高风险岩溶隧道监理监控技术总结.doc

高风险岩溶隧道监理监控技术总结目录1、 摘要32、工程概况33、组建高风险隧道施工地质组44、明确施工地质工作程序45、突出超前地质预测预报56、做好施工围岩分级和围岩稳定性评价77、隧底及周边岩溶勘察88、灾害评估、防治工程措施建议89、施工地质技术原则810、强化施工过程监控.1111、强化级高风险隧道工程安全控制的针对性管理措施.11摘要宜万铁路野三关隧道、大支坪隧道具有各种不良地质：薄层、断层破碎带、溶洞、暗河、突水突泥等，地质灾害发生机率高，风险大。本文对两座高风险溶腔隧道施工过程中所采用的主要控制技术和监理监控方法、手段和控制重点进行总结。一、工程概况宜万铁路监理三标（起讫里程为：DK82+500DK134+530，对应施工W6标-16标）于2004年底开始施工,至2010年初大部分主体工程结束。管段内工程监理类别繁多,各类专业工程齐全,其中,监控重点主要集中在以野三关隧道和大支坪隧道为代表的一级高风险溶腔隧道。本文主要对两座高风险溶腔隧道的监理监控方法和手段进行总结.野三关隧道位于巴东县野三关镇碗口河和支井河之间，全长13.846km，为宜万铁路全线最长的隧道，全线8座级高风险隧道之一，也是宜万铁路的重点控制工程。该区最大地面标高为1495m，最大埋深684m，线路纵坡为人字坡。在线线路右侧30m的线线位设置贯通平导，全长13802m，后期扩挖成线隧道；在DK125+100左侧设置长1844.5m的无轨运输斜井。隧道穿越三迭系大冶组、嘉陵江组、二迭系、石炭系、泥盆系、志留系地层，其中碎屑岩地层5074m，占隧道的37，灰岩地层8772m，占隧道的63，地质条件极度复杂，岩溶、断裂破碎带、瓦斯、高地应力、沥青等不良地质现象广布，施工中曾遭遇大型特大型突水突泥、大型塌方、围岩大变形甚至失稳等重大地质灾害。区内发育岩溶管道流6条，其中号暗河对隧道影响最大，暗河通过岩溶裂隙、断层等通道与隧道的水力联系较强；区内共发育12条断层，其中F18断层切割、连通号暗河，存在重大突水、突泥风险。湿热多雨的气候条件是岩溶发育的有利因素，从而形成了丰富多彩的岩溶形态，主要有石牙、溶沟、溶洞、漏斗、落水洞、岩溶管道、溶蚀裂隙等，线溶腔段跨越了DK133+005DK133+030长达25米的正洞范围。线溶腔段跨越DK132+970DK132+997长达27米的正洞范围。在两座隧道溶腔施工中，全过程采用了综合地质超前预测预报技术，使用的主要超前地质预测预报手段有：地质雷达、红外探水、地质超前钻探等。以地质超前预测预报为主导，明确施工技术方案，指导现场施工。在具体的施工方案上，运用了超前管棚、超前预注浆、双层钢架初支，围岩径向注浆、加固注浆、隧底加强处理等多种施工方法，并结合围岩监控量测加强对初支及围岩变形量的观测。二、组建高风险隧道施工地质组宜万铁路地质条件极其复杂，长大岩溶隧道的突水突泥、软岩大变形等地质灾害将严重危及施工安全和进度。监理站针对管段一级风险隧道成立了施工地质组，现场组织实施复杂隧道的施工地质工作，现场快速分析判断，决策处理复杂地质问题。重大地质问题提交设计院专家组决策处理，必要时报请专家组研讨后再决策处理。负责施工地质超前预报的工作监理，侧重过程检查和控制，着重检查是否按设计要求施做，是否满足试验要求。签认单项施工地质超前预报报告。三、明确施工地质工作程序1、把施工地质工作作为一道工序纳入施工组织设计。2、施工地质超前预报，信息化设计和信息化施工形成有机整体，各方协调一致，相互配合，做到资源信息共享、传递顺畅、反馈及时、决策迅速。3、施工地质预报发布要求：3.1、依据预报成果的等级不同，逐级采取不同的方式发布，制定对策；3.2、重大预报成果发布逐级审查核实。依据不同级别的会审，制定对策，稳妥处理。四、突出超前地质预测预报超前地质预报是隧道施工地质工作最主要的工作内容。分为既有资料收集；地质素描；洞内外水文调查；监测测试；超前地质预报；综合超前预报和成灾警报等六项任务。1、既有资料收集认真做好既有资料收集和相关地质成果的收集和分析，对存疑虑的相关重大地质问题和地段，必要时进行踏勘和补充恰当的地质工作。2、 地质素描：施工地质最基础的工作，包括正洞、超前平导和辅助导坑洞壁地质及掌子面地质素描。