隧道及地下工程建设技术

2023/5/91隧道及地下工程建设技术

----------港珠澳大桥珠海连接线管理中心瞿守信2023/5/92一、基本理论二、隧道施工工法三、隧道及地下工程防水四、标准化施工

五、辅助措施六、光面爆破2023/5/93一、基本理论（一）压力拱理论压力拱的基本理论；压力拱理论在隧道建设中最早应用；压力拱理论相应的隧道施工方法；2023/5/94一、基本理论（一）压力拱理论2023/5/95一、基本理论（一）压力拱理论2023/5/96一、基本理论（二）新奥法理论新奥法基本理论及适用范围；新奥法理论的施工原则及要点；新奥法理论的基本点；2023/5/97一、基本理论（二）新奥法理论2023/5/98一、基本理论（二）新奥法理论2023/5/99一、基本理论（三）浅埋隧道及地下工程的基本理论浅埋隧道的定义；浅埋隧道特点；浅埋隧道及地下工程的施工方法；浅埋暗挖法的基本原理；2023/5/910一、基本理论（三）浅埋隧道及地下工程的基本理论2023/5/911二、施工工法CRD法双侧壁导坑法CD法眼镜法中柱法台阶法大断面及全断面法小导洞超前全断面法小导洞超前全断面法台阶法环形开挖预留核心土法中隔壁法（CD工法）交叉中隔壁法（CRD法）2023/5/923交叉中隔壁法（CRD法）交叉中隔壁法（CRD法）双侧壁导坑法2023/5/927双侧壁导坑法上台阶及拱部导坑法上台阶临时仰拱法中柱法拱北隧道平面图纵剖面图横剖面图厦门海底隧道港珠澳大桥沉管隧道纵断面图横剖面图港珠澳大桥沉管隧道基槽开挖1、防水原则：“以堵为主，限量排放，多道防水，刚柔结合”。2、多道防水：

1）初支防水：小导管超前预注浆，径向注浆、喷射P8防渗砼、初喷和复喷、钢支撑背后回填注浆。

2）防水板防水：初支必须做到不开裂，不漏、不渗，表面干燥无水。无尖锐之物。表面平顺，作好无防土工布隔离层，无钉铺防水板，松紧适度，焊缝搭接按10—12cm，双焊缝，并进行气密性试验合格。三、隧道及地下工程防排水防水层（2mmPVC-ECB防水板）防水层（2mmPVC-ECB防水板）3）施工缝、变形缝防水技术施工缝及沉降缝的细部防水背贴式止水带施工缝及沉降缝的细部防水仰拱沉降缝施工缝及沉降缝的细部防水拱部及边墙沉降缝施工缝：背帖止水带、中埋式橡胶迂水膨胀止水条、3.8cm*2.5cm预留槽用渗透性水泥基结晶埋涂。在纵向施工缝和环向施工缝交界处用日产P201遇水膨胀单液型密封剂。在风化深槽段和富水沙层段，全施工缝、深降缝用日产P201遇水膨胀单液型密封剂。变形缝：本隧道尽量减少用变形缝。在软硬围岩分界和二衬形状改变处必须用变形缝时，除上述施工缝的防水措施外，增加中埋式止水带，代替中埋橡胶膨胀止水条。

4）分区放水

为防止防水板被穿破出现渗流和窜流，将防水板与二次衬砌之间进行纵向分段隔离，降低纵向水力联系，分区防水按模板的长度(主洞为10m，服务洞为12m)，在二衬施工缝处设背贴式止水带。

