隧道超前地质预报与监控量测课件.ppt

1、第八章：隧道辅助施工方法 -监控量测和超前地质预报 主讲：罗刚隧道工程隧道工程1 修建隧道时为配合开挖、运输、初期支修建隧道时为配合开挖、运输、初期支护及二次衬砌等基本作业而进行的护及二次衬砌等基本作业而进行的其他其他作业，作业，称为称为辅助作业辅助作业。其内容主要有：其内容主要有：超前地质预报、监控超前地质预报、监控量测、量测、压缩空气供应、施工通风与防尘、压缩空气供应、施工通风与防尘、施工供水、施工供电和照明等施工供水、施工供电和照明等。隧道工程隧道工程2一一 超前地质预报超前地质预报隧道工程隧道工程3 超前地质预报的内容 超前地质预报的方法 超前地质预报的应用原则要点要点 隧道工程隧道工

2、程4 在在勘察阶段勘察阶段，依靠区域地质资料、卫星遥感手段、大面积调绘，依靠区域地质资料、卫星遥感手段、大面积调绘、钻探以及物探方法等综合勘察手段，可查明、钻探以及物探方法等综合勘察手段，可查明重要重要的地质问题，确的地质问题，确定定影响较大影响较大的地质构造和主要不良地质现象，对高速铁路隧道设计的地质构造和主要不良地质现象，对高速铁路隧道设计、施工起到、施工起到宏观指导宏观指导作用。作用。但是由于隧道地质条件的但是由于隧道地质条件的复杂性、多变性复杂性、多变性，在勘察阶段要，在勘察阶段要准确准确无误无误地地确定确定围岩的状态、特征，并围岩的状态、特征，并准确准确预测预测隧道施工中隧道施工中可

3、能引发可能引发的的地质灾害地质灾害的的位置、规模及性质位置、规模及性质是是十分困难十分困难的。的。隧道工程隧道工程5 我国自我国自20世纪世纪80年代年代以来，在以来，在大秦线军都山隧道、朔黄线长梁大秦线军都山隧道、朔黄线长梁山隧道、西康线秦岭隧道、渝怀线圆梁山隧道、大运高速公路雁门山隧道、西康线秦岭隧道、渝怀线圆梁山隧道、大运高速公路雁门关隧道关隧道等施工中陆续开展了等施工中陆续开展了地质超前预报地质超前预报工作，并贯穿于隧道全过工作，并贯穿于隧道全过程，取得了较好的效果。程，取得了较好的效果。在高速铁路隧道在高速铁路隧道施工阶段施工阶段，重视和加强地质超前预报，最大限，重视和加强地质超前预

4、报，最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术，度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术，预测预测开挖工作面前开挖工作面前方的地质情况，对于方的地质情况，对于安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事故损失故损失具有重大意义具有重大意义。隧道工程隧道工程6（一）超前地质预报的内容（一）超前地质预报的内容 1、地区地质分析与宏观地质预报、地区地质分析与宏观地质预报 地质超前预报的内容包括隧道所在地质超前预报的内容包括隧道所在地区地质分析与宏观地质预地区地质分析与宏观地质预报报、隧道洞身不良地质及灾害地质超前预报隧道洞身不良地质及灾害地质超前预报和和重大施

5、工地质灾害临重大施工地质灾害临警预报警预报。主要主要预报预报开挖面前方的开挖面前方的围岩围岩级别和稳定性级别和稳定性，及时，及时修改修改设计设计，调调整整支护类型支护类型；预报预报洞内洞内涌水量涌水量大小和变化规律大小和变化规律以及对以及对环境地质与工环境地质与工程的影响程的影响。隧道工程隧道工程7（一）超前地质预报的内容（一）超前地质预报的内容 2、不良地质及灾害地质超前预报、不良地质及灾害地质超前预报 主要主要预报预报开挖面前方开挖面前方岩性岩性变化变化和和不良地质体不良地质体的的范围、规模、性范围、规模、性质质，以及突水、突泥、坍塌、岩爆、有害气体等，以及突水、突泥、坍塌、岩爆、有害气体

6、等灾害地质灾害地质的的发生概发生概率率，提出提出施工预防施工预防措施措施；预报预报断层断层的的位置、宽度、产状、性质、破位置、宽度、产状、性质、破碎带物质状态、充水情况、稳定程度碎带物质状态、充水情况、稳定程度等，等，提出提出施工施工对策对策。隧道工程隧道工程8（一）超前地质预报的内容（一）超前地质预报的内容 3、重大施工地质灾害临警预报、重大施工地质灾害临警预报 针对开挖面前方针对开挖面前方有可能有可能引发的引发的大规模大规模突水、突泥、坍塌、冒落突水、突泥、坍塌、冒落、变形、瓦斯爆炸等、变形、瓦斯爆炸等重大地质灾害重大地质灾害建立建立临警预报系统临警预报系统，主要，主要预报预报隧隧道洞身所

