隧道超前地质预报方案.doc

海西天然气管网二期（罗源福鼎）隧道I标目录1 工程概述32 编制依据331 编制原则432超前预报探测项目方案设计4321 区域地质和不良地质资料分析4322 TSP长距离超前预报5323 超前钻孔7324 有毒有害气体监测833 超前地质预报小组组织机构834 超前地质预报仪器935 超前地质预报周期94 隧道监控量测施工技术方案1041 监控量测原则及人员设备1042 监控量测的基本规定115 隧道监控量技术要求1251 一般规定1252 监控量测项目1353 监控量测断面及测点布置原则1454 监控量测断面频率1655 现场监控量测点的布设方法及具体要求176 隧道监控量方法1861 拱顶下沉、水平收敛量测方法1862 洞内、外观察1963 地表沉降量测1964 观测频率计信息反馈217监控量测阶段性成果数据分析2171观测频率计信息反馈2172监控量测数据分析2273 观测频率计信息反馈与工程对策238监控量测点及控制点的保护259监控量测质量保证措施261 工程概述海西天然气管网二期工程是福建省重点工程，输气干线设计压力7.5MPa，设计管径813mm。隧道净断面规格均为2.7*2.7m，第I标段包含八都隧道和崩垄山隧道。八都隧道轴线断面形式为单坡道。全长水平长度435.47m，实长436.6m。坡度为7.2%。进洞口位于宁德市八都镇，地貌上总体呈沟谷间斜坡地貌，进洞口段地面坡度为2023；出口附近地面坡度2545。崩垄山隧道轴线断面形式为“人”字坡道。全长水平长度1470.65m，实长1472.49m。坡度为5%。崩垄山隧道穿越地段最高点位于隧道洞身段，其高程为440.8m；最低点位于隧道进口段，其高程为172.401m，相对高差为268.4m。进口附近地形为缓斜坡地貌，坡度3042；出洞口位于杂木林内，为缓倾斜坡地貌，坡度3354。地貌单元为构造侵蚀剥蚀低山地貌。其微地貌特形态主要为缓坡、陡坡、陡崖、山脊、冲沟等。从区域地质来看，工程区大地构造位于东亚大陆边缘濒太平洋新华夏系构造带中，亦属于东南沿海火山岩带的一部分，闽东燕山断拗带次级构造单元福鼎-云霄北西向断陷带中。处福安-九都断裂带北端与蒲城观前-崇安东西向构造交汇处南洞侧、黄柏背斜北翼北东侧。地质构造十分复杂。隧址区内活动断裂不发育，无新构造活动迹象，区域较稳定。2 编制依据1）国家有关的法律法规；2）公路隧道工程施工技术规范 （JTJF60-2009）;3）锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086-20014）工程测量规范 GB50026-935）海西天然气管网二期（罗源福鼎）隧道施工设计文件；6）施工现场踏勘所掌握的情况资料；7）本单位施工经验及物资供应现状。3 隧道超前地质预报施工技术方案31 编制原则隧道岩性主要为泥岩、砂岩，岩层缓倾节理较发育发育，对隧道的掘进将造成很大的困难，最显著的特点就是不良地质会造成隧道的塌方或者拱顶掉块，造成人员伤亡和设备损坏，以及其所带来的次生灾害更加重了生态环境污染和破坏。因此，为避免不良地质给隧道施工造成危害，在隧道施工前，必须充分认识和了解围岩，进行超前地质预报。32超前预报探测项目方案设计321 区域地质和不良地质资料分析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：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；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；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。322 TSP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300500米,有效预报距离100150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300500m，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2030g。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10o20o，高度约在地面以上1.0m。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。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。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；预报涌水量的存在、位置和规模；预报地层的边界和其中的富水砂岩；粗略地预报围岩级别（类别）；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的主要技术指标探测距离一般为掌子面前方300500米，最大可达1500米；有效预报距离为掌子面前方100150米。最高分辨率为1米地质体；预报不良地质体位置的精度可达90%以上；预报不良地质体规模的精度可达85%以上。323 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2030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324 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15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。33 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。34 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）。