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1、地面地质调查、隧道掌子面地质编录、超前钻探等。其中，地面地质调查和掌子面地质编录与分析两种方法的优点是不干扰施工，设备简单，出结果快，预报效果较好，而且为整个隧道提供详细的地质资料；缺点是对于隧道前方未开挖的不良地质容易漏报。超前钻探可以直观反映掌子面前方基本地质情况，是施工预报最有效方法之一，对岩体完整性、地下水和垂直隧洞轴线的地质结构面等预报效果较好，但需占用较长的施工作业时间，费用高，所以超前钻探只适用于针对某些重点疑难问题的预报。（2） TSP 法TSP（tunnel seismic prediction）法基于地震波的反射原理，是利用地震波在不均匀地质构造中产生的反射波特性来预报隧道

2、施工前方的地质条件和岩石特性变化的一种方法9。TSP 对掌子面前方遇到与隧道轴线近垂直的不连续面的预报结果可靠。地震波在断层等不连续面处产生较强发射，出现大量反射界面，同时P 波波速VP 降低。由于溶洞（含空腔）发育复杂多变、大小不定、形态各异，几何形状变化大，地震反射波特征复杂，因此TSP 对溶洞的预测效果稍差。常见表现特征为：地震波在空洞与岩体界面产生较强发射，空洞区域的纵波和横波波速都较低，在深度偏移剖面图中强弱反射界面交替出现等。对于地下水体，TSP 不甚敏感，预报水的准确性不是很高。对地下水体的判断一般依靠VP/VS的准确性，VP/VS 增加或泊松比突然增大，表明可能有流体的存在。对

3、于岩体强度的判断，一般依据P波正负反射振幅，正反射振幅表明硬岩层，负反射振幅表明软岩层。（3） 地质雷达法地质雷达（ground penetrating radar，GPR）法是一种利用电磁波在不同介质中产生透射、反射的特性来进行超前地质预报的方法10。对于探测破碎岩体，地质雷达效果好，由于岩石被节理裂隙切割，反射界面增多，反射波能量发生变化、频率降低，同相轴连续性变差，甚至错断，常表现为波形杂乱；对于溶洞，地质雷达探测效果较好，电磁波在含水溶洞周界发生反射，一般形成振幅较强的弧形反射波；当为干溶洞（空腔）时，地震波在空腔与周围岩体界面产生较强发射，强反射界面增多，波幅及相位变化较大，同相轴发

4、生错断；当溶洞中充填碎块石时，则与破碎岩体相似；对于地下水，电磁波对水的反射界面较为敏感，但是由于对水的探测受到种种因素的干扰，效果不甚理想；对于围岩软硬情况，电磁波对均质的传播介质都具有同相轴连续的特征，因此，在软岩硬岩的反应上不易区分。（4）高密度电法高密度电法作为隧道施工超前预报的一种方法，已得到越来越多的工程界人士的认可，其主要优点是在隧道地表施测，探测度较大，解释成果图比较直观地反映出整个隧道断面地质情况，为隧道施工提供较为准确的地质资料。我公司在广东梅河高速、赣粤高速、云南大理铁路、水麻高速、元双公路等隧道施工中应用高密度电法进行隧道超前预报工作，取得了不错的效果，积累了一定的经验

5、。高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率的分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视电阻率s的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。该方法对围岩的含水情况特别敏感，围岩破碎含水，其视电阻率明显降低，完整、坚硬岩土的视电阻率明显高于断层带或破碎带和富水带围岩的视电阻率。这种方法原理清晰，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。近年来随着计算机数据采集技术的改进，使勘探效率大大提高，增大了剖面的覆盖面积和探测深度，在强干扰的环境

6、下也能取得可靠数据，大大地提高了信噪比，可准确地探测地质体。该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛而成功的应用。高密度电法是许多普通电法排列、测点的集合，是将许多电极（一般为60个以上），按一定极距（一般为16m）排列，通过电缆、转换开关同测量仪器相连。测量时，测量仪器通过指令控制转换开关以一定的排列顺序将电极转换成供电电极或测量电极。当岩体完整时，视电阻率灰阶图像成层状分布，透过表层（水）后其视电阻率沿垂直方向应呈升高趋势，并且在土层（或覆盖层）和基岩的分界面应有明显的视电阻率差异。电法数据采集使用的仪器为GEOPEN公司生产的E60B型高密度电法仪和终端选址开关电极及专用