7、通过的道洞身所通过的深大富水断裂、富水向斜的核部、富水砂层、软土深大富水断裂、富水向斜的核部、富水砂层、软土、极软岩、煤系地层、极软岩、煤系地层等，等，评判评判其其危害程度危害程度，提出提出施工方案施工方案对策对策。隧道工程隧道工程9（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 隧道施工隧道施工地质超前预报地质超前预报方法方法主要有主要有传统地质分析法、超前传统地质分析法、超前平行导坑预报法，超前水平钻孔法、物探法平行导坑预报法，超前水平钻孔法、物探法及及特殊灾害地质所特殊灾害地质所采用的相关预测方法采用的相关预测方法。施工地质超前预报是一项系统性工作，需施工地质超前预报是一项系统性工作，

8、需纳入纳入施工工序。施工工序。隧道工程隧道工程10（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 1、地质分析法、地质分析法 地质地质调查与推断调查与推断是隧道地质超前预报最基本的方法，可以是隧道地质超前预报最基本的方法，可以随时随时进行，不干扰施工进行，不干扰施工。其他预报方法的其他预报方法的解释、应用解释、应用，都是在，都是在地质资料地质资料分析、判断分析、判断基础基础上进行的。上进行的。通过通过收集和分析地质资料、地表详细调查、隧道内地质编录、素收集和分析地质资料、地表详细调查、隧道内地质编录、素描、数码照相、超前钻孔、涌水量预测描、数码照相、超前钻孔、涌水量预测等方法，了解隧道所处地

9、段等方法，了解隧道所处地段的地质条件，通过对比、论证、推断，的地质条件，通过对比、论证、推断，预报预报隧道施工前方的隧道施工前方的工程地工程地质、水文地质质、水文地质情况。情况。隧道工程隧道工程11（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 2、超前平行导坑预报法、超前平行导坑预报法 在在隧道内或隧道附近隧道内或隧道附近开挖一平行的开挖一平行的小断面导坑小断面导坑，对导坑出露的，对导坑出露的地质情况进行地质编录、素描、作图，综合分析其地层岩性、地质地质情况进行地质编录、素描、作图，综合分析其地层岩性、地质构造、水文地质情况，根据地质理论构造、水文地质情况，根据地质理论预测预测相应段隧道相

10、应段隧道的的工程地质和工程地质和水文地质条件水文地质条件，以及可能发生，以及可能发生地质灾害地质灾害的位置、性质、规模，并的位置、性质、规模，并提提出出防治措施防治措施意见意见。超前平行导坑法最为超前平行导坑法最为直观，精确度很高直观，精确度很高。通过直观的地质情况，。通过直观的地质情况，施工单位可施工单位可提前了解提前了解主隧道开挖断面的地质情况，以便采取相应的主隧道开挖断面的地质情况，以便采取相应的工程防护措施。其缺点是工程防护措施。其缺点是成本高，对施工影响大成本高，对施工影响大。在超前平行导坑中辅助以室内物理力学测试、现场点荷载测试、在超前平行导坑中辅助以室内物理力学测试、现场点荷载测

11、试、地应力测试、物探地震反射等方法，可以完善地质超前预报的内容地应力测试、物探地震反射等方法，可以完善地质超前预报的内容。隧道工程隧道工程12（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 3、超前水平钻孔法、超前水平钻孔法 用钻探设备向开挖面用钻探设备向开挖面前方钻探前方钻探，直接揭示直接揭示隧道开挖面隧道开挖面前方几十前方几十米米的的地层岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性地层岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体完整程度质、岩体完整程度等资料，还可通过等资料，还可通过岩芯试验岩芯试验获得岩石强度等定量获得岩石强度等定量指标，指标，适用于适用于已经已经基

12、本认定基本认定的的主要不良地质区段主要不良地质区段。超前水平钻孔的超前水平钻孔的方向控制和钻探工艺方向控制和钻探工艺有一定的有一定的技术难度，对施技术难度，对施工干扰大工干扰大。隧道工程隧道工程13（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 物理探测法物理探测法是利用是利用物体物性差异物体物性差异进行地质判断的进行地质判断的间接方法间接方法。采。采用物探技术进行超前地质预报的用物探技术进行超前地质预报的优点优点是是快速、超前探测距离大、对快速、超前探测距离大、对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用施工干扰相对小、可以多种技术组合应用。物探方法的应用受物探方法的

