学习资料六-超前地质预报及监控量测技术PPT课件.ppt

学习资料六超前地质预报及监控量测技术 1 第一部分隧道超前地质预报综合分析技术 3 18 2020 2 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 3 18 2020 3 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 3 18 2020 7 超前预报目的开挖前对地质情况的了解 对于隧洞建设有着十分重要的作用 通过超前预报 及时发现异常情况 预报掌子面前方不良地质体的位置 产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性 为正确选择开挖断面 支护设计参数和优化施工方案提供依据 并为预防隧洞涌水 突泥 突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息 使工程单位提前做好施工准备 保证施工安全 同时还可节约大量资金 所以隧洞超前预报对于安全科学施工 提高施工效率 缩短施工周期 避免事故损失 节约投资等具有重大的社会效益和经济效益 二 地质综合分析基本要求 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 3 18 2020 11 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 物理勘探法是用爆破 激振装置发生并向围岩内发射弹性波或电磁波 同时用仪器接收从围岩不同界面反射回的波 通过专业分析 判断并预报隧道前方的工程地质 水文地质情况 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 3 18 2020 15 三 地质综合分析主要方法 2 综合物探法 3 18 2020 16 地质雷达法 地质雷达工作原理示意图 3 18 2020 17 3 18 2020 18 地质雷达 3 18 2020 19 雷达测试 3 18 2020 20 瑞典MALA公司GPR CU 型地质雷达 需钻孔验证 3 18 2020 21 美国GSSI公司产的SIR 20型地质雷达 3 18 2020 22 实例1某隧道右线YK84 948 YK84 978里程段的超前地质预报中 FD MT R17 2007 08 29 指出围岩YK84 968 YK84 972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 3 18 2020 23 YK84 948 YK84 978地质雷达波形图 YK84 968 YK84 972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 3 18 2020 24 现场照片右线YK84 968 YK84 972里程段 3 18 2020 25 实例2某隧道右线出口YK68 397 YK68 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 391 YK68 388里程即掌子面前方6 9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 397 YK68 372里程段波形图 地震波反射法 TSP TGP TSP TGP测量原理图 3 18 2020 28 3 18 2020 29 实例3黔桂铁路扩能改造工程第六标 成都局 定水坝隧道 3 18 2020 30 3 18 2020 31 TST法 3 18 2020 32 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 3 18 2020 33 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 3 18 2020 34 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 3 18 2020 35 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 3 18 2020 36 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 3 18 2020 37 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 3 18 2020 38 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 3 18 2020 39 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 3 18 2020 41 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 3 18 2020 45 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 3 18 2020 46 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 3 18 2020 47 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 3 18 2020 49 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 3 洞外观察地表面的变异情况 植被状况以及水系情况等 是浅埋隧道和隧道洞口段特别重要的量测 3 18 2020 50 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 3 18 2020 51 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 3 18 2020 52 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 18 2020 53 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 SWJ IV型隧道隧道收敛计 3 18 2020 54 周边位移量测 收敛计现场监测 3 18 2020 55 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 量测方法 1 精密水准仪观测拱顶下沉 2 全站仪观测拱顶下沉 3 激光隧道围岩实时监控 3 18 2020 56 拱顶下沉量测 精密水准仪现场监测 3 18 2020 57 全站仪现场监测 3 18 2020 58 4 地表下沉量测目前 我国铁路部门已将地表下沉量测列为隧道监控量测中的必测项目 量测目的在于 1 地表下沉范围 量值 2 地表及地中下沉随工作面推进的规律 3 地表及地中下沉稳定的时间地表下沉量测一般用精密水准仪量测 量测精度 1mm 3 18 2020 59 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 3 18 2020 60 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 3 18 2020 62 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 其中电测式又可分为电阻应变式和钢弦式 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 18 2020 63 3 围岩压力及两层支护间压力量测通常情况下是指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 其方法是在围岩与支护 两次支护之间埋设各种压力盒等传感器 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 3 18 2020 64 钢弦式压力盒布置图 65 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 3 18 2020 66 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 3 18 2020 67 钢支撑内力 表面应变计量测型钢支撑内力 型钢支撑 表面应变计 3 18 2020 68 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 3 18 2020 69 6 声波测围岩的弹性波速度声波测试是地球物理探测方法的一种 它是在岩体的一端激发弹性波 而在另一端接收通过岩体传递过来的波 弹性波通过岩体传递后 其波速 振幅 频率均发生改变 因此 弹性波在岩体中的传播特征就反映了岩体的物理力学性质 目前 在工程测试中 普遍应用声波在岩体中传播速度的纵波速度Vp来作为评价岩体物理力学性质的指标 一般具有以下规律 1 岩体风化 破碎 结构面发育 则波速低 衰减快 频谱复杂 2 岩体充水或应力增加 则波速高 衰减慢 频谱简化 3 岩体不均匀和各向异性 则其波速与频谱也相应表现出不均一和各向异性 3 18 2020 70 3 18 2020 71 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 3 18 2020 72 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 18 2020 73 由于量测的偶然误差所造成的离散性 因此对量测数据采用统计学原理进行分析 并以相应的数学公式进行描述 采用回归分析对量测数据进行处理和计算 得到u t两个变量之间的函数关系 用这个函数曲线能代表测试点数据的散点分布 并能推算出因变量的变化速率和极限值 主要采用以下指数 对数和双曲三种曲线函数进行线性回归计算 三种曲线函数的原形公式与换算公式如下 3 18 2020 74 对三种曲线函数进行回归分析后 根据三种曲线方程的相关系数r 取r最趋近于1的曲线方程代表所分析测点数据的变化情况 一般情况下所选择曲线函数的相关系数r的绝对值应大于0 9 3 18 2020 75 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 3U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 3 18 2020 76 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1 0 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 18 2020 77 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 0 时态曲线趋于平缓