20101222隧道及地下工程监控量测技术(改)

1、隧道监控量测及超前地质预报隧道监控量测及超前地质预报专题讲座专题讲座二一年十二月二一年十二月 四川四川绵阳绵阳专题专题一、一、 新奥法新奥法专题专题二、二、 监控量测监控量测专题专题三、三、 地质超前预报地质超前预报专题四、监控量测、地质预报案例专题四、监控量测、地质预报案例专题专题一、一、 新奥法新奥法n1、地下工程形成原理地下施工基本目的是在各类地质体中修建长期稳定的洞室结构体系，这个结构体系是周围地质体和各种支护结构构成的。形成过程如下与之相适应力学过程如下一、新奥法原始岩体毛洞支护体系稳定洞室开挖支护时间初始应力状态(一次应力状态)坑道开挖后应力状态(二次应力状态)支护体系应力状态(三

2、次应力状态)终极应力状态(四次应力状态)开挖支护时间n 2、新奥法基本原理n新奥法新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。一、新奥法n 3 、新奥法核心内容n 充分发挥围岩的自承能力。围岩是承载的主体，结构是安全贮备。一、新奥法4、新奥法施工基本流程一、新奥法 5、新奥法施工的基本原则 “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”n少扰动少扰动：隧道开挖时，尽量减少对围岩的扰动

3、次数、强度、范围和持续时间。n早喷锚早喷锚：开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩变形进入受控制状态。n勤量测勤量测：以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态或动态发展趋势，以便及时调接支护形式、开挖方法。n紧封闭紧封闭：一方面采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减；另一方面要适时对围岩施作封闭形支护。主要内容主要内容1.监控量测的目的和内容监控量测的目的和内容2.监控量测的项目与方法监控量测的项目与方法3.监控量测的管理监控量测的管理4.监控量测数据分析监控量测数据分析5.监控量测的信息反馈监控量测的信息反馈6.监控量测的未来展望监控

4、量测的未来展望1量量测测目目的的与与内内容容1.1 监测目的和意义监测目的和意义u监测目的： 掌握围岩稳定和支护受力与变形的动态信息，判定隧道的安全性和经济性。n 确保安全确保安全：掌握围岩和支护状态，进行动态管理，根据量测信息，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。n 指导施工指导施工：量测数据经过分析处理，预测和确认隧道围岩最终稳定时间，指导施工顺序和施作二次衬砌时间。n 修正设计修正设计：根据隧道开挖后所获得的量测信息，进行综合分析，修正支护参数和检验施工与设计。n 积累资料积累资料：已有工程的量测结果可以直接应用到后续同类围岩中或者间接地应用到其他类似工程中，作为设计和施工的参

5、考资料。1量量测测目目的的与与内内容容 监控量测意义 对隧道在施工过程中进行监控量测，具有重大的经济意义和实用对隧道在施工过程中进行监控量测，具有重大的经济意义和实用价值。因为通过现场监控量测，将迅速、准确地获得第一手数据资料，价值。因为通过现场监控量测，将迅速、准确地获得第一手数据资料，将数据资料和现场量测资料进行分析，并将分析结果及时反馈给设计、将数据资料和现场量测资料进行分析，并将分析结果及时反馈给设计、施工单位、监理和业主，直接服务于隧道施工；并能施工单位、监理和业主，直接服务于隧道施工；并能及时预报和预测及时预报和预测施工过程中出现的险情施工过程中出现的险情，对可能出现的事故进行防范

6、和处理。可以避，对可能出现的事故进行防范和处理。可以避免由于缺乏隧道施工监控量测数据和结果分析而造成施工与支护等工免由于缺乏隧道施工监控量测数据和结果分析而造成施工与支护等工作安排的盲目性，尽量降低工程造价，争取时间，保证在计划工期内作安排的盲目性，尽量降低工程造价，争取时间，保证在计划工期内圆满的完成隧道施工任务。总之，监控是量测的目的，而量测是监控圆满的完成隧道施工任务。总之，监控是量测的目的，而量测是监控的手段。的手段。1量量测测目目的的与与内内容容u 监测意义：n 提供设计依据n 指导施工和预报险情n 对运营工程提供安全监视n 校核理论n 为工程类比提供依据1量量测测目目的的与与内内容