13、应用受环境及经验环境及经验的的影响影响，准确解译物探资料具有，准确解译物探资料具有一定的技术难度。物探技术一定的技术难度。物探技术存在一定的局限性存在一定的局限性，在地质超前预报中，在地质超前预报中应进一步结合地质理论，提高物探成果解译水平。应进一步结合地质理论，提高物探成果解译水平。隧道工程隧道工程14（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 1）TGP12隧道地质预报系统隧道地质预报系统 TGP12隧道地质预报系统隧道地质预报系统可预报隧道前方可预报隧道前方150200m（该值为（该值为中中等硬度等硬度围岩条件，视当地地质构造有所偏差）的岩性变化、断层、

14、破围岩条件，视当地地质构造有所偏差）的岩性变化、断层、破碎带、岩溶发育带、空洞等，并能计算出上述范围内围岩的纵波与横碎带、岩溶发育带、空洞等，并能计算出上述范围内围岩的纵波与横波速度、波速比、泊松比、相应岩体的动弹模量和剪切模量等岩石力波速度、波速比、泊松比、相应岩体的动弹模量和剪切模量等岩石力学参数。学参数。TGP12仪器动态范围大，可通过改变偏移距离和激发能量来实现仪器动态范围大，可通过改变偏移距离和激发能量来实现增加增加预报预报距离距离。TGP12仪器性能提高突出表现在高分辨能力的增强，仪器性能提高突出表现在高分辨能力的增强，即对隧道围岩病害地质体的解译能力的提高方面。即对隧道围岩病害地

15、质体的解译能力的提高方面。隧道工程隧道工程15（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 2）TSP超前预报系统超前预报系统 TSP超前预报系统超前预报系统具有具有适用范围广、预报距离长、时间短、对施适用范围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少工干扰小、费用少等等优点优点，可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的，可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置、规模、产状及岩石动力参数。位置、规模、产状及岩石动力参数。单纯的单纯的TSP解译包括影像图解和隧道平剖面解译。解译技术是解译包括影像图解和隧道平剖面解译。解译技术是TSP实现超前地质预报的最关键技术，也是

16、难度最大的技术。它一方实现超前地质预报的最关键技术，也是难度最大的技术。它一方面要求解译人员具有丰富的解译经验，另一方面，也是更重要方面，面要求解译人员具有丰富的解译经验，另一方面，也是更重要方面，要求解译人员具有丰富的地质实践经验。高水平的要求解译人员具有丰富的地质实践经验。高水平的TSP解译必须与地解译必须与地面地质调查、隧道内的地质前兆定量预测法紧密结合才能达到。面地质调查、隧道内的地质前兆定量预测法紧密结合才能达到。隧道工程隧道工程16隧道工程隧道工程17隧道工程隧道工程18钻孔装药起爆采集 TSP预报全过程隧道工程隧道工程19套管方向没调好时的数据图 隧道工程隧道工程20 炸约超量的

17、数据图 能量过大隧道工程隧道工程21 炸约量不足的数据图 隧道工程隧道工程22采用水封没采用水封采用水封与不采用水封数据对比图 隧道工程隧道工程23岩石参数变化情况图岩石参数变化情况图 隧道工程隧道工程24提取的围岩岩石节理面提取的围岩岩石节理面 隧道工程隧道工程25（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 2）TSP超前预报系统超前预报系统 隧道工程隧道工程26（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 3）地质雷达法）地质雷达法 地质雷达法是利用地质雷达法是利用无线电波无线电波检测检测地下介质分布地下介质分布和和对不可见

18、目标体对不可见目标体或地下界面或地下界面进行扫描，以进行扫描，以确定确定其其内部结构形态和位置内部结构形态和位置的电磁技术。的电磁技术。电电磁波磁波通过天线发射，遇到不同阻抗界面时，将产生反射和透射。通过天线发射，遇到不同阻抗界面时，将产生反射和透射。接收接收机机利用利用分时采样原理分时采样原理和和数据组合方式数据组合方式，把天线接收的信号转化为，把天线接收的信号转化为数字数字信号信号，主机系统主机系统再将再将数字信号数字信号转化为转化为模拟信号或彩色线迹信号模拟信号或彩色线迹信号，以，以时时间剖面间剖面形式显示。探测距离一般小于形式显示。探测距离一般小于30m，潮湿含水层中小于，潮湿含水层中

