隧道监控量测及地质预报实施方案

1、成成昆昆铁铁路路改改扩扩建建工工程程广广昆昆段段第第二二标标段段 超超前前地地质质预预报报及及监监控控量量测测 方方 案案 中 国 路 桥 工 程 有 限 公 司 广 昆 铁 路 指 挥 部 二 0 0 七 年 十 一 月 隧隧道道超超前前地地质质预预报报及及监监控控量量测测方方案案 一、一、编编制依据：制依据： 1、改建铁路成昆线广通至昆明段扩能改造工程第二标段施工投标文 件、标前答疑及有关补充资料。 2、铁道第二勘察设计院提供隧道施工图纸、设计文件、设计资料。 3、铁道部颁布的铁路隧道施工规范和铁路隧工程施工质量验收标准。 二、二、编编制范制范围围： ： 改建铁路成昆线广通至昆明段扩能改造

2、工程第二标段隧道超前地质 预报及监控量测方案。 三、工工程程概概况况 本标段设计共有隧道 6.5 座,计 16520 延米，其中大于 1000m 隧道 有 5 座。小于 1000m 隧道 2 座。其中三棵树隧道长 7405m,为标段最长 隧道，公山隧道长 3715m，秀良村隧道长 1854m，大尖山二号隧道长 1305m，大尖山一号隧道长 2112m（本标段负责出口端施工 1053m 的施 工），金家营隧道长 993 米，任家村隧道 195 米，其中三棵树隧道采用双 块式无碴轨道整体道床。隧道所处地质条件比较复杂，按新奥法进行设 计和施工，开挖以台阶法、台阶法加临时仰拱、双侧壁导坑法、交叉中隔

3、 壁法（CRD 法）为主，洞口明洞段采用明挖法；暗洞初期支护则采用全环 工 18 型钢或 I20b型钢钢架、锚杆、钢筋网及湿喷联合支护，辅以超前管 棚、超前小导管等加固措施进行超前支护；二次衬砌采用复合式衬砌， 级、级、级围岩均采用曲墙仰拱衬砌；隧道防水达到国家一级防水标 准。 四四、 、工工程程地地质质条条件件及及可可能能存存在在的的主主要要工工程程地地质质问问题题 1本合同段隧道数量多，施工跨度大，地理结构复杂。全隧工程地 质为：地表多覆盖第四系全新统坡崩积层（Q4dl+col）、坡洪积（Q4dl+pl）、全 新统坡残积（Q4dl+el）粉质黏土、块石土；下伏侏罗系中统上禄丰群（J2）及

4、白垩系石门群（K）泥岩夹砂岩、砾岩、灰岩，侏罗系中统上禄丰群（J2）、 下统三叠系上统下禄丰群（T3-J1）泥岩夹砂岩、泥灰岩。全段为泥岩、砂 岩等软岩，岩层产状平缓，岩体较软，岩体节理、裂隙较发育，完整性较 差，围岩自稳性差，暴露后极易风化碎裂，且遇水易软化塌方。地下水主 要为土层孔隙潜水和岩石裂隙水，且在断裂带易发生隧道突水、涌水。全 隧范围内发育有金山背斜、炼石铺向斜、中屯背斜、中屯向斜及断裂带。 2.根据全隧工程地质条件，全隧施工可能存在的工程地质问题如下： 全隧不良地质主要为顺层偏压、岩溶、岩堆，特殊岩土主要为石膏和 具有一定膨胀性的基岩，各种断裂带的突水、涌水。 （1）顺层偏压：测

5、区内部分岩层走向与线路有一定的夹角并发生偏斜， 开挖后会对围岩产生局部偏压。 （2）岩溶：测区内 J2 地层中部夹灰岩，施工中可能遇岩溶洞穴等岩溶 形态。 （3）石膏：测区内 J2 地层局部夹有石膏，在地下水的作用下，对钢筋 混凝土危害极大。 （4）特殊岩土：段内侏罗系中统上禄丰群10-3泥岩（J2）与三叠 系上统下禄丰群10-5泥岩（T1-J1），质软，易水化软化，暴晒后易崩 解。 （5）突水、涌水：测区内有多条断裂地层，其裂隙发育，透水性相对较 好，施工中揭穿该地层时可能发生突水、涌水现象。 3 全隧工程施工地质超前预报及监控量测重点和难点的确定 通过对全隧工程的地质条件及施工中可能存在的

6、工程地质问题分析， 全隧工程施工地质超前预报及监控量测的重点为：隧道进口浅埋段、顺 层偏压及其影响带、岩溶洞穴发育地段、石膏发育地段和岩层断裂地段。 其中，难点是岩溶洞穴和岩层断裂地段地质超前预报。具体部位根据施 工图提供的地质状况而定。 五五、 、 地地质质超超前前预预报报 1 根据本标段各隧道施工特点确定相应的地质预报方法 （1）综合物探超前探测 主要针对可溶岩分布地段的断层破碎带及其影响带、层间滑动带、构 造及岩溶裂隙发育带、可溶岩地层界限、岩性突变地段、可能存在的大型 溶洞的超前探测。 远距离超前探测：采用 TSP203 地质探测仪探测 150200 米范围内 的地质情况并采用 HSP