7、容1.2 监测内容监测内容u 隧道安全及环境控制监测内容：序号序号监测内容监测内容监测项目监测项目备注备注1 1地质及水文监测地质及水文监测地质构造、不良地质和水文地质的预报地质构造、不良地质和水文地质的预报和评价和评价超前地质预报超前地质预报2 2变形监测变形监测地表下沉地表下沉传统的隧道传统的隧道监控量测项目监控量测项目周边位移及拱顶下沉周边位移及拱顶下沉围岩内部位移围岩内部位移支护状况观察支护状况观察3 3受力监测受力监测锚杆质量（轴力、长度和饱满度）锚杆质量（轴力、长度和饱满度）接触压力接触压力钢架内力钢架内力衬砌内力衬砌内力孔隙水压力孔隙水压力4 4有害气体监测有害气体监测瓦斯浓度瓦

8、斯浓度硫化氢浓度硫化氢浓度5 5爆破震动监测爆破震动监测震动速度震动速度6 6隧道周边建（构）筑物隧道周边建（构）筑物监测监测地表建（构）筑物监测地表建（构）筑物监测主要在城市地铁主要在城市地铁地下构筑物监测地下构筑物监测地下管线监测地下管线监测7 7其它特殊地质隧道监测其它特殊地质隧道监测高地应力、高地温和放射性等高地应力、高地温和放射性等1量量测测目目的的与与内内容容 监控量测必测项目编号项目名称仪器设备要 求 及 目 的量测类别1地质和支护状况观察地质罗盘，数码相机岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断层描述，支护结构裂缝观察。必测2周边收敛量测收敛计或全站仪根据位移、收敛状况、断面变形状态等

9、判断：n周边围岩体的稳定性；n初期支护的设计与施工方法是否妥善；二次衬砌的浇注时间等。3拱顶下沉量测水平尺、水准仪、钢尺监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性。4地表下沉量测水平尺、水准仪从地表设点观测，根据下沉位移量判定开挖对地表下沉的影响，以确定隧道支护结构。1量量测测目目的的与与内内容容 监控量测选测项目编号项目名称仪器设备要 求 及 目 的量测类别5围岩内部位移量测多点位移计了解隧道围岩的松弛区、位移量，为准确判断围岩的变形发展提供数据选测6锚杆轴力量测钢筋应力计、频率计根据锚杆所承受的拉力，判断锚杆布置是否合理。了解围岩内部应力的分布情况。7衬砌应力量测钢筋应力计

10、、频率计量测二次衬砌内应力、喷混凝土内轴向应力。了解支护衬砌内的受力状态。8围岩压力及层间支护压力压力盒、频率计判断复合式衬砌中围岩荷载大小，判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况。1量量测测目目的的与与内内容容 监控量测选测项目编号项目名称仪器设备要 求 及 目 的量测类别9钢拱架应力量测钢筋应力计、频率计量测钢拱架应力，推断作用在钢拱架上的压力大小。判断钢拱架尺寸、间距及设置钢拱架的必要性。选测10锚杆拉拔力检测锚杆拉拔计检查锚杆的抗拔能力。2监监测测项项目目与与方方法法2.1 地质及支护状况观察地质及支护状况观察u 内容1.掌子面地质素描 岩性，产状，节理（断层）性质，地下水状态等。

11、2.支护状况的观察n喷层表面的观测及裂缝状况的描述与记录n有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象n喷混凝土是否发生剪切破坏n钢拱架有无被压曲现象2监监测测项项目目与与方方法法地质和支护状况观察p观察内容：(1)岩石种类和产状；(2)岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造；(3)节理性质、组数、间距、规模；(4)断层的性质、产状、破碎带宽度、特征；(5)地下水类型，涌水量大小、涌水位置、涌水压力等；(6)开挖工作面的稳定状态；(7)开挖后支护段初期支护是否有异常现象。p观察目的：(1)预测开挖面前方的地质条件；(2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据；(3)根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分