19、小于10m。该方法主要是配合该方法主要是配合地震反射法地震反射法，通过测定与岩溶含水性有关介电，通过测定与岩溶含水性有关介电常数的变化来探测充水地质体，如含水的断面、岩性界面和溶洞等。常数的变化来探测充水地质体，如含水的断面、岩性界面和溶洞等。试验表明：试验表明：采用地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩不良地质探测效采用地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩不良地质探测效果最好，在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报的作用。果最好，在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报的作用。隧道工程隧道工程27（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 3）地质雷达法）地

20、质雷达法 反射探测原理图反射探测原理图 检测结果与实际结构的对照图检测结果与实际结构的对照图 隧道工程隧道工程28（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 3）地质雷达法）地质雷达法 隧道工程隧道工程29通过接收和分析工作面前方的感应二次场变化来确定介质分布的通过接收和分析工作面前方的感应二次场变化来确定介质分布的一种地球物理方法。一种地球物理方法。瞬变电磁探测原理图工作面(掌子面)发射回线接收探头围岩工作面前方目标体（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 4）全空间瞬变电磁法）全空间瞬变电磁法 隧道工程隧道工程30 利

21、用瞬变电磁法是可以有效探测含水裂隙、断层利用瞬变电磁法是可以有效探测含水裂隙、断层和破碎带。和破碎带。视纵向电导微分成像具有高分辨率特点，可以分视纵向电导微分成像具有高分辨率特点，可以分辨低阻薄层的上界面，还可以分辨低阻或高阻厚层的辨低阻薄层的上界面，还可以分辨低阻或高阻厚层的底界面。底界面。由于瞬变电磁感应二次场早期衰减较快，因此，由于瞬变电磁感应二次场早期衰减较快，因此，在早期范围内由低阻层进入高阻层，视电阻率曲线变在早期范围内由低阻层进入高阻层，视电阻率曲线变化不明显，应利用视纵向电导微分成像进行识别。化不明显，应利用视纵向电导微分成像进行识别。（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报

22、的方法 4、物理探测法、物理探测法 4）全空间瞬变电磁法）全空间瞬变电磁法 隧道工程隧道工程31多条一维数据多条一维数据构建三维数据体构建三维数据体数据体插值三维成像数据体插值三维成像（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 4）全空间瞬变电磁法）全空间瞬变电磁法 隧道工程隧道工程32陆地声纳全称为陆地声纳全称为“陆上极小偏移距超宽频带弹性波陆上极小偏移距超宽频带弹性波反射法反射法”，是地震反射法的一种，它的特点是：，是地震反射法的一种，它的特点是：1.1.可随意提取不同频段信号。可随意提取不同频段信号。2.2.超宽频带的激发和接收超宽频带的激发和接收,信号

23、范围信号范围10Hz10Hz4000Hz4000Hz。3.3.一种中长距离（一种中长距离（80m80m以内）探测中小溶洞好方法以内）探测中小溶洞好方法（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 5）陆地声纳法）陆地声纳法 隧道工程隧道工程33（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 5）陆地声纳法）陆地声纳法 隧道工程隧道工程34原模型原模型正演模拟结果正演模拟结果原模型原模型正演模拟结果正演模拟结果（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 5）陆地声纳法）陆地声纳法 隧道工程隧道工程35

24、（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 5）陆地声纳法）陆地声纳法 原模型原模型正演模拟结果正演模拟结果正演模拟结果正演模拟结果原模型原模型隧道工程隧道工程36（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 6）红外探水法）红外探水法 地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，探测开挖面或洞地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，探测开挖面或洞壁四周这种变化，可以推测是否含隐伏的含水体。壁四周这种变化，可以推测是否含隐伏的含水体。该方法该方法测量快速、施工干扰小，有较高的定性判别准确率，测量快速、施工干扰小，有较高的定性判别

25、准确率，但但无无法预报水量和含水体前方具体位置等定量指标法预报水量和含水体前方具体位置等定量指标。隧道工程隧道工程37（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 7）TRT法法 TRT法采用的是地震波超前预报法，地震波反射探测的方法很早法采用的是地震波超前预报法，地震波反射探测的方法很早就在土木工程和采矿作业等许多方面得到利用。这种技术的原理在于就在土木工程和采矿作业等许多方面得到利用。这种技术的原理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来（图号被反射回来（图1），