7、 声波反射法进行对比验证。 近距离超前探测：采用地质雷达探测 30 米范围内的地质情况，并采 用数码成像，CT 成像法进行对比验证。 （2）水平钻孔超前探测 远距离超前探测：采用水平取岩心钻孔超前探测探测 3050 米，验 证远距离超前探测成果。利用加深炮眼超前探测 10 米范围内的地质情 况，验证近距离超前探测的成果。 （3）常规地质法 通过对正洞掌子面及侧边墙的量测与地质速描，收集地层的岩性特 征，结构面性质与产状发育程度、岩体破碎程度与充填情况，洞壁变形破 坏特征、岩溶发育程度、突泥与塌方部位、方式与规模及其时间的变化特 征。 通过以上资料的相关性分析，对掌子面前方一定范围内（520 米

8、） 的地质条件进行预测预报。 （4）对洞内涌突水的实时监测 对正洞各涌突水点的水温、水量、水压、水质与同位素化学、位置、地 层岩性、裂隙与岩溶发育特征等进行实时监测。 对正洞各涌突水点的地质档案、空间分布、涌水量及其动态特征进行 监测。 （5）各类结构面分析 对可溶岩地段特别是涌突水地段的各类结构面的洞内及地表现场测 量、统计分析、连通性模拟、二维与三维网络模拟、渗透张量计算及主渗 透方向分析。 （6）综合分析评价 通过上述方法综合分析隧道围岩特性及涌突水情况，制定合理施工 方案及方法。 2. 地质超前预报的主要内容及达到目标 (1)掌子面前方断层破碎带及岩体破碎带的超前预报，包括破碎带的 产

9、状、厚度、含水情况及力学特性等； (2)掌子面前方的岩性分界、特别是可溶岩与非可溶岩的分界，以及 软弱夹层的超前地质预报； (3)岩溶地质超前预报：主要包括岩溶发育形态、范围、部位及充填物 性质等的预报，以及岩溶涌水、突泥的可能性预报； (4)地质预报的主要目标：及时进行跟踪掌子面地质预报，每次现场测 试后及时向施工作业队和监理工程师提交当次预报简报，为隧道施工决 策提供可靠的地质参考依据，预报准确率达到 80%以上，保障隧道施工 安全。 3. 地质预报作业频率 预报作业的时间和预报次数的安排，主要根据现场施工进度情况而 定。 (1)掌子面地质素描或常规地质工作一般每 23 个施工循环一次，

10、在围岩地质条件有变化时应加密进行； (2)TSP 法和 HSP 声波反射法预报一般在开挖快接近前次预报里程 终点时或围岩地质条件有变化时进行。TSP 法一般 150200 米一次， HSP 法一般 5070 米一次，根据掌子面围岩地质条件可适当调整为 7090 米一次； (3)地质雷达的应用应根据实际施工情况，由地质预报人员与施工方 共同讨论确定在何时采用、以及探测目标和如何探测等工作。 六六、 、监监控控量量测测 1.监测目的 隧道围岩稳定性监测是隧道信息化施工的重要组成部分。本方案主 要针对隧道围岩及初期支护系统的变形情况，掌握隧道在施工过程中的 稳定性和安全度，同时通过掌子面地质素描及时

11、掌握暴露出来的围岩类 别状况。通过上述监测信息为正确调控施工决策和调整、验证支护设计 参数提供科学依据，确保隧道安全施工。 2.监测内容 (1)监测项目及方法 监测项目主要包括：掌子面地质素描、净空水平收敛、拱顶下沉和地 表沉降。 掌掌子子面面地地质质素素描描：调查内容主要包括岩层产状、岩性、断层、节理及 地下水情况等，采用地质罗盘人工测绘、辅以数字摄影记录方式。 净净空空水水平平收收敛敛：采用量测精度比较好的水平基线量测方式，仪器采用 高精度的 SWJ-IV 隧道收敛计，该仪器的技术指标均经过收敛计专用基 线场的静、动态检测，具有很高的可靠性。SWJ-IV 隧道收敛计的重复性 指标0.06m

12、m（p=99%），12m 跨度位移量测的总不确定度 0.09mm（p=99%）。 拱拱顶顶下下沉沉：采用水准抄平方法，基准点分别设在洞内和洞外（用于校 核），视线长度一般不大于 30m。精度要求：采用水准抄平方法进行拱顶 下沉量测，其精度低于收敛量测。根据本隧道级、级围岩变形可能达 到的量级（0.51.0102mm），本方案要求拱顶下沉的量测误差应控制 在 2.0mm 以内。 地地表表沉沉降降：采用水准抄平方法，在线路外相对基准点设站观测进口浅 埋段拱顶地表沉降情况。视线长度一般不大于 30m。精度要求：控制在 2.0mm 以内。 (2)断面及测点布置 断面间距：收敛、拱顶下沉测点的监测元件均

