隧道施工监控量测与技术方案

漳永高速公路漳州华安（玉兰）至新圩及漳州华安段A6标隧道施工监控量测与地质超前预报技术方案交通运输部公路科学研究所2013年2月目录第1章 项目概述11.1 项目规模11.2 SJ2标段A6标隧道概况1第2章 施工监控量测技术方案32.1 施工监控量测总体方案32.1.1 编制依据32.1.2 监控量测目的42.1.3 监控量测内容42.1.4 监控量测流程52.2 各监测项目的具体量测方法62.2.1 洞内外观察62.2.2 周边收敛72.2.3 拱顶下沉102.2.4 地表下沉122.2.5 围岩压力142.2.6 初期支护喷射混凝土应力152.2.7 钢支撑内力及所受的荷载162.2.8 二次衬砌混凝土应力172.2.9 爆破振动波速172.2.10 其它182.3数据分析与信息反馈182.3.1 总体要求182.3.2 数据采集要求192.3.3 量测数据分析192.3.4 信息反馈与监控202.3.5 信息预报与报警232.3.6 成果提交24第3章 超前地质预报技术方案253.1 超前地质预报技术要求253.2 超前地质预报的重点253.3 隧道超前地质预报工作流程263.4 隧道超前地质预报方案263.5 数据分析与信息反馈293.6 提高隧道超前地质预报准确率的措施30第4章 现场监控流程32第5章 总体实施思路与承诺345.1 实施思路345.2 服务承诺34第6章 项目组织366.1 组织机构设置366.2 项目人员组成366.3 拟投入本项目监控仪器、设备一览表37 漳永高速隧道监控量测与地质超前预报方案第1章 项目概述1.1 项目规模漳州至永安高速公路是海西高速公路网规划的重要联络线，该联络线包含漳州华安（玉兰）至新圩段与漳州华安段两个区段。漳州华安（玉兰）至新圩段：项目起点位于漳州市华安县丰山镇玉兰村，顺接厦成高速公路漳州段玉兰枢纽互通终点，沿线经丰山、潭口、汰口、沙建、下樟、天宫至项目终点新圩互通，路线全长34.320公里，按双向四车道高速公路标准建设，全线设计行车速度80km/h，路基宽度24.5米。主要工程量有土石方1509.49万m3、隧道8.8975km/7座、桥梁7.2317km/26座、涵洞71道、通道22处等。漳州华安段：项目起点位于漳州市华安县新圩镇，顺接漳永高速公路华安（玉兰）至新圩互通终点，沿线经新圩、红旗山、罗溪、华安县城，再经关田隧道进入龙岩境，经石门岭至坪山村重新进入漳州境，跨浙溪至项目终点小杞（漳州市与龙岩交界处），路线全长32.876公里（其中漳州境内24.262公里），按双向四车道高速公路标准建设，全线设计行车速度80km/h，路基宽度24.5m。沿线设华安互通式立交一处、华丰服务区一处，隧道7.449km/3座、桥梁6.643km/23座，涵洞31道、通道2处等。1.2 SJ2标段A6标隧道概况漳永高速公路漳州华安（玉兰）至新圩及漳州华安段隧道监控量测及超强地质预报SJ2标段A6标段包含大湖底隧道、青良山隧道，共计2座隧道。各隧道基本信息详见表1-1： 表1-1 隧道基本信息表 单位：（m）围岩级别合同段隧道/合计结构形式单洞延米长A6大湖底隧道分离隧道13602604332053青良山隧道分离隧道40205004534973合计53807608867026（1）大湖底隧道基本情况：隧道左线起讫桩号：ZK35+002ZK36+008，长1006m；右线起讫桩号：K35+005K36+052，长1047m。隧址区属丘陵地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程80m312m，最大高差约232m，山体自然坡度1540，沟堑较发育，宽度较小，沿线地表植被发育。进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。岩性与地质构造：隧址区上覆为第四系坡积成因粉质粘土及残积成因砂质粘性土、砾质粘性土，下伏基岩为燕山期花岗岩，围岩级别为级。隧址区位于尚卿-坂里褶皱带，根据区域地质资料及工程地质调绘及钻探、物探工作，未发现断裂构造通过。水文地质条件：隧址区属地表水不发育，主要接受地下水或雨季雨水的补给。根据隧道内地下水的赋存条件、水理性质及水力特点，区内的地下水主要有风化带孔隙裂隙水和基岩裂隙水两种。不良地质：隧址区未发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象；特殊性岩性主要为因球状风化引起的花岗岩孤石。隧道施工作业：隧道施工按照新奥法组织实施，主要工序采用机械化作业。根据围岩级别和衬砌类型，明洞采取用明挖法施工，洞身开挖方法采取单侧壁导坑法、弧形导坑法、台阶法和全断面法等。（2）青良山隧道基本情况：隧道左线起讫桩号：ZK36+322ZK38+796，长2474m；右线起讫桩号：K36+315K38+814，长2499m。隧址区属丘陵地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程84m469m，最大高差约385m，山体自然坡度1040，植被发育。进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。岩性与地质构造：隧址区上覆为第四系坡积成因粉质粘土、残积成因砂质粘性土，下伏基岩为燕山期花岗岩及三叠系下统溪口组硅质岩、砂岩，围岩级别为级。隧址区发育一条正断层，与隧道交于Z6K37+160、K37+150处，断层产状为31560。水文地质条件：隧址区地表水不发育，主要接受地下水或雨季雨水的补给，地下水主要为碎石类土中的孔隙水和基岩中的裂隙水。