隧道超前地质预报.ppt

1、隧道超前地质预报综合分析及隧道超前地质预报综合分析及监控量测技术监控量测技术北京中交桥宇科技有限公司第一部分第一部分隧道超前地质预报综合分析技术隧道超前地质预报综合分析技术1234 5第一部分第一部分 隧道超前地质预报综合分析技术隧道超前地质预报综合分析技术 勘察设计阶段的工作重点往往关注的是，与工程的安勘察设计阶段的工作重点往往关注的是，与工程的安全、稳定、经济、运行特点相关的全、稳定、经济、运行特点相关的主要地质条件主要地质条件 ，而对，而对于于影响局部施工的小的、局部的地质情况在影响局部施工的小的、局部的地质情况在受自然条件、受自然条件、勘察技术、经济问题的局限勘察技术、经济问题的局限勘

2、察设计阶段一般都不要求详勘察设计阶段一般都不要求详细查明。细查明。1234 5二、地质综合分析基本要求二、地质综合分析基本要求1234 5 三、地质综合分析主要方法三、地质综合分析主要方法物探手段电磁学理论瞬变电磁高密度电法地质雷达弹性波理论反射波TSP/TGP/TRT散射波TSTCT成像雷利波 地质雷达法地质雷达法 地质雷达工作原理示意图地质雷达工作原理示意图地质雷达 雷达测试雷达测试 实例实例1 某某隧道右线隧道右线YK84948YK84978里程段的超前地质里程段的超前地质预报中（预报中（FDMTR17，2007-08-29），指出围岩），指出围岩YK84968YK84972里程段存在节

3、理蚀变带或破碎带，含有一定里程段存在节理蚀变带或破碎带，含有一定基岩裂隙水，并建议施工时应控制进尺和炸药量。基岩裂隙水，并建议施工时应控制进尺和炸药量。开挖结果表明，此段围岩存在较明显的节理蚀变开挖结果表明，此段围岩存在较明显的节理蚀变带，且含水量较大，出现水如雨下的情况带，且含水量较大，出现水如雨下的情况。YK84948YK84978地质雷达波形图地质雷达波形图YK84968YK84972里里程存在水平强反射同相轴，程存在水平强反射同相轴，推测该处围岩存在节理蚀变推测该处围岩存在节理蚀变带或破碎带，并含有一定基带或破碎带，并含有一定基岩裂隙水，施工时应注意，岩裂隙水，施工时应注意，并应控制进

4、尺和炸药量。并应控制进尺和炸药量。现场照片现场照片 右线右线YK84YK84968968YK84YK84972972里程段里程段实例实例2 某隧道右线出口某隧道右线出口YK68+397YK68+388里里 原设计围岩原设计围岩级别为级别为级，无断层存在；级，无断层存在；预报围岩级别为预报围岩级别为IV级偏下级偏下V级级。建议对此段围岩按。建议对此段围岩按V类复合式衬砌施工，并应特别加强锚杆超前支护以防止拱顶类复合式衬砌施工，并应特别加强锚杆超前支护以防止拱顶和侧墙发生掉块、塌方事故。和侧墙发生掉块、塌方事故。预报结果经开挖证实。预报结果经开挖证实。在在YK68+391YK68+391YK68+

5、388YK68+388里里程即程即掌子面前方掌子面前方69米的米的范围内范围内,存在两条由左向存在两条由左向右逐渐变浅的强反射面，右逐渐变浅的强反射面，判断为掌子面顶部倾向掌判断为掌子面顶部倾向掌子面前方的构造破碎带与子面前方的构造破碎带与隧道的两次相交位置，破隧道的两次相交位置，破碎带内节理裂隙发育，含碎带内节理裂隙发育，含水量大，局部存在股状水水量大，局部存在股状水流。流。右线出口右线出口YK68+397YK68+372里程段波形图里程段波形图 地震波反射法（地震波反射法（TSP/TGPTSP/TGP）TSP/TGP TSP/TGP测量原理图测量原理图 实例实例3 3 黔桂铁路扩能改造工程

6、第六标（成都局）定水坝隧黔桂铁路扩能改造工程第六标（成都局）定水坝隧道道TST法三、地质综合分析主要方法三、地质综合分析主要方法三、地质综合分析主要方法三、地质综合分析主要方法 富水区、高压富水区、高压富水区富水区实施实施超前超前钻孔，钻孔，应安装防突水装置，应安装防突水装置，亦亦 可可安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，进行耐压试安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，进行耐压试验。验。三、地质综合分析主要方法三、地质综合分析主要方法 富水区实施超前钻孔法地质预报，应安装防突水装置，富水区实施超前钻孔法地质预报，应安装防突水装置，亦可安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，进行亦可

