高速公路隧道超前地质预报与监控量测标准化指南10.docx
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高速公路隧道超前地质预报与监控量测标准化指南10
隧道超前地质预报与监控量测
10.1实行“第三方监测”制度
“第三方监测”制度是保证隧道施工安全和工程质量的重要举措，有效避免施工过程中可能发生的事故。
项目业主应在工程开工前委托有资质单位开展“第三方监测”工作，宜进行公开招标。
对地质条件复杂、特长隧道以及在洞口段和地质构造带等典型段落应同时委托进行超前地质预报工作。
10.1.1第三方监测工作内容
10.1.1.1隧道监控量测项目
（1）隧道结构裂缝及渗漏水；
（2）地表沉降，周围建筑物、构筑物及周围地下管线的垂直位移、水平位移、倾斜等；（3）隧道拱顶下沉和周边位移收敛监测；（4）地下水位；（5）爆破振动监测；（6）现场巡视；（7）其他根据工程特点选择监测项目。
10.1.1.2隧道质量检测项目
（1）隧道净空；
（2）喷射砼厚度、背后空洞位置；（3）衬砌砼厚度、衬砌钢筋（4）锚杆长度、注浆饱满程度；（5）钢拱架间距；（6）仰供。
10.1.1.3隧道超前预报内容
（1）地质超前预报；
（2）隧道围岩涌水量预报；（3）隧道围岩稳定位移与突发失稳时间预报。
10.1.2监测单位资格条件
10.1.2.1独立法人资格、持有有效的营业执照和法人证书。
10.1.2.2具备下列条件之一：
（1）具备公路工程试验检测综合甲级资质的企事业单位；
（2）具有工程勘察综合类甲级资质的企事业单位；
（3）具有工程勘察专业类工程测量甲级资质的企事业单位。
10.1.2.3近五年内至少完成过一座隧道的检测技术服务工作；
10.1.2.4具有一定量的从事过实际监测工作的监测工程师；
10.1.2.5经营状况、商业信誉和财务信用良好；
10.1.2.6与项目业主、监理单位及承包人不应存在隶属关系或其他利害关系。
10.1.3“第三方监测”单位应加强队伍建设，提高监测人员技术素质，加强科学监测、信息化传输和反馈控制，提高隧道安全预测预报以及防治技术。
10.1.4“第三方监测”单位对提供数的据和报告负责；执行“第三方监测”的隧道不能免除《公路隧道施工技术规范》所规定承包人应承担的责任。
10.2超前地质预报
10.2.1一般要求
10.2.1.1隧道施工应加强地质工作，以达到地质预测预报的目的。
常规地段应实施跟踪地质调查，不良地质地段应进行超前地质预报。
地质预测预报应作为必备工序纳入施工组织管理。
10.2.1.2跟踪地质调查与超前地质预报，应达到下列主要目的：
（1）在施工前期地质勘察成果的基础上，进一步查明掌子面前方一定范围内围岩的地质条件，进而预测前方的不良地质以及隐伏的重大地质问题。
（2）为信息化设计和施工提供可靠依据。
（3）降低地质灾害发生的风险。
（4）为编制竣工文件提供可靠的地质资料。
10.2.1.3隧道施工前应根据设计文件的地勘资料，编制地质预报方案和实施大纲，并报有关部门审查和批准后执行。
10.2.1.4跟踪地质调查与超前地质预报应配备专业技术人员和设备，见图10.2.1示意。
图10.2.1超前地质预报作业
10.2.1.5地质预报、信息化设计和信息化施工是一个有机的整体，各方应协调一致，紧密配合，既为量测作业创造条件，又避免因抢工程进度而忽视量测工作。
同时应做到信息传递顺畅，反馈及时，快速决策处理。
10.2.1.6现场照明、通风等作业条件良好，满足正常预报作业需要。
10.2.2超前地质预报的分级
10.2.2.1隧道施工中地质预测、预报方案应根据区域地质资料和设计文件制定，以达到预报准确、节省资源的目的。
10.2.2.2根据地质对隧道安全的危害程度，地质灾害分为A、B、C、D四级，其影响因素见表10.2.2。
10.2.2地质灾害分级影响因素
地质灾
害分级
A
B
C
D
严重
较严重
一般
轻微
地质复杂程度（含物探异常）
岩溶发育程度
极强，厚层块状灰岩，大型溶洞、暗河发育，岩溶密度每平方公里＞15个，最大泉流量＞50L/s，钻孔岩溶率＞10%
强烈，中厚层灰岩夹白云岩，地表溶洞落水洞密集、地下以管道水为主，岩溶密度每平方公里5～15个，最大泉流量10～50L/s，钻孔岩溶率5%～10%
中等，中薄层灰岩，地表出现溶洞，岩溶密度每平方公里1～5个，最大泉流量5～10L/s，钻孔岩溶率2%～5%
微弱，不纯灰岩与碎屑岩互层，地表地下以溶隙为主，最大泉流量＜5L/s，钻孔岩溶率＜2%
涌水涌泥程度
特大突水（涌水量＞1X105m3/d）、大型突水（涌水量1X104～1X105m3/d）、突泥，高水压
中小型突水（涌水量1X103～1X104m3/d）、突泥
小型涌水（涌水量1X102～1X103m3/d）、涌泥
涌水量＜1X102m3/d，涌突水可能性极小
