超前地质预报和监控量测管理制度3.docx

1、超前地质预报和监控量测管理制度3监控量测和超前地质预报管理制度一、总则监控量测与超前地质预报将紧密配合工程进展，实时、动态地掌握隧道开挖地质情况、围岩的变形等，及时发现设计与施工中出现的技术问题，指导隧道工程的顺利施工，不仅保证工程的顺利进行与圆满完成，而且确保科技成果的转化，达到技术与经济的最优化。根据上述指导思想应遵循以下原则：（1）严格遵守项目部的安全生产管理办法。（2）保证监控质量，及时进行信息反馈及预测预报。（3）积极量配合施工，尽量做到不妨碍工期。（4）积极进行进管理创新、技术创新，实现新工艺、新技术的突破。具体地来讲，要以整个工程为依托，依靠管理创新和技术创新，规范化地推进隧道的

2、监控量测与超前地质预报工作，进一步提高隧道设计、施工、监控的一体化，充分实现本标段隧道的监控工作合理化。二、总体要求为确保工作的顺利开展，保质保量、及时完成工作，特作出以下要求：（1）参加本项目的项目负责人和技术负责人以及现场监测、数据分析人员均为监测经验丰富、对监测项目流程熟悉的专业人员，满足本项目的需求。（2）投入本项目的监测及预报设备使用性能良好，量测精度较高，满足本项目要求。（3）根据隧道围岩条件、支护类型和参数、施工方法等制定依托工程监控量测及超前地质预报计划，并根据现场实际情况调整。（4）监测工作紧跟施工步伐，数据及时有效，可准确了解施工现场情况。（5）以地质为中枢，加强隧道地质工

3、作，将地质综合分析贯穿到长期、中期、短期、临兆超前地质预报四个阶段中，优化超前预报组合方案，综合应用，确保隧道安全、快速、优质施工，不留后患。（6）现场监测人员固定，监测设备保证良好运行。（7）及时向项目部提交监控量测速报；出现变形较大或者地质异常情况，应24小时内向现场施工技术负责人和工程部提交预警报告和监控速报。（8）监测报告突出反映监测工作重点关注的问题，综合反映监测工作的开展情况和现场情况；在监测数据变化异常，并经认真分析后，及时出具预警报告，避免出现施工事故。（9）现场监测小组及时掌握施工进展情况，及时布设测点和监测仪器设备。数据分析人员对监测数据认真分析，及时反馈，报告编写人员在数

4、据分析人员的配合下完成报告的编写，并及时送达施工现场和工程部。（10）对于隧道施工中遇到的困难，可组织隧道领域相关专家参与技术支持与服务。三、施工监控量 1、监控量测目的由于隧道属于地下工程，我们对隧址区地质状况的勘探技术与认识有限，因此如果隧道设计与施工不当，极易造成围岩失稳，甚至可能引发大规模塌方，给工程带来不可弥补的经济损失以及不良的社会影响。另外，公路隧道开挖断面较大，结构受力复杂，且施工工序较多，因此对结构设计和施工都提出了很高的要求。这就要求对隧道的施工全过程进行新奥法施工监测。当金山隧道地质构造及地层岩性较为复杂，隧道在施工过程中存在一定的安全隐患，需要及时掌握围岩和支护的动态信

5、息，以保证隧道施工的顺利进行，因此有必要对隧道施工过程进行全面、系统的监控量测。实时监控量测不但可以及时提供隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩内部位移等信息，用于判断设计参数的合理性及施工的可行性，并给出相应的隧道施工建议。因此实施隧道信息化动态施工控制，既能达到安全快速施工，又能达到节省工程造价的目的。2、监控量测内容隧道施工监测旨在收集施工过程中围岩的动态信息，判定隧道围岩支护体系的稳定状态，以及支护结构参数和施工方法的合理性。现场监控量测根据其量测目的、量测手段等不同，在实际工作中，常将量测项目分为必测项目和选测项目两大类。当金山隧道必测项目包括洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉具体下表

6、所示。隧道施工监控量测的必测项目序号项目名称方法及工具布置测试精度量测频率115d16d1个月l3个月大于3个月1洞内、外观察现场观测、地质罗盘等开挖及初期支护后进行2周边位移各种类型收敛计每550m一个断面，每断面23对测点0.1mm12次/d1次/2d12次/周13次/月3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等每550m一个断面0.1mm12次/d1次/2d12次/周13次/月4地表下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等洞口段、浅埋段（h02b）0.5mm开挖面距离量测断面前后2b 时，12次/d；开挖面距离量测断面前后5b 时，1次/23d；开挖面距离量测断面前后5b 时，1次/37d；注：

