DB62-T 4133-2020 公路隧道地质超前预报机械能无损探测技术规程

公路隧道地质超前预报机械能无损探测I II引言 12术语和定义 1 24预报基本内容 25预报目的 36预报准备 3 48现场探测 6 810探测报告 附录A(规范性附录)岩石坚硬程度和岩体完整程度 附录B(规范性附录)围岩基本分级 附录C(规范性附录)地质复杂程度分级 附录D(资料性附录)隧道地质超前预报机械能无损探测地质素描记录表 附录E(资料性附录)隧道地质超前预报机械能无损探测现场记录表 附录F(资料性附录)隧道地质超前预报机械能无损探测技术现场探测典例 附录G(资料性附录)条文说明 23本标准用词说明 26参考文献 27本标准主要包含以下内容：1范围，2术语和定义，3符号，4预报基本内容，5预报目的，6预土中心(地址：兰州市七里河区兰工坪路202号，邮编：730050,电话：0931-275731公路隧道地质超前预报机械能无损探测技术规程本标准规定了隧道地质超前预报机械能无损探测技术的主要内容和技术要求。本标准适用于甘肃省各等级公路新建隧道的超前地质预报。2术语和定义下列术语和定义适用于本文件。U-TSPundamagetunnelseismicgeo隧道地质超前预报机械能无损探测U-TSP技术，是指在对隧洞壁无破坏的前提下，利用稳定、可控、安全的机械能来激发地震波，通过对地震波激发、接收位置的布置，使反射波第一时间到达传感器，而实现隧道超前地质预报的技术。工程地质条件engineeringgeologicalcondition与工程建设有关的各种地质条件的综合，包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质与不良地质等条件。隧道地质超前预报geololgicalprediction通过掌子面的超前钻探、超前导坑或各种类型的地球物理探测等手段来查明隧道岩体的状态、特征以及可能发生地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质，预测前方未施工段地质情况的方法。纵波longitudinalwave质点振动方向与波的传播方向一致的体波，又称压缩波。横波transversewave质点振动方向与波的传播方向垂直的体波，又称剪切波。波形记录道上第一个到达波的振动时刻。从掌子面前方未开挖围岩中传来的反射波在进入第二种介质前被接收的时间点，其中“掌子面前方未开挖围岩”是第一种介质，其它是第二种介质。地震直达波及反射波等的接收位置。2激发点excitationpoint第1激发点至最后激发点的距离。接收点(孔)距最近激发点的距离。在掌子面中垂线左右两侧对称各布置1个接收孔，在其后一定距离(偏移距)隧道底板布置激发点。掌子面周边接收-底板激发方式facewallreceiving在掌子面周边左右两侧对称各布置1个接收孔，在其后一定距离(偏移距)隧道底板布置激发点。地震记录上各道振动相位相同的极值(俗称波峰或波谷)的连线。3 地层岩性(包括岩性、岩体产状、风化程度等): 断层(包括断层性质、位置、产状、破碎带宽度等) 节理(包括节理产状、密度、延伸情况等) 特殊地层(如煤层、沥青层、盐层、含铁矿层等) 人为坑洞(包括形态、位置等)。——出水点位置、出水状态、水量、水压、水温、颜色等； 4.1.3素描和影像(照片、视频等)。4.2.1地质岩性预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层、特殊岩土等的位置、规模及其性质的预4.2.3掌子面前方不良地质体的分布及性质预报，特别是对岩溶、破碎带、人为坑洞等发育情况的预4.2.4地下水预报，特别是对掌子面前方岩溶管道、断层、褶皱及地层中含水情况、可能出现的突泥4.2.5不同岩性变化界面的位置及其工程地质灾害可能发生的位置及5.1在设计地质勘察成果的基础上，进一步探测隧道掌子面前方围岩地质条件，进而预报前方不良地5.2结合相关设计、地质调查及超前钻孔等资料5.3指导施工，降低隧道工程地质灾害发生的几率和危害程度。5.4汇总和积累预报资料和经验，为编制竣工文件提供可靠的地质预报资料，为类似隧道的施工提供6.1组织机构及人员6.1.2组织机构母体应依规在探测现场设立现场预报机构6.1.4进场人员应经组织机构母体教育培训，确认4隧道子面57.1.2隧道地质超前预报机械能无损探测技术应满足7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7的规定和要求。7.2探测点位7.2.1接受点(孔)应符合下列规定： 具备在掌子面及其四周洞壁制作接收孔并清孔的施作工作面和工具，钻孔清孔工具应选用现场施工设备； 钻头须根据传感器直径配套选取，其外径应大于传感器外径5mm~10mm: 接受孔应不少于2孔，应在掌子面中垂线左右两侧对称布置，或在掌子面四周洞壁对称布置。