断层稳定程度
大型断层破碎带、自稳能力差、富水，可能引起大型失稳坍塌
中型断层带，软弱，中～弱富水，可能引起中型坍塌
中小型断层，弱富水，可能引起小型坍塌
中小型断层，无水，掉块
地应力影响程度
极高应力，严重岩爆（拉森斯判据＜0.083，即岩石点荷载强度与围岩最大切向应力的比值），大变形
高应力，中等岩爆（拉森斯判据0.083～0.15），中～弱变形
弱岩爆（拉森斯判据0.15～0.20），轻微变形
无岩爆（拉森斯判据＞0.20），无变形
瓦斯影响程度
瓦斯突出：
瓦斯压力P≥0.74MPa，瓦斯放散初速度≥10，煤的坚固性系数f≤0.5，煤的破坏类型为Ⅲ类及以上
高瓦斯：
全工区的瓦斯涌出量≥0.5m3/min
低瓦斯：
全工区的瓦斯涌出量＜0.5m3/min
无
地质因素对隧道施工影响程度
危及施工安全可能造成重大安全事故
存在安全隐患
可能存在安全问题
局部可能存在安全问题
诱发环境问题的程度
可能造成重大环境灾害
施工、防治不当，可能诱发一般环境问题
特殊情况下可能出现一般环境问题
无
10.2.2.3复杂地质的预测、预报应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合，地质方法与物探方法相结合，辅助导坑与主洞探测相结合，并贯穿于施工全过程。
不同地质灾害级别的预报方式可采用：
（1）级预报可用于A级地质灾害。
采用地质分析法、地震波反射法、超声波反射法、陆地声纳法、地质雷达法、瞬变电磁法、红外探测法、超前水平钻探法等进行综合预报。
（2）级预报可用于B级地质灾害。
采用地质分析法、地震波反射法、超声波反射法、陆地声纳法，辅以地质雷达法、瞬变电磁法、红外探测法，必要时进行超前水平钻孔。
（3）级预报可用于C级地质灾害。
以地质分析法为主。
对重要地质（层）界面、断层或物探异常地段宜采用地震波反射法或超声波反射法进行探测，必要时采用红外探测法和超前水平钻孔。
（4）级预报可用于D级地质灾害。
采用地质分析法。
10.2.3超前地质预报的内容
（1）地质情况及水文地质
地层岩性，如软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土。
地质构造，特别对断层、节理密集带、褶皱构造等。
不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体、高地应力、高地温、高岩温等发育情况。
地下水，特别是岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层地带等。
（2）对照图纸提供的地质资料，预报地质条件变化情况及对事故的影响程度。
（3）预报可能出现的不良地质及其对施工的影响，以及处理措施
可能出现的塌方、滑动的部位、形式、规模、及发展趋势，提出处理措施。
可能出现突然涌水的地点、涌水量大小、地下水泥砂含量及对事故的影响。
软岩内鼓、片帮掉块地段及对施工的影响。
岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽的位置及其危害程度。
对隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层作出预报，以便及时改变施工方法或做应急措施。
隧道附近或穿过瓦斯地段的岩（煤）层中，预报瓦斯影响范围。
（4）位移量测中发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度。
（5）浅埋隧道地面出现下沉或裂缝时，预报对隧道稳定和施工的影响程度。
（6）隧道施工中由于措施不当，可能造成围岩失稳，应及时采取改进措施。
10.2.4超前地质预报分类
根据预报范围的不同，超前地质预报科分为以下三类：
（1）长距离预报：
对不良地质及特殊地质情况进行长距离宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示情况进行修正。
（2）中距离预报：
在长距离预报基础上，采用地震波反射法、超声波反射法、瞬变电磁法、深孔水平钻探等，对掌子面前方30～200m范围内的地质情况较详细的预报。
（3）短距离预报：
在中长距离预报的基础上，采用红外探测法、瞬变电磁法、地质雷达和超前钻孔，微观的探明掌子面前方30m范围内地下水出露、地层岩性及不良地质情况等。
10.3监控量测
10.3.1一般要求
10.3.1.1监控量测是新奥法设计理论核心，是施工的重要组成部分。
采用复合式衬砌的隧道，必须将现场监控量测项目列入施工组织设计，在施工中认真实施，施工、设计单位必须紧密配合，分析各项量测信息，确认或修正设计参数。
10.3.1.2隧道开工前，应根据设计要求，并结合隧道规模、地形地质条件、施工方法、支护类型和参数、工期安排，以及所确定的量测目的等制订施工全过程量测方案。
