隧道施工技术 课件 06实训任务一 超前地质预报

实训任务一：超前地质预报任务分配教学内容情境教材时间安排教师引导教师向学生简单介绍隧道超前地质预报方法、技术；监控量测方法、技术；布置教学任务并进行引导、检查和评价。施工录象1、15PPT课件840分钟学生学习1、超前地质预报的目的？TSP超前地质预报可预测和分辨的地质现象有哪些？2隧道施工量测的目的是什么？3、隧道施工技术规范规定的主要量测项目有哪些？4、隧道施工技术规范规定的主要量测项目的量测方法如何？5、隧道施工量测项目的选择原则？6、测试断面、测线、测点、测孔的布设？量测期间及量测频率的确定？7、量测数据分析方法及反馈内容？小组讨论案例六：沪蓉西高速公路谭家坝隧道TSP预报50分钟+8、完成书面基本练习；研读实训案例十。（一）地质预测、预报的内容1、不同岩性、围岩级别变化的界面位置；2、断层及其影响带的位置、规模及其性质；3、软弱夹层的位置、规模及其性质；4、岩溶的位置、规模及其性质；5、含水构造的位置、规模及其性质；6、工程地质灾害可能发生的位置和规模。一、超前地质预报TSP超前地质预报原理模型表达超前水平钻探（二）地质预测、预报的常用方法1、常规地质法:预测、预报简单、直观，需要有较多的地质经验，且范围有限；2、物理勘探法:预测、预报范围较大，占用施工循环时间较少，需要专业的地质判读经验；3、钻探法:直接、可靠，超前性最好，是较好的预报手段，但费用较大。

施工中应该根据实际情况综合考虑、合理应用、相互补充和印证。1、常规地质法（地质素描）常规地质法:爆破开挖后及时查看掌子面地质状况(包括支护状况)，描绘地质图，通常称为地质素描。适用于:为近期开挖、支护提供预报(设平导时视超前正洞的长度)。一般应包括以下内容的描述：1）代表性测试断面的位置、形状、尺寸及编号;2）岩石名称、结构、颜色;3）层理、片理、节理、裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等；各结构面的成因类型、力学属性、粗糙程度、充填物质的成分和泥化、软化情况;4）岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬程度及破碎程度;5）岩体风化程度、特点、抗风化能力。6）地下水的类型、出露位置、水量大小、携带物及其对锚喷支护施工的影响等;9）溶洞等特殊地质条件描述;8）围岩松动、弯折、变形、岩爆、掉块、坍塌的位置、规模、分布和持续时间等情况;7）施工情况，包括开挖方式、方法，锚喷支护参数，及施工循环时间;10）初期支护喷射混凝土层开裂、起鼓、剥落情况，钢拱架变形情况;11）地质断面展示图(1:20～1:100)，或纵横剖面图(1:50～1:100)。必要时应附彩色照片。2、物理勘探法物理勘探法: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。适用范围:探测掌子面前方和周围较大范围内的地质构造、洞穴、隐伏含水体等工程地质、水文地质条件。表8-1常用的物理勘探方法及适用范围方法名称适用范围电法直流电法超前探测隧道掌子面和侧邦的含水构造高密度电阻法探测岩溶、洞穴、地质界线电磁法地质雷达1.探测隐伏断层、破碎带；2.探测地下岩溶、洞穴；3.探测地层划分甚低频1.探测隐伏断层、破碎带；2.探测岩体接触带；3.含水构造及地下暗河等地震波法和声波法折射波法1.划分隧道围岩级别；2.测定岩体的纵波速度反射波法1.划分地层界线；2.探测隐伏断层、破碎带；3.探测地下洞穴；4.测定含水层分布隧道地震波法（TSP）1.划分地层界线；2.查找地质构造；3.探测不良地质体的厚度和范围瑞雷波法1.探测隐伏断层、破碎带；3.探测岩溶、地下洞穴红外线地下水探测1.探测局部地温异常现象；2.判断地下脉状流、脉状含水带、隐伏含水体等所在的位置3、钻探法钻探法是在工程建筑物的设计位置钻孔探查，来分析、判断地层变化、岩性差异、地层含水量等信息，进而预报工程地质条件，指导建筑设计和施工方案的制定。适用范围:钻探法是最直观、最可靠的超前预报手段适用于绝大部分地层条件。（一）量测目的1、提供监控设计的依据：①掌握围岩力学形态的变化和规律；②掌握支护的工作状态。2、指导施工，预报险情：①作出工程预报，确立施工对策；②监视险情，安全施工。3、校核工程理论，完善工程类比方法：

①为理论解析提供计算数据与对比指标；②为工程类比提供参考指标；③为地下工程设计与施工积累经验资料。4、工程运营期间的监控手段：

①掌握工程运营中的安全状况；②及时发现险情，及时采取相应的补救措施。二、量测与监控目的、仪器、内容和方法（二）量测仪器根据转换的物理效应不同，量测仪器可分为：机械式电测式光弹式物探式（三）量测内容1、现场观察：①开挖面附近的稳定性；②围岩构造情况；③支护变形与稳定情况；④校核围岩分类。2、岩体力学参数测试：①抗压强度Rb；④内摩擦角φ②变形模量E；⑤泊松比μ③黏聚力C；3、应力应变测试：①岩体原始应力；②围岩应力、应变；③支护结构的应力、应变；④围岩与支护之间的接触应力。4、压力测试：①支撑上的围岩压力；②地下水渗透压力(包括水量、水质测试)5、位移测试：①围岩位移及地表沉降；②支护结构位移及变形。6、温度测试：①岩体(围岩)温度；②洞内气温；③洞外气温。7、物理探测：①弹性波(声波)测试；②视电阻率测试Ps。（四）量测项目、频率（隧道施工技术规范规定表8-2