7、安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，进行耐压试验。耐压试验。在高压富水区，应设置避难场所、规定避灾逃生路线。在高压富水区，应设置避难场所、规定避灾逃生路线。发现岩壁松软、片帮、冲洗液突增、顶钻现象应停钻，情发现岩壁松软、片帮、冲洗液突增、顶钻现象应停钻，情况紧急时应组织人员立即撤离况紧急时应组织人员立即撤离1234 5 目目 录录四、地质综合分析实施要点四、地质综合分析实施要点1、收集和分析研究工程地勘资料2、地表地质调查及复核3、编制宏观预测地质分析报告4、开挖地质编录及掌子面地质素描5、物探资料综合分析解释6、预报成果与开挖实际对比8、阶段性地质总结9、编写超前地质预报总结报告 四、

8、地质综合分析实施要点四、地质综合分析实施要点5F该洞段地层为灰黑色千枚状炭质板岩，断层从桩号通过，产状，主带内为碎裂岩、挤压片岩及岩屑组成，破碎带宽为上盘约30，下盘约15。受断层影响层面扭曲不规则，揉皱发育，不规则石英脉及团块极发育，局部石英被挤压错动成石英沙，岩体破碎，围岩不稳定，左壁及顶拱多处发生掉块及塌方。T石英1BK4+436掌子面素描2团块1FVT该洞段地层为灰黑色千枚状炭质板岩，岩层产状总体为N5060W/NE 50-60裂隙较发育，主要有：N30E/SE40；N60-80W/SW50。裂面多起伏扭曲，充填石英。局部揉皱发育，围岩稳定性较差，左壁及顶拱易掉块坍塌。S58EN20W

9、/NE60展视图左顶右桩号(m)洞向围岩类别裂隙裂隙密集渗滴水地质描述岩体破碎围岩坍塌N60E/NW60揉曲发育破碎N70W/SW35N70E/NW85N30E/SE75N70W/SW30N30E/NW80N50W/SW55N80W/SW50N20E/SE70N30E/SE40N80W/SW50 准确认识超前地质预报的作用准确认识超前地质预报的作用 能够解决的问题能够解决的问题 不能解决的问题不能解决的问题第二部分第二部分 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术1监控量测的内容监控量测的内容23 5第二部分第二部分 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术4 一.监控量测的意义监控量测的意义

10、 1.支护理论的发展支护理论的发展u 古典压力理论古典压力理论u 松散体理论松散体理论u 连续介质理论连续介质理论u 地质力学理论地质力学理论u 现代支护理论现代支护理论 现代支护理论现代支护理论 一切措施都围绕一切措施都围绕围岩稳定围岩稳定为目的；为目的；支护与围岩视作统一的支护与围岩视作统一的复合体复合体，共同作用共同作用；复合体中围岩是承载主体，复合体中围岩是承载主体，最大限度的发挥围最大限度的发挥围岩的自承能力岩的自承能力，同时也要发挥支护结构的承载能力；，同时也要发挥支护结构的承载能力；注重现场试验和注重现场试验和监控量测监控量测 2.隧道监控的作用 确保施工安全及结构的长期稳定性确

11、保施工安全及结构的长期稳定性;验证支护结构效果，验证支护结构效果，为为确认确认及调整及调整支护参数和施支护参数和施工方法提供依据工方法提供依据;确定二次衬砌施做时间确定二次衬砌施做时间;监控工程对周围环境影响监控工程对周围环境影响;积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。1监控量测的内容监控量测的内容23 5第二部分第二部分 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术4 必测项目和选测项目必测项目：必测项目：洞内观察与地质素描洞内观察与地质素描 净空变化量测净空变化量测 拱顶下沉量测拱顶下沉量测 地表下沉量测地表下沉量测 选测项目：选测项目：围岩内部位

12、移监测；围岩内部位移监测；喷砼应力监测；喷砼应力监测；围岩压力监测；围岩压力监测；钢拱架应力监测；钢拱架应力监测；二衬应力监测；二衬应力监测；锚杆或锚索内力及抗拔力。锚杆或锚索内力及抗拔力。量测 项目围岩种类必测项目选测项目洞内观察净空收敛拱顶下沉地表下沉衬砌应力围岩内位移锚杆轴力钢支撑应力接触压力混凝土应变洞内弹性波硬岩软岩土砂必须实施、可以实施、必要时实施1监控量测的内容监控量测的内容23 5第二部分第二部分 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术4三三.监控量测的方法监控量测的方法 必测项目必测项目1 1、隧道内目测观察 获得与围岩稳定状态有关的直观信息。观察内容：掌子面地质水文条件、