5）二衬混凝土的自防水本海底隧道工程混凝土处于湿热的海洋大气和渗透海水的侵蚀介质环境中，特别是隧道中衬砌混凝土结构处于海水氯离子腐蚀和汽车尾气CO2碳化腐蚀的双重威胁中。根据CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，隧道工程混凝土结构设计使用年限为100年以上的重要土木建筑设施工程属一级，其环境类别及作用等级为E级（靠海的陆上室外结）。整个隧道考虑海洋大气环境和浪滩区海水渗透的影响，结构设计混凝土强度等级为C45，为保证海洋环境条件下，100年以上耐久性设计要求，衬砌混凝土抗渗等级为P12，90d氯离子扩散系数小于2.0*10-2m2/s的高性能混凝土。高性能混凝土由建设管理单位厦门路桥建设集团有限公司委托南京水利科学研究院进行1年多的试验，包括力学性能试验、混凝土干缩变形试验、混凝土抗碳化试验、混凝土抗氯离子渗透性能等各项试验，并结合上述性能指标和碱—骨料反应试验，对不同原材料（水泥、砂石、外加剂）品种和不同混凝土配合比（普通混凝土配合比，单掺粉煤灰混凝土配合比、又掺混凝土配合比、单掺矿渣混凝土配合比）进行对比，初步确定衬砌高性能混凝土配合比方案和相关技术要求（见表1、表2、表3、表4），并经过现场试验，最后确定了高性能混凝土的配合比和相关技术要求。厦门海底隧道决定采用高性能双掺混凝土配合比，其原材料为P.Ⅱ42.5水泥；Ⅰ级粉煤灰；S95磨细矿渣粉；MX=2.6～2.9中河沙；5～31.5mm花岗岩二级配碎石；聚硅酸盐系高效减水剂。泵送混凝土坍落度为（160±20）mm（抑拱）～（200±20）mm（拱墙）。表1双掺混凝土配比水/（kg/m3）水泥/（kg/m3）粉煤灰/（kg/m3）矿渣粉/（kg/m3）砂/（kg/m3）石/（kg/m3）减水剂/%坍落度/（kg/m3）含气量/%凝结时间/（h:min）初凝终凝1642516813770010491．81900．99：4012：30表2混凝土力学性能试验抗压强度/MPa28d轴心抗压强度/MPa28d轴心抗压弹模/GPa轴心抗拉强度/MPa轴心抗拉弹模/GPa极限拉伸值/×10-63d7d28d90d3d28d3d28d3d28d29.945.463.767.049.331.13.053.0631.034.5110122表三混凝土的抗渗等级试验1d3d7d14d28d91410222303379表四衬砌混凝土的干缩率逐级加压3.1MPa后的渗水高度/mm抗渗等级15．6≧P30厦门翔安海底隧道隧道混凝土分别做了各种情况的室内试验及时性现场试验。经最后研究确定采用高性能双掺混凝土，其配合比见表5。并同时对所用水泥、粉煤灰、矿渣粉等胶质材料进行碱骨料反应试验，水泥中的碱含量小于0.6%，每立方混凝土中的总碱含量不大于3kg。高性能混凝土在厦门翔安海底隧道使用状况良好，基本上达到了不开裂、不渗漏的要求。到目前为止，已完成的二衬段、拱墙以上没有湿迹，达到了干燥无水、内实外光。表五厦门东通道二衬混凝土配合比（实际）项目水P.O42.5水泥P.Ⅱ42.5水泥Ⅰ级粉煤灰粒化高炉矿渣S95河砂（中砂）碎石（5～25mm）外加剂X414水胶比坍落度/mmC30，明洞1642577014069610433．740．35200±20C45，抑拱1512457515066810883．290．32120±30C45，拱墙1552547815671310203．910．32200±301、在环向和纵向施工缝，初支和防水板之间设环向和纵向排水盲管，将部分防水板与初支之间的水排入排水沟。2、在二衬和防水板之间每10m设一道排水管，将防水板与二衬之间的少量渗漏水排入水沟。洞口集水池NK9+105洞口集水池洞内集水通道四、厦门翔安海底隧道排水系统3、隧道中部最低点设排水泵房1570.8m3和排水泵，将水抽至洞口排水泵房。4、两端洞口各设排水泵房，将洞内抽排水沉淀处理后排入市政管道。5、排水能力富裕50%。6、两端洞口各设三道截水沟，将洞外水截流，不准进入洞内。（一）把项目部建成员工的温馨家园，提高员工生活质量四、隧道及地下工程标准化施工办公室会议室试验室档案室洗衣房医务室职工餐厅职工宿舍生活区配置职工宿舍、餐厅、医务室、洗衣房、卫生间、洗澡间。

修建了职工书屋、篮球场、台球室、乒乓球室等休闲娱乐设施，经常组织乒乓球、篮球、台球、歌咏比赛，丰富了员工的文化生活。职工书屋篮球台球乒乓球

及时了解、掌握一线员工的思想、工作状况，积极为他们排忧解难，送上温暖。如：为员工送上生日礼物和祝福，给到工地探亲的家属提供度假房屋，为未婚员工牵线搭桥，节日组织员工会餐。冬天，有御寒的物品，有热茶水暖身；夏天，为职工宿舍安装了空调，有绿豆汤解暑。正是这一点一滴的细心关怀，营造了项目部和谐的环境，凝聚了人心，鼓舞了士气。关心员工生活关心员工成长慰问演出混凝土集中拌合钢筋集中加工构件集中预制三集中（二）把施工现场打造成移动的现代化施工工厂，改善员工的作业环境严格执行“三集中”、“两准入”制度。大型模具准入衬砌台车准入两准入