四周洞壁接收孔距掌子面的距离不应大于2m; 接收孔内轴宜铅直于掌子面或其四周洞壁，允许偏差±5°;孔深2m,允许偏差±10cm; 宜用高压风清孔，孔内须无碎渣、碎屑等物，内壁应平直顺畅； 可利用掌子面及其周边符合上述要求的已有施工钻孔作为接收孔。7.2.2应在隧道已开挖段内，距掌子面及其四周洞壁接收点5m~10m处设置偏移距。7.2.3激发点应符合下列规定：——在偏移距处，沿隧道中轴线(或与其平行)底板上依次设置12个~24个地震波激发点；——各激发点相邻间距在0.5m~1.2m范围内取值，宜设置相同间距，允许偏差±10cm; 激发点应布置在隧道上导台阶内。7.2.4探测所需场地底板顶面应大面平整和密实，应无障碍物和积水。7.3探测仪器7.3.1探测仪器应包括下列设备： 剂、备用电源等； 辅助设备应包括：地质罗盘、钢尺、地质锤、孔口塞、水平尺、影像设备、量筒、秒表、微型照明设备等。电、防电磁、防水、防震等特点，应不低于下列技术规定： 采样点数：2048点、4096点、8192点多档可选； 频带宽度：10Hz~5000Hz; 存储介质：电子盘或网络平台；——数据采集系统：须能同时显示单道与剖面信号； 数据传输：USB方式、蓝牙或网络方式： 工作环境温度：-10℃~+55℃:湿度：2%～95%; 系统性能稳定，操作方便。7.3.3传感器应符合下列要求： 应采用速度型传感器，且不低于3个分量(X、Y、Z),具有地震波在隧道围岩中传播频率相适应的高频宽带特性，不应小于10Hz～5000Hz范围； 传感器形状应与隧道现场施工常用钻头直径相配套，须采用圆柱形，直径应在3cm~5cm范围。7.3.4激发系统应符合下列规定：6 7.5.1按预报长度划分属于中距离(30m～200m)预报。78.1.1应按掌子面观察规定的内容进行地质观察，必要时应进行隧道地表补充地质调查。岩石坚硬程度及岩石完整程度、围岩级别及地质复杂程度应按附录A、附录B及附录C的规定进行描述。8.1.2地质观察主要通过目测、手触或借助地质罗盘、照相机、地质锤、量筒、秒表等辅助设 ——水文地质方面：地下水分布，出露形态及围岩的透水 ——FR-GE:在掌子面中垂线左右两侧1m处对称各布置=1个接收孔；——偏移距、激发点布置按一般规定7.2执行；8.2.2其它布置方式须符合7.2的规定。8.3.1按探测点位和测点布置规定制作接收孔，可参考附录E记录。 将润滑脂制成与传感器相似的圆柱形状，其几何尺寸应小于传感器外形 宜可用专用润滑脂注入设备将润滑脂注入接收孔底，注入量以传感器体积的70%～80%为宜。8 9 纵横波直达波同相轴不呈直线状，呈无序状： 纵横波分离不清，无法确定横波初至时间： 反射波同相轴不清晰 9.2.3各功能处理模块应具有自动和手动处理方式，应具有互检功能。9.3.3横波到达的初相位与纵波初至相位相反。9.4.2分布位置的分析解释应以纵波(P波)资料为主，横9.4.3根据波的反射特征解释宜按下列内容进行： 横波(Sh波Sv波)反射强，纵波(P波)反射弱，对于张拉性构造带一般为构造带岩体充水，9.4.4可采取超前钻探法、超前导坑法或其它物理探测法比对探测，以相互补充和印证。 岩石类别未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰岩、弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化的云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶强风化的极硬岩；弱风化至强风化的硬岩；弱风化的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类；泥完整程度结构面特征结构类型巨块状整体结构响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有填充物级别围岩弹性纵波速度I极硬岩，岩体较完整；极硬岩，岩体较破碎；极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；主，岩体较完整或较破碎：钙质、铁质胶结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、大块石土，黄土(Q₁、Q₂)V软岩，岩体破碎至极破碎；构造影响严重的破碎带)潮湿的碎(卵)石土、粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细角砾土、粉土及黄土(Q₃、Q₄)级别渗水量[L/(min-10m)]I干燥或湿润围岩基本分级IVIIVIVV评估基准(R/oma)极高应力(1)硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差；(2)软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