编制内容应包括：
量测项目、量测仪器选择、测点布置、量测频率、数据处理、反馈方法，以及组织机构、管理体系等。
量测计划应与施工进度计划相适应。
监控量测工作应结合开挖、支护作业的进程，按要求布点和监测，并根据现场实际情况及时调整补充，量测数据应及时分析、处理和反馈。
10.3.1.3监控量测是施工工艺流程中的一个重要工序，应贯穿施工的全过程。
监控量测应达到下列目的：
（1）掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈，指导施工作业。
（2）通过对围岩和支护的变形、应力量测，为修改设计提供依据。
10.3.1.4地质条件和周边环境复杂的隧道、长隧道、特长隧道，应由专业人员进行监控量测。
10.3.1.5现场量测仪器，应根据量测项目及测试精度选用。
宜选择简单适用、稳定可靠、操作方便、量程合理、便于进行结果处理和分析的测试仪器。
10.3.1.6监测、施工、监理、设计等单位必须紧密配合，既为量测作业创造条件，又避免因抢工程进度而忽视量测工作。
同时各方应共同研究、分析各项量测信息，确认或修正设计参数或施工方法。
10.3.1.7周边位移、拱顶下沉和地表下沉等必测项目宜布置在统一断面，其量测面间距及测点数量应根据隧道埋深、围岩级别、断面大小、开挖方法、支护形式等确定。
隧道开挖后应及时进行围岩、初期支护的周边位移量测、拱顶下沉量测。
当围岩差、断面大或地表沉降控制要求高时宜进行围岩体内位移量测和其他量测。
洞口段、浅埋段或地表有建（构）筑物，应进行地表沉降量测。
10.3.1.8围岩松弛范围量测：
可采用弹性波法或位移法。
10.3.1.9当围岩条件差、变形过大或初期支护破损变形较大时，应进行支护结构内的应力及接触应力量测。
10.3.1.10各项量测作业均应持续到变形基本稳定后1～3周。
对于膨胀性和挤压性围岩，位移没有减小趋势时，应延长量测时间。
10.3.1.11各预埋测点应牢固可靠，并设置专用标识牌，标明测点的名称、部位、编号、埋设日期等，见图10.3.1示意；要加强教育，提高所有进洞人员保护意识，对测点进行妥善保护，不得任意撤换和遭到破坏；施工过程中应做好仪器的日常维护工作，保证性能良好；量测人员进洞应满足隧道洞内作业施工要求。
图10.3.1量测点标牌及量测作业
10.3.1.12现场照明、通风等作业条件良好，满足正常量测作业需要。
10.3.2工作程序
监控量测工作程序见图10.3.2所示。
10.3.3量测项目
10.3.3.1必测项目
（1）在复合式衬砌和喷锚衬砌隧道施工时必须进行必测项目的量测，必测项目见表10.3.3-1。
（2）洞内必测项目，各测点应在不受到爆破影响的范围内尽快安设，并应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得超过24h，并且在下一循环开挖前必须完成。
选测项目测点埋设时间根据实际需要进行。
测点应牢固、可靠、易于识别，应能真实的反应围岩、支护的动态变化信息。
洞内必测项目各测点应埋入围岩中，深度不应小于0.2m，不应焊接在钢支撑上，外露部分应有保护装置。
图10.3.2监控量测工作程序
表10.3.3-1隧道现场监控量测必测项目
序号
项目
名称
方法和工具
布置
测试
精度
量测频率
1～15d
16d～1个月
1～3个月
大于3个月
1
洞内外观察
现场观测、地质罗盘等
开挖及初期支护后进行
—
—
2
周边位移
各种类型收敛计
每5～50m一个断面，每断面2～3对测点。
0.1mm
1～2次/d
1次/
2d
1～2
次/周
1～3次/月
3
拱顶下沉
水准测量的方法，水准仪、钢尺等
每5～50m一个断面
0.1mm
1～2次/d
1次/
2d
1～2
次/周
1～3次/月
4
地表下沉
水准测量的方法，水准仪、钢尺等
洞口段、浅埋段（h0≤2b）
0.5mm
开挖面距量测断面前后＜2b时，1～2次/d。
开挖面距量测断面前后＜5b时，1次/2～3d。
开挖面距量测断面前后＞5b时，1次/3～7d。
注：
b-隧道开挖宽度；h0-隧道埋深。
10.3.3.2选测项目
应根据设计要求、隧道横断面形状和断面大小、埋深、围岩条件、周边环境条件、支护类型和参数、施工方法等综合选择选测项目。
选测项目见表10.3.3-2。
表10.3.3-2隧道现场监控量测选测项目
序号
项目
名称
方法和工具
布置
测试
精度
量测频率
1～15d
16d～1个月
1～3个月
大于3个月
1
钢架内力及外力
支柱压力计或其它测力计
每代表性地段1～2个断面，每断面钢支撑内力3～7个测点，或外力1对测力计
0.1
MPa
1～2次/d
1次
/2d
1～2
次/周
1～3次/月
2
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