加大设备投入，改善员工的作业环境，减少各类风险。混凝土拌合站采用自动计量拌合楼拌合，混凝土输送车运输，实现了工厂化作业；钢筋加工厂配置了龙门吊，钢筋自动调直弯箍切断机，数控钢筋弯曲中心，提高了钢筋的加工质量；

隧道施工按照“工厂化、现代化、数控化”的原则，配置了凿岩台车、湿喷机、挖掘机、自卸汽车等设备，满足了隧道钻、爆、挖、装、运、锚、喷、衬等工序要求，保证了工程质量，提高了施工工效，大大降低了员工的劳动强度。

远程视频监控系统安全管理细致入微，隧道掌子面配有远程视频监控系统。隧道逃生通道隧道施工人员定位系统隧道门禁系统安全帽自动识别芯片

安全帽装有自动识别芯片定位系统，隧道各掌子面配备了应急箱和逃生通道，加强了洞内通风照明，为员工提供了安全环保的作业环境

项目部将涵盖安全、质量、进度、文明环保、技术创新等方面的管理制度体系、包含了洞门、超前支护、开挖、初支到防水、衬砌等11项施工工艺标准以及包括从炮孔测设、钻孔、装药、连线爆破直到防水板安装、二衬钢筋绑扎、衬砌台车就位、二衬混凝土浇筑等41种作业卡片，分类汇编成册后印发到各业务部门、施工班组，组织了宣贯学习教育，（三）强化教育培训，提高员工的工作技能作业指导书操作规程作业卡

使每个岗位、每个员工都知道自己应该做什么，应该怎样做，做到了有章可循，有规可依。实际施工中，员工也能主动选择趋利避害，违规、违章现象大幅减少，标准化管理也顺利推进。

项目部坚持对员工进行多种培训，上岗作业、工种转换及应用新工艺，都要先进行培训。2010年以来，我们先后组织项目部26人次到大专院校参加了测量、试验、爆破、质检、安全、工程管理等培训，提高了员工的专业技能。坚持每天开早会、晚会、月度集中学习讲评、邀请专家讲课等方式，对施工规范、验收标准以及标准化管理规章制度进行学习，提升员工的工作技能。专题培训会议

对技术和安全管理，严格实施工区、劳务队、作业人员“三级交底”和“工前安排、工中检查、工后讲评”的“三工制度”，做到了进场一批，培训一批，全员覆盖，每名作业人员都掌握本工种、本岗位的施工要求、作业要领、安全防护技能。现场交底（四）严控各工序标准化作业，培养员工标准化习惯Ⅲ～Ⅳ级围岩开挖选用三台阶七步开挖法,Ⅴ级围岩开挖选用双侧壁导坑法。1、开挖工法标准化

隧道施工时遵循“先预报、管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则，按照信息化反馈原则指导施工，及时调整支护参数和混凝土衬砌施工时间。光面爆破2、初期支护标准化