35 超前地质预报周期、隧道每掘进100米使用TSP进行一次长距离超前地质预报；、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；、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；、超前钻孔，不良地质带平均每2030m一次。、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41 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8/2mm居中精度0.3相当于DS05级水准仪”30123181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+2PPM531401台鉴定合格侧角度，坐标，里程，坡度JSS30A收敛仪测量范围：0.5m20m数显示值：0.5m20m测量精度：0.1mm分辨率：0.01mm 数显示值稳定度：24h内 不大于0.01mm354621台鉴定合格用于变形发展规律,确定合理支护参数42 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51 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。52 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）0.1mm3拱顶下沉水平仪、钢尺1mm4地表下沉水平仪、水准尺1mm3）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 监控量测选测项目序号监测项目方法及工具测试精度备注1围岩内部位移洞内钻孔中安设测点0.1mm2支护、衬砌内应力表面应力及裂隙测量压力计、压力盒0.1MPa3钢支撑内力及外力测力计0.1MPa53 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)2BHo 2. 5B20一50B5B1次/7d 注: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 151次/d0. 511次/23d0. 20. 51次/3d 5mm/d,2次/d; 1D5mm/d,1次/d; 0.2D1mm/d,1次/3d; D0.2mm/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。64 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。71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12mm/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2BIIIUU1B/3UU2B/3IIU1B/3U2U1B/3U2B/3U2U2B/3IU2U1B/3U2U2B/3注：U实测位移值；U1B距开挖面1B时最大允许位移值；U2B距开挖面2B时最大允许位移值。表7.2 工程安全性评价分级及相对应对措施管理等级应对措施III正常施工II综合评价设计施工措施、加强监控量测，必要时采取相应工程对策I暂停施工，采取相应工程对策72监控量测数据分析回归分析是量测数据数学处理主要方法，通过对量测数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率，具体方法如下：（1）将量测记录及时输入计算机系统，根据记录绘制纵横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移U-时间T 的关系曲线；（2）若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常，表明围岩和初支已呈不稳定状态，增加观测频率，加强支护，必要时候暂停开挖并进行施工处理；（3）当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，从而推算最终位移值和掌握位移变化规律；（4）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定后进行二衬的施作。73 观测频率计信息反馈与工程对策 (1)监控量测信息反馈根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。(2)监控量测组人员对隧道净空收敛量测数据处理时，若发现净空收敛速率持续大于12mm/d时，量测人员立即报告至工区项目部工程管理部，及时采取相应措施。当拱顶下层、水平收敛速度达5mm/d或位移累计达到100mm时，应暂停掘进，汇报局指挥部，并及时分析原因，采取处理措施。(3)当变化速度小于0.2mm/d时，可认为围岩达到基本稳定，量测人员将数据报告至工区项目部工程管理部，工程管理部将数据上报至监理单位，共同确认数据后指令后开始施工模筑砼。(4)隧道内拱顶下沉量测所测得的数据小于0.15mm/d，可认为拱部围岩基本达到稳定，量测人员将数据报告至工程管理部，工程管理部再上报至监理单位，共同确认数据后指令后开始施工模筑砼。(5)当隧道收敛小于12mm/d而大于0.2mm/d时；拱顶下沉大于0.15mm/d而小于1mm/d时，量测人员通报到项目部监控小组，监控小组指令量测人员加大量测频率。(6)根据反馈数据分析，监测结果显示不能满足环境及安全要求，提出调整设计参数变更建议，报监理单位、设计单位、业主，进行变更。(7)监控量测管理流程见图7.3 。分析、研究地质勘察资料制定监控量测计划施工监控量测开挖工作面状态评价数据处理安全经济否施工完成否结束施工方法变更减弱支护已施工区段的支护加强施工方法变更支护加强是否是否否是图7.3 施工监测管理流程图8监控量测点及控制点的保护控制点一般用混凝土标石制成，顶部嵌有金属或瓷质的标志。标石应埋在地下，埋设地点应选在地址稳定、便于使用和便于保存的地方。控制点附近用金属做成的标示牌插在旁边，标识牌上写上（坐标控制点，请勿动）等字样，防止被人破坏。洞内沉降观测(收敛观测)点用挂钩焊在钢