隧道超前地质预报及监控量测技术.ppt

隧道超前地质预报综合分析及 监控量测技术,青海交通职业技术学院,第一部分 隧道超前地质预报综合分析技术,前言,1,地质综合分析基本要求,2,地质综合分析主要方法,3,地质综合分析实施要点,4,结束语,5,第一部分 隧道超前地质预报综合分析技术,铁路、公路工程、水利水电中新建隧道 ，而这些隧道工程都具有 的共同特点，且往往地表地势险要，洞线通过的地质条件复杂。,一、前言,工程规模越来越宏大,洞径大、埋藏深、洞线长,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、运行特点相关的主要地质条件 ，而对于影响局部施工的小的、局部的地质情况在受自然条件、勘察技术、经济问题的局限勘察设计阶段一般都不要求详细查明。,一、前言,但一些局部的、分散的、随机的不良地质洞段却是施工最大的安全隐患，主要表现为隧道施工中塌方、突水、涌泥、岩爆、有害气体等地质灾害。 隧道施工超前地质预报根据隧道工程特点，以地质分析为主线，结合物探手段综合运用。,一、前言,前言,1,地质综合分析基本要求,2,地质综合分析主要方法,3,地质综合分析实施要点,4,结束语,5,目 录,二、地质综合分析基本要求,具体工作中要求： （1）收集分析前期地质勘察报告及设计文件，编写宏观预测地质分析报告；,地质知识和物探知识、隧道工程实践经验。,（2）施工过程中随工程进展及时收集洞内开挖段地质资料； （3）及时归纳汇总地质、物探、钻孔探测资料， 逐步完善充实综合图件内容；,二、地质综合分析基本要求,（4）综合判译各种物探成果，避免多解性影响， 提高预报的准确性； （5）对工程重点洞段的地质综合分析成果，及 时提交报告，并针对施工提出合理化建议。,前言,1,地质综合分析基本要求,2,地质综合分析主要方法,3,地质综合分析实施要点,4,结束语,5,目 录,地质综合分析是系统性的工作，工程性质、工程区基本地质条件决定手段和方法。 主要方法 地质分析法 物探法 水平钻孔法,三、地质综合分析主要方法,1、地质分析法 最基本的方法 。 对物探和钻孔超前探测资料的任何解释和应用，都离不开施工过程中观测和收集的地质判断 。,三、地质综合分析主要方法,1、地质分析法 在实施地质分析法的过程中，使用的方法主要有： 1）地质投影法 2）地质层序法 3）工程地质类比法 4）地质编录法,三、地质综合分析主要方法,三、地质综合分析主要方法,2、综合物探法 物理探测技术的发展 优点:直观、高效、 缺点：反映某种物理现象 对物理现象反映出的异常进行定性、定量鉴别，则是物探方法的关键 。,三、地质综合分析主要方法,2、综合物探法,地质雷达法,地质雷达工作原理示意图,地质雷达,雷达测试,实例1 某隧道右线YK84948YK84978里程段的超前地质预报中（FDMTR17， 2007-08-29），指出围岩YK84968YK84972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。 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。,YK84948YK84978地质雷达波形图,YK84968YK84972里程存在水平强反射同相轴，推测该处围岩存在节理蚀变带或破碎带，并含有一定基岩裂隙水，施工时应注意，并应控制进尺和炸药量。,现场照片 右线YK84968YK84972里程段,实例2 某隧道右线出口YK68+397YK68+388里 原设计围岩级别为级，无断层存在； 预报围岩级别为IV级偏下V级。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和侧墙发生掉块、塌方事故。 预报结果经开挖证实。,在YK68+391YK68+388里程即掌子面前方69米的范围内, 存在两条由左向右逐渐变浅的强反射面，判断为掌子面顶部倾向掌子面前方的构造破碎带与隧道的两次相交位置，破碎带内节理裂隙发育，含水量大，局部存在股状水流。,右线出口YK68+397YK68+372里程段波形图,地震波反射法（TSP/TGP）,TSP/TGP测量原理图,实例3 黔桂铁路扩能改造工程第六标（成都局）定水坝隧道,TST法,三、地质综合分析主要方法,3、超前探孔法 超前探孔是地质综合分析最直接的手段，它通过钻探取心编录，对掌子面前方探孔揭露出的地层岩性、构造、围岩类别、含水性、岩溶洞穴等的位置、规模能做出较准确的判断。,三、地质综合分析主要方法,3、超前探孔法 优缺点 属直接揭示法，特别是取芯超前钻孔法，一目了然。 占用隧道施工掌子面时间长。费用高。 可以起到探水的作用，但如无防突装置或防突装置质量出现问题，遇高压水时具有极大的风险性。 探测结果只是一孔之见。 遇软弱、岩溶岩层取芯困难。 富水区、高压富水区实施超前钻孔，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，进行耐压试验。,三、地质综合分析主要方法,3、超前探孔法 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。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。,前言,1,地质综合分析基本要求,2,地质综合分析主要方法,3,地质综合分析实施要点,4,结束语,5,目 录,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、地质综合分析实施要点,XX隧道BK4+410-480洞段开挖地质展示图,五、结束语,准确认识超前地质预报的作用 能够解决的问题 不能解决的问题,第二部分 隧道施工监控量测技术,监控量测的意义,1,监控量测的内容,2,数据处理与反馈,3,5,第二部分 隧道施工监控量测技术,监控量测的方法,一. 监控量测的意义 1.支护理论的发展 古典压力理论 松散体理论 连续介质理论 地质力学理论 现代支护理论,现代支护理论 一切措施都围绕围岩稳定为目的； 支护与围岩视作统一的复合体，共同作用； 复合体中围岩是承载主体，最大限度的发挥围岩的自承能力，同时也要发挥支护结构的承载能力； 注重现场试验和监控量测,2. 隧道监控的作用 确保施工安全及结构的长期稳定性; 验证支护结构效果，为确认及调整支护参数和施工方法提供依据; 确定二次衬砌施做时间; 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。,监控量测的意义,1,监控量测的内容,2,数据处理与反馈,3,5,第二部分 隧道施工监控量测技术,监控量测的方法,二. 监控量测的内容,必测项目和选测项目 必测项目： 洞内观察与地质素描 净空变化量测 拱顶下沉量测 地表下沉量测,二. 隧道监控量测的内容,选测项目： 围岩内部位移监测； 喷砼应力监测； 围岩压力监测； 钢拱架应力监测； 二衬应力监测； 锚杆或锚索内力及抗拔力。,必须实施、可以实施、必要时实施,监控量测的意义,1,监控量测的内容,2,数据处理与反馈,3,5,第二部分 隧道施工监控量测技术,监控量测的方法,三. 监控量测的方法 必测项目 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、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、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）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）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,量测频率：量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面距离,按位移速度,按距开挖面距离(注：b为隧道开挖宽度),3）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、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、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、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、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、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。,监控量测的意义,1,监控量测的内容,2,数据处理与反馈,3,5,第二部分 隧道施工监控量测技术,监控量测的方法,四. 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小于Un/3 U大于Un/3并小于2Un/3时 U大于2Un/3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/dt2