初期支护紧跟开挖面及时施作，以减少围岩暴露时间，防止围岩在短期内松弛剥落。

在初喷及锚杆安装后进行钢筋网的敷设，严格锚杆注浆控制，钢筋网与锚杆连接牢固。

钢筋网采用模具集中加工，格栅钢架制作，焊缝饱满，型钢钢架按设计尺寸冷弯成型。

喷射混凝土时，喷嘴垂直岩面，并使喷射料束螺旋运动。保证混凝土面平整，线型圆顺，厚度及强度满足设计和规范要求。

隧道初支喷射混凝土严格分层施工，确保强度和平整度达到优质工程标准，使初期支护既发挥了安全屏障作用，而且观感一流；

用角钢定位卡尺精确定位仰拱钢筋间距，二衬预埋钢筋采用塑料管包封防锈。3、二衬钢筋标准化

在钢筋安装时增加纵向、径向定位钢筋，采用高强砂浆垫块控制钢筋保护层厚度，垫块互相错开，分散均匀布置。

绑扎完毕之后的二衬钢筋主筋纵向间距、分布筋环向间距、内外层横向间距、保护层厚度符合设计与规范要求。4、仰拱、衬砌标准化

仰拱填充与仰拱混凝土分层浇筑，片石铺放均匀。

二衬台车采用全液压自动行走的整体台车，模板厚度12mm，台车长度12m。

脱模后，二衬混凝土达到“六无”目标（无错台、无漏水、无冷缝、无气泡、无色差、无渗漏）；结构轮廓线条圆顺美观，无跑模、露筋现象。二衬混凝土

为保证衬砌防水板搭接宽度不小于设计要求，在焊缝处再粘贴25cm宽1.0mm厚双面自粘卷材补强，确保隧道完工后不渗不漏；钢筋间距定位卡槽高强混凝土垫块

钢筋绑扎采用卡槽定位，钢筋间距合格率达到100%，使用专业厂家生产的高强混凝土垫块，大大提高了钢筋保护层合格率。2023/5/988（一）四管通风管；高压风管；进水管（高压水管）；排水管；（四）洞内“四管、两路”的安全技术要点2023/5/9892023/5/9901、通风管长大隧道的施工通风关系到隧道的开挖进度，开挖安全和隧道施工人员的人身安全和健康，必须作好通风设计，使工作面的风量、风速等指标满足规范要求。（1）通风设计：不管你用压入式通风或混合式通风，从施工安全技术、技术规范要求必须达到掌子面氧气含量不低于空气体积的20%，每人每分钟供应新鲜空气，达到3m3/min，二氧化碳不超过空气体积的0.5%；一氧化碳不超过30mg/m3，压入式风管口距掌子面距离不超过15m，吸出式风管口距离掌子面距离不超过5m风速不小于0.15m/s；风速不大于6m/s。掌子面的温度不超过30℃。噪声不宜大于90dB。2023/5/991

（2）风管的布置：风管在洞口及成洞段建议用刚性管（白铁皮），在作业段用软管，洞口压入式风机建议在洞口30m以外，通风良好处，防止洞口排出的污浊空气循环进洞。风管最好布置在洞顶部或洞顶两侧，风管要平顺，必须转弯的地段弯管的半径不小于风管直径的3倍，要求风管无破损、无漏洞，接头严密不漏风。

（3）通风方式及要求①承包人应将施工期间通风设计提交监理工程师批准，并须为隧道的掘进提供已批准的通风设施。②采用混合式通风时，当一组风机向前移动，另一组风机的管路即相应接长，始终保持两组管道相邻端交错不小于20~30m。局部通风时，吸出式风管的出风口应引入主风流循环的回风流中。2023/5/992④通风设施设备应有适当的备用数量，一般为计算能力的50%。通风系统应定期测试通风的风量、风速、风压，检查通风设备的供风能力和动力的消耗。⑤如通风设备出现事故或洞内通风受阻，所有人员应撤离现场，在通风系统未恢复正常工作和经全面检查确认洞内已无有害气体以前，任何人均不得进入洞内。⑥如风机停止运转，在恢复工作进入隧道以前，风机应至少提前2h启动，并要进行上述同样检查工作。③通风机应装有保险装置，当发生故障时能自动停机。2023/5/993（5）风流及其质量的量测