7、电缆设备。 本次勘察使用装置为：点距16m、60个电极、排列长度最长360m，勘探深度最大超过100m，滚动覆盖。由于加大排列长度，会使深层（大极距时）高压供电困难使深部勘探信息变弱，为保证勘探质量，我们采取了如下主要措施： 保证各电极和电缆连接良好，每天清洗电极和电缆连接点，在安插电极时，将电极和电缆连接点擦试干净，同时检查接点处有无泥土和异物，保证电极、电缆连接良好，减小接地电阻，提高供电效能。 每次安插好电极时，压紧电极和泥土接触处泥土，减少电极和泥土藕合接触电阻，进一步减小接地电阻和提高供电效能。 为防止电缆长度加长，内阻加大，电压下降，开关转换不好，造成坏点增多现象，采用多端供电技术

8、。以上措施有效地减小了接地电阻，提高了供电效能，同时使坏点减小到最低限度甚至完全消除，保证了勘探质量。高密度电法资料处理高密度电法资料处理流程首先将存储在仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机，进行坏点删除、地形校正及格式转换等预处理，然后将数据导入Surfer软件，绘成视电阻率等值线图，图中颜色由深蓝色、兰色、绿色、黄色、紫色、浅红色、红色分别表示视电阻率值由小到大。依据等值线图上的视电阻率值的变化特征结合地质调查资料作出地质解释。测线布置高密度电法测线一般是沿隧道轴线方向在地表布置12条平行隧道轴线的纵测线，测线长度一般要在隧道进、出口端往外延伸50100米。2.3 隧道常见物探超前预报

9、方法评价分析 TSP、地质雷达等上述4 种超前物探预报手段对断层、破碎岩体、富水情况、干溶洞、软弱岩体这5 种不良地质条件预报的准确性，对比评价情况如表1 所示。如对于探测干溶洞（含空腔），地质雷达和高密度电法评价结果为B，预报结果准确度相对较高，为优先考虑的方法；TSP 法评价结果为C，预报结果准确度较低，可参考考虑；瞬变电磁法评价结果为D，预报结果准确度低，可不考虑。根据表1，可有针对性地选择一种或者几种准确率较高的物探预报方法进行综合预报。表 1 4 种物探预报方法预报准确性对比评价物探方法准确性评价断层破碎岩体富水情况溶洞（干）软弱岩体TSPABC地质雷达高密电法D注：A，B，C，D

10、分别表示对应于某一种地质情况，该方法与其他几种方法相比准确度高、较高、较低、低。2.4隧道综合超前地质预报体系2.4.1 综合预报原则隧道综合超前地质预报应以“地质分析为核心，综合物探与地质分析结合，洞内外结合，长短预测结合，物性参数互补”为原则：（1） “以地质分析为核心”是指以地面和掌子面地质调查为主要手段（必要时开展超前钻孔），并将地质分析作为超前预报的核心，贯穿于整个预报工作的始终。（2） “综合物探与地质分析结合”是指在开展TSP、地质雷达、瞬变电磁法等综合物探工作的同时，必须将物探解译与地质分析紧密结合。（3） “洞内外结合”是指洞内、洞外预报相结合，并以洞内预报为主，如地面地质调

11、查是洞外预报，掌子面素描、超前钻探和各种物探方法是洞内预报。（4） “长短预测结合”是指在长距离预报的指导下，进行短距离精确预报，如地面地质调查和TSP是长距离预报，掌子面素描、地质雷达、超前钻探等是短距离预报。（5） “物性参数互补”是指选取的物探预报方法其预报物性参数应相互补充配合。TSP、地质雷达、高密电法等物探方法不一定同时同等使用，应在地质分析的基础上，考虑“长短预测结合”等综合预报原则和物探方法适宜性，选取适宜的一种或几种物探方法进行预报。如对于探测断层，宜选用TSP+GPR组合；对于探测富水情况，宜选用TSP高密电法组合。2.4.2 综合预报工作体系在上述综合预报原则的指导下，建