位高应力(1)硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆发生，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性差；(2)软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著,持续时间较长，成洞性差注：Re为岩石单轴饱和抗压强度(MPa);0mx为最大地应力值围岩级别IV修正级别极高应力IIII或IV²V高应力IIV或yb围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定为III级；围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互复杂程度分级复杂较复杂中等复杂(含物中等发育，沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀，中小型串珠状洞穴发育，地下隙或小型洞穴，裂隙连水量1000m³/h~10000m³/h)、突泥，高水压泥m³h~500m²/h)、涌泥<100m³/h)、涌突水可能性极小大型断层破碎带、自稳能力中型断层带，软弱，中~弱富水，可能引起中型坍塌中小型断层，无响程度过程中硬质岩时有岩爆发生，极为显著高应力(RJ0m=4~7)开挖过程中硬质岩可能出现象，岩体位移显著瓦斯影响程度瓦斯突出：瓦斯压力P≥△P≥10,煤的坚固性系数f及以上高瓦斯：全工区的瓦斯涌出量≥0.5m³/min无存在安全隐患度可能造成重大环境灾害无注：R.为岩石单轴饱和抗压强度/MPa)omax为最大地应力值/MPa。掌子面桩号开挖(爆破时间)时间等):(资料性附录)隧道地质超前预报机械能无损探测现场记录表里程方向1223456789间距长度/π测点布置示意图探测：复核：WW上FA-面W下导平导WXXXX隧道泊松比F.1.3探测结果(a)左侧检波器(传感器)(b)右侧检波器(传感器)图F.2FR-GE布置方式隧道检波器原始波形图00Amp-208132...261032Smc:0.0211...0(a)左侧检波器(传感器)泊松比(a)左侧检波器(传感器)(b)右侧检波器(传感器)(资料性附录)条文说明本条文说明只对部分条文进行说明，不具备与标准正文同等的执行效力，仅供使用者作为理解和掌握标准的参考，重在解释隧道地质超前预报机械能无损探测技术，以便让使用者更好地利用该技术。引言针对我省公路隧道常规地震波地质超前预报探测技术探测成本高、工序繁锁、使用炸药不安全、占用的时间长、占用空间资源大、影响施工、施工单位“抗测”等问题。编制单位在长期应用常规地震波技术的基础上，经过室内室外的试验研究，改变了地震波的接收和激发位置，改变了地震波的激发方式，利用机械能量来激发地震波，提出了隧道地质超前预报的机械能无损探测U-TSP的探测技术，较好地解决了利用炸药激发地震波进行地质超前预报时存在的上述问题。为了推广和应用，将这种技术编制成《公路隧道地质超前预报机械能无损探测技术规程》,以供使用者参考使用。2基本沿用了相关标准的术语和定义，本规程未涉及的其它术语，可参照有关规程、规范执行。3所列的符号是以所代表项的英文单词首字母，其他未涉及符号，可参照有关规程、规范执行。6.3.2探测大纲是隧道地质超前预报机械能无损探测技术指导性文件，通过大纲的编制，能使预报人员系统掌握隧道地质超前预报机械能无损探测技术的基本要求，能使预报人员掌握探测对象基本的水文地质与工程地质条件和不良工程地质体性质，能使预报人员充分掌握项目的特点，能使预报单位合理组织人员和设备进场，等等。探测大纲应组织有一定预报经验的人员组织编制，严禁复制粘贴套用，切实使探测大纲指导预报工作务实进行。6.3.4提前掌握预报段设计的地质条件和存在的工程地质病害，使地质观察和数据采集带有针对性，可根据现场采集数据基本预测掌子面前方的地质条件和工程地质病害体，有利于后台的数据分析解释。6.4.2在隧道施工过程中，要求隧道地质超前预报能体现出及时性，而设计上给予地质超前预报的工作时间又较短，再加上现场施工环境复杂，现场准备工作不足，而使探测条件受限，达不到预报要求，使预报流于形式。正是因为这种状况，预报效果很难达到高质量。隧道地质超前预报与勘察设计、施工、监理等是相互关联的有机整体，所有与工程建设有关的参建各方应该明确自己的责任与义务，相互配合，应满足预报单位探测所需的基本条件，确保隧道地质超前预报现场探测按其技术要求完成，以取得准确可靠的探测数据。预报单位要保证与工程建设相关单位之间的信息传递顺畅，做到预报结果及时反馈，以达到指导施工，节约成本，预防事故发生的目的。6.4.3选择适宜的时机进场探测，不但能保证探测质量，也能降低对隧道施工的影响。选择在立架工序完成和下一工序开始之间进行，对探测和施工有以下利处