其主要内容包括：21、地质观察2.1.1地层岩性地层时代划分，岩组划分，岩石划分，岩体性态，切割程度，围岩等级等。监理工程师论坛/2.1.2断层断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价。断层塌方的地质原因是地质素描的重点。2.1.3贯穿性节理产状、密度、宽度、延伸情况，节理面特征、力学性质。分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部塌方的构造内因。2.1.4地应力高地应力显示性标志（岩爆、软弱夹层挤出，探孔饼状岩心等现象）及其发生部位。2.1.5特殊地层煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层单独素描。22岩溶调查：岩溶规模（形态）、位置（洞体里程）、所属地层和构造部位，充填物（成分、状态）、洞体展布的空间。3、洞内外水文调查3.1洞内水文调查3.1.1涌水点（处）调查a、空间：层位、构造部位、洞围分布，含水体分布；b、时间：点（处）间的时效关系；c、制约：制约因素、补给来源、途径、连通关系。3.1.2涌水量观测a实用量测：反映瞬间特征和短期变化特征；b长期观测：反映长期变化特征和动态特征；c涌水量观测；3.1.3水质水压测试：包括水压、水温、水色、含泥沙量测定；3.1.4危害评估32洞外水文调查3.2.1气象观测。3.2.2重要排泄点、径流点长期观测；3.2.3相关岩溶水文地质及环境水文地质调查a、调绘：相关岩溶水文调绘、地表塌方、变形调查；b、试验：同位素、示踪等；c、水质。4、监测测试：软岩变形、地面沉降变形监测及洞内的应力测试。其中隧道周边位移量测，包括拱顶下沉、净空水平收敛及必要时增设的隧底上鼓量测（采用仪器为收敛计、水准仪、塔尺）和隧道浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、偏压洞口的地表下沉量测（采用仪器为水准仪、塔尺等）为必测项目。5、超前地质预测51预测方法地质编录预测法（图解法、类比法、断层参数法）；超前物探预测法：包括TSP203、地质雷达；超前钻孔预测法；超前平导预测法；52预测有效距离a、长距离超前地质预测：其预报距离为100150m。以TSP、断层参数法等为手段结合地面地质工作综合预报。b、短距离超前地质预测：其预报距离为1530m以内。是在长距离超前地质预报的基础上，以地质雷达、58孔510m超长炮孔和30m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。c、中长距离超前预测：其预报距离为3060m，是在长距离超前地质预测的基础上，针对较大物探异常，以3060m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。6、综合超前地质预报和成灾警报61综合超前预报内容地层、完整性计含水情况；断层及富水情况；大型岩溶及富水情况；暗河。62超前地质灾害警报内容大型塌方；突水图泥；煤与瓦斯突出、天然气、瓦斯燃烧爆炸；岩爆、软岩大变形63预报灾害警报方法资料综合分析法；不良地质前兆预测法地质灾害发生可能性判断法。五、做好施工围岩分级和围岩稳定性评价围岩稳定性评价一般分为稳定性初步评价和长期稳定性评价，施工阶段需填写围岩级别判定卡和素描表。1、施工围岩分级，根据地质素描确定岩石坚硬程度、完整性，并根据岩体含水情况和地应力高低划分施工阶段围岩分级。2、围岩稳定性评价：根据施工围岩分级、撑子面稳定状态、地应力测结果、岩爆、软岩变形和地表沉陷变形观测资料，综合评价围岩稳定性。根据软岩不利结构面楔体稳定性分析，评价围岩局部稳定性，预报拱顶掉块、侧壁片帮等灾害。六、隧底及周边岩溶勘察1、施工过程中隧底及周边岩溶勘察根据既有勘察资料分析洞内地质素描及超前地质预报的岩溶发育情况，对疑有岩溶发育的段落，在仰拱和衬砌施工前施工单位按设计要求采用地质雷达、风钻探查，影响稳定的异常处采用钻孔验证，确认隧底和周边隐伏岩溶的位置、大小、顶板厚度，分析评价隧底及周边稳定性并提出处理措施。