7、b隧道开挖宽度；h0隧道埋深。3、监控量测流程隧道监控量测流程如图：隧道监控量测流程图4、各监测项目的具体量测方法4.1洞内外观察（1）监测目的通过高频率地观察实际揭露的隧道掌子面地质情况，识别隧道实际围岩状态，分析隧道掌子面的稳定状态，预测前方隧道围岩情况，并提出必要的预警；通过观察隧道洞内初期支护和洞外地表岩土体的状态，及时发现各种异常现象并进行跟踪观察，评价初期支护和洞口边、仰坡的稳定性。（2）监测内容与方法掌子面地质观察采用目测、地质锤、罗盘、数码相机等进行观测，绘制掌子面地质素描，记录围岩的岩性、产状、节理等详细特征，断层、破碎带等不良地质特征，地下水的水量、分布、压力、类型等特征，

8、填写掌子面地质观察记录；初期支护状态采用目测观察为主，对初期支护喷砼、钢支撑、锚杆等出现的外鼓、裂缝、剥落、扭曲等异常现象，用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录；对洞外边坡、仰坡和浅埋段地表出现的裂缝、滑移、隆起或凹陷等现象，用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录。（3）监测频率每次爆破后进行掌子面地质情况观察；每天至少进行一次隧道洞内初期支护和洞外地表观察。掌子面地质素描记录频度如下：级围岩小于10m；级围岩小于20m；围岩小于30m；级围岩小于40m。（4）成果整理与分析1）通过掌子面地质观察，分析围岩稳定状态，评估出现局部掉块、塌方、涌水等灾害出现的可能性，判断

9、实际揭露围岩条件与设计是否相符。出现异常情况，第一时间通报施工方，及时指导施工，并将异常情况、相关建议汇报业主和监理。2）编制隧道实际地质状况系列图册，参考前期勘察资料，预测前方围岩状态，及时向施工方预报前方围岩状况。3）对初期支护、洞外边仰坡和浅埋段地表出现的异常情况，分析出现异常情况的原因，根据具体原因、问题的严重性向施工方、监理和业主汇报，并提出处理建议。4）针对初期支护、洞外边仰坡和浅埋段地表出现的异常情况，开展跟踪监测，绘制空间分布图和时间发展曲线，预测发展趋势，及时预警。4.2 周边收敛（1）监测目的隧道周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的

10、信息。通过计算周边位移和预测最终位移值，为二次衬砌浇筑选择最佳时机；为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。（2）量测方法隧道周边位移采用数显收敛计进行量测，两次测量之差即为周壁两点在该时间间隔内收敛值。特殊情况下周边收敛也可通过全站仪测量后计算得到。（3）测点布设与测试频率1）测点布置：当金山隧道采用不同开挖方法时周边位移测点布置方案如下图所示。 CD法测线布置图 台阶法或弧形导坑法测线布置图全断面法测线布置图图2）断面布置：级围岩小于20m；级围岩不大于25m；级及以上围岩小于40m。围岩变化处及渗水量较大时适当加密。3）量测频率：量测频率根据位移发展速率和量测断面距离掌子面距离取最高频

11、率。位移发展速率、量测断面距离掌子面距离与量测频率的关系如表1、表2。位移达到稳定标准后，停止观测；如发现异常情况，恢复每天观测12次；如位移持续大幅发展，根据工程具体情况，采用隧道位移实时监测系统实时监测。表1 按位移速率确定周边位移和拱顶下沉的量测频率位移速率（mm/d）量测频率523次/d151次/d0.511次/（23）d0.20.51次/3d0.21次/（37）d表2按距开挖面距离确定周边位移和拱顶下沉的量测频率量测断面距开挖面（m）量测频率（01）b2次/d（12）b1次/d（25）b1次/（23）d5b1次/（37）d注： b表示隧道开挖宽度。（4）成果整理与分析1）每次观测后现

12、场计算位移发展增量，出现异常情况，重新测量排除操作失误后立即报告相关部门。2）每次测回数据交数据处理员输入计算机，进行位移增量、位移发展速率的计算，绘制位移时间曲线和位移发展速率时间曲线，并应用回归分析和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测。3）根据分析结果，判断隧道变形管理等级（如表1）、隧道允许变形量（如表2），出现非正常情况，立即向现场施工负责人和工程部报告。4）当隧道周边收敛速度以及拱顶下沉速度明显下降，隧道周边位移收敛速度小于每天0.2mm或拱顶下沉位移速度小于每天0.1mm，隧道位移相对值已达到位移总量的80以上时，向有工程部报送二次衬砌施作报告。表1 围岩变形管理等级管理等级管