13、岩性、结构面产状、有无断层，围岩类别，掌子面自稳情况，地下水的影响情况等。对初期支护效果：喷层有无裂缝，裂缝的部位、长度、宽度、深度2 2、周边收敛量测 隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛。周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映。1 1）量测目的）量测目的 判断隧道空间的稳定性；根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机；指导现场的施工。2 2）量测设计）量测设计 收敛量测的间距与测线 必测项目量测断面间距和每断面测点数量 围岩级别断面间距（m）每断面测点数量净空变化拱顶下沉VVI51012条基线13点IV10301条基线1点III30501条基线1点量测频率：量测频率可

14、根据位移速度和量测断面距开挖面距离 按位移速度位移速度（mm/d）量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d按距开挖面距离(注：b为隧道开挖宽度)量测断面距开挖面距离（m）量测频率(01)b2次/d(12)b1次/d(25)b1次/23d5b1次/7d3 3）量测仪器）量测仪器 目前隧道施工中常用的收敛计为机械式的收敛计和数显式收敛计。例：QJ-85型坑道周边收敛计；JSS30A型数显收敛计；SWJIV型隧道隧道收敛计。3 3、拱顶下沉量测 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。量测数据是确认围岩的稳定性，判断支护

15、效果，指导施工工序，预防拱顶崩塌，保证施工质量和安全的最基本的资料。1 1、围岩内部位移量测1）隧道围岩内部位移量测的主要目的是：了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围。判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围。根据实测结果优化锚杆参数，指导施工。2）量测仪器：多点位移计3）测量原理 选测项目2、锚杆轴力量测1）量测目的了解锚杆实际工作状态及轴向力的大小。结合位移量测，判断围岩发展趋势，分析围岩内强度下降区的界限修正锚杆设计参数，评价锚杆支护效果。2）量测方法和仪器 锚杆的轴向力测定，按其量测原理可分为电测式和机械式两类。电阻应变式和机械式是通过量测锚杆不同深度处的应变（或变形），然后

16、按有关计算方法转求应力。钢弦式则是通过测定不同深度处传感器受力后的钢弦振动频率变化，转求应力。3 3、围岩压力及两层支护间压力量测 围岩与支护或喷层与二次衬砌混凝土间的接触压力的测试。1）目的：了解围岩压力的量值及分布状态；判断围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌的稳定性和安全度。2）量测仪器与原理 液压式测力计和电测式测力计。目前隧道中多用电测式。弦测法原理 钢弦式压力盒布置图4 4、钢支撑应力量测 了解钢支撑的实际工作状态，从钢支撑的性能曲线上可以确定在此压力作用下钢支撑所具有的安全系数，视具体情况确定是否需要采用加固措施。1）量测目的了解钢支撑应力的大小，为钢支撑选型与设计提供依据。根据钢支

17、撑的受力状态，判断隧道空间和支护结构的稳定性。了解钢支撑的实际工作状态，保证隧道施工安全。2）量测元件 钢弦式表面应变计 钢弦式钢筋应力计 钢弦式表面应变计结构图 钢弦式钢筋应力计 5 5、混凝土应力量测 了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态；掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况；判断支护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。1监控量测的内容监控量测的内容23 5第二部分第二部分 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术4四四.量测数据处理及应用量测数据处理及应用1、量测数据处理的目的 将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确

18、认量测结果的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律，判定围岩和支护系统稳定状态。2、量测数据处理的内容 绘制监测曲线，选择回归曲线 3、量测数据的应用 1）初期支护阶段围岩稳定性的判据和施工管理根据最大位移值进行施工管理U U小于小于Un/3Un/3 U U大于大于Un/3Un/3并小于并小于2Un/32Un/3时时 U U大于大于2Un/32Un/3时时 实测最大位移值或预测最大位移值不大于2Un/3时，可认为初期支护达到基本稳定。根据位移速率进行施工管理a.当位移速率大于1mm/d时，表明围岩处于急剧变形阶段，应密切关注围岩动态。b.当位移速率在10.2mm/d之

19、间时，表明围岩处于缓慢变形阶段。c.当位移速率小于0.2mm/d时，表明围岩已达到基本稳定，可以进行二次衬砌作业。(3)根据位移速度曲线进行施工管理a.当位移速率很快变小，时态曲线很快平缓，表明围岩稳定性好，可适当减弱支护。b.当位移速率逐渐变小，即d2u/dt20，时态曲线趋于平缓，表明围岩变形趋于稳定，可正常施工。c.当位移速率不变，即d2u/dt2=0，时态曲线直线上升，表明围岩变形急剧增长，无稳定趋势，应及时加强支护，必要时暂停掘进。d.当位移速率逐步增大，即d2u/dt20，时态曲线出现反弯点，表明围岩已处于不稳定状态，应停止掘进，及时采取加固措施。K1+470 K1+460K1+450 K1+435实例二 监控量测测量是基础，分析是关键。规范标准过于宽泛，主要依赖分析人员的经验与判断。欢迎大家批评指正。