不良地质：隧址区未发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象；特殊性岩性主要为因球状风化引起的花岗岩孤石。隧道施工作业：隧道施工作业。隧道施工按照新奥法组织实施，主要工序采用机械化作业。根据围岩级别和衬砌类型，明洞采取用明挖法施工，洞身开挖方法采取单侧壁导坑法、弧形导坑法等。第2章 施工监控量测技术方案2.1 施工监控量测总体方案2.1.1 编制依据本方案的主要编制依据如下：1、公路工程技术标准（JTG B01-2003）2、公路隧道设计规范 (JTG D70-2004)3、公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）4、公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）5、锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 50086-2001）6、铁路隧道锚喷构筑法技术规范（TB 10108-2002）7、公路工程地质勘察规范（JTG C20-2011）8、岩土工程用钢弦式压力传感器（GB/T 13606-92）9、国家一、二等水准测量规范（GB12879-91）10、国家三、四等水准测量规范（GB12898-91）11、公路勘测规范（JTJ 061-99）12、测绘产品检查验收规定（CH1002-95）13、测绘产品质量评定标准（CH1003-95）14、公路项目安全性评价指南（JTG/T B05-2004）15、工程测量规范（GB50026-2007）16、福建省高速公路施工标准化管理指南（隧道）（省高指）17、漳永高速公路漳州华安（玉兰）至新圩段及漳州华安段隧道监控量测及隧道超前地质预报项目SJ2合同段招标文件18、漳永高速公路漳州华安（玉兰）至新圩段及漳州华安段隧道监控量测及隧道超前地质预报技术服务招标SJ2合同段补遗书（第1号）文件19、其他与本工程相关的国家现行技术规范、规程2.1.2 监控量测目的由于隧道属于地下工程，我们对隧址区地质状况的勘探技术与认识有限，因此如果隧道设计与施工不当，极易造成围岩失稳，甚至可能引发大规模塌方，给工程带来不可弥补的经济损失以及不良的社会影响。另外，公路隧道开挖断面较大，结构受力复杂，且施工工序较多，因此对结构设计和施工都提出了很高的要求。这就要求对隧道的施工全过程进行新奥法施工监测。A6标段隧道工程地质构造及地层岩性较为复杂，隧道在施工过程中存在一定的安全隐患，需要及时掌握围岩和支护的动态信息，以保证隧道施工的顺利进行，因此有必要对隧道施工过程进行全面、系统的监控量测。实时监控量测不但可以及时提供隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩内部位移、钢支撑受力、锚杆轴力、支护和衬砌内应力等信息，用于判断设计参数的合理性及施工的可行性，并给出相应的隧道施工建议。因此实施隧道信息化动态施工控制，既能达到安全快速施工，又能达到节省工程造价的目的。2.1.3 监控量测内容隧道施工监测旨在收集施工过程中围岩的动态信息，判定隧道围岩-支护体系的稳定状态，以及支护结构参数和施工方法的合理性。现场监控量测根据其量测目的、量测手段等不同，在实际工作中，常将量测项目分为必测项目和选测项目两大类。A6标段必测项目包括洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉；选测项目包括围岩压力、初期支护喷射混凝土应力、钢支撑内力及外荷载、二次衬砌混凝土应力、爆破振动。具体见表2-1、2-2所示。表2-1 隧道施工监控量测的必测项目序号项目名称方法及工具布置测试精度量测频率115d16d1个月l3个月大于3个月1洞内、外观察现场观测、地质罗盘等开挖及初期支护后进行2周边位移各种类型收敛计每550m一个断面，每断面23对测点0.1mm12次/d1次/2d12次/周13次/月3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等每550m一个断面0.1mm12次/d1次/2d12次/周13次/月4地表下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等洞口段、浅埋段（h02b）0.5mm开挖面距离量测断面前后2b 时，12次/d；开挖面距离量测断面前后5b 时，1次/23d；开挖面距离量测断面前后5b 时，1次/37d；注：b隧道开挖宽度；h0隧道埋深。表2-2 隧道施工监控量测的选测项目序号项目名称方法及工具布置测试精度量测频率115d16d1个月l3个月大于3个月1围岩压力各种类型岩土压力盒每代表性地段12个断面，每断面3个测点0.1MPa12次/d1次/2d12次/周13次/月2初期支护喷射混凝土应力各类混凝土内应变计每代表性地段12个断面，每断面3个测点0.1MPa12次/d1次/2d12次/周13次/月3钢支撑内力及外荷载支柱压力计或其它测力计每代表性地段12个断面，每断面钢支撑内力3个测点，或外力1对测力计0.1MPa12次/d1次/2d12次/周13次/月4二次衬砌混凝土应力各类混凝土内应变计每代表性地段12个断面，每断面3个测点0.1MPa12次/d1次/2d12次/周13次/月5爆破振动测振及配套传感器临近建（构）筑物随爆破进行注：b隧道开挖宽度；h0隧道埋深。