26、一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变），一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面和岩体内不连续界面。反射地震信号被高化通常发生在地质岩层界面和岩体内不连续界面。反射地震信号被高敏度地震信号传感器接收（图敏度地震信号传感器接收（图 2），通过信号处理和分析，用来了解），通过信号处理和分析，用来了解隧道掌子面前方地质的性质（软弱带、破碎带、断层、含水带等），隧道掌子面前方地质的性质（软弱带、破碎带、断层、含水带等），位置及规模。位置及规模。隧道工程隧道工程38（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 7）TRT法法 震源实际上反射物位

27、置的确定需要很多震源-传感器定义的椭球反射物TunnelSourceReflectorReceiverReceiver隧道传感器传感器图图1 TRT1 TRT探测原理探测原理 隧道工程隧道工程39（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 4、物理探测法、物理探测法 7）TRT法法 俯视图俯视图 侧视图侧视图 立体图立体图 隧道工程隧道工程40（二）地质超前预报的方法（二）地质超前预报的方法 5、特殊灾害地质的预测方法、特殊灾害地质的预测方法 特殊灾害地质特殊灾害地质的预报方法采用的预报方法采用专门仪器专门仪器进行。进行。例如，当确定隧道接近或通过煤系地层、储气构造时，可采用沼例如，当确

28、定隧道接近或通过煤系地层、储气构造时，可采用沼气氧气两用报警仪，在隧道内进行长期跟踪量测，根据数据的积累统气氧气两用报警仪，在隧道内进行长期跟踪量测，根据数据的积累统计分析，对开挖面前方的有害气体进行预测，为隧道安全施工提供依计分析，对开挖面前方的有害气体进行预测，为隧道安全施工提供依据。据。隧道工程隧道工程41（三）地质超前预报方法的应用原则（三）地质超前预报方法的应用原则 采用采用传统的传统的地质分析方法地质分析方法，辅以辅以必要的必要的物探技术物探技术等手段，对隧道等手段，对隧道围岩的围岩的稳定性、水文地质稳定性、水文地质情况进行情况进行宏观的宏观的地质预报地质预报。1、地区地质分析与宏

29、观地质预报、地区地质分析与宏观地质预报隧道工程隧道工程42（三）地质超前预报方法的应用原则（三）地质超前预报方法的应用原则 在传统地质分析方法的基础上，结合施工方法、施工工艺、工期在传统地质分析方法的基础上，结合施工方法、施工工艺、工期等要求，以先进的等要求，以先进的物探技术物探技术为为主要探测手段主要探测手段，并，并辅以辅以必要的必要的超前平行超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法导坑预报法、超前水平钻孔法，对开挖面前方不良地质体的情况及有，对开挖面前方不良地质体的情况及有可能产生的灾害地质进行预报，提出可能产生的灾害地质进行预报，提出施工对策施工对策。2、不良地质与灾害地质超前预报、不良地质与

30、灾害地质超前预报隧道工程隧道工程43（三）地质超前预报方法的应用原则（三）地质超前预报方法的应用原则 在传统地质分析方法的基础上，结合施工方法、施工工艺、工期在传统地质分析方法的基础上，结合施工方法、施工工艺、工期要求，以要求，以超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法为主为主，综合利用综合利用各种各种有效的有效的物探手段物探手段，对开挖面前方有可能诱发的重大的地质灾害建立，对开挖面前方有可能诱发的重大的地质灾害建立临临警预报系统警预报系统，并评判其危害程度，提出，并评判其危害程度，提出施工预案对策施工预案对策。3、重大施工地质灾害临警预报、重大施工地质灾害临警预报

31、隧道工程隧道工程44二二 监控量测监控量测隧道工程隧道工程45（一）概述（一）概述1、隧道施工监控量测的目的、隧道施工监控量测的目的 对于隧道工程施工，监控量测已经成为不可忽视的作业环节，特别对于隧道工程施工，监控量测已经成为不可忽视的作业环节，特别是在大断面隧道的条件下，监控量测是检验是在大断面隧道的条件下，监控量测是检验设计、施工设计、施工是否合理是否合理和和围岩围岩、结构、结构是否安全稳定是否安全稳定的重要手段，它始的重要手段，它始终伴终伴随着施工的全过程，是保证随着施工的全过程，是保证施工安全、指导施工作业非常重要的一环。施工安全、指导施工作业非常重要的一环。隧道施工监控量测工作的隧道