13、理位移施工状态可正常施工应加强支护应采取特殊措施注: 实测变形值；允许变形值。表2 隧道周边允许相对收敛值(%)埋深（m）围岩级别3000.100.300.200.500.401.200.150.500.401.200.802.000.200.800.601.601.003.00注: 水平相对收敛值系指收敛位移累计值与两测点间距离之比；硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值；拱顶下沉允许值一般可按本表数值的0.51.0倍采用；本表所列数值在施工中可通过实测和资料积累作适当修正。4.3 拱顶下沉（1）监测目的隧道拱顶下沉直观反映隧道围岩与支护结构的稳定性，通过拱顶下沉量测为隧道支护结

14、构稳定性分析提供依据，为二次衬砌浇筑选择最佳时机；为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。（2）量测方法拱顶位移量测的测点用风枪打眼埋设好固定杆，并在外露杆头设挂钩。测点的大小要适中，如过小，测量时不易找到；如过大，爆破时易被打坏。支护结构施工时要注意保护测点，一旦发现测点被掩埋，要尽快重新设置，以保证数据不中断。采用水平仪、水准尺、挂钩式钢尺配合测量拱顶下沉，精度可达12mm。量测时用一把24m长的挂钩式钢尺挂上即可。 （3）测点布设与测试频率1）测点布置：拱顶下沉量测与周边收敛量测在同一量测断面内进行。 2）断面布置：级围岩小于20m；级围岩不大于25m；级及以上围岩小于40m。围岩变化

15、处及渗水量较大时适当加密。3）量测频率：量测频率与数据处理分析同隧道周边收敛。4.4 地表下沉（1）监测目的通过量测，判断隧道开挖对洞口边仰坡、浅埋地面是否产生显著影响，分析该影响的范围、程度及其与隧道施工的时空关系，进而判断隧道施工的安全性和隧道施工对地面边仰坡的稳定性、地表建筑物的影响。（2）监测方法地表下沉采用精密水准仪和塔尺进行测量。测点布置如图1所示：在每个横断面上，单洞隧道布置911个测点，两测点间的距离为25m，测点中间密，两侧稀。当隧道围岩条件特别差或者隧道上部有重要建筑物时，可根据情况加密测点。在监测范围以外34倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测

16、点的下沉量。图1 地表下沉测点横断面布置示意图（3）量测频率地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。1）量测断面间距：地表下沉量测断面的间距埋置深度 H地表下沉量测断面的间距 （m）H2B20-50BH2B10-20H10(0-1)B12次/d10-5(1-2)B1次/d5-1(2-5)B1次/2d5B1次/1周注： B表示隧道开挖宽度。（4）成果整理与分析1）每次观测后现场计算位移发展增量，出现异常情况，重新测量排除操作失误后立即报告相关部门。2）每次测回数据交数据处理员输入计算机，进行位移增量、位移发展速率的计算，绘制位移

17、时间曲线和位移发展速率时间曲线，并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测。3）绘制地表下沉横向分布曲线，分析隧道开挖对地表的影响范围和程度。4）绘制地表下沉纵向分布曲线，分析隧道开挖在隧道轴线方向的影响范围及程度。5）根据隧道开挖对地表的影响范围和程度，提出能够保证隧道施工安全的合理工艺参数、地表下沉控制措施等建议，上报有关部门。5、数据分析与信息反馈5.1 要求（1）量测数据必须准确可靠隧道开挖后其变形和应力变化较快，必须根据施工情况快速准确的进行量测，才能掌握围岩变化的第一手资料，为进一步的判断和监控提供准确的资料，高精度的仪器设备和高素质的专业技术人员是必要的保证。（2）数

18、据处理和预测预报快速准确隧道监测的目的是为了保证隧道施工的安全，在隧道施工中根据已有量测信息，采用回归分析、灰色预测等方法，对围岩的进一步变形和应力发展情况做出预测预报，可以及时发现隧道施工中隐藏的不安全因素，从而能在有效的时间内采取加固措施以避免安全事故的发生。（3）监控与反馈必须及时有效、落到实处隧道施工量测的目的是为了监控，在整个隧道施工监控量测中，监控最为关键，而且监控的难度也远远大于量测。目前国内对量测方面的研究较多，而真正根据量测信息对隧道施工安全进行监控，并进行有效反馈和动态设计、施工的很少。究其原因，在于现场监测人员理论水平低，无法对大量的数据进行全面综合分析和应用，因此要达到