2.1.4 监控量测流程隧道监控量测流程如图2.1所示：图2.1 隧道监控量测流程图2.2 各监测项目的具体量测方法2.2.1 洞内外观察（1）监测目的通过高频率地观察实际揭露的隧道掌子面地质情况，识别隧道实际围岩状态，分析隧道掌子面的稳定状态，预测前方隧道围岩情况，并提出必要的预警；通过观察隧道洞内初期支护和洞外地表岩土体的状态，及时发现各种异常现象并进行跟踪观察，评价初期支护和洞口边、仰坡的稳定性。（2）监测内容与方法掌子面地质观察采用目测、地质锤、罗盘、数码相机等进行观测，绘制掌子面地质素描，记录围岩的岩性、产状、节理等详细特征，断层、破碎带等不良地质特征，地下水的水量、分布、压力、类型等特征，填写掌子面地质观察记录；初期支护状态采用目测观察为主，对初期支护喷砼、钢支撑、锚杆等出现的外鼓、裂缝、剥落、扭曲等异常现象，用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录；对洞外边坡、仰坡和浅埋段地表出现的裂缝、滑移、隆起或凹陷等现象，用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录。（3）监测频率每次爆破后进行掌子面地质情况观察；每天至少进行一次隧道洞内初期支护和洞外地表观察。掌子面地质素描记录频度如下：级围岩小于10m；级围岩小于20m；围岩小于30m；级围岩小于40m。（4）成果整理与分析1）通过掌子面地质观察，分析围岩稳定状态，评估出现局部掉块、塌方、涌水等灾害出现的可能性，判断实际揭露围岩条件与设计是否相符。出现异常情况，第一时间通报施工方，及时指导施工，并将异常情况、相关建议汇报业主和监理。2）编制隧道实际地质状况系列图册，参考前期勘察资料，预测前方围岩状态，及时向施工方预报前方围岩状况。3）对初期支护、洞外边仰坡和浅埋段地表出现的异常情况，分析出现异常情况的原因，根据具体原因、问题的严重性向施工方、监理和业主汇报，并提出处理建议。4）针对初期支护、洞外边仰坡和浅埋段地表出现的异常情况，开展跟踪监测，绘制空间分布图和时间发展曲线，预测发展趋势，及时预警。2.2.2 周边收敛（1）监测目的隧道周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息。通过计算周边位移和预测最终位移值，为二次衬砌浇筑选择最佳时机；为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。（2）量测方法隧道周边位移采用数显收敛计进行量测，两次测量之差即为周壁两点在该时间间隔内收敛值（如图2.2）。特殊情况下周边收敛也可通过全站仪测量后计算得到。 图2.2 周边收敛侧线量测（3）测点布设与测试频率1）测点布置：SJ2合同段隧道采用不同开挖方法时周边位移测点布置方案如图2.32.5所示。 图2.3 CD法测线布置图 图2.4 台阶法或弧形导坑法测线布置图图2.5 全断面法测线布置图图2）断面布置：级围岩小于20m；级围岩不大于25m；级及以上围岩小于40m。围岩变化处及渗水量较大时适当加密。3）量测频率：量测频率根据位移发展速率和量测断面距离掌子面距离取最高频率。位移发展速率、量测断面距离掌子面距离与量测频率的关系如表2-3、表2-4。位移达到稳定标准后，停止观测；如发现异常情况，恢复每天观测12次；如位移持续大幅发展，根据工程具体情况，采用隧道位移实时监测系统实时监测。表2-3 按位移速率确定周边位移和拱顶下沉的量测频率位移速率（mm/d）量测频率523次/d151次/d0.511次/（23）d0.20.51次/3d0.21次/（37）d表2-4 按距开挖面距离确定周边位移和拱顶下沉的量测频率量测断面距开挖面（m）量测频率（01）b2次/d（12）b1次/d（25）b1次/（23）d5b1次/（37）d注： b表示隧道开挖宽度。（4）成果整理与分析1）每次观测后现场计算位移发展增量，出现异常情况，重新测量排除操作失误后立即报告相关部门。2）每次测回数据交数据处理员输入计算机，进行位移增量、位移发展速率的计算，绘制位移-时间曲线（如图2.6）和位移发展速率-时间曲线（如图2.7），并应用回归分析和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测。3）根据分析结果，判断隧道变形管理等级（如表2-5）、隧道允许变形量（如表2-6），出现非正常情况，立即向相关部门报告。4）当隧道周边收敛速度以及拱顶下沉速度明显下降，隧道周边位移收敛速度小于每天0.2mm或拱顶下沉位移速度小于每天0.1mm，隧道位移相对值已达到位移总量的80以上时，向有关部门报送二次衬砌施作报告。 图2.6 位移-时间曲线 图2.7 位移发展速率-时间曲线表2-5 围岩变形管理等级管理等级管理位移施工状态可正常施工应加强支护应采取特殊措施注: 实测变形值；允许变形值。表2-6 隧道周边允许相对收敛值(%)埋深（m）围岩级别3000.100.300.200.500.401.200.150.500.401.200.802.000.200.800.601.601.003.00注: （1）水平相对收敛值系指收敛位移累计值与两测点间距离之比；（2）硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值；（3）拱顶下沉允许值一般可按本表数值的0.51.0倍采用；（4）本表所列数值在施工中可通过实测和资料积累作适当修正。2.2.3 拱顶下沉（1）监测目的隧道拱顶下沉直观反映隧道围岩与支护结构的稳定性，通过拱顶下沉量测为隧道支护结构稳定性分析提供依据，为二次衬砌浇筑选择最佳时机；为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。