中，成立以施工单位为主体的“超前地质预报综合分析现场组”（简称为现场组）；同时，成立有丰富理论知识和工作经验的专家组成的“隧道超前地质预报专家顾问组”（简称为专家顾问组）进行平行