隧道超前地质预报与监控量测技术方案.doc

第八篇 技术实施方案一、现场超前地质预报和监控量测编制依据 本次新建铁路巴准线2标段隧道工程的监控量测所执行的国家和行业标准与规范主要有： 1铁路隧道监控量测技术规程TB10121-2007 2工程测量规范GB50026-93 3铁路隧道设计规范TB10003-2005 4铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008 5锚杆喷射混凝土支护技术规范GB500862001 6铁路隧道衬砌质量无损检测规程TB10223-2004 7铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设2008105 号 8超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS02:88二、总体概况和特点概述 占线路总长的 15.11。 新建铁路巴准线隧道共 19359km/16 座， 其中第 2 标段隧道 8918米/8 座，主要分布于低中山区。1.1 工程概况 1 隧道概况 敖包沟隧道位于内蒙古高原区，主要地貌单元为低中山区，地形凌乱，冲沟较发育，沟底多见基岩出露，地面高程在 1343.51431m，相对高差 87.5m，隧道最大埋深 86.8m。 全长 1954m，隧道起讫里程为 DK32809DK34763， 洞身左线 DK34506.82 为双线隧道，至隧道出口段于 R800m 的曲线上，其余段均位于直线上，洞内纵坡为-5.0和-3.0单面下坡。 王家梁隧道位于内蒙古高原区，主要地貌单元为低山丘陵区，地形凌乱，冲沟和沟谷 多呈较发育， “V”字形，部分呈“U”字形，沟底多见基岩出露，地面高程在 13151420m，相对高差 105m。隧道起讫里程为 DK45599DK48816全长 3217m，为双线隧道，最大埋深约 83m，洞身除左线进口至 DK45637.45 位于 R1200m 的曲线段上及右线进口至DK45655.70 位于 R1195.7m 的曲线段上外， 洞内设计纵坡为3.0、 余均位于直线段上，3.5的单面坡。 忽吉图沟隧道位于低中山区，地形起伏不大，冲沟较发育，冲沟断面多呈“V”字形，进出口端坡度较陡。隧道起讫里程为 DK48920DK49604全长 684m，为双线隧道，隧道最大埋深约 43m。洞身均位于直线段上，洞身纵坡为 3.5和 4单面上坡。 李家圪卜 1 号隧道位于低山丘陵区，地形起伏不大，冲沟较发育，进口段坡度较陡，洞身、出口端覆盖砂质黄土，进口段基岩裸露。该隧道下穿高速公路，高速公路处埋深约 20m。隧道起讫里程为 DK58272.38 至 DK58513.47 段位于半径 2000m 的曲线上，其余均位于直线段上，洞内纵坡为-10.5单面下坡。 李家圪卜 2 号隧道位于鄂尔多斯市准格尔旗李家圪卜村境内。属低山丘陵区，地形起伏较大，冲沟较发育两洞口端坡度较陡，洞身基岩裸露。隧道洞顶地面最高处高程1335.949m，隧道最大埋深 48.41m。隧道起讫里程为 DK59230DK60000全长 770m，为双线隧道。洞身均位于直径 1600m 的曲线上，洞内纵坡为-11单向下坡。 王连圪卜 1 号隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大，冲沟较发育，进、出口端坡度较陡，洞身局部覆盖砂质黄土；进、出口端基岩裸露，地面高程 1289.94m，洞顶地面最高处高程 1315.345m，隧道最大埋深 34m。隧道起讫里程为 DK60212DK60457全长245m，为双线隧道，洞身均位于直线段上，洞内设坡度为-11.5的单面坡。 王连圪卜 2 号隧道位于低山丘陵区，地形起伏大，冲沟较发育，进、出口端坡度较陡， 隧道最大埋深约 41m。洞身基岩裸露， 全 隧道起讫里程为 DK60830DK61015，长 185m，为双线隧道，洞内均位于 R1200m 的曲线上，洞身纵坡为-11.5的单面下坡。 哈拉沟隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大，冲沟较发育，进、出口端坡度较陡，洞身大部分基岩裸露。隧道洞顶地面最高处高程 1344.36m，隧道最大埋深 83m。工点位于鄂尔多斯市准格尔旗郝家庙嫣村境内，交通不便利。隧道起讫里程为DK61762DK62590，全长 828m，为双线隧道，隧道最大埋深约 72m。洞身主线DK61790.63 至 DK62566.28 至出口段位于 R1600m 的曲线上，其余均位于直线上，洞内纵坡为-11和-11.6单面下坡。1.2 主要工程及水文地质 （1）地层岩性 沿线各时代地层复杂，自新生界到太古界地层均有出露。 （2）地质构造 线路所经过地区在大地构造单元上属于华北地台鄂尔多斯台向斜，为一较稳定的中生代内陆坳陷盆地。