在每班工作期间，应用手持式风速仪或皮托管风速量测计，对风道内的风量至少量测一次。如有通风不足，要迅速改进。（6）有毒气体和可燃气体的防护①施工期间洞内任何部位和工作面处，空气中的有毒气体和可燃气体的浓度，都不得超过本节所列的容许浓度。②任何汽油动力设备都不允许放在隧道内或在隧道内使用。③任何情况下都不允许汽油运到洞内。2023/5/994（7）防尘的卫生标准①施工过程中，作业环境每立方米空气中的粉尘允许含量：a.含10%以上游离二氧化硅（SiO2）的粉尘不得超过2mg/m3;b.含10%以下游离二氧化硅的粉尘不得超过4mg/m3；②粉尘测定在隧道掘进或出碴期间，用沉积板或粉粒计数器在隧道开挖面附近测定粉尘含量，以制定相应的降低粉尘含量的措施。2023/5/9952、高压风管：设在隧道左侧如图（A1、A3左线隧道）标服务隧道和右线，A2、A4标设在右侧建议尽量减少弯管，减少压头损失严防漏气、跑气。（1）空压机站设备能力，应能满足同时工作的各种风动机具的最大耗风量和足够的风压。（2）空压机站应设在洞口附近，并宜靠近变电站。（3）空压机站应有防水和防雷击设施。（4）隧道工作面风压应不小于0.5Mpa。2023/5/9963、高压进水管：设在隧道左侧如图（A1、A3标左线隧道）服务隧道和右线（A2、A4标）设在隧道右侧（建议）严防水管漏水，接头要严密。（1）供水方案及设备的配置应能满足工程及生活用水的需要；使用前必须经过水质鉴定，符合国家工程用水及生活用水的水质标准。（2）供水的蓄水池高度应能保证洞内最高用水点的水压。水池的容量应有一定的储备量，以保证洞内外集水用水的需要。（3）采用机械抽水站供水时，应有备用的抽水机。（4）隧道工作面的水压不小于0.3Mpa。2023/5/9974、排水管：设在隧道左侧（A1、A3标服务隧道和右线设在隧道右侧），根据设计涌水量计算，排水管的直径和集水井的大小和集水井的设置数量，确保隧道掌子面的水能够顺利抽排，同时要设流动抽水车，在汽车上设大容量的抽水机进行重点地段的抽排水和抢险排水。（二）两路1、电路要设双回路电源和可靠的切换装置，对该海底隧道抽排水工作一分也不能断电，各施工单位必须设备用发电机，当断电时发电机能在15秒钟内自动启动发电，解决抽排水、动力用电和照明用电。2023/5/998（1）施工用电：要求用三级配电（总配电箱、分配电箱、开关箱）和TN-S系统，即三项五线制和四个一即“一机一箱一闸一漏”。（2）编制施工用电组织设计：按照《规定》的要求，“施工现场临时用电设备在5台及以上或设备总容量在50kw及以上者，必须编制用电组织设计”。临时用电设备在5台以下和设备总容量在50kw以下者，也应编制安全用电技术措施和电器防火措施。2023/5/999（3）用电线路要防潮绝缘：临时配电线路必须规范架设，架空线必须使用防潮绝缘导线，并按规定的高度用电杆、横担、绝缘子分线悬挂牢固。严禁挂在铁杆、铁钉或木棒上，不得采用塑胶软线，不得成束架空敷设，使用电缆亦应牢固悬挂在高处，严禁沿地面敷设。（4）安全架设临时用电：临时用电线路的架设，必须由专业电工操作，电工在接近高压线操作时，其安全距离为：10kv以下不得小于0.7m，20~35kv不得小于1m，44kv不得小于1.2m，否则必须停电后方可操作。2023/5/9100（5）室外临时用电安全高度：外电架空线路与施工机动车道交叉时，其最低点与地面的垂直距离不得小于下表规定的标准：