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个钻孔
0.1mm
1～2次/d
1次
/2d
1～2次/周
1～3次/月
3
围岩体内位移（地表设点）
地面钻孔中安设各类位移计
每代表性地段1～2个断面，每断面3～5个钻孔
0.1mm
同地表下沉要求
4
围岩压力
各种类型岩土压力盒
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点
0.1
MPa
1～2次/d
1次
/2d
1～2次/周
1～3次/月
5
两层支护间压力
压力盒
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点
0.1
MPa
1～2次/d
1次
/2d
1～2次/周
1～3次/月
6
锚杆轴力
钢筋计、锚杆测力计
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7根锚杆（索），每根锚杆2～4测点
0.1
MPa
1～2次/d
1次
/2d
1～2次/周
1～3次/月
7
支护、衬砌内应力
各类混凝土内应变计及表面应力解除法
每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点
0.1
MPa
1～2次/d
1次
/2d
1～2次/周
1～3次/月
8
围岩弹性波速度
各种声波仪及配套探头
在有代表性地段设置
—
—
9
爆破震动
测振及配套传感器
临近建（构）筑物
—
随爆破进行
10
渗水压力、水流量
渗压计、流量计
—
0.1
MPa
—
11
地表下沉
水准测量的方法，水准仪、钢尺等
洞口段、浅埋段（h0≤2b）
0.5mm
开挖面距量测断面前后＜2b时，1～2次/d。
开挖面距量测断面前后＜5b时，1次/2～3d。
开挖面距量测断面前后＞5b时，1次/3～7d。
注：
b-隧道开挖宽度；h0-隧道埋深。
10.3.3.3监控量测项目策划
根据隧道结构形式的不同，分离式隧道、小净距隧道及连拱隧道各有不同的监控量测项目，现推荐各类型隧道的监控量测项目规划见表10.3.3-3、表10.3.3-4及表10.3.3-5。
表10.3.3-3分离式隧道监控量测项目规划表
项目
围岩
条件
洞内外地质与支护状态观察
周
边
位
移
拱
顶
下
沉
地
表
下
沉
钢架
内力
及
外力
围岩
体内
位移
围岩压
力
两层支护间压力
锚
杆
轴
力
支护、衬砌内应力
围岩
弹性
波
速度
爆
破
震
动
渗水压力、水流量
IV、V级
围岩
√
√
√
△
○
○
○
○
○
○
○
周围建筑物要求较高时必测
洞内出水量较大时必测
II、III级围岩
√
√
√
△
—
△
△
△
△
△
△
洞口、偏压
段、浅埋段
√
√
√
√
○
○
○
○
○
○
○
○
注：
√：
必须进行的项目；○：
宜进行项目；△：
必要时进行项目。
表10.3.3-4小净距隧道监控量测项目规划表
项目
围岩
条件
洞内外地质与支护状态观察
周
边
位
移
拱
顶
下
沉
地
表
下
沉
钢架
内力
及
外力
围岩
体内
位移
围岩压
力
两层支护间压力
锚
杆
轴
力
支护、衬砌内应力
围岩
弹性
波
速度
爆
破
震
动
渗水压力、水流量
IV、V级
围岩
√
√
√
△
○
√
√
○
○
○
○
周围建筑物要求较高时必测
洞内出水量较大时必测
II、III级围岩
√
√
√
△
—
√
√
△
△
△
△
洞口、偏压
段、浅埋段
√
√
√
√
○
√
√
○
○
○
○
○
注：
1.√：
必须进行的项目；○：
宜进行项目；△：
必要时进行项目。
2.增加必测项目：
后行洞爆破震动速度、中岩墙土压力，量测方法及频率见表4.4.4。
表10.3.3-5连拱隧道监控量测项目规划表
项目
围岩
条件
洞内外地质与支护状态观察
周
边
位
移
拱
顶
下
沉
地
表
下
沉
钢架
内力
及
外力
围岩
体内
位移
围岩压
力
两层支护间压力
锚
杆
轴
力
支护、衬砌内应力
围岩
弹性
波
速度
爆
破
震
动
渗水压力、水流量
IV、V级
围岩
√
√
√
△
○
√
√
○
○
○
○
周围建筑物要求较高时必测
洞内出水量较大时必测
II、III级围岩
√
√
√
△
—
√
√
△
△
△
△
洞口、偏压
段、浅埋段
√
√
√
√
○
√
√
○
○
○
○
○
注：
1.√：
必须进行的项目；○：
宜进行项目；△：
必要时进行项目。
2.增加必测项目：
先进洞与后进洞的对比量测（主要包括周边位移、拱顶下沉、地表下沉、围岩体内位移及压力、支护应力等项目的对比）；中隔墙的倾斜度、内应力、表面应力及裂缝；
3.增加选测项目：
底部土压力。
10.3.4量测操作要点