（2）量测方法隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各2m处设置螺纹钢筋，端头磨平。在断头贴上带有十字丝的反射贴片。测量时，将全站仪在合适的位置设站，然后利用强光手电照向拱顶测点，用全站仪瞄准拱顶反射贴片上的十字丝，测量并获取读数。通过比较测点和已知点高程变化，得到拱顶下沉的情况（如图2.8）。 图2.8 拱顶下沉量测（3）测点布设与测试频率1）测点布置：拱顶下沉量测与周边收敛量测在同一量测断面内进行，拱顶下沉测点布置与安装如图2.92.10所示。 图2.9 拱顶下沉测点布置示意图 图2.10 拱顶测点安装图 2）断面布置：级围岩小于20m；级围岩不大于25m；级及以上围岩小于40m。围岩变化处及渗水量较大时适当加密。3）量测频率：量测频率与数据处理分析同隧道周边收敛。2.2.4 地表下沉（1）监测目的通过量测，判断隧道开挖对洞口边仰坡、浅埋地面是否产生显著影响，分析该影响的范围、程度及其与隧道施工的时空关系，进而判断隧道施工的安全性和隧道施工对地面边仰坡的稳定性、地表建筑物的影响。（2）监测方法地表下沉采用精密水准仪和塔尺进行测量。测点布置如图2.112.14所示：在每个横断面上，单洞隧道布置911个测点，两测点间的距离为25m，测点中间密，两侧稀。当隧道围岩条件特别差或者隧道上部有重要建筑物时，可根据情况加密测点。在监测范围以外34倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量。图2.11 地表下沉测点横断面布置示意图图2.12 地表下沉量测范围示意图 图2.13 地表下沉量测 图2.14 用于地表下沉量测的棱镜（3）量测频率地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。1）量测断面间距：按表2-7执行。表2-7 地表下沉量测断面的间距埋置深度 H地表下沉量测断面的间距 （m）H2B20-50BH2B10-20H10(0-1)B12次/d10-5(1-2)B1次/d5-1(2-5)B1次/2d5B1次/1周注： B表示隧道开挖宽度。（4）成果整理与分析1）每次观测后现场计算位移发展增量，出现异常情况，重新测量排除操作失误后立即报告相关部门。2）每次测回数据交数据处理员输入计算机，进行位移增量、位移发展速率的计算，绘制位移时间曲线和位移发展速率时间曲线，并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测。3）绘制地表下沉横向分布曲线，分析隧道开挖对地表的影响范围和程度。4）绘制地表下沉纵向分布曲线，分析隧道开挖在隧道轴线方向的影响范围及程度。5）根据隧道开挖对地表的影响范围和程度，提出能够保证隧道施工安全的合理工艺参数、地表下沉控制措施等建议，上报有关部门。2.2.5 围岩压力（1）监测目的围岩压力量测旨在测定特定条件下隧道围岩、初期支护、二次衬砌三者之间的应力水平、压力关系，以及获取应力、压力的时间发展关系，以分析量测区段受隧道施工、上部扰动等各种因素的影响情况，进而评价围岩和支护结构的稳定性。（2）监测方法围岩压力量测一般采用压力盒测量，围岩与初支之间压力盒埋设先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上，再谨慎施作喷砼层。不应使喷砼与压力盒之间有间隙，保证围岩与压力盒受压面紧贴。初支与二衬之间压力盒通常采用挂布法用无纺布将压力盒固定在初支表面，保证无纺布松弛不宜过紧，浇筑混凝土时保证通过混凝土的泵压力将压力盒与初支压紧。（3）测点布设与监测频率1）测点布置：围岩压力测点布置如图2.15所示。2）断面布置：为掌握不同围岩条件下的围岩和支护衬砌结构力学特征，在每个围岩和衬砌类型区段内布设12个断面，做代表性测试。布设断面数总计27个。3）观测频率：正常情况下，量测断面开挖后的第115天，每天观测12次；第1630天，每2天观测1次；第13个月，每周观测12次；大于3个月，每月13次。当隧道变形、压力或应变出现异常值时，应提高观测频率。 图2.15 围岩压力测点布置示意图 （4）成果整理与分析围岩压力量测是为了深入分析隧道结构的受力变形状态而实施的，因而，除采用常规分析外，还应进行全面的力学分析和安全评估：1）每次量测现场计算压力、应力量值和变化情况，发现异常，重新测量排除操作误差后上报相关部门。2）每次测回数据交数据处理员输入计算机，进行压力增量、压力（应力）展速率的计算，绘制压力时间曲线和压力发展速率时间曲线，并应用函数拟合和灰色预测等方法进行压力发展短、长期预测。3）绘制压力空间分布曲线，分析隧道受力状态，评价隧道初期支护结构的安全性和经济性，提出隧道支护工艺和参数优化的合理建议；评价隧道衬砌结构的安全性，提出衬砌结构的参数优化建议。4）针对浅埋段、偏压段、洞内塌方段开展的监测，除每次观测后提出短期、定性的分析报告外，每断面量测完全结束后，提交全面的分析与评估报告。2.2.6 初期支护喷射混凝土应力（1）监测目的隧道初期支护喷射混凝土应力量测，可测试混凝土喷层的变形特性及应力状态，从而掌握喷层所受应力的大小，评价喷射混凝土层的稳定状况，优化支护参数。（2）监测方法对于喷射混凝土层应力的量测是将量测元件直接喷入喷层的，喷层在围岩逐渐变形过程中由不受力状态逐渐过度到受力状态。目前，经常采用的喷层量测元件为应力（应变）计量测法和应变砖量测法，本项目拟采用应力量测法。测点布置如图2.16所示。