表1（6）保持线路与线路的安全距离：通信线路与低压线路之间的安全距离不得小于1.5m；低压线路之间的安全距离不得小于0.6m；低压线路与10kv以上高压线路之间的安全距离不得小于1.2m，10kv高压线路之间的安全距离不得小于0.8m。外电线路电压1kv以下1——10kv35kv最小垂直距离6772023/5/9101（7）保持安全操作距离：在建工程、机械操作、各种设施的外侧边缘与供电线路要保持一定的安全操作距离，如果不能满足，必须采取增设屏障、遮拦或保护网进行防护，并悬挂醒目的安全警告标志。其安全距离为：（8）配电室及其设备：配电室及其设备在安装时，必须要达到以下基本的安全要求：外电线路电压1kv以下1-10kv35-110kv154-220kv300-500kv安全操作距离（m）46810152023/5/9102①配电室要安设在靠近电源、无尘、无蒸汽、无腐蚀介质及无震动的地方，并配有砂箱和绝缘灭火器、灭火用具等。同时要采取防雨、防水、防撞和防人员及动物侵入的安全措施。②室内的配电屏（盘）和控制台两端与重复接地及保护接零做电气连接；并装设短路及超负荷保护装置、漏电保护器。同时，配电箱内每个配电线路要认真编号，并表明其实际用途，防止混乱，发生事故。③配电室的管理要由专业电工负责，健全值班制度，安排专人值班；停电和送电必须专人负责，非电工人员严禁操作配电室设备。④配电箱要编号，加锁注明责任人，专门电工负责管理。2023/5/9103（9）配电箱和开关箱：无论是固定式或移动式的配电箱和开关箱的安装，必须要满足下列安全要求：①固定式配电箱及开关箱的中心点与地面的垂直距离不得小于1.4-1.6m；移动式配电箱及开关箱的中心点与地面的垂直距离不得小于0.8-1.6m。②配电箱和开关箱要安置牢固、稳定、端正，并有良好的通风，环境干燥。严禁安装在有烟气、水气及其它介质中。同时要采取防晒、防火、防盗措施，并配装锁头，防止非电工启开使用。③配电箱和开关箱，要分设工作接零和保护接零端子回流排，其内部的电器配置和接线严禁随意改动。2023/5/9104（10）照明使用安全电压：隧道的成洞段和不作业地段可用220V，一般作业地段不宜大于36V，手提作业灯为12～24V。（11）高温灯具要防失火：使用高温灯具，要防止失火，其与易燃物的距离不得小于1m，一般电灯泡距易燃品不得小于50cm。2023/5/9105（12）保证灯具安装高度：一般220v灯具室外不得低于3m。室内不得低于2.4m；电雾灯及其他金属卤化物灯不得低于3m。（13）严格遵循送电停电顺序：配电专职送电和停电要统一组织指挥，统一信号，严格遵循送电停电顺序，防止送电发生伤害：送电操作顺序为：总配电箱（配电柜）分配电箱开关箱；停电操作顺序为：开关箱分配电箱总配电箱（配电柜）；2023/5/9106（14）电缆过路穿管保护：移动式电气机具设备应用橡胶电缆供电，并经常注意理顺；跨越道路时，应当埋入地下或做穿管保护。（15）严禁私接乱用电器：施工现场任何部位不经审批严禁接线使用电器设备。生活照明用电，不准擅自拉线、装插座；不准私自用电炉、“电老虎”及其它功率大的电气设备；宿舍内禁止安装床头开关。（16）防雷防火安全措施：施工现场较高的临时建筑和高大设备等都要安置防雷保护装置。同时必须做好电器防火工作：2023/5/9107①合理配置用电系统短路、过载、漏电保护器，确保PE线接点的电气连接可靠。②在电气设备和线路周围不准堆放并清除易燃易爆物和腐蚀介质或做阻燃隔离防护。③在电气设备周围20m内不准使用火源，特别是变电所、配电室、发电机房等场所严禁烟火。④在电气设备相对集中的场所，如变电所、配电室、发电机房等场所，要配置可扑灭电器火灾的灭火器、防火砂、灭火工具等。2023/5/91082、道路：洞内道路要求行车路和行人路分开，行车道路要求平整，无积水、无淤泥、排水畅顺。要求要有专人养护道路，要特别注意行车和洞内人员的安全，因洞内通风条件差，照明条件差，加上无轨运输汽车油烟的污染和洞内出来的污浊空气，视线很差，大车出碴运输速度快，极容易发生事故，因此本隧道要求必须设人行专用通道。人行通道设在管线路的另一侧，人行通道要求平顺、无积水、无淤泥，人行通道与车行通道之间要用栏杆隔开，这是很重要的一点。2023/5/9109（三）讲洞内“四管两路”的重点是：1、管线路和排水积水井设在隧道一侧，人通道设在隧道的另一侧，以确保每天人员上下班的安全，人员必须走人行道，也保证了出碴、进料车辆的行车安全和正常出碴工作。2、加强对隧道内的抽排水工作，确保安全用电必须有备用电源，确保隧道内抽排水不能间断，抽排水设备要有足够的能力和备用量，准备随时抽排水和应急工作。3、确保施工通风，保证掌子面有足够的新鲜空气，确保施工人员的身心健康和洞内施工的顺利进行。隧道地质超前预报广义：狭义：工程可行性阶段、勘察设计阶段和施工阶段的预报。隧道施工期的超前地质预报

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、掌子面素描结果和预报人员地质经验，对隧道前方可能遇到的不良地质体及由此可能引发的地质灾害的性质、分布位置、规模的预测。隧道施工期超前地质预报的定义：五、隧道施工辅助措施（一）隧道地质超前预报深埋长大隧道地质复杂隧道水下隧道可能存在大断层、岩溶、大量涌水涌泥、岩爆、瓦斯突出等工程地质灾害的隧道覆盖层太厚、植被良好不易进行地质调查和勘探的隧道可能因开挖造成环境生态破坏的隧道

由于可行性研究阶段和勘察阶段投入的限制，依据既有地质资料和有限的钻孔地质资料、水文地质资料、物探资料及钻孔岩石岩心物理力学试验资料做出的施工设计与实际不符的情况经常出现，隧道地质超前预报在下列情况下显得尤为重要：预测地质剖面实测地质剖面隧道地质超前预报的主要内容包括：断层及其影响带和节理密集带的位置、规模和性质软弱夹层（含煤层）的位置、规模及其性质岩溶发育位置、规模及其性质不同岩类间接触界面的位置工程地质灾害可能发生的位置及规模隧道围岩级别变化及其分界位置不同风化程度的分界位置不良地质体（带）成灾的可能性隧道涌水的位置、水压及水量隧道围岩级别的变化及分布隧道地质超前预报的主要方法有正洞地质素描超前水平钻孔法超前导坑法声波测试红外探水电磁波法弹性波法地质类物探类地质法超前地质预报