12、析支护结构的可靠程度。2监监测测项项目目与与方方法法2.1 地质及支护状况观察地质及支护状况观察n 测试仪器 地质罗盘、地质锤、放大镜、数码相机或摄像机n 测试频率 目测在隧道开挖工作面爆破后及初期支护后立即进行，每个监测断面绘制隧道开挖工作面及两帮素描剖面图2监监测测项项目目与与方方法法2.2 地表下沉量测地表下沉量测n 监测的内容 浅埋隧道洞口开挖成形后，地表岩土下沉量。n 监测的目的 地表下沉量的多少和下沉的快慢，判断分析隧道洞口围岩是否稳定，为设计优化支护参数提供可靠的数据，保证施工安全。2监监测测项项目目与与方方法法2.2 地表下沉量测地表下沉量测n 测试方法：水准测量和三角高程测量

13、u 监测仪器与测点布设： 水准测量：水准仪和标尺 三角高程：全站仪、反射片(棱镜）、钢尺等仪器2.3 拱顶下沉和周边位移量测拱顶下沉和周边位移量测n 量测内容:拱顶下沉量量测，是指对隧道拱顶的实际位移值进行量测，是相对于不动点的绝对位移n 量测目的：了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性；根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机n 测试方法：水准测量和三角高程测量u 监测仪器与测点布设： 水准测量：水准仪和标尺 三角高程：全站仪、反射片(棱镜）、钢尺等仪器2.3 拱顶下沉和周边位移量测拱顶下沉和周边位移量测n 监测断面布置n 测点布置：根据施工方法、地质条件、量测断面

14、所在位置、隧道埋置深度等条件确定级以下围岩监测点布置型式双侧壁导坑法监测点布置型式级以上围岩监测点布置型式CRD法监测点布置型式2.3 拱顶下沉和周边位移量测拱顶下沉和周边位移量测n 监测频率n 管理等级2.4 拱顶下沉和周边位移量测拱顶下沉和周边位移量测n 接触量测法n 非接触量测法2.4 锚杆质量检查锚杆质量检查-锚杆轴力量测锚杆轴力量测n 锚杆应力量测测点布设n 量测目的了解锚杆受力状态及轴力的大小，为确定合理的锚杆参数提供依据；判断围岩变形的发展趋势，概略判断围岩内强度下降区的界限；评价锚杆的支护效果；掌握围岩内应力重分布的过程2.4 锚杆质量检查锚杆质量检查-锚杆轴力量测锚杆轴力量测

15、n 量测方法：采用ZX-425BT型钢筋应力计连接而成的量测锚杆；沿锚杆不同长度上布置原件，量测沿锚杆长度各点的轴力。2.4 锚杆质量检查锚杆质量检查-锚杆长度和饱满度量测锚杆长度和饱满度量测n 量测方法：采用锚杆质量检测仪进行无损检测。系统由震源发射器、主机、检波器和分析处理软件组成。2.4 锚杆质量检查锚杆质量检查-锚杆长度和饱满度量测锚杆长度和饱满度量测质量质量分类分类波形特征波形特征注浆锚固注浆锚固状态状态注浆饱满度注浆饱满度百分比百分比长度长度指标指标评价评价结果结果优优波形规则，只有较微弱的底部反波形规则，只有较微弱的底部反射波或没有底部反射波。射波或没有底部反射波。密实密实90%

16、95%合格合格良良波形较规则，有底部反射波和局波形较规则，有底部反射波和局部有较微弱的反射波。部有较微弱的反射波。局部欠密实局部欠密实80%80%90%95%合格合格波形欠规则，有底部反射波和局波形欠规则，有底部反射波和局部有较强的反射波。部有较强的反射波。局部不密实局部不密实或空浆或空浆75%75%80%95%不合不合格格波形不规则，底部有较强的反射波形不规则，底部有较强的反射波或底部反射波提前（锚杆欠波或底部反射波提前（锚杆欠长），或有多处较强的反射波。长），或有多处较强的反射波。多处不密实多处不密实或空浆或空浆75%95%不合不合格格n 检测评价标准2.4 锚杆质量检查锚杆质量检查-锚杆