图2.16 初期支护喷射混凝土应力测点布置示意图（3）测点布设与监测频率、成果整理与分析同围岩压力。2.2.7 钢支撑内力及所受的荷载（1）监测目的隧道钢支撑内力及外荷载量测，可测试钢支撑受力大小，为钢架选型与设计提供依据；掌握钢支撑受力状态，为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息，并评价钢支撑的支护效果。（2）监测方法每环型钢拱架布设钢筋计，分别沿钢架的内外边缘成对布设。安装前，在钢拱架待测部位并联焊接钢弦式钢筋计，在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温，然后将钢拱架由工人搬至洞内立好，记录钢筋计型号，并将钢筋计编号，用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。测点布置如图2.17所示。图2.17 钢支撑内力测点布置示意图 （3）测点布设与监测频率、成果整理与分析同初期支护喷射混凝土应力。2.2.8 二次衬砌混凝土应力（1）监测目的隧道二次衬砌混凝土应力量测，可测试二次衬砌的受力状态，判断二衬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，积累资料为经验类比提供依据。（2）监测方法对于钢筋混凝土衬砌一般采用钢筋应力计量测，把测点成对布设在具有代表性的断面的关键部位上，如拱顶、拱腰、拱脚等；对于素混凝土衬砌，主要受压，可以通过在素混凝土衬砌表面安装应变计，量测其表面应力。测点布置如图2.18所示。 钢筋混凝土 素混凝土图2.18 二衬内力测点布置示意图（3）测点布设与监测频率、成果整理与分析同初期支护喷射混凝土应力。2.2.9 爆破振动波速（1）监测内容爆破振动主要是测点的振动波速和振幅，根据监测结果调整和优化爆破参数。（2）监测目的爆破振动测试的目的是通过振动测试，了解隧道围岩在一定爆破条件及岩层、地质情况下的震动传播特征和衰减特性，进而利用适宜的数学方法分析震动波形得出衰减方程并预测震动强度，进而对衬砌结构及围岩达到有效的保护。（3）监测方法在测试的目标建（构）物上设置采集点，在采集点上放置地震检波器，通过震动记录仪接受爆破产生的信号，最后经过软件对震动信号的处理，产生波形图。爆破振动记录是一个连续模拟量曲线，而数据采集则是按每秒种采集点来离散记录振动曲线（量化），采样频率一般选择为5000点/s比较合适，这样可完全反应振动记录大1000Hz的信号。对于单次爆破，一般记录时间设置为5秒钟已经完全满足记录数据需要，单对于多次爆破或延时爆破，要根据爆破持续时间确定记录时间。为确保安全，要把爆破震动记录仪器放置在爆炸现场，设置好仪器记录参数仪器能根据爆破振动信号的幅值是否超过设置的触发门槛电压来记录信号，一般最好选择“多次触发选择”项。综合本标段围岩地质及施工工序，A6标段隧道爆破震动波速测量点共计6个。2.2.10 其它关于水压力与流量、锚杆（索）轴力等测试的方法及频率，将根据工程实际情况进一步制定监测方案，本方案从略。2.3数据分析与信息反馈2.3.1 总体要求（1）量测数据必须准确可靠。隧道开挖后其变形和应力变化较快，必须根据施工情况快速准确的进行量测，才能掌握围岩变化的第一手资料，为进一步的判断和监控提供准确的资料，高精度的仪器设备和高素质的专业技术人员是必要的保证。（2）数据处理和预测预报快速准确。隧道监测的目的是为了保证隧道施工的安全，在隧道施工中根据已有量测信息，采用回归分析、灰色预测等方法，对围岩的进一步变形和应力发展情况做出预测预报，可以及时发现隧道施工中隐藏的不安全因素，从而能在有效的时间内采取加固措施以避免安全事故的发生。（3）监控与反馈必须及时有效、落到实处。隧道施工量测的目的是为了监控，在整个隧道施工监控量测中，监控最为关键，而且监控的难度也远远大于量测。目前国内对量测方面的研究较多，而真正根据量测信息对隧道施工安全进行监控，并进行有效反馈和动态设计、施工的很少。究其原因，在于现场监测人员理论水平低，无法对大量的数据进行全面综合分析和应用，因此要达到隧道监控量测的真正目的，必须有高素质的专业技术人员，交通运输部公路科学研究所作为部属科研院所完全具备这种能力。2.3.2 数据采集要求现场数据采集工作流程如下：数据采集工作应有两名专职人员负责，测取的读数记录在预先设计好的原始记录表中，每个数据至少测读两次，同时记录当时的施工情况，还要监控量测断面距掌子面的距离，及本次监控量测的具体日期和时间，最后原始记录表中要有两名测试人员的签名。每次采集回的数据，测试人员要立即交数据处理员输入计算机进行初步分析处理。任何现场量测都不可避免地存在误差。为得到更为真实、可靠的量测数据，在监控量测、采集数据时，拟采取如下手段尽量减少各种误差：（1）量测、采集数据专人专项负责，以减少随机误差。（2）专项量测需制定专项记录表。对于手工记录资料要保存好原始记录表，对于智能式记录器要及时将量测数据导入电脑，以防丢失。（3）各项数据采集频度与相应量测频度同步。2.3.3 量测数据分析现场量测数据应及时进行处理，绘制成位移、应力、内力和时间的关系曲线(或散点图)，曲线的时间横坐标下应注明施工工序和开挖工作面距量测断面的距离，以便更准确的进行数据的回归分析，并对隧道的受力状态做出判断。在进行数据处理过程中，对一些异常数据应根据测量误差的处理原则进行剔除，并及时进行复测校正。在已有监测数据的基础上，必须对位移和应力的进一步发展进行分析，并做出较为准确的预测，才能及时对下一步的支护措施提出指导性意见。对监测信息的分析和预测预报主要通过两种方法来实现。