2、完工后隧底及周边岩溶勘察隧道完工后采用地质雷达及地震仪对灰岩段隧底和重点地段周边岩溶进行复查，影响稳定的异常段落用钻孔验证，评价隧底稳定性和施工中岩溶处理效果。3、平导施工中一般不做隧底及周边岩溶勘察，除非需探察研究大型溶腔对平导施工中自身稳定性和对正洞的影响。完工后再采用地质雷达及地震仪对灰岩段落和重点地段周边岩溶进行探查。七、灾害评估、防治工程措施建议1、灾害评估内容：含超前预报、围岩稳定性评价和隧底及周边岩溶勘察所揭示的大型塌方、突水突泥、瓦斯、天然气突出、岩爆、软岩变形、围岩稳定性、隧底岩溶坍塌等方面。2、灾害评估方法：结合地质复杂程度、诱发环境问题的程度和工程特征评价各类灾害对隧道施工安全、质量、工期、环境的危害评估。3、防治工程措施建议：以设计为基础，根据综合预报的地质条件，从地质的角度出发，针对不同地质条件和地质灾害及其危害程度，提出安全可行的处理措施建议，涉及变更的，提供相关变更设计资料。八、施工地质技术原则1、工作要求11督促施工单位严格按设计的超前预报方案实施，科学组织，正确处理施工进度与施工工作的关系。当施工进度与超前预报发生矛盾时，施工必须为施工地质预测预报让路，以避免盲目施工，确保施工地质预测预报实施，并起到指导施工的作用；及时将监理签认的超前预报资料和其它施工地质资料提交给设计单位。12超前预报人员应能正确使用物探仪器设备，并具备判译、预报能力。13按要求配备施工地质人员与超前探测仪器设备。14当发生涌（突）水、涌（突）泥（沙）等大型地质灾害时，及时研究分析、提出处理方案及措施意见，报批准后督促施工单位实施。2不同地质分级的超前预报要求如前所述，施工地质工作应作为一道工序纳入施工组织中。在长大复杂岩溶隧道施工地质预报工作中、应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探的结合、地质方法与物探方法的结合、多种物探方法的结合、地球物理方法与超前水平钻探的结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿整个施工过程。根据不同的施工地质分级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报。2.1超前平导预测(略)2.2正洞超前地质预测2.2.1正洞超前地质探测的模式和程序同平导，但超前水平钻和超长炮眼的数量应适当增加。2.2.2平导探测结果应作为正洞探测的参照和依据，据此研究正洞探测方案，调整（增减）正洞工作量。3、不同预报方法及测试技术要求3.1地质素描3.1.1工作要求按照地质素描的内容和现场记录格式、每次循环开挖后对掌子面和左右边墙进行素描、数码摄像.素描图记录必须在现场进行，素描一律“写实”,不做任何换算。素描图式、图例、比例、用语应统一,桉要求采取标本(包括定向标本)。3.1.2.素描资料整理要求施工一定距离后,隧道地质素描图,应分段完善、总结,并作出相应的隧道纵断面图、表。及时整理标本3.1.3提交的图表包括:洞内(正洞、平导、辅助导坑等)的展示图、掌子面素描图、正洞、平导平面联体工程地质图、水文地质图、纵断面图、横断面图、结构面调查表、水点调查表、重大涌水点(段),涌水降雨时间曲线图、岩样、水样试验4、监控测试4.1.变形4.1.1洞外监测洞外监测的重点为洞口段和洞身浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、岩溶漏斗区域及偏压洞口的地表开裂、下沉和隧道洞口边、仰坡的稳定状态、地表渗、流水等情况每次观察后应做好详细记录地表下沉的量测必须在隧道开挖之前进行.量测断面应与隧道内量测断面基本对应,每个量测断面的观测点不少于7个,监控范围应延伸布置在隧道开挖影响范围以外。地表构筑物应在其周围增设观测点。量测应超前隧道开挖工作面。监控量测时间应一直持续到地表下沉长期稳定、隧道衬砌施作完毕后停止。4.1.2洞内监测,松驰范围量测拱顶下沉、净空水平收敛及隧底上鼓量测测点应尽可能靠近工作面埋设,量测在开开挖后应及时进行,初读数应在开挖8小时内且在下一循环开挖前读取,最迟不得超过12小时。量测断面间距、每个断面测点数量、量测频率根据附表一、表二确定。