17、长度和饱满度量测锚杆长度和饱满度量测n 不同质量的波形2.5 围岩内部位移量测围岩内部位移量测n 量测目的：了解径向位移分布；判断开挖后围岩的松动区和强度下降区；判断锚杆长度是否适宜；判断相邻隧道施工对既有隧道围岩稳定性的影响。n 地中位移量测测点布设2.5 围岩内部位移量测围岩内部位移量测n 测量仪器多点位移常使用的是四点钻孔伸长计进行量测。它由四个钻孔锚头、四根量测钢丝、一个测筒、四个电感式传感器和它的量测仪器数字位移计组成2.6 围岩压力量测围岩压力量测n 测量目的围岩压力量测目的是了解初期支护实际受荷情况；了解初期支护对围岩的支护效果；保证施工安全，优化支护参数。n 量测方法：压轴弦式

18、双膜数码压力盒2.7 初期支护与二衬间的层间压力量测初期支护与二衬间的层间压力量测n 测量目的研究二次衬砌的作用与二次衬砌的实际受荷情况；了解初期支护传递给二次衬砌的力的大小；保证施工安全，优化设计参数。 n 量测方法：压轴弦式双膜数码压力盒2.8 钢支撑应力量测钢支撑应力量测n 测量目的了解钢支撑与喷射混凝土对围岩的组合支护效果；了解钢支撑的实际工作状态；判断初期支护承载能力，保证施工安全，优化设计参数。 n 量测方法：表面弦式数码应变计2.9 二次衬砌应变量测二次衬砌应变量测n 测量目的了解二次衬砌的受力条件，判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度；检验二次衬砌设计的合理性，积累资料为类

19、似工程的设计提供经验 。 n 量测方法：混凝土应变计3 3监监控控量量测测的的管管理理3.1 监控量测组织机构监控量测组织机构n成立监测项目组，项目组由相关专业人员组成成立监测项目组，项目组由相关专业人员组成3.2 监控量测的量测处理系统监控量测的量测处理系统4.1 监测成果的整理与分析监测成果的整理与分析n 在监测过程中，监测断面多，监测布设项目复杂，采集到的数据可以用海量来形容，如何在大量的数据中寻找有用的信息，进行数据分析，对隧道的稳定性作出正确的判断，就成为监测的重中之中。n 以拱顶下沉监测数据的分析为例简要介绍现场监测数据的分析与判断。4监监测测数数据据处处理理 监控量测数据处理(a

20、)当位移速率很快变小，时态曲线很快平缓，表明围岩稳定性良好，可适当减弱衬砌；(b)当位移速率逐渐减小，时态曲线趋于平缓，表明围岩变形趋于稳定，可正常施工；(c)当位移速率不变，则表明围岩变形急剧增长，无稳定趋势，应及时加强支护，必要时暂停掘进；(d)当位移速率逐步增大，时态曲线出现反弯点，则表明围岩已处于不稳定状态，应立即停止掘进，尽快采取加固措施。4.1 监测成果的整理与分析监测成果的整理与分析n 正常型：初期位移速度最大，以后日趋减少，下沉逐渐收敛。当在出现收敛趋势后，某一时间段内拱顶位移趋近于零时，判定围岩达到稳定状态。此类曲线占拱顶下沉监测曲线的大部分。4.1 监测成果的整理与分析监测

21、成果的整理与分析n 反复型：此种曲线属于比较安全范畴，一般是由于测量误差和施工扰动引起的。此时围岩比较稳定，没有发生内部位移等。4.1 监测成果的整理与分析监测成果的整理与分析n 突变型：此类曲线是关注的重点。曲线一旦有突变发生，并且排除测量误差、操作错误和测点松动破坏所引起的突变可能后，一般该点就是隧道稳定与否的节点。4.2 监测数据的回归分析监测数据的回归分析n 测试数据散点分布规律，可选用下列之一函数式进行回归分析4.2 监测数据的回归分析监测数据的回归分析n 采用对数函数回归分析5监控量测的信息反馈5.1 信息反馈流程信息反馈流程5.2监测数据的经验反馈方法监测数据的经验反馈方法n 在

22、复杂多变的隧道施工条件如何进行准确的信息在复杂多变的隧道施工条件如何进行准确的信息反馈与可靠的预测预报是监控量测的主要内容。反馈与可靠的预测预报是监控量测的主要内容。迄今为止，信息反馈与预测预报通过两个途径来迄今为止，信息反馈与预测预报通过两个途径来实现。实现。n 经验反馈法和理论反演分析法。经验反馈法和理论反演分析法。5.2 监测数据的经验反馈方法监测数据的经验反馈方法n 工程经验反馈法工程经验反馈法 建立在现场量测的基础之上的，其核心是根据经验建立一些判断标准来直接根据量测结果或回归分析数据来判断围岩的稳定性和支护系统的工作状态。n 根据位移速率来判断：根据位移速率来判断： 当位移速率小于