32、施工监控量测工作的目的目的是：是：观察观察围岩条件，围岩条件，监测监测围岩、支护变形和应力，围岩、支护变形和应力，判定判定围岩、支护稳定性；围岩、支护稳定性；验证验证支护结构效果，支护结构效果，确认或调整确认或调整支护参数和施工方法支护参数和施工方法；确定确定二次衬砌拱墙施作时间；二次衬砌拱墙施作时间；监控监控工程对周围环境影响；工程对周围环境影响；积累积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。量测数据，为信息化设计与施工提供依据。隧道工程隧道工程46（一）概述（一）概述2、监控系统设计原则、监控系统设计原则 施工监测是一项施工监测是一项系统工程系统工程，监测工作的成败与，监测工作的成败与监测

33、方法监测方法的的选取选取和和测测点点的的布置布置直接相关直接相关。因此，施工前必须做好监控量测设计，并在实施过。因此，施工前必须做好监控量测设计，并在实施过程中不断完善。程中不断完善。监控量测的设计必须坚持监控量测的设计必须坚持可靠性可靠性、多层次监测多层次监测、方便实用方便实用和和经济合经济合理理的原则。的原则。1）可靠性）可靠性 为了确保其可靠性，必须做到：为了确保其可靠性，必须做到：第一，系统需要采用可靠的第一，系统需要采用可靠的仪器仪器；第二，应在监测期间保护好第二，应在监测期间保护好测点测点。隧道工程隧道工程47（一）概述（一）概述2、监控系统设计原则、监控系统设计原则 2）多层次监

34、测）多层次监测 监测对象以监测对象以位移位移为主，兼顾为主，兼顾其他监测项目其他监测项目；监测方法以监测方法以仪器监测仪器监测为主，并辅以为主，并辅以观察、巡检观察、巡检的方法；的方法；监测仪器的选择以监测仪器的选择以能实现信息自动化的仪器能实现信息自动化的仪器为主，辅以为主，辅以机测仪器机测仪器。分别在地表及邻近建筑物与地下管线上布点，以形成具有一定测点分别在地表及邻近建筑物与地下管线上布点，以形成具有一定测点覆盖率的覆盖率的监测网监测网。3）方便实用）方便实用为为减少减少监测对施工的监测对施工的干扰干扰，监测系统的安装和测量应尽量做到方便实用。，监测系统的安装和测量应尽量做到方便实用。4）

35、经济合理）经济合理系统设计时考虑系统设计时考虑实用的仪器实用的仪器，不必过分追求仪器的先进性，以，不必过分追求仪器的先进性，以降低费用降低费用。隧道工程隧道工程48（一）概述（一）概述3、监测作业流程、监测作业流程监测作业流程如下：监测作业流程如下：量测量测数据库模块数据库模块预测反馈模块预测反馈模块施工管理模块施工管理模块二衬施作时间是否合适？二衬施作时间是否合适？支护模式是否合适？支护模式是否合适？与设计是否符合？与设计是否符合？位移是否超限？位移是否超限？变更设计变更设计结果、图表输出结果、图表输出采取措施采取措施YesYesYesYesNoNoNoNo隧道工程隧道工程49（二）监控量测

36、（二）监控量测 在隧道工程中在隧道工程中,量测工作是监视设计、施工是否正确的眼睛，是监量测工作是监视设计、施工是否正确的眼睛，是监视围岩是否安全稳定的手段，它始终伴随着施工的全过程，同时也是进视围岩是否安全稳定的手段，它始终伴随着施工的全过程，同时也是进行施工管理的一个积极手段。行施工管理的一个积极手段。通过多种量测手段，对开挖后隧道围岩进行动态监测，并以此指导通过多种量测手段，对开挖后隧道围岩进行动态监测，并以此指导隧道支护结构的设计与施工，考虑到隧道掘进时的空间效应和时间效应隧道支护结构的设计与施工，考虑到隧道掘进时的空间效应和时间效应对围岩应力与变形的影响。它集中体现在对围岩应力与变形的

37、影响。它集中体现在支护结构种类支护结构种类、支护结构的构支护结构的构筑时机筑时机、岩体压力岩体压力、围岩变形围岩变形四者四者的关系上，的关系上，贯穿贯穿在在不断变更不断变更的的设计与设计与施工施工过程中。过程中。1、量测工作及量测分类、量测工作及量测分类隧道工程隧道工程50 隧道施工的监测旨在隧道施工的监测旨在收集收集可反映施工过程中可反映施工过程中围岩的动态信息围岩的动态信息，据，据以以判定判定隧道围岩隧道围岩支护体系的支护体系的稳定性稳定性，以及所定支护结构参数和施，以及所定支护结构参数和施工方法的工方法的合理性合理性。现场监控量测根据其现场监控量测根据其量测目的量测目的（是否用于现场施工