13、同断面布置。具体布置 参见各隧道施工图，如果遇到断层破碎带进行适当加密。地表沉降根据 施工需要，在隧道进口段地表布置测试断面。 测点布置：采用半断面开挖时，收敛量测上、下半断面各布置一条水 平基线，基线高度分别位于拱腰及边墙上 1.52m 处。拱顶下沉测点按 设计要求布置，即布置三测点，间距 2.5m。测点布置图如图 2 所示。地 表沉降根据施工需要进行现场布置。 图 2 围岩稳定性监测测点布置图 (3)监测频率 2.52.5 1.0 1.5 收敛基线 下沉测点 单位：m 地质素描：一般每进尺 23 个循环观察描述一次，岩性变化明显、出 水量增大可加密观测次数。 收敛及拱顶下沉量测：测点埋设后

14、 15 天内每天量测一次，1530 天 23 天量测一次，一月后 37 天量测一次。 地表沉降监测频率根据施工需要而定。 3.监测管理基准值及管理等级 为了正确利用监测数据及时调控施工决策，确保隧道施工安全，应制 定本工程施工监测管理基准值以及相应的施工管理等级对策。 (1)基准值：基准值为控制限值，不得超过。本工程采用变形速率指标 辅以最大变形量做为监测管理基准值，见表 2 所示。实施时，主要采用精 度较好的水平收敛量做为监控量，精度稍差的拱顶下沉量做为参考。 (2)管理等级：取管理值 Ms最大监控量/基准值，根据 Ms所处范围 划分管理等级实施相应对策。本隧道按三级管理考虑对策，见表 3

15、所示。 上述监测管理基准值及相应管理对策，应在经过设计及监理方确认 后，予以实施，以后应根据监测情况逐步加以调整、完善。 表 2 本工程施工监测管理基准值 最大变形量（mm） 围岩类别 基准值 （mm/d） 埋深 50m 50300m300m 深埋断层破碎带10100150 级 574080100 级 35304050 级 23102030 （基准值：当埋深大于 50m 时取表中大值。最大变形量：主要依据 TB10108-2002 和 JTJ042-94 的下限值。） 表 3 本工程监测管理等级及对策 管理等 级 管理值 Ms管理对策 三级Ms0.7正常施工。 二级0.7Ms1. 0 警戒，加

16、快支护进度。 一级Ms1.0暂停有关工序，商讨对策。 4. 报表 (1)预警报告：当监测数据出现异常，超过相应管理等级并经过复测后， 根据监测数据进行预测分析，及时向业主、监理及设计等参建各方提交 预警报告。 预警值由隧道设计方会同监理、业主、监测方等根据有关规范和隧道 实际情况确定。 (2)月报表：月报表是提交给监理及业主的重要监测成果表，每月提交 一次。月报表给出本阶段内所测测点的所有监测结果，并进行分析给出 阶段性结论。 (3)总报告：对监测成果进行全面分析、评价，给出基于监测成果所做 出的本工程安全性的最终评估结论。 七七、 、实实施施组组织织设设计计 1. 实施组织机构设置 工程指挥

17、部成立由相关技术人员组成的地质预报和监控量测小组。 项目总工程师负责整个地质预报及监控量测实施过程的全面管理工作； 成立现场地质预报和围岩变形监控量测两个组，分别负责现场地质预报 及监控量测工作。 2.工作机制及职责分工 实行二级管理制度，项目总工程师对参加地质预报及监控量测人员 直接管理。 项项目目总总工工程程师师 (1)全面具体地组织隧道施工期间地质超前预报及监控量测工作的 实施。 (2)制定组织管理目标，建立完整的管理体系，确保既定目标的实 现。 (3)确定组织机构人选及职责分工。 (4)科学组织预报实施，及时编制预报及监控量测实施方案。 地地质质超超前前预预报报组组 (1)负责具体实施

18、隧道施工期地质超前预报工作。 (2)根据补充地质调查结果、洞内地质素描资料和物探分析结果编 写隧道施工期地质预报简报。 (3)协助总工编写隧道施工期地质超前预报总报告。 围围岩岩变变形形监监控控量量测测 地质预报及监控量测组织机构 项目总工 围岩变形监控量测 组 地质超前预报组 地质人员物探人员监控信息处理及分析人员现场量测人员 (1)开展掌子面地质素描工作。 (2)根据隧道施工进度情况，及时组织埋设监测点并进行量测。 (3)结合现场实际情况，分析监控量测数据，上报监控量测数据，协 助现场负责人编写隧道施工监控量测预警报告和月报表。 (4)协助总工编写隧道施工监控量测总报告。 八八、 、量量测测中中注注意意事事项项及及要要求求 1、确保量测仪器