23、0.2mm/d时，则认为位移达到基本稳定； 当位移速率0.21mm/d时，表明位移大，应加强观测； 当位移速率大于1mm/d时，应报警，采取及时的安全措施。5.2 监测数据的经验反馈方法监测数据的经验反馈方法n 根据变形时态曲线的形态来判断根据变形时态曲线的形态来判断: : 当变形速率不断下降时（du2/d2t0），表明围岩趋于稳定状态； 当变形速率保持不变时（du2/d2t =0），表明围岩不稳定，应考虑加强支护； 当变形速率不断上升时（du2/d2t0），表示围岩进入危险状态，必须立即停止开挖，加强支护。 围岩稳定综合判断1、实测位移值不应大于隧道的极限位移。一般情况下，宜将隧道设计的预留

24、变形量作为极限位移，而设计变形量应根据监测结构不断修正。 管理等级管理等级管理位移管理位移(mm)工状态工状态U(U0/3)可正常施工(U0/3)U(2U0/3)应加强支护U(2U0/3)应采取特殊措施注：注：U-实测位移值；实测位移值； U0 设计极限位移值。设计极限位移值。 围岩稳定综合判断2、根据位移速率判断：速率大于、根据位移速率判断：速率大于1mm/d时，围岩处于急剧变化状时，围岩处于急剧变化状态，应加强初期支护；速率变化在态，应加强初期支护；速率变化在0.21.0mm/d时，应加强观测，时，应加强观测，做好加固的准备；速率小于做好加固的准备；速率小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳

25、定。在高时，围岩达到基本稳定。在高地应力、岩溶地层和挤压地层等不良地质中，应根据具体情况制定地应力、岩溶地层和挤压地层等不良地质中，应根据具体情况制定判断标准。判断标准。3、根据位移速率变化趋势判断：当围岩位移速率不断下降时，围、根据位移速率变化趋势判断：当围岩位移速率不断下降时，围岩处于稳定状态；当围岩位移速率变化保持不变时，围岩尚不稳定，岩处于稳定状态；当围岩位移速率变化保持不变时，围岩尚不稳定，应加强支护；当围岩位移速率变化上升时，围岩处于危险状态，必应加强支护；当围岩位移速率变化上升时，围岩处于危险状态，必须立即停止掘进，采取应急措施。须立即停止掘进，采取应急措施。 围岩稳定综合判断4

26、、初期支护承受压力、应变、压力实测值与允许值之比大于或等、初期支护承受压力、应变、压力实测值与允许值之比大于或等于于0.8时，围岩不稳定，应加强初期支护；初期支护承受的应力、时，围岩不稳定，应加强初期支护；初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比小于应变、压力实测值与允许值之比小于0.8时，围岩处于稳定状态。时，围岩处于稳定状态。 u计算机软件和硬件技术的飞速发展，为隧道监控量测技计算机软件和硬件技术的飞速发展，为隧道监控量测技术开辟了新的方向。数据库技术和术开辟了新的方向。数据库技术和Web技术相结合运用到技术相结合运用到量控监测已经成为一个新的发展趋势。量控监测已经成为一个新的发展

27、趋势。6.1 远程监控远程监控u光纤光栅（光纤光栅（FBG）传感器的使用：测量多个物理量。包）传感器的使用：测量多个物理量。包括应力、应变、温度等。括应力、应变、温度等。u数据分析系统接收监测数据，并与隧道管理系统，通过数据分析系统接收监测数据，并与隧道管理系统，通过相关数据处理得出隧道安全预警等级。相关数据处理得出隧道安全预警等级。6.2 隧道安全预警隧道安全预警专题三：超前地质预报专题三：超前地质预报三、超前预报 地质超前预报定义 隧道工程施工阶段的地质超前预报是根据隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势和采用各种地球物理探测手段对隧道施工掌子面前方地质情况的探测结果，结合洞内外地质调查、掌