38、的常规量测）（是否用于现场施工的常规量测）、量测手段量测手段等不同，在实际工作中，常将等不同，在实际工作中，常将量测项目量测项目分为分为必测项目必测项目（A A类类）和）和选测项目选测项目（B B类）两大类。类）两大类。（二）监控量测（二）监控量测1、量测工作及量测分类、量测工作及量测分类隧道工程隧道工程51 必测项目是在施工过程中必须进行的必测项目是在施工过程中必须进行的常规量测项目常规量测项目，是为了在设，是为了在设计、施工中确保围岩稳定、判断支护结构工作状态，指导设计施工的计、施工中确保围岩稳定、判断支护结构工作状态，指导设计施工的经常性量测。经常性量测。这类量测这类量测方法简单、费用少

39、、可靠性高方法简单、费用少、可靠性高，但对监视围岩稳定、指，但对监视围岩稳定、指导设计施工却有导设计施工却有巨大的作用巨大的作用。必测项目是新奥法的重点，主要包括：必测项目是新奥法的重点，主要包括：隧道内目测观察、隧道净隧道内目测观察、隧道净空收敛量测、拱顶下沉量测空收敛量测、拱顶下沉量测等。等。（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道工程隧道工程52 在地下工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质在地下工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以，在隧道施工过程中对前进的资料，所以，在隧道施工过程中对前进的开挖工作面附近开挖工作面

40、附近围岩的围岩的岩石岩石性质、状态性质、状态应进行目测，对应进行目测，对开挖后开挖后围岩动态围岩动态进行目测，对进行目测，对支护后支护后围岩围岩支护结构动态支护结构动态进行目测，在新奥法量测项目中占有很重要的地位。进行目测，在新奥法量测项目中占有很重要的地位。A、预测、预测开挖面前方开挖面前方的地质条件；的地质条件；B、为判断围岩、隧道的稳定性提供、为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据地质依据；C、根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析、根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构支护结构的可靠的可靠程度。程度。（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道内目

41、测观察隧道内目测观察 隧道工程隧道工程53（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道工程隧道工程54（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道工程隧道工程55（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道工程隧道工程56（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道工程隧道工程57（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测

42、）隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道工程隧道工程58 隧道新奥法施工，比较强调研究隧道新奥法施工，比较强调研究围岩变形围岩变形，因为岩体变形是其，因为岩体变形是其应应力形态变化的最直观反映力形态变化的最直观反映，对于地下空间的稳定能提供可靠的信息，对于地下空间的稳定能提供可靠的信息，也比较容易测得。围岩的变形特征，除了可以进行也比较容易测得。围岩的变形特征，除了可以进行围岩围岩稳定性评价和稳定性评价和支护结构支护结构的设计外，由于它本身包含了的设计外，由于它本身包含了岩性和岩体应力岩性和岩体应力等信息，所以等信息，所以也是对隧道也是对隧道围岩进行分级围岩进行分级的重要依据。的重要依据。周边位移

43、周边位移是隧道围岩应力状态是隧道围岩应力状态变化变化的的最直观反映最直观反映：A、量测周边位移可为、量测周边位移可为判断判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息；隧道空间的稳定性提供可靠的信息；B、根据变位速度、根据变位速度判断判断隧道围岩的稳定程度为二次衬砌提供合理隧道围岩的稳定程度为二次衬砌提供合理的支护时机；的支护时机；C、指导指导现场设计与施工。现场设计与施工。（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道净空收敛量测隧道净空收敛量测隧道工程隧道工程59 收敛计收敛计主要由主要由钢卷尺、百分表钢卷尺、百分表测量拉力装置及与锚栓测点相连的测量拉力装置及与锚栓测点相

44、连的挂钩组成。钢尺按每挂钩组成。钢尺按每2.5cm或或5cm(2英寸英寸)、孔距用高精度加工穿孔，、孔距用高精度加工穿孔，测力计张拉定位进行拉力粗调。弹簧控制拉力使钢尺张紧，百分表进测力计张拉定位进行拉力粗调。弹簧控制拉力使钢尺张紧，百分表进行位移测微距离读数测量，其主要组成示意如下图所示。行位移测微距离读数测量，其主要组成示意如下图所示。（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道净空收敛量测隧道净空收敛量测SWJ-IV收敛计收敛计 SWJ-IV面板面板 隧道工程隧道工程60（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道净空收敛量