（1）回归分析法回归分析法是较为常用的位移数据分析方法，根据实际监测信息，对位移可选用下列函数之一进行回归分析。1）对数函数，例如： （2-1）2）指数函数，例如： （2-2）3）双曲函数，例如： （2-3）式中：a、b-回归常数；t-测点初读数后的时间(d)；u-位移值(mm)。根据回归曲线，可以掌握位移的变化规律，推算出某时刻的位移值及最终的位移值，当位移-时间曲线趋于平缓时，隧道即趋于稳定。对于应力和内力量测信息，同样可以采用回归分析的方法，建立回归曲线，从而对应力和内力的进一步发展做出预测，其具体的回归函数可根据实测数据拟合得到。（2）灰色预测分析法灰色预测分析法是根据已有量测数据对进一步的位移和内力的发展做出预测，并据此对隧道和围岩的受力状态和稳定性做出判断。在预测分析中，该方法通过不断的数据更新，只根据最新测得的数据对下一步的变化做出预测，从而使预测更为准确。在实际数据分析和预测中，将采用回归分析与灰色预测两种方法进行，以互相验证。2.3.4 信息反馈与监控在复杂多变的隧道施工条件如何进行准确的信息反馈与监控是隧道监控量测的主要内容之一。迄今为止，信息反馈与监控主要通过两个途径来实现。（1）力学计算法支护系统是确保隧道施工安全与进度的关键。可以通过力学计算来调整和确定支护系统。力学计算所需的输入数据采用反分析方法根据现场量测数据推算得到如塑性区半径、初始地应力、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护荷载分布等。（2）经验法经验法是建立在现场量测的基础之上的，其核心是根据经验建立一系列判断标准，通过量测结果或回归分析数据来直接判断围岩的稳定性和支护系统的工作状态。在施工监测过程中，数据“异常”现象的出现可以作为调整支护参数和采取相应的施工技术措施的依据。项目开展过程中，将结合项目特点，根据本项目不同的工程条件（围岩地层，埋深，隧道断面，支护，施工方法等）建立根据量测数据对围岩稳定性和支护系统的工作条件进行判断的准则。1）根据极限位移值判断根据围岩（或净空变化）位移量值或预计最终位移值与位移临界值对比判断。位移临界值的确定需根据具体工程确定。2）根据位移速率判断工程实践表明：各项位移达到基本稳定的时间一般是在一个月以内，且回归值与实测值很接近。从其位移速度与时间关系曲线可看出位移的发展具有明显的阶段性。因此，可在实测资料的基础上，依据位移速度划分为三个阶段，即急剧变位、缓慢变位、基本稳定三个阶段，其围岩稳定性判据如表2-9所示。表2-9 围岩稳定性判据名 称急剧变位缓慢变位基本稳定收敛位移1.0mm/d1.00.2mm/d0.5mm/d0.50.1mm/d1.0mm/d1.00.2mm/d0.2mm/d3）根据位移时间曲线判断根据现场量测的位移时间曲线进行如下判断：a. ，说明变形速率不断下降，位移趋于稳定；b. ，变形速率保持不变，经发出警告，及时加强支护系统；c. ，当位移-时间曲线出现反弯点（如图2.19），即位移出现反常的急剧增长现象时，则表示围岩和支护已呈不稳定状态或危险状态，应加密监测，并适当加强支护，必要时应立即停工，采取有效的工程措施进行加固。图2.19 时间位移变化图4）对于支护结构中的应力、内力以及接触压力等，目前还没有相对可靠的经验公式用以判断，通常通过实测数据同支护结构的极限承载力进行比较，并结合必要的理论计算来综合进行分析判断，并以此为依据对支护参数和施工方法进行优化。（3）动态设计与信息化施工工作流程在监控量测数据的基础上，通过数学计算和力学分析，结合施工过程，建立信息反馈预测的数学模型，并结合隧道施工过程，对其变形以及支护结构内力进行预测。具体的工作流程如图2.20所示。图2.20 监测信息动态反馈工作流程2.3.5 信息预报与报警（1）报警指标的建立综合考虑公路隧道断面、围岩强度、围岩级别、不良地质情况等影响因素，会同业主、设计、监理、施工单位确定报警指标，并结合工程实际进行调整。根据中华人民共和国行业标准：公路隧道施工技术规范（JTGF 602009）规定，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比）为0.20%-0.80%。二次衬砌施作则应在满足下列要求时进行：1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；2）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%以上；3）周边位移速率小于0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.1mm/d。（2）监测报警管理机制1）量测数据记录应采用专用表格，原始记录表格存档以供需要时查用。2）监测人员需认真填写监测日记（内容包括天气、观察情况、监测情况、施工进展情况、仪器工作情况等）。3）当监测值超过预警值的80%时，应在报表中注明，以引起有关各方注意。4）当监测值达到预警值时，除在报表中注明外，还应专门出文通知有关各方。5）监测技术负责人应参加出现险情时的排险应急会议，积极协同有关各方处理问题，提出建设性意见，并采取有效措施，以确保隧道施工安全。（3）报警信息的提交在隧道施工监控量测过程中提交如下资料：1）公文：根据监测资料，对下一阶段的变形情况进行预测，当有变形较大或者异常情况时，电话及时通知业主和施工单位；24小时内，最迟36小时内向业主及施工方提交监控量测或者地质超前预报速报预警公文，并提出合理化建议。2）紧急监测简报、临兆预报、预警报告及监控速报：当监测值出现异常或达到报警指标时，及时出具相应的报告。