构造运动极其微弱，只有轻微的波状褶皱和小断裂构造，地壳运动主要表现为升降运动，褶皱构造轻微。地层多为中生代沉积岩，产状平缓或近于水平，呈宽缓波状起伏，为一自北东向南西缓倾斜的单斜岩层，沿线地质构造简单。 （3）不良地质 全线的不良地质主要有：采空区、泥石流、错落、崩塌、落石等。 （4）主要水文地质特征 沿线主要河流、沟川有：束会川、四道柳川、暖水川、纳林川、十里长川等均属黄河水系。枯水期水量很小，甚至干涸，洪水期水量突增，水势凶猛。由于河流内植被稀疏，坡度大，水土流失严重。 沿线主要的地下水类型有沟谷松散地层孔隙潜水和基岩裂隙水。含水层呈条带状分布于各沟谷中，由第四系冲积、冲洪积松散堆积物组成，厚度 0.810.1m 不等。地下水埋深 0.42.5m。地下水水位变幅 12m，主要靠大气降水及部分河水补给。含水层主要赋存于侏罗系、 泥岩风化裂隙中， 三叠系砂岩、 地下水埋深 3.624.3m 主要靠大气降水补给。不等。沿线地表水及地下水对混凝土结构一般不具侵蚀性。 表1 第 2 标段隧道工程一览表序号 隧道名称 起讫里程 长度（米） 1 敖包沟隧道 DK32809DK34763 1954 2 王家梁隧道 DK45599DK48816 3217 3 忽吉图沟隧道 DK48920DK49604 684 4 李家圪卜 1 号隧道 DK58272.38DK58513.47 1035 5 李家圪卜 2 号隧道 DK59230DK60000 770 6 王连圪卜 1 号隧道 DK60212DK60457 245 7 王连圪卜 2 号隧道 DK60830DK61015 185 8 哈拉沟隧道 DK61762DK62590 828三、监控量测的目的 由于全线隧道工程跨度大，最大开挖跨度达到13.8m。而且所穿越的地层围岩条件较差；同时岩体的生成条件和地质作用复杂，岩体的产状和结构也非常复杂；并且在隧道掘进过程中，由于开挖方法、支护时机、支护结构刚度等均对围岩稳定性产生影响，因此可通过对隧道施工期间围岩和支护结构的监控，及时分析围岩与支护结构的工作状况，以指导隧道施工和支护结构的设计。 开展本次隧道现场监测的目的主要有： 1 掌握隧道围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，及时指导施工； 2 预测事故和险情，以便及时采取措施，控制围岩发生过大的变形，防止发生坍塌和事故； 3 积累资料，为今后类似地质条件下的隧道设计和施工提供技术资料和依据； 4 量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证隧道的施工安全和围岩稳定，为隧道安全施工提供可靠的信息。 通过对隧道施工期间开展的现场监控量测，可获得围岩和支护结构的力学与变形状况，并且此项工作还是加强工程安全质量管理，防止重大事故发生的有力措施。现场监测的数据和资料，需要满足以下几方面的要求： 1 现场监测的数据和资料将使业主能完全客观真实地了各隧道工程安全状态和质量程度，掌握工程各主体部分的关键性安全和质量指标，确保隧道工程能按照预定的要求顺利完成； 2 现场监测数据和资料是处理工程合同纠纷的重要依据，它可以防止承包商提供虚假的资料和数据隐瞒工程安全和质量真相，并在业主进行索赔时提供确凿的证据； 3 现场监测的数据和资料可以按照安全预警发出报警信息，既可以对安全和质量事故做到防患于未然，又可以对各种潜在的安全和质量风险进行监控。 4 通过现场监测，掌握隧道爆破对围岩的影响程度，用以修改钻爆设计参数而保护围岩，防止围岩过大变形和坍塌而失稳。 通过对新建铁路巴准线沿线隧道工程所开展的第三方监控量测，可以实现如下目的： 1 掌握隧道围岩的变形规律，用以调整施工方法和支护参数。 2 通过对围岩压力和支护结构内力的测定，了解支护结构的受力状况和应力分布，揭示围岩变形与衬砌结构的相互作用关系，对原支护结构形式、支护参数和做出评价。 3 通过对开挖面地质状况以及已支护地段衬砌结构工作状况的观察和分析，及时发现安全隐患并予采取相应的措施，确保隧道施工期间的安全。 4 通过现场的监控量测可为变更设计和调整施工方法提供科学依据。 为了达到以上的监控量测目的，监控量测工作将贯穿隧道施工的全过程。监控量测数据及其分析结果可立即与事先预设计支护参数相比较，并对预设计做出正确评价，如监控量测结果与原设计有较大出入，有必要对支护作加强和减弱的修正，使隧道的设计和施工纳入动态的科学管理中。 为了确保沿线各隧道施工的顺利进行，并较为准确地掌握施工过程中围岩的稳定状态，指导施工和变更设计，现场监控量测按照隧道设计图纸和铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）的要求开展。