45、测隧道净空收敛量测隧道工程隧道工程61（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道净空收敛量测隧道净空收敛量测隧道工程隧道工程62（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道净空收敛量测隧道净空收敛量测台阶法施工测点及测线布置图台阶法施工测点及测线布置图 侧壁导坑测侧壁导坑测点及测线布点及测线布置图置图 隧道工程隧道工程63（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道净空收敛量测隧道净空收敛量测下台阶开挖仰拱开挖仰拱开挖净空收敛分析曲线净空收敛分析曲线 隧道工程隧道工程64（二）监控量测（二）监控量

46、测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）隧道净空收敛量测隧道净空收敛量测隧道工程隧道工程65 隧道拱顶内壁的隧道拱顶内壁的绝对下沉量绝对下沉量称为拱顶下沉值，单位时间内拱顶下称为拱顶下沉值，单位时间内拱顶下沉值称为拱顶下沉速度。沉值称为拱顶下沉速度。拱顶下沉量测也属位移量测，对于埋深较浅、固结程度低的地层拱顶下沉量测也属位移量测，对于埋深较浅、固结程度低的地层，水平成层的场合，这项量测比收敛量测更为重要，其量测数据是，水平成层的场合，这项量测比收敛量测更为重要，其量测数据是判判断断支护效果、指导施工工序、保证施工质量和安全支护效果、指导施工工序、保证施工质量和安全的最基本的资料。的最基本

47、的资料。（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）拱顶下沉量测拱顶下沉量测隧道工程隧道工程66 在量测断面的在量测断面的拱顶拱顶埋设测点，将埋设测点，将钢尺或收敛计钢尺或收敛计倒挂倒挂在拱顶测点作为标在拱顶测点作为标尺，后视点可设在稳定衬砌上，用精尺，后视点可设在稳定衬砌上，用精密水准仪进行观测，通过计算求出连密水准仪进行观测，通过计算求出连续两次量测的拱顶高程，将续两次量测的拱顶高程，将前后两次前后两次量测的数据相减得拱顶下沉值；如拱量测的数据相减得拱顶下沉值；如拱顶下沉值为顶下沉值为正正，则表示拱顶下沉；若，则表示拱顶下沉；若拱顶下沉值为拱顶下沉值为负负，表示

48、拱顶向上位移，表示拱顶向上位移。图示出了拱顶下沉的量测原理。图示出了拱顶下沉的量测原理。（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）拱顶下沉量测拱顶下沉量测隧道工程隧道工程67（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）拱顶下沉量测拱顶下沉量测台阶法拱顶下沉台阶法拱顶下沉 侧壁导坑法侧壁导坑法拱顶下沉拱顶下沉 隧道工程隧道工程68（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）拱顶下沉量测拱顶下沉量测隧道工程隧道工程69（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）拱顶下沉量测拱顶下沉量测

49、下台阶开挖仰拱开挖拱顶下沉分析曲线拱顶下沉分析曲线 隧道工程隧道工程70（二）监控量测（二）监控量测2、必测项目（、必测项目（A类量测）类量测）为了避免测点被破坏，将拱顶下沉及水平收敛测点（挂钩）均为了避免测点被破坏，将拱顶下沉及水平收敛测点（挂钩）均埋设焊在两榀埋设焊在两榀钢架间钢架间连接筋连接筋的中点上（并在附近焊接一根小钢筋，的中点上（并在附近焊接一根小钢筋，用于凿除喷混凝土时定位），挂钩用于凿除喷混凝土时定位），挂钩不能伸出不能伸出钢架内侧面。喷射混凝钢架内侧面。喷射混凝土施作时将挂钩土施作时将挂钩埋入埋入，待喷射混凝土工作刚完成、喷混凝土强度，待喷射混凝土工作刚完成、喷混凝土强度较较

50、低低时，将挂钩周围时，将挂钩周围10cm左右范围的混凝土左右范围的混凝土凿除凿除，将挂钩，将挂钩露出露出约约5cm长即可。长即可。测点埋设！测点埋设！（可靠的测点）（可靠的测点）挂钩喷混凝土 测点埋设示意图测点埋设示意图 隧道工程隧道工程71（二）监控量测（二）监控量测3、选测项目（、选测项目（B类量测）类量测）选测项目是对一些选测项目是对一些有特殊意义有特殊意义和具和具有代表性的区段有代表性的区段进行的进行的补充补充测试测试，以求，以求更深入更深入地了解地了解围岩的松动范围围岩的松动范围和和稳定状态稳定状态以及以及喷锚支护喷锚支护的效果的效果，为未开挖区段的设计与施工积累现场资料。这类量测项