当围岩收敛速度0.2mm/d变形趋于稳定,围岩变形基本稳定23周后结束量测工作。对浅埋隧道、山间洼地、岩堆、破碎带、岩溶漏斗区域、偏压隧道、软弱围岩和高地应力隧道按设计要求延长量测时间。4.1.3岩体力学测试:岩石强度,采用点荷载,取样强度试验弹性纵波速度测试。围岩压力,采用压力盒测试。4.2、地应力测试：利用平导或合适的位置另掘专门试验坑洞，采用应力解除测试。4.3、地温实测：利用钻爆孔，岩温计实测，测点均布，特别地段加密。4.5、地表水文地质监测4.5.1、水文地质监测内容选点原则：对隧道施工可能产生突水影响的地下暗河、隧道施工可能会引发地下水疏干的生活泉水，以及观察地下水位变化的深孔进行长期监测。监测项目：地下水的流量、水位、河流的渗漏，配以气象的观测。5、超前水平钻探5.1、根据需要采取16孔超前水平钻探，掌子面中部两边的超前钻孔应水平且有一定水平偏角，掌子面上部的超前水平钻孔应有一定仰角，掌子面下部两边的超前钻孔应有一定的俯角和水平偏角。5.2、每个掌子面要求配备钻进功效4m/小时的水平钻机两台。5.3、两次循环的超前水平钻孔探搭接长度不小于5米5.4、钻进过程中，对断层、溶洞充填物应干钻取样，对不同岩层代表性取样，其余采用孔内摄像记录，以提高功效。5.5、超前水平钻探资料应现场记录描述。5.6、采用少量510米炮眼钻进预测掌子面前方地层和地下水。6、物探方法的技术要求6.1TSPTSP有效预报距离应达到：A级地段100米，BC级地段150米。需要预报区段大于有效预报距离时应多次预报，两次预报重复长度不小于10米。6.2地质雷达地质雷达的有效探测距离在完整灰岩地段大于20m，在岩溶发育地段根据雷达波形判定。两次预报的重复长度5m左右。当开挖通过大的异常后，应重新进行一次预报。在不利于雷达数据采集的地段，可以不采用地质雷达方法进行超前预报。6.3单点反射（HSP）单点反射的有效探测距离应达到50m左右，两次探测的重复段应大于5m。九、强化施工过程监控：1、严格较大风险工点专项技术方案审核，技术准备不充分的不动工。2、建立健全安全质量管理台帐和重大安全风险源管理台帐，实行督办制，提升监理工作闭合率。3、实施“三个坚持”。在执行安全质量监理程序时，督促全体监理人员牢记“三个坚持”：坚持以检验批安全质量为控制核心；坚持从原材料质量控制开始实施全过程监控，以有效地施工质量控制来保障施工安全；坚持以抓好过程安全管理和质量控制来保证单位工程质量。级风险隧道施工落实钻爆开挖的必备条件，强化落实过程和结果监控，尤其是超前地质预报中之中长距离的超前钻探和超长炮孔实施过程以及超前帷幕堵水注浆过程的旁站监控，实行风险隧道开挖审批制度。十、强化级高风险隧道工程安全控制的针对性管理措施1、建立“级高风险隧道开挖许可审批制度”：1.1严格开挖审批制度：要求施工单位必须按规定程序，事先填报“级高风险隧道开挖许可审批表”，依次报现场监理工程师审批和书面签名同意、监理分站长备案后方可实施开挖作业。对于现场工程师审批或监理分站长备案抽查认为不达标的，施工单位必须按期将监理检查、复查中指出的问题全面落实到位，并重新报批后可开挖。1.2控制执行标准2、建立超前炮孔监理专项记录，着力解决级高风险隧道超前地质预报中存在的突出问题：2.1制作专门检测工具（如20PVC管），由监理人员实施专门检测。2.2由当班监理人员做好专项记录和存档备查。3、规范隧道施工量测管理：3.1编制专项量测计划书。要求施工单位依据设计文件及变更设计文件，结合隧道施工进展情况，在充分考虑隧道剩余段落的工程地质、水文地质、地形条件、支护类型和参数、施工方法及其它有关条件的基础上，编制专项量测计划书。其要点应涵盖：现场量测的主要手段、量测仪器与工具及其选用、量测项目（列出监控量测项目清单）及方法等。明确测量实测专项组织机构，落实具体人员。视围岩分级，分段落明确施测部位和测点布置。测试方案和实施计划。量测数据处理与应用、量测管理办法等。3.2监理工程师完成专项量测计划书审核。要求监理人员对专项量测计划书进行审核，审核内容主要包括：现场量测的主要手段、量测仪器和工具、量测项目及方法、时间、频率、测点布置是否满足要求。施测机构、人员组成能否满足施