四、现场监控量测的内容和数量4.1 监控量测的内容 根据新建铁路巴准线（巴图站至点岱沟段）工程地质超前预报与现场监控量测招标文件的要求，并结合隧道设计文件以及铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008 的相关内容，为确保隧道施工的安全与顺利进行，并较为准确地掌握隧道施工过程中围岩的稳定状态，采用现场监测的方式监测各项支护手段的效果，以利于指导施工和变更设计。沿线隧道均按照“新奥法”原理进行设计，现将现场监测的主要内容和数量安排如下。 表2 沿线各隧道现场监控量测项目一览表 序号 监控量测项目 量测方法及工具地质 1 开挖面地质及支护状况观察 岩性和产状编录 地质罗盘，数码相机超前 2 红外探水 红外线探测仪预报 3 地质超前预报 隧道地震探测仪TSP203 4 开挖面超前钻探 工程钻机 5 隧道周边位移 测桩和收敛计或激光隧道断面检测仪 6 隧道地表下沉 测桩和水准仪或激光隧道断面检测仪监控 7 隧道拱顶下沉 测桩和水准尺或激光隧道断面检测仪量测 8 钢拱架内外力 钢筋应力计和频率读数仪 9 围岩变形量测 单点或多点位移计隧道 10 支护喷射混凝土强度 超声-回弹综合法检测及钻芯检测 11 衬砌支护厚度和空洞 地质雷达、钻芯及尺量 表3 隧道现场监控量测项目及量测方法 量 测 间 隔 时 间 序 项目名称 方法及工具 断面布设 16 天1 大于 3 个 号 115d 13 月 月 月 岩性、结构面 开挖面地质 产状及支护裂 开挖后及初期 1 和支护状况 每次爆破后进行 缝，地质罗盘、 支护后进行 观察 数码相机等 开挖面超前 2 工程钻机 间隔 100m 一个断面，每个断面取 3 个钻孔 钻探 地震法超前预 地质超前预 3 报仪或掌子面 间隔 100m 一个断面 报 地质超前钻孔 4 红外探水 红外线探测仪 间隔 100m 一个断面 水平仪、水准 隧道拱顶下 每 1050m 一 12 次 12 次/ 13 次/ 5 尺、钢尺或测 1 次/2d 沉 个断面 /d 周 月 杆 每 1050m 一 隧道周边位 12 次 12 次/ 13 次/ 6 收敛计 个断面，每断 1 次/2d 移 /d 周 月 面 23 个测点 12 开挖面距量测断面前后2B 时， 次/d； 隧道地表下 水平仪、水准 每 10m 一个断 7 开挖面距量测断面前后5B 时，1 次/2d； 沉 尺 面 开挖面距量测断面前后gt5B 时，1 次/周 每代表性地段 轴力计或钢筋 一个断面，每 12 次 12 次/ 13 次/ 8 钢支撑内力 1 次/2d 计 断面宜为 5 个 /d 周 月 测力计 隧道围岩变 单点或多点位 9 间隔 200 米一个断面，每个断面取 2 个测点 形观测 移计 支护喷射混 超声-回弹综 10 间隔 200 米一龆厦妫孔?3 个试样 凝土强度 合法或钻心 衬砌支护厚 11 地质雷达 衬砌施工完成后，按 3 条测线测试 度及空洞 注：B为隧道开挖的宽度。4.2 监控量测的数量 根据新建铁路巴准线（巴图站至点岱沟段）工程地质超前预报与现场监控量测招标文件的要求，并结合隧道设计文件以及铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008 的相关内容，为确保隧道施工的安全与顺利进行，并较为准确地掌握隧道施工过程中围岩的稳定状态，采用现场监测的方式监测各项支护手段的效果，以利于指导施工和变更设计。现将现场监测的主要内容和数量安排如下。 表4 敖包沟隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段） 隧道全长（1954米） 工程量合计 序 级 级 项目内容 号 705.5米 1248.5米 数量 数量 数量 1 开挖面地质及支护状 35个 125个 160个 况观察 2 红外探水 705.5米 1248.5米 1954米 3 地质超前预报 7次（每100米一次） 12次（每200米一次） 19次 4 超前钻孔 7321个 12336个 57个 5 隧道周边位移 （ （ 35 个 每 20 米一个断面） 125 个每 10 米一个断面） 800 点次 6 隧道地表下沉 浅埋（874/1088 个） 深埋（1248.5/5022） 1320 点次 7 隧道拱顶下沉 35 个 （ （每 20 米一个断面） 125 个每 10 米一个断面） 160 点次 8 钢拱架内外力 （ （ 35 个 每 20 米一个断面） 125 个每 10 米一个断面） 800 点次 9 围岩变形量测 982196 196 点次 10 支护喷射混凝土强度 10330个 30 个 11 衬砌支护厚度和空洞 195435862米 5862 米 表5 王家梁隧道地质超前预报与监控量测汇总表（第2标段） 隧道全长（3217）米 工程量合计 级 级序号 项目内容 1450米 1767米 数量 数量 数量1 开挖面地质及支护状 73个 177个 250个 况观察2