12、立隧道超前地质综合预报工作路线，如图1 所示。首先对隧址区勘察设计资料进行详细研究，利用地面地质调查等方法，确定断层和其他不良地质体与隧道轴线交点的大概位置，估测岩层、断层和其他重要地质界面的产状，预测地下水富存段。在此基础上，根据宏观地质分析预测成果和掌子面地质调查，结合各种物探方法的适宜性（见表1），有针对性的选择一种或者几种物性参数互补的物探方法进行超前探测与预报解译，了解掌子面前方一定距离的详细地质特征信息。通过上述地质分析和物探预报解译，对掌子面前方的基本地质条件，包括断层、岩体破碎情况、溶洞、地下水情况、岩体软硬程度等，进行综合分析预报，并判断是否存在不良地质体和施工地质灾害，并采

13、取相应的措施指导施工。图1 隧道超前地质综合预报工作路线图2.4.3 综合预报组织机构在隧道超前地质综合预报工作中，成立以施工单位为主体的“超前地质预报综合分析现场组”（简称为现场组）；同时，成立有丰富理论知识和工作经验的专家组成的“隧道超前地质预报专家顾问组”（简称为专家顾问组）进行平行咨询。现场组负责收集地质编录组、物探测试组（如TSP 测试组等）的相关超前地质预报资料，并对其进行综合分析，形成综合预报初稿，并上报专家顾问组。在收到专家顾问组意见后，现场组讨论分析，必要时实施超前钻探，并形成最终综合预报报告。然后通过监理组组织的四方会议，根据预报结果形成工程决策来指导施工。其详细工作流程见

14、图2，为保证组织机构完整性，图2 中列出了4个物探测试组，实际可根据隧道复杂程度，选择其中的一种或几种物探方法建立相应的物探测试组。图2 隧道超前地质综合预报组织机构工作流程图2.4.4、不良地质综合预报流程依据上述隧道超前地质综合预报原则和综合预报工作体系，建立综合预报断层、破碎岩体、富水情况、溶洞、软弱岩体等不良地质情况的工作流程，如图3 所示。为保证预报模型完整性，图3 包含了预报上述不良地质情况基本可用的物探方法，实际综合预报中，可依据物探方法适宜性评价和“物性参数互补”等综合预报原则，选取适宜的一种或几种物探方法组合。图3 不良地质条件的综合预报工作方法流程图2.4.5 预测指标选取

15、与分级根据上述综合预报流程，结合地质资料和物探方法对断层、破碎岩体、溶洞、富水情况、软弱岩体五种不良地质情况的响应特点，选取适宜的地质和物探参数指标，并根据各个指标对预报结果的影响对其进行分级。（1） 断层预测指标及其分级将断层预测目标划分为 4 个级别：存在、存在可能性较大、存在可能性较小、不存在。选择六类因子作为断层的预测指标：设计阶段区域断层信息；掌子面断层调查情况；TSP 反射界面和VP 变化特征；地质雷达波的综合特征；BEAM 的PFE 值。总结各因子对应于断层的表现特征，确定各断层评价指标分级情况（见表2）。表2 断层预测指标及其分级 （2） 破碎岩体预测指标及其分级将岩体破碎程度

16、划分为 4 个级别：完整、较完整、较破碎、破碎。选取五类因素作为掌子面前方岩体破碎程度综合分析预报的预测因子：设计阶段地质资料；掌子面节理裂隙发育情况；TSP 的P 波V波速特征；BEAM 的PFE 值；地质雷达波的综合特征。总结各因子对应于不同破碎程度的表现特征，确定破碎岩体预测指标分级情况（见表3）。表3 破碎岩体预测指标及其分级（3） 围岩富水情况预测指标及其分级将围岩富水情况划分为 4 种不同类型，选取6种因子作为预测指标，分别为设计阶段富水信息、掌子面出水情况、TSP 的P 波波速与S 波波速之比VP/VS 的变化情况、BEAM 测得电阻率值、瞬变电磁测得视电阻率变化、地质雷达波波形