28、子面素描结果和预报人员地质经验，对隧道施工掌子面前方可能遇到的不良地质体及由此可能发生的地质灾害的性质、分布位置、规模的预测。三、超前预报 地质超前预报必要性 大量的隧道工作建设实践表明，由于地质勘察精度、经费等诸多条件的限制，根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生，由此而来的隧道洞内塌方、涌水、涌泥、涌沙、岩爆、瓦斯爆炸等灾害时有发生，从而给隧道施工造成极大的危害。因此，在隧道施工期间，采用各种技术、手段和方法对隧道掌子面前方地质条件进行及时准确的预测，是提前采取预防措施、避免灾害的发生或在一定程度上减少因灾害造成的损失、保证隧道施工安全的需要。三、超前预报 地质超前预报目的 进

29、一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行。条件，指导工程施工的顺利进行。降低地质灾害发生的几率和危害程度。降低地质灾害发生的几率和危害程度。为优化工程设计提供地质依据。为优化工程设计提供地质依据。三、超前预报 地质超前预报主要内容 地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报。地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报。地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水地层中的裂隙水

30、等发育情况的预测预报。三、超前预报 地质超前预报分类 目前常用的超前地质预报方法较多，主要可分为目前常用的超前地质预报方法较多，主要可分为地质地质分析方法分析方法和和地球物理探测方法地球物理探测方法两大类。两大类。p地质分析方法主要有地质分析方法主要有地面地质调查法、掌子面地质调查地面地质调查法、掌子面地质调查法、超前水平钻孔法、超前导坑法法、超前水平钻孔法、超前导坑法等。等。p地球物探探测方法主要有地球物探探测方法主要有地质雷达法、地质雷达法、TSP地震反射波地震反射波法、瞬变电磁法、法、瞬变电磁法、 Beam超前预报法、陆地声纳法、红外超前预报法、陆地声纳法、红外辐射测温法、声波发射法辐射

31、测温法、声波发射法等。等。三、超前预报 地面地质调查法地面地质调查法 地面地质调查法是隧道地质预报中使用最早的方法。该方法通过地面地质调查法是隧道地质预报中使用最早的方法。该方法通过调查与分析地表工程地质条件调查与分析地表工程地质条件，了解隧道所处地段的地质结构特征，了解隧道所处地段的地质结构特征，推断前方的地质情况。调查的内容包括地层与岩性的产出特征、断裂推断前方的地质情况。调查的内容包括地层与岩性的产出特征、断裂构造与节理的发育规律、岩溶带发育的部位、走向、形态等，预测隧构造与节理的发育规律、岩溶带发育的部位、走向、形态等，预测隧道掌子面前方的不良地质体可能的类型、出露部位、规模大小等，以

32、道掌子面前方的不良地质体可能的类型、出露部位、规模大小等，以便隧道施工中采取合理的工艺与措施，避免事故。这种预报方法在隧便隧道施工中采取合理的工艺与措施，避免事故。这种预报方法在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下有很高的准确性，但是在构造比道埋深较浅、构造不太复杂的情况下有很高的准确性，但是在构造比较复杂地区和隧道深埋较大的情况下，该方法工作难度较大，准确性较复杂地区和隧道深埋较大的情况下，该方法工作难度较大，准确性较差。较差。地质分析法三、超前预报 掌子面地质调查法 掌子面素描的主要内容包括岩性、产状、岩体结构、节理裂隙情况、风化卸荷特征、地下水特征、围岩变形破坏特征等。通过对掌子面进行详细

33、的地质素描，我们可以对掌子面前方510范围内的地层岩性、地下水状况、地应力大小、围岩级别以及其所处的构造环境做出定性判断；通过断层前兆预测法以及地应力定性判断标志，对掌子面前方510m范围内是否出现断层和地应力高低能做出宏观上的判断。 地质分析法三、超前预报 超前水平钻孔法 超前水平钻孔法是在隧道掌子面进行超前水平钻探，通过钻进速度测试、岩芯采取率统计、钻孔岩芯鉴定等手段来确定掌子面前方地层的展布、地层岩石的软硬程度、岩体完整性及可能存在的断层、孔洞的分布位置。 超前钻探是超前地质预报技术体系的主要组成部分，占有重要的地位，具有不可缺少、不可替代的作用。特别是在岩溶、瓦斯隧道的超前地质预报中，