2.3.6 成果提交（1）在监测过程中，实时对监测结果进行整理，按周报、月报、总报告的形式提交相关单位。（2）周报内容包括：监测项目，测点布置；监测值记录；最大变形观测点的数值和位置；达到或超过预警值、警戒值的测点位置；结论及建议。（3）月报内容包括：监测项目，测点布置；监测值的时程变化曲线；达到或超过预警值、警戒值的测点位置；结论及建议。（4）监测总报告内容包括：工程概况，监测目的；监测项目，测点布置；仪器型号、规格；监测资料的分析处理；监测值全时程变化曲线；监测结果评述。第3章 超前地质预报技术方案3.1 超前地质预报技术要求隧道超前地质预报是动态反馈设计和信息化施工的重要依据。针对本标段天宫隧道、大湖底隧道、青良山隧道、小杞隧道的具体情况，通过隧道超前地质预报，了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质体规模及位置、地下水发育等情况，为正确选择开挖方式、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、塌方等可能形成的灾害事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工安全措施，降低事故发生概率，保证施工安全，同时还可节约大量资金。依据招标文件，隧道超前地质预报的任务要求主要是：（1）预报可能出现突水的溶洞、暗河的位置和规模；（2）预报断层、破碎带的位置（包括裂隙发育地段）；（3）预报可能出现突泥、岩溶陷落柱的位置；（4）预报可能发生中型以上的塌方地段；（5）预报地下水富集的区域和地段。3.2 超前地质预报的重点（1）隧道掌子面前方岩体性状情况运用多种超前地质预测预报手段，获取前方工作面一定距离范围内岩石的岩性、围岩的破碎程度，是否存在断层破碎带及软弱夹层等信息，综合判定掌子面前方岩体的性状。（2）掌子面前方不良地质体的位置与规模通过多种超前地质预报手段，了解掌子面前方不良地质体与隧道立体相交的位置及规模，评估其对隧道的危害程度，为施工治理提供必要的依据，做到有的放矢，从而保证隧道施工安全及隧道结构在运营期的安全。（3）隧道掌子面前方水文地质情况及涌水量地下水是影响隧道施工安全的一个重要因素。运用多种超前地质预报手段，预测隧道掌子面前方围岩水文地质情况，了解掌握隧道掌子面前方含水体的位置、规模，并对涌水量做出分析预测。（4）隧道围岩稳定位移与突发失稳时间预报掌子面前方的围岩级别与设计是否吻合，并判断其围岩岩性，结合已揭露的类似围岩变形监测情况，预测围岩位移和突发失稳的可能性，必要时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等，从而达到节约工程造价、确保施工安全的目的。3.3 隧道超前地质预报工作流程依据本标段项目特点，隧道超前地质预报工作流程如下图3.1所示。图3.1 隧道超前地质预报工作流程3.4 隧道超前地质预报方案隧道施工期的超前地质预报方法和技术手段多种多样，目前被广泛采用的隧道施工期地质超前预报方法主要有TSP地震法、超前地质钻孔法、红外探水法、地质雷达法等，各种探测方法应用范围及比较如表3-1所示。表3-1 常用超前地质预报方法比较序号预报方法工作原理概述探测距离主要特点探测占用时间1TSP203地震法利用地震波的入射与反射原理及数据成像技术，直接反映掌子面前方与周围地质界面位置。50m300m预报效果好，使用范围广，施工干扰小，多解性1.5小时2红外探水探测红外场强的变化来预测掌子面前方是否有含水体存在的。25m30m主要进行有无水预报，准确率高，测量速度快，无法定量测水只反映大致距离一次用时约30分钟3地质雷达探测地下介质的广谱（1MHz1GHz）电磁技术。地质雷达用一个天线发射高频电磁波，另一个天线接受地下介质界面的反射波，通过对反射波的分析，从而推断地质情况。10m25m对洞穴、富水区有独到之处，需要专业人才进行判识，多解性1小时4超前钻孔超长钻孔，对岩芯进行编录，通过钻速、推力、扭矩、返水颜色、钻孔出水并地球物理综合测评的配合下进行。30m100m效果准确度好，判识率高，占用时间长，效率低难度大820小时根据本标段隧址区工程地质条件、水文地质条件，隧道施工中的超前地质预报首先依据地质勘察报告，主要采用TSP方法（除隧道洞口区段外）对隧道地质问题进行战略性（宏观）预报，宏观判断可能发生地质灾害的地段及其程度。在TSP超前地质预报的基础上，结合掌子面所揭露的地层岩性、岩体结构面的发育程度、岩体的完整性、是否有渗流水存在等状况，来判断前方可能会出现的情况，以确定仪器探测方法（红外探水法、地质雷达法）和超前钻孔的布置形式，便于相互验证，准确预报，从而建立一套适合本工程的隧道综合超前地质预报方法，提高预报的准确度。隧道洞口区段、洞身区段依据地质情况采用地质雷达、超前钻孔、红外探水等超前地质预报方法，地质雷达预报次数共计7次，红外探水共计2次，超前钻孔共计20米。预报以报告形式提出，并根据开挖揭露情况验证来完善预测预报技术，为决策提供依据，以及时采取相应的防治手段，避免或减少地质灾害所带来的损失和负面影响。本标段隧道综合超前地质预报方法如图3.2所示，超前地质预报流程如图3.3所示。图3.2 隧道综合超前地质预报方法图3.3 隧道综合超前地质预报方法流程3.5 数据分析与信息反馈通过数据采集和预报分析，并结合隧道前期地质勘察报告、掌子面地质情况，对超前地质预报信息进行解译，形成书面报告。超前地质预报分析报告应在测试完成后的2天内提交相关各部门。书面报告的内容包括：（1）测试过程整体情况；（2）测试成果分析依据、结果（断层、软弱破碎带、富水区分布）；（3）掌子面前方地质情况的剖面图和简明的文字说明；（4）对开挖过程中围岩稳定性的评价。