17、综合特征。总结各指标对应于不同富水情况的表现特征，并参考C. W. Zang 等13的分级经验，确定富水情况预测指标分级情况（见表4）。表4 富水情况预测指标及其分级 （4） 溶洞预测指标及其分级将溶洞预测目标划分为 4 个级别：选取五类因素作为有无溶洞综合分析预报的评价因子：掌子面溶洞调查情况；TSP 的VP/VS变化特征；最终确定的溶洞预测指标分级情况如表5所示。表5 溶洞预测指标及其分级（5） 软弱岩体预测指标及其分级将软弱岩体预测目标划分为4 个级别：坚硬岩、较坚硬岩、软岩和极软岩。选取三类因素作为软弱岩体的综合分析预报指标：掌子面岩体强度调查测试情况；TSP 探测的P 波波幅正负特征

18、。最终确定软弱岩体预测指标分级情况如表6 所示。表6 软弱岩体预测指标及其分级三、隧道监控量测 3.1监控量测的任务作为“新奥法”基本要素之一的监控量测，主要是通过专用仪器和工具对围岩和支护结构的受力、变形以及它们之间的关系进行观测，对其稳定性、安全性进行评价，降低施工风险，并建立针对重大坍塌和破坏事件的报警系统，实现施工安全和经济的目标。其主要提供以下信息：1、围岩稳定性、支护结构承受能力和安全信息。2、二次衬砌合理的施做时间。3、为施工中调整围岩级别、完善设计方案及参数、优化施工方案及施工工艺提供依据。3.2、隧道监控量测工作流程针对本隧道的特点，总队建立专业监测组织机构，成立监控量测及信

19、息反馈小组，由总队总工程师担任组长。每个监测小组各设一名专项负责人，在组长的领导下负责日常监测工作及资料整理工作。隧道监控量测流程图见下图。隧道监控量测流程图3.3、监控量测项目的设置根据本隧道的具体情况，依据铁路隧道工程施工技术指南（TZ 204-2008）要求，监控量测项目的设置如下：监测项目分为必测项目和选测项目两大类。必测项目：洞内外观察、拱顶下沉、净空变化、地表下沉。选测项目：围岩压力、钢架内力、喷混凝土内力、二衬内力、锚杆轴力量测、围岩内部变形量测等。隧道监控量测必测项目表序号监 测 项 目测试方法和仪器测试精度备注1洞内外观察人工观察、地质罗盘2拱顶下沉水准仪、钢尺0.1mm3净

20、空变化收敛计全站仪1mm4地表沉降水准仪、塔尺0.5mm洞口及洞身浅埋段5沉降缝两侧底板不均匀沉降水准仪、铟钢尺无喳道床施作6洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测根据设计文件，浅埋隧道一般可按下表取值判定：浅埋隧道覆盖厚度值（m）围岩级别双线隧道810152030353.4、作业标准及操作要点 （必测项目）1、洞内观察洞内观察包括开挖工作面观察和已支护地段观察。开挖工作面观察主要是了解工作面工程地质以及水文地质条件，观察内容包括：岩石种类和分布状态，结构面位置的状态。岩石的颜色、成分、结构、构造。地层时代归属及产状。节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，结构面状态特征，充填物的类

21、型和产状等。断层的性质、产状、破碎带宽度、特征等。地下水类型、涌水量大小、涌水位置及压力、湿度等。开挖工作面的稳定状态、有无剥落现象。开挖工作面观察要求在每次开挖后进行，并及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡（见附图表）。已支护地段观察每天应进行一次，若发现初期支护恶化时，应立即上报经理部及现场监理，采取相应处理措施。其目测内容包括：初期支护完成后对喷层表面的观测以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷射混凝土是否发生剪切破坏。有无锚杆脱落或垫板陷入围岩内部的现象。钢拱架有无被压屈、压弯现象。是否有底鼓现象。2、洞外观察洞外观察重点在洞口、洞身浅埋段