）项目分类序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间1～15天16天～1个月1～3个月大于3个月必测项目1地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述；地质罗盘等开挖后及初期支护后进行每次爆破后进行2周边位移各种类型收敛计每10m～50m一个断面，每断面2～3对测点1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月3拱顶下沉水准仪、水准尺、钢尺或测杆每10m～50m一个断面1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月4锚杆或锚索内力及抗拔力各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器每10m一个断面，每个断面至少三根锚杆续表8-2量测项目及量测频率选测项目5地表下沉水准仪、水准尺每5m～50m一个断面，每断面至少7个测点,每隧道至少2个断面，中线每5～50m一个测点开挖面距量测断面前后<2B时，1～2次/天；开挖面距量测断面前后<5B时，1次/天；开挖面距量测断面前后>5B时，1次/周。6围岩体内位移(洞内设点)洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢丝式位移计每5m～100m一个断面，每断面2～11个测点。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月7围岩体内位移(地表设点)地表钻孔中安设各类位移计每代表性地段一个断面，每断面3～5个钻孔同地表下沉要求8围岩压力及两层支护间压力各种类型压力盒每代表性地段一个断面，每断面宜设15～20个测点1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月9钢支撑内力及外力支柱压力计或其它测力计每10排拱架支撑设一对测力计1～2次/天1次/天1～2次/周1～3次/周10支护及衬砌内应力、表面应力、及裂缝量测各类混凝土内应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法每代表性地段一个断面，每个断面宜为11个测点1～2次/天1次/天1～2次/周1～3次/周11围岩弹性波速度测试各种声波仪及配套探头在有代表性地段设置（一）水准仪测拱顶下沉或地表下沉隧道开挖后，围岩位移是围岩动态的最显著表现，最能反映出围岩(或围岩加支护)的稳定性。由已知高程的临时或永久水准点，使用较高精度的水准仪，就可观测出隧道拱顶或隧道上方地表各点的下沉量及其随时间的变化情况。隧道底鼓也可用此法观测。通常这个值是绝对位移值。三、量测方法水准仪测拱顶下沉（二）收敛计测坑道周边相对位移1、量测原理

为量测方便起见，除对拱顶、地表下沉及底鼓可以量测绝对位移值外，坑道周边其它各点，一般均用收敛计量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩位移动态。2、收敛计1）收敛计一般由带孔钢尺，测微百分表，张力调节器，测点连接器组成；2）测点连接器有单向连接销式及球形铰接式两种。3）测点是将带销孔或圆球测头的长度为20cm～30cm的钢筋锚固于岩壁内，锚固方式同早强水泥砂浆锚杆。测头的位移即可代表岩壁表面该测点的位移；4）张力调节器有重锤式、弹簧式，应力环式。收敛仪测水平相对位移图8-1QJ-81型球铰连接弹簧式收敛计3、测试方法及注意事项1）开挖后尽快埋设测点，并测取初读数，要求12h内完成;2）测点应尽可能靠近开挖面，要求在2m以内;3）读数应在重锤稳定或张力调节器的指针稳定指示规定的张力值时读取;4）当相对位移值较大时，要注意消除换孔误差;5）测试频率应视围岩条件、工程结构条件及施工情况而定;6）整个量测过程中，应作好详细记录，并随时检查有无错误。记录内容包括：断面位置、测点(测线)编号、初始读数、各次测试读数、当时温度、以及开挖面距量测断面的距离等。4、数据整理

1）坑道周边相对位移计算式为：式中：

R0—初始观测值；

Ri—第i次观测值；

ui—第i次量测时，该两测点之间的相对位移值。2）测尺为普通钢尺时，要消除温度影响尤其当洞径大(测线长)，及温度变化大时，应进行温度改正。其计算式为：式中：

α—钢尺的线膨胀系数（一般取)；

L—量测基线长；

t0、ti—分别为初始量测时温度和第i次量测时温度。3）量测过程应及时计算出各测线的相对位移值，相对位移速率，及其与时间和开挖断面距离之间的关系。图8-2位移u-时间t关系曲线

图8-3位移u-开挖面距离l关系曲线

图8-4位移速度v-时间t关系曲线（三）位移计测围岩内部位移1、量测原理

围岩内部各点的位移反映了围岩内部的松弛程度，而且更能反映围岩松弛范围的大小，这也是判断围岩稳定性的一个重要参考指标。在实际量测工作中，先是向围岩钻孔，然后用位移计量测钻孔内(围岩内部)各点相对于孔口(岩壁)一点的相对位移。2、位移计1）位移计有两种类型，一类是机械式，另一类是电测式。2）定位装置是将位移传递装置固定于钻孔中的某一点，则其位移代表围岩内部该点位移。3）位移传递装置是将锚固点的位移以某种方式传递至孔口外，以便测取读数。传递的方式有机械式和电测式两类。4）孔口固定装置。一般测试的是孔内各点相对于孔口一点的相对位移，故须在孔口设固定点或基准面。3、测试方法及注意事项图8-5机械式位移计图8-6电阻式多点位移计4、数据整理1）孔内测点(L1，L2，…)位移(u)-时间(t)关系曲线；2）不同时间(t1