隧道超前地质预报数据分析及信息反馈工作流程如图3.4所示。图3.4 超前地质预报数据分析及信息反馈工作流程3.6 提高隧道超前地质预报准确率的措施提高隧道施工期地质超前预报的准确率，是隧道施工期地质超前预报工作的努力方向，也是隧道工程建设对隧道施工期地质超前预报提出的要求。影响隧道施工期地质超前预报准确率的因素众多，一方面是从业人员知识面的问题，另一方面则是由于严密的理论应用于极为复杂的地质体所造成。（1）为准确预报提供人员、技术保证目前，从事隧道施工期地质超前预报工作的人员知识面参差不齐，或纯地质人员，或纯物探人员，既具有扎实地质基础理论知识、地质工作经验又能熟练掌握地球物理探测手段者仍在少数。纯物探人员从事隧道施工期地质超前预报，由于地质基础理论知识和地质工作经验方面的欠缺，盲目相信探测结果，往往易导致预报结果对界面性质的判断失误或错误，而不进行界面产状的修正又造成隧道掌子面前方界面距探测面所在位置距离不准。而纯地质人员从事隧道施工期地质超前预报，由于所掌握的物探知识有限，往往表现为对探测结果的茫然，而又固守于对地质条件的掌握和经验，难以做出大胆的判断。为搞好本标段隧道施工期的地质超前预报工作，我们将成立专门的超前地质预报技术组，由具有扎实地质基础理论知识、地质工作经验又能熟练掌握地球物理探测手段的隧道施工期地质超前预报人员专门负责这项工作，并聘请知名专家定期或不定期到现场进行指导，为地质超前预报做好技术和组织保障。同时及时与设计院等相关单位保持密切联系，实现信息随时反馈，为动态设计提供一手资料。（2）采取有针对性的科学合理的预测预报程序为保证隧道的施工安全，有效地采取针对性措施，确定并选择有效的施工方案，为动态设计提供理论性指导，在地质素描的基础上，采取综合超前地质预报方法，以确保预测预报结果的准确性。根据设计提供的地质资料，将隧道的地质预报划分为不同级别，有针对性地采取相应的预报措施。隧道除洞口区域外，主要采用TSP203预报系统作为长距离预报手段，探测掌子面前方围岩、地下水情况等工程地质水文地质信息。洞口区域、TSP203预报系统解析认为不良地质区域采用地质雷达、红外探水、超前水平探孔等手段，进行中短距离的超前地质预报，以查明掌子面前方工程地质水文地质情况。遇有异常情况，及时将信息向业主、施工单位、监理单位等各方及时反馈，以便采取有力的工程措施，确保隧道施工安全。（3）加强超前地质预报信息的管理与反馈工作对各种预报系统的数据管理，也是非常重要的环节，能够高效、准确、及时、方便地将预测预报结果及时反馈给相关各方，及时调整施工方法和支护参数，才是超前地质预报的真正目的。地质预报工作由专业地质工程师负责，其他人员配合，进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果。超前地质预报工作过程中，及时收集隧道掌子面的地质信息，对已揭露的实际地质情况与前期地质预报结果相比较，评估预报的准确性。同时不断根据各方反馈信息，及时调整预测预报手段，不断总结经验，修正相关参数。第4章 现场监控流程监测阶段质量控制是监测项目全过程质量控制的关键环节，工程质量优劣及施工安全很大程度上取决于施工阶段的监测反馈资料。我方将积极配合业主加强自身监测质量控制管理，并对监测过程中形成质量问题的诸因素进行检测、核验，对差异提出调整、纠正措施。根据施工阶段工程实体质量形成过程的时间阶段划分，施工阶段的质量控制可分为事前控制、事中控制、事后控制三个阶段。（1）事前控制在各监测工作正式开始前，对各项准备工作及影响质量的各因素和有关方面进行质量控制，是监测阶段质量控制措施工作的重点，制订切实的控制措施和抓措施的落实。A、工作计划、方案准备了解现场工程进展情况；详细研究设计图纸及设计图纸的补充、复核监测断面布置方案；制定监测施工程序、记录和表格；掌握新技术、新元件的性能和标准；B、监测准备阶段a、组织相关技术人员熟悉设计文件，做好监测准备工作认真熟悉施工图纸；了解工程特点；监测实施计划；关键部位的监测要点、方法、质量要求。明确本项目的主导思想；监测工程目的、要求；采用的设计规范；明确技术路线。对重大关键部位采用的特殊监测技术、方法应复核其是否能满足监测要求。（2）事中控制A、建立和完善工序控制体系。把影响工序质量的因素都纳入管理状态。对重要工序应建立质量控制点，及时检查或审核各技术负责人员提交的质量统计分析资料和质量控制图表。B、加强监测操作技术管理，认真执行监测技术标准和操作规程，以提高监测结果质量稳定性；加强工序控制，对关键部位进行中间检查和技术复核，防止错误数据导致错误判断。同时还要做好工作日记，认真做好资料统计和数理分析。 C、做好验收工作。对监测断面的布设以及监测数据都进行验收。在验收过程中如发现监测断面布设质量不符合设计要求，要重新布设方可测量。每天的测量数据都经规定程序审核，如有偏差及时查明原因予以重测。D、项目负责人认真履行职责，深入施工现场，有目的地对各项监测工作过程进行巡视、检测，达到预控为主，及时发现，早期处理。巡视、检测项目有：l 是否使用合格的元件、构配件和仪器设备；l 监测现场技术人员，尤其是技术负责人员是否按要求到岗到位；l 监测操作人员的技术水平、操作条件是否满足监测计划及相关规范的要求；l 施工环境是否对监测质量产生不利影响。（3）事后控制A、按规定的质量评定标准和方法，对完成的监测工作结合现场实际效果进行评定检验；B、工程竣工验收组织对竣工资料进行审查。项目文件资料，按要求编目、建档。对监测成果报告进行评审。第5章 总体实施思路与承诺5.1 实施思路监控量测与超前地质预报将紧密配合工程进