22、、岩溶发育区段地表，观察内容包括地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况、地表植被变化等。3、拱顶下沉和净空变化拱顶下沉和净空变化是围岩力学形态变化最直观的表现，具有量测结果直观、测试数据可靠、量测仪表长期稳定性好、抗外界干扰性强等优点，是隧道开挖过程中首选的测试项目。（1）测点布置。拱顶下沉、净空变化测点设置表断面间距（m）每断面测点数量V-VI5-102条基线1点10-3012条基线30-501条基线拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上，测点布置如下图。洞内拱顶沉降及净空变形测点布置图（2）观测各测点在距开挖面2m的范围内尽快安设，并保证在每次开挖后12h内取得读数，

23、且在下一循环开挖前必须完成。拱顶下沉的测点应与洞内或洞外水准基点联测，且每1520d校核一次。观测频率见下表。4、地表下沉地表下沉主要埋设在洞口及洞身浅埋段，可直观了解隧道开挖过程中上方地表的变位情况，并防止边坡及仰坡的坍塌。（1）测点布置地表下沉观测点尽量与洞内观测点布置在同一横断面内，观测范围横向延伸至隧道中线两侧（12）（B/2+H+H0），纵向在开挖面前后（12）（H+H0），（式中B为隧道开挖宽度，H为隧道开挖高度，H0为隧道埋深）。测点间距为25m。地表测点埋设示意图地表下沉要求在隧道开挖时开始，二次全部施作完毕且下沉基本停止时为止，其观测频率与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同，具

24、体见下表。5、隧道衬砌沉降缝两侧底板不均匀沉降观测、洞口段与洞口过渡段不均匀沉降施工完毕就施作，并根据沉降速率变化选择监测频率，一般情况下75d进行一次。洞口布点视过渡段的情况而定，根据沉降观测结果确定道床施工时间。6、监控量测频率量测依据参考数据量测频率按位移速度（mm/d）52次/d当按该两个判据出现较大差异时，取较高的作为实际的量测频率151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d按距开挖面距离（表中b为隧道开挖宽度）（01）b（12）b（25）b5b一般应在15天进行一次，洞内沉降缝每侧布设4个观测点洞口段与路基过渡段不均匀沉降洞口段布点应视过渡段的情况而定，根

25、据沉降曲线决定道床施作时间3.5、数据分析及信息反馈1、监控量测数据分析处理现场量测所取得的原始数据，要进行数学处理，将各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数居的可靠性，去掉测试错误的数据。量测数据处理应满足以下要求：（1）拱顶下沉量测拱顶下沉量测应绘制观测点下沉量与下沉速度关系曲线，与开挖地质素描和开挖各地质条件对应地作分析，与相邻观测点作对比分析。在浅埋隧道中，需和地表下沉量测结果一起分析。（2）周边位移量测周边位移量测应绘制位移时间开挖面距离变化图、位移速度位移加速度开挖面距离变化图。周边收敛量测后，必要时，可以对每条测线分别进行回归分析，求出各自回归精度最高的收敛时间回归方程

26、和收敛距开挖面距离回归方程，以推算最终位移和得出位移变化规律。（3）地表下沉量测地表下沉量测应作出横断面方向的地表下沉曲线，注意地面建筑物荷载和地表水等有关条件。2、信息反馈与工程对策监控量测信息反馈要根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。具体方法：在位移控制基准的基础上，根据实测结果进行分析，建立管理等级，用以指导施工，并根据位移情况确定二衬时间。（1）建立监控量测控制基准初期支护极限相对位移隧道埋深h（m）h5050h300300h500拱脚水平相对净空变化（%）0.010.030.010.080.030.100.080.400.300.600.100.300.200.800.701.200.200.500.402.001.803.00拱顶相对下沉（%）0.030.060.050.120.040.150.120.300.060.100.300.800.080.160.141.100.801.401、表中数据对于硬质围岩取较小值、软质围岩取较大值。 2、拱脚水