19、隧道监控量测的真正目的，必须有高素质的专业技术人员，交通运输部公路科学研究所作为部属科研院所完全具备这种能力。5.2 数据采集要求现场数据采集工作流程如下：数据采集工作应有两名专职人员负责，测取的读数记录在预先设计好的原始记录表中，每个数据至少测读两次，同时记录当时的施工情况，还要监控量测断面距掌子面的距离，及本次监控量测的具体日期和时间，最后原始记录表中要有两名测试人员的签名。每次采集回的数据，测试人员要立即交数据处理员输入计算机进行初步分析处理。任何现场量测都不可避免地存在误差。为得到更为真实、可靠的量测数据，在监控量测、采集数据时，拟采取如下手段尽量减少各种误差：（1）量测、采集数据专人

20、专项负责，以减少随机误差。（2）专项量测需制定专项记录表。对于手工记录资料要保存好原始记录表，对于智能式记录器要及时将量测数据导入电脑，以防丢失。（3）各项数据采集频度与相应量测频度同步。5.3 量测数据分析现场量测数据应及时进行处理，绘制成位移、应力、内力和时间的关系曲线(或散点图)，曲线的时间横坐标下应注明施工工序和开挖工作面距量测断面的距离，以便更准确的进行数据的回归分析，并对隧道的受力状态做出判断。在进行数据处理过程中，对一些异常数据应根据测量误差的处理原则进行剔除，并及时进行复测校正。在已有监测数据的基础上，必须对位移和应力的进一步发展进行分析，并做出较为准确的预测，才能及时对下一步

21、的支护措施提出指导性意见。对监测信息的分析和预测预报主要通过两种方法来实现。（1）回归分析法回归分析法是较为常用的位移数据分析方法，根据实际监测信息，对位移可选用下列函数之一进行回归分析。1）对数函数，例如： （2-1）2）指数函数，例如： （2-2）3）双曲函数，例如： （2-3）式中：a、b-回归常数；t-测点初读数后的时间(d)；u-位移值(mm)。根据回归曲线，可以掌握位移的变化规律，推算出某时刻的位移值及最终的位移值，当位移-时间曲线趋于平缓时，隧道即趋于稳定。对于应力和内力量测信息，同样可以采用回归分析的方法，建立回归曲线，从而对应力和内力的进一步发展做出预测，其具体的回归函数可根

22、据实测数据拟合得到。（2）灰色预测分析法灰色预测分析法是根据已有量测数据对进一步的位移和内力的发展做出预测，并据此对隧道和围岩的受力状态和稳定性做出判断。在预测分析中，该方法通过不断的数据更新，只根据最新测得的数据对下一步的变化做出预测，从而使预测更为准确。在实际数据分析和预测中，将采用回归分析与灰色预测两种方法进行，以互相验证。5.4 信息反馈与监控在复杂多变的隧道施工条件如何进行准确的信息反馈与监控是隧道监控量测的主要内容之一。迄今为止，信息反馈与监控主要通过两个途径来实现。（1）力学计算法支护系统是确保隧道施工安全与进度的关键。可以通过力学计算来调整和确定支护系统。力学计算所需的输入数据

23、采用反分析方法根据现场量测数据推算得到如塑性区半径、初始地应力、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护荷载分布等。（2）经验法经验法是建立在现场量测的基础之上的，其核心是根据经验建立一系列判断标准，通过量测结果或回归分析数据来直接判断围岩的稳定性和支护系统的工作状态。在施工监测过程中，数据“异常”现象的出现可以作为调整支护参数和采取相应的施工技术措施的依据。项目开展过程中，将结合项目特点，根据本项目不同的工程条件（围岩地层，埋深，隧道断面，支护，施工方法等）建立根据量测数据对围岩稳定性和支护系统的工作条件进行判断的准则。1）根据极限位移值判断根据围岩（或净空变化）位移量值或预计最终位移值与位移临

24、界值对比判断。位移临界值的确定需根据具体工程确定。2）根据位移速率判断工程实践表明：各项位移达到基本稳定的时间一般是在一个月以内，且回归值与实测值很接近。从其位移速度与时间关系曲线可看出位移的发展具有明显的阶段性。因此，可在实测资料的基础上，依据位移速度划分为三个阶段，即急剧变位、缓慢变位、基本稳定三个阶段，其围岩稳定性判据如下表所示。围岩稳定性判据名 称急剧变位缓慢变位基本稳定收敛位移1.0mm/d1.00.2mm/d0.5mm/d0.50.1mm/d1.0mm/d1.00.2mm/d0.2mm/d3）根据位移时间曲线判断根据现场量测的位移时间曲线进行如下判断：a. ，说明变形速率不断下降，