34、更是起着突出的作用。也是对TSP隧道地震波预报、地质雷达探报及红外预报等手段探测到的不良地质体的验证，是用水平钻机直接揭露掌子面前方岩体来了解掌子面地质情况的一种可靠的方法。地质分析法三、超前预报 地质雷达法 地质雷达（地质雷达（Ground penetrating Ground penetrating RadarRadar，简称，简称GPRGPR）法是一种用于探测地下）法是一种用于探测地下介质的电磁技术。地质雷达法是利用高频介质的电磁技术。地质雷达法是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由掌子面电磁波以宽频带短脉冲的形式，由掌子面通过发射天线向前发射，当遇到异常地质通过发射天线向前发射，当遇

35、到异常地质体或介质分界面时发生反射并返回，被接体或介质分界面时发生反射并返回，被接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。通过雷达图像的处理和分析，达剖面图。通过雷达图像的处理和分析，可确定掌子面前方界面或目标体的空间位可确定掌子面前方界面或目标体的空间位置或结构特征。置或结构特征。地球物理探测法地质雷达探测示意图三、超前预报 地质雷达法地球物理探测法地质雷达探测工作照片三、超前预报 TSP地震反射波法 TSP地震反射波法是瑞士Amberg测量技术公司于20世纪90年代初期研制开发的一套隧道地震超前预报系统，该系统采用地震波反射原理，利用地震波在不均匀

36、地质构造中产生的反射波特性来准确预报隧道施工前方150m范围内的地质条件和岩石特性变化；同时，还可以提供杨氏模量、泊松比等岩石力学参数，也可预测围岩级别，从而更清晰地反映前方的地质状况。地球物理探测法三、超前预报 TSP地震反射波法地球物理探测法TSP探测工作照片三、超前预报 瞬变电磁法 瞬变电磁法是一种时间域电磁法，它是利用阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场的激励下在地质体内产生涡流，其大小取决于该地质体的导电能力，导电能力强则感应涡流强。一次场消失后，涡流不能立即消失，它将有一个过渡过程（衰减过程），该过渡过程又产生一个衰减的二次场向地下传播。在地表用接收线圈接

37、收二次场，该二次场的变化，将反映地下介质的电性情况，在接收机中按不同的延迟时间测量二次感应电动势，得到二次场随时间衰减特性，从而达到寻找各种地质目标的一种物理勘探方法。地球物理探测法三、超前预报 瞬变电磁法地球物理探测法瞬变电磁仪三、超前预报综合预报原则 超前预报综合分析的目的是为了综合多种优势互补的预报方法，利用反映介质不同物理特性的不同方法之间的综合解释，最大限度地消除物探解释的非唯一性，分析及推断前方的不良地质情况，预测可能发生的施工地质灾害及等级。隧道超前综合预报应“以地质分析为核心，综合物探分析，洞内外结合、长短预测结合，物性参数互补”为原则。其中： “以地质分析为核心，综合物探分析

38、”是指以地面地质调查和掌子面地质调查为核心，结合TSP、地质雷达、瞬变电磁法等物探方法。三、超前预报综合预报原则 “洞内外结合”是指洞外预报和洞内预报相结合，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。 “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。 “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，如TSP探测和地质雷达探测配合、TSP探测和瞬变电磁法探测配合等。三、超前预报综合预报原则 在上述地质分析和物理探测的基础上，对掌子面前方基本地质情况（包括岩性、岩体强度、围岩完整性、断层破碎带、地下水情况、围岩类别等）进行综合分析预报，判断是否存在不良地质体。若不存在不良地质体，则按照通常方式继续施工；若存在不良地质体，结合地质综合分析，应判断是否会演变成地质灾害。此时，如果预测地质灾害强度低，危险性不高，则直接采取常规措施处理后继续施工；如果预测地质灾害强度高、危险性大，则需采用超前钻探、超前导洞等方法进行验证。如果确认地质灾害危险性高，应采取其相应的防治措施对策。专题四专题四 监控量测、超前地质预报案例监控量测、超前地质预报案例n 监控量测及超前地质预报案例