该方法根据隧道洞内外调查结果和隧道施工期掌子面地质条件调查结果，如岩体结构面产状及发育情况、岩体破碎程度、岩石变质程度等变化特征，通过地质作图及构造相关性分析，由地面构造产状推测其在地下隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度推测掌子面前方可能出现的构造及其性质，进行超前预报。内容包括：掌子面前面是否存在断层、不同围岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。预报过程超前水平钻孔

通过钻速测试、岩芯采取率统计、钻孔岩芯鉴定等来确定掌子面前方地层的展布、岩石的软硬程度、岩体完整性、可能存在的断层、空洞的分布位置，从而进行地质超前预报。钻速高：软质岩低：硬质岩卡钻：节理裂隙发育或断层破碎带急剧加快：空洞岩芯采取率低：节理、裂隙发育，岩石完整系数低高：节理、裂隙不发育，岩石完整系数高确定不同岩性地层在掌子面前方的分布状况，以及不同岩性地层在轴线上的长度。岩芯鉴定岩芯钻机缺点：成本高速度慢影响工期探测结果仅为一孔之见，难以形成面遇软弱岩层取芯困难对岩溶隧道布孔位置带有偶然性遇水或瓦斯地层时会遇到意想不到的问题电磁波（地质雷达）法

该法采用连续扫描电磁波反射曲线的叠加，利用电磁波在掌子面前方岩层中的传播、反射原理，根据测到的反射脉冲波走时计算反射界面距施工掌子面的距离。

地质雷达法是目前分辨率最高的地球物理方法，但其预报距离短，且易受洞内机器管线的干扰，目前多用于岩溶洞穴、含水带和破碎带的探测预报。岩溶探测

岩溶与其周围的介质存在着较明显的物性差异，尤其是溶洞内的充填物与可溶性岩层之间存在的物性差异更明显。这些充填物一般是碎石土、水和空气等，这些介质与可溶性岩层本身由于介电常数不同形成电性界面。当有岩溶发育时，反射波波幅和反射波组将随溶洞形态的变化横向上呈现出一定的变化。一般来说，溶洞雷达图像的特征是被溶洞侧壁的强反射所包围的弱反射空间，即界面反射是强反射，且常伴有弧形绕射现象;溶洞内的反射波则为弱反射:低幅、高频、波型细密，但当溶洞中充填风化碎石或有水时，局部雷达反射波可变强。岩溶带雷达波形岩溶实际照片

富水带是含水量大的岩体区域，在隧道开挖后很可能产生涌水现象，水的相对介电常数较大，当岩体含水量较大时，介质的介电常数有较大的增大，而电磁波在介质中的传播速度则会降低，这样反射波表现较强的正峰异常，同出现强反射，有时亦会内产生绕射、散射现象，导致波形紊乱，频率成分由高频向低频剧变。富水带探测

在完整岩石与断层破碎带接触界面的两侧，由于破碎带内岩石的孔隙度和含水率均比完整岩石要大，而孔隙度和含水率对介质的介电参数等有较大影响，这就造成接触带两侧存在一定的波阻抗差异，致使电磁波在穿过界面进入破碎带内后其反射波能量增强、波形幅值增大，穿过破碎岩层时视其胶结程度而使得波形比较杂乱。在雷达剖面上的波场特征为:地层反射波发育，同相轴错断，反射波振幅能量明显增强，电磁波频率发生变化，有时候会出现断面波、绕射波。因此，根据地质需达的波形特征及相关地质资料，可以判明破碎带的厚度以及它与完整岩石的界面。断层破碎带探测断层破碎带波形断层破碎带实际照片裂隙密集带探测