25、位移趋于稳定；b. ，变形速率保持不变，经发出警告，及时加强支护系统；c. ，当位移-时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急剧增长现象时，则表示围岩和支护已呈不稳定状态或危险状态，应加密监测，并适当加强支护，必要时应立即停工，采取有效的工程措施进行加固。时间位移变化图4）对于支护结构中的应力、内力以及接触压力等，目前还没有相对可靠的经验公式用以判断，通常通过实测数据同支护结构的极限承载力进行比较，并结合必要的理论计算来综合进行分析判断，并以此为依据对支护参数和施工方法进行优化。（3）动态设计与信息化施工工作流程在监控量测数据的基础上，通过数学计算和力学分析，结合施工过程，建立信息反馈预测的数学

26、模型，并结合隧道施工过程，对其变形以及支护结构内力进行预测。5.5 信息预报与报警（1）报警指标的建立综合考虑公路隧道断面、围岩强度、围岩级别、不良地质情况等影响因素，会同业主、设计、监理、施工单位确定报警指标，并结合工程实际进行调整。根据中华人民共和国行业标准：公路隧道施工技术规范（JTGF 602009）规定，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比）为0.20%0.80%。二次衬砌施作则应在满足下列要求时进行：1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；2）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%以上；3）周边位移速率小于0.2mm/d

27、，或拱顶下沉速率小于0.1mm/d。（2）监测报警管理机制1）量测数据记录应采用专用表格，原始记录表格存档以供需要时查用。2）监测人员需认真填写监测日记（内容包括天气、观察情况、监测情况、施工进展情况、仪器工作情况等）。3）当监测值超过预警值的80%时，应在报表中注明，以引起有关各方注意。4）当监测值达到预警值时，除在报表中注明外，还应专门出文通知有关各方。5）监测技术负责人应参加出现险情时的排险应急会议，积极协同有关各方处理问题，提出建设性意见，并采取有效措施，以确保隧道施工安全。（3）报警信息的提交在隧道施工监控量测过程中提交如下资料：1）公文：根据监测资料，对下一阶段的变形情况进行预测，

28、当有变形较大或者异常情况时，电话及时通知业主和施工单位；24小时内，最迟36小时内向业主及施工方提交监控量测或者地质超前预报速报预警公文，并提出合理化建议。2）紧急监测简报、临兆预报、预警报告及监控速报：当监测值出现异常或达到报警指标时，及时出具相应的报告。5.6 成果提交（1）在监测过程中，实时对监测结果进行整理，按周报、月报、总报告的形式提交相关单位。（2）周报内容包括：监测项目，测点布置；监测值记录；最大变形观测点的数值和位置；达到或超过预警值、警戒值的测点位置；结论及建议。（3）月报内容包括：监测项目，测点布置；监测值的时程变化曲线；达到或超过预警值、警戒值的测点位置；结论及建议。（4

29、）监测总报告内容包括：工程概况，监测目的；监测项目，测点布置；仪器型号、规格；监测资料的分析处理；监测值全时程变化曲线；监测结果评述。四、超前地质预报1、 超前地质预报技术要求隧道超前地质预报是动态反馈设计和信息化施工的重要依据。针对本标段天宫隧道、大湖底隧道、青良山隧道、小杞隧道的具体情况，通过隧道超前地质预报，了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质体规模及位置、地下水发育等情况，为正确选择开挖方式、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、塌方等可能形成的灾害事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工安全措施，降低事故发生概率，保证施工安全，同时还可节约大量资金。依据招标文

30、件，隧道超前地质预报的任务要求主要是：（1）预报可能出现突水的溶洞、暗河的位置和规模；（2）预报断层、破碎带的位置（包括裂隙发育地段）；（3）预报可能出现突泥、岩溶陷落柱的位置；（4）预报可能发生中型以上的塌方地段；（5）预报地下水富集的区域和地段。2、超前地质预报的重点（1）隧道掌子面前方岩体性状情况运用多种超前地质预测预报手段，获取前方工作面一定距离范围内岩石的岩性、围岩的破碎程度，是否存在断层破碎带及软弱夹层等信息，综合判定掌子面前方岩体的性状。（2）掌子面前方不良地质体的位置与规模通过多种超前地质预报手段，了解掌子面前方不良地质体与隧道立体相交的位置及规模，评估其对隧道的危害程度，为施工治理提供必要的依据，做到有的放矢，从而保证隧道施工安