隧道超前地质预报和监控量测关键技术(培训资料)

文摘   2024-11-08 14:11   广西  

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隧道施工过程中,监控量测和超前地质预报预测应作为关键工序纳入隧道工程施工组织管理。施工前应编制监控量测、地质预报监测方案、实施细则,通过监测结论分析动态管理,为施工方案优化、支护参数调整、安全风险评估管理等方面的决策提供了重要依据。
施工监测应包括地质围岩监测、变形监测、受力监测、有害气体监测、震动监测、隧道周边建(构)筑物监测以及特殊隧道监测等内容。

1、地质监测

地质监测主要包括超前地质预报和地质综合评价,不同级别的地段采取不同的监测方法。根据不良地质对隧道施工安全与环境的危害程度分为A、B、C三级管理。

超前地质预报可采用地质调查法、物理勘探法、超前钻探法、超前导洞法等,预测、预报隧道掌子面前方及周围岩体的地质条件,以及可能引起地质灾害的不良地质体。重点监测地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质等。

超前地质预报应以地质分析为基础,运用地质调查与物探相结合、长短探测相结合、洞内与洞外相结合、物探与钻探相结合、超前导洞与主洞探测相结合、构造探测与水文探测相结合的综合预报方法,并相互验证。 

(1)地质调查法

地质调查法应包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质调查。
地表补充地质调查主要有:
1)已有地质勘察成果的核查和确认。
2) 地层层位、层序、岩性、各岩层在地表的出露及接触关系。
3) 断层及其破碎带、褶皱、节理密集带等在地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况。
4 )地表岩溶发育位置、规模及分布规律,滑坡、泥石流、崩坍、岩堆等分布范围、性质。
5 )煤层、膨胀岩、湿陷性黄土、盐岩、含石油天然气、含放射性物质等特殊地层在地表的出露位置、宽度及其产状变化情况。
6 )地表径流、泉水、水库、池塘、暗河等。
7 )人为坑道、建筑物位置、走向、展布、高程等。
8 )根据地表补充地质调查结果,核实和修正超前地质预报的重点区段。

隧道内地质调查应在隧道开挖后及时进行,主要有:

1)地层岩性、地质构造、地应力等工程地质条件。

2)地下水分布、水利联系、水质、涌水、突泥等水文地质情况。

3)岩溶规模、形态、位置、充填物等情况。

4)煤层、膨胀岩、湿陷性黄土、盐岩、放射性围岩等地产及瓦斯有害气体赋存情况。

5) 人为坑道与隧道的空间关系、对隧道的影响情况。

6)围岩稳定性特征。

7)并绘制掌子面地质素描图、进行隧道施工围岩分级、提供隧道洞身地质编录。

(2)物探法

主要方法应包括有弹性波反射法、地质雷达法、红外探测法、瞬变电磁法、高分辨直流电法。物探法应根据拟探测对象的埋深、规模及其与周围介质的物性差异确定。地质条件复杂或存在多种干扰因素的隧道,应采用多种物探法,并与其它预报方法相结合,综合分析。

(3)钻探法

在富水构造破碎带、富水岩溶发育地段、煤系或油气地层、瓦斯发育区、采空区以及重大物探异常地段等地质复杂隧道和水下隧道必须采用超前钻探法预报、评价前方地质情况。超前钻探法主要有超前水平地质钻探、加深炮孔等。
超前钻探法反映情况直观,通过钻机钻进速度、钻孔岩芯以及相关试验可获取隧道开挖面前方岩石(体)的强度、岩性、完整程度等指标以及地下水状况等诸多方面的直接数据。

(4)超前导洞法

超前导洞法可采用平行超前导洞法和主洞超前导洞法,两座并行隧道可根据先行开挖的隧道预测后开挖隧道的地质条件。在岩溶发育可能性较大地段,可能存在人为坑道、采空区地段,可利用超前导洞采用物探、钻探手段横向探测隧道主洞。 

超前导洞法对煤层、断层、地层分界线等面状结构面预报比较准确,但对于复杂岩溶和采空区等地段,可能漏报,因此应增加其它手段,避免漏报。

2、变形监测

隧道施工时应进行变形监测,主要应包括周边位移及拱顶下沉、地表下沉、洞口监测、围岩内部位移、支护状况观察等内容。洞内变形监测点应在隧道开挖后及时埋设,并宜靠近掌子面,获取初始读数的时间不宜超过开挖完成后4h。监测报告内容主要应包括施工情况、监测方法、监测数据、变形分析、应对措施及施工建议等。变形异常时应及时报告。 

(1)隧道施工过程中必须进行周边位移及拱顶下沉监测。监测点位应牢固设置在稳固基岩或支护结构上,并采取防损坏措施。

(2)地表下沉

在浅埋隧道、洞口段或有特殊要求的应进行地表下沉监测。应在开挖面到达前二周或距三倍隧道跨度以前埋设测点,纵向里程尽量与洞内沉降监测断面在同一里程。

多点位移计监测地表沉降

(3)洞口监测

洞口监测主要应包括地表观察、地表下沉、地表水平位移、土体测斜等内容。洞口段或浅埋段应进行地表观察,记录地表及边坡表面开裂、坍陷、边坡及仰坡稳定状态、地表径流、渗水情况等,同时应与地表下沉、地表水平位移对照分析洞口段边坡稳定性。因洞口段容易产生洞口边坡失稳现象,而失稳前经常存在边仰坡开裂、洞顶地表变形开裂等表观现象,如果开裂后处理不及时就会出现地表水下渗,加剧洞口失稳的发生。

(4)围岩内部位移

根据设计要求、施工需要,可选择有代表性地段监测围岩内部位移。
围岩内部位移分为从地表测量的方法和从隧道内测量的方法,地表测量的方法主要是指浅埋或者偏压隧道拱顶以上围岩通过测试其不同深度的沉降或者水平位移(倾斜);隧道内监测方法是指径向打孔设置多点位移计或者单点位移计,测试设定深度范围内相对洞壁的相对位移值,是了解隧道围岩松驰圈范围的最直接反映,测试隧道开挖后围岩不同深度范围内位移变化状况。

3、其它监测

(1)受力监测

可根据设计和施工要求、工程需要进行隧道受力监测,主要应包括锚杆轴力、拱架内力、接触压力、衬砌内力和孔隙水压力等内容。

2)有害气体监测

隧道含有瓦斯、天然气、石油气、沼气、瓦斯、氮氧化合物、碳氧化合物以及氧气含量等时,必须进行有害气体的监测。

3)爆破震动监测

在隧道穿越敏感建(构)筑物时,钻爆法施工时采用控制爆破,并对受爆破影响的建(构)筑物及设施进行震动监测。

4)周边建(构)筑物监测 

与既有建(构)筑物接近或相交的公路隧道越来越多,其穿越方式主要有上穿、下穿和侧穿三种基本情况,至施工过程中必须对隧道施工影响范围内周边建(构)筑物进行监测。

(5)特殊隧道监测 

特殊隧道主要包括寒区隧道、高地应力隧道、高地温隧道、放射性地层隧道、膨胀岩隧道、水下隧道和特殊结构隧道。考虑到特殊隧道的特殊性,常规施工监控量测内容及手段已不能满足施工要求,应采取有针对性的监测手段,采用专门仪器或测试方法进行监测。

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