裂隙密集带主要存在于断层影响带、岩脉带及软弱夹层中，由于裂隙内有不同成分、不均匀的充填物，与周边围岩形成电性差异，因此具有采用地质需达探测岩体中裂隙存在的地球物理基础。当需达电磁波传播到裂隙表面时，会产生较强的界面反射波，同相轴的连续性反映了裂面是否平直、连续;在穿越裂隙的过程中会产生绕射、散射、波形杂乱、波幅变化大，反映出裂隙内充填物的不均匀性。TSP/TGP法采用TSP/TGP进行超前地质预报，其原理主要应用震动波的回声原理，现场实施时先在隧道左侧或者右侧布置18～24个爆破点，各爆破点孔深1.5m，间距1.5m，成直线排列，作为爆破震动声源，并在爆破点以外距离20m处布设接收炮孔，接收孔深2.0m，与爆破孔成一条直线，接收孔可在隧道一侧或双侧进行设置，如下图所示。爆破孔及接收孔布置好后，在爆破孔内安放雷管进行爆破以激发震动声源，在接收孔内安放接收器以采集岩体内的震动波传播情况，整个数据采集过程均由专业软件进行。采用TSP/TGP法进行地质超前预报的设备TSP系列TGP206TGP212TGP系列TSP200TSP203TSP203PLUS进口国产TSP203PLUSTSP/TGP使用步骤：（1）布设炮孔，埋设检波器（2）起爆，记录地震波数据（3）数据处理，给出预报结果泊松比密度弹性模量检波器

数据记录预报距离200m预报距离100m纵波偏移图纵波反射层面提取图TGP206测试结果围岩物性参数纵波偏移图岩石节理面提取成果TSP203测试结果涌水预报涌水图片

涌水位置预报1）界面位置预报及地质分析法

施工期涌水往往与含水构造有关（充水岩溶如岩溶溶洞、溶管、地下岩溶暗河等，断层破碎带，含水地层），因此目前对隧道涌水位置的预测预报基本按不良地质体预报的方法进行，在确定不良地质体位置的基础上，通过对其地质性质的分析，确定含水构造并预报可能发生的涌水。2）红外探水法

该方法对施工期掌子面前方含水有反映，但对水量大小无反映。3）地质雷达法4）岩体温度监测法

理论上岩体温度随埋深增加而增加，若发生岩温异常，则有地下水活动。但要很好地获得岩体问题是很难的，岩体表面温度则受洞内施工影响不能反映体内温度。5）钻孔探水

钻孔探水有两种方法：一是地质超前水平钻孔探水，二是爆破孔探水。

四车道隧道断面较大，除了要分块开挖外，辅助施工措施也是必不可少的，具体的有：超前大管棚、超前小导管、小导管周边注浆、超前预注浆（全断面注浆或周边帷幕注浆）、径向注浆、地表注浆、锁脚锚管、临时仰拱等。具体用法如下：1．洞口段（一般为Ⅴ、Ⅵ级围岩）常用超前大管棚注浆2．洞口浅埋、偏压段（一般为Ⅴ、Ⅵ级围岩）有时用地表注浆3．极其松散、破碎、软弱地层，或在大量涌水的软弱地段以及断层破碎带的地层（一般为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩）常用超前预注浆（水量大用周边帷幕注浆、水量少用全断面注浆）、径向注浆4．软弱地层（一般为Ⅳ级围岩）采用超前小导管、小导管周边注浆5．分部开挖时拱脚一般设锁脚锚管6．台阶开挖时用临时仰拱（二）辅助施工措施洞口大管棚超前支护洞口大管棚超前支护洞口大管棚超前支护洞口浅埋段地表注浆洞口偏压段地表注浆全断面超前注浆帷幕注浆帷幕注浆径向注浆补注浆密排超前小导管单排超前小导管锁脚锚管临时仰拱临时仰拱监控量测是确定围岩变形、调整支护参数、设计参数的重要依据，是“新奥法”原理的三大要素之一，是复合式衬砌设计施工的核心技术。项目部必须依据规范和施工图纸对监控量测要求，制定《隧道监控量测计划》和《隧道监控量测作业指导书》，将监控量测工作纳入工序施工管理。（二）监控量测一、监控量测目的1、提供围岩稳定性和支护、衬砌可靠的信息。2、提供二次衬砌合理的施作时间。3、为施工中调整围岩级别、修改支护系统设计和变更施工方法提供依据，确保施工安全二、监控量测量测的项目、方法及工具洞内外观察、净空水平收敛量测、拱顶下沉量测为必测项目，地表下沉量测在浅埋段为必测项目监控量测必测项目1、洞内、外观察现场观察、2、净空变化隧道净空变化测定仪（收敛仪）测试精度0.1mm3、拱顶下沉水准测量方法：水准仪、挂钩钢尺测试精度1mm4、地表下沉水