10.3.4.1洞内外观察
隧道施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察分开挖工作面观察和已支护地段观察两部分。
（1）开挖工作面观察应在每次开挖后进行。
观察工作面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及喷射混凝土的效果。
观察后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。
对已支护地段的观察每天应进行一次，主要观察围岩、喷射混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。
观察中发现围岩条件恶化时，应立即上报设计、监理单位，采取相应处理措施。
（2）洞外观察重点应在洞口段及岩溶发育区段地表和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况、地表植被变化等。
10.3.4.2净空位移和拱顶下沉
（1）量测坑道断面的收敛情况，包括量测拱顶下沉、净空水平收敛以及铺底鼓起（必要时）。
（2）应按表10.3.4-1和表10.3.4-2检查净空位移和拱顶下沉的量测频率，并与按表10.3.3-1确定的量测频率比较取大值。
施工状况发生变化时（开挖下台阶、仰拱或撤除临时支护等），应增加检测频率。
表10.3.4-1净空位移和拱顶下沉的量测频率（按位移速度）
位移速度（mm/d）
量测频率
≥5
2～3次/d
1～5
1次/d
0.5～1
1次/2～3d
0.2～0.5
1次/3d
＜0.2
1次/3～7d
表10.3.4-2净空位移和拱顶下沉的量测频率（按距开挖面距离）
量测断面距开挖面距离（m）
量测频率
（0～1）b
2次/d
（1～2）b
1次/d
（2～5）b
1次/2～3d
＞5b
1次/3～7d
注：
b-隧道开挖宽度。
（3）拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距为：
Ⅲ级及以上围岩不大于40m；Ⅳ级围岩不大于25m；Ⅴ类围岩应小于20m。
围岩变化处应适当加密，在各类围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个，水平收敛1～2对。
当发生较大涌水时，Ⅳ、Ⅴ类围岩量测断面的间距应缩小至5～10m。
（4）各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5～2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。
初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。
（5）净空水平收敛测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。
在地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线；当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。
（6）拱顶下沉量测应与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行，可采用水准仪测定下沉量。
当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。
10.3.4.3地表下沉量测
（1）位于Ⅳ～Ⅴ级围岩中且覆盖厚度小于40m的隧道，应进行地表沉降量测。
根据图纸要求或监理人指示，应在施工过程中可能产生地表塌陷之处设置观测点，地表下沉观测点按普通水准基点埋设。
并在预计破裂面以外3～4倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量。
地表下沉桩的布置宽度应根据围岩类别、隧道埋置深度和隧道开挖宽度而定，地表下沉量测断面的间距按表10.3.4-3及表10.3.4-4采用。
表10.3.4-3地表下沉量量测断面间距及频率
变形速度（mm/d）
量测断面距开挖工作面的距离
量测频率
＞10
（0～1）B
1～2次/d
10～5
（1～2）B
1次/d
5～1
（2～5）B
1次/2d
＜1
＞5B
1次/1周
注：
B表示隧道开挖宽度
表10.3.4-4地表下沉量测断面的间距
埋置深度H
地表下沉量测断面的间距（M）
H＞2B
20～50
B＜H＜2B
10～20
H＜B
5～10
注：
①无地表建筑物时取表内上限值；②B表
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