下渡隧道地質超前預報與監(jiān)控量測技術

 下渡隧道地質超前預報與監(jiān)控量測技術

　　摘要：隧道地質超前預報與監(jiān)控量測是確保隧道順利施工的有效措施，通過綜合超前預報的實踐，證明超前預報和監(jiān)控量測在隧道施工的中的重要性。

　　關鍵詞：隧道，地質超前預報，監(jiān)控量測，技術

　　1.工程概況

　　福建泉三高速公路下渡隧道左、右線全長3515米，隧道區(qū)上覆蓋薄層殘坡積粘性土，下部巖層以二疊系童子巖組煤系地層為主，巖性主要為泥碳質膠結的粉砂巖、砂巖，局部夾薄層狀煤線、煤層；進口段為侏羅系長林組粉砂巖，受區(qū)域構造影響，巖層完整性較差；隧道發(fā)育三條構造帶F03、F04、F05，隧道巖層富水性強，級別多為Ⅳ、Ⅴ級，穩(wěn)定性差，由于圍巖破碎復雜，隧道施工期間采用了地質超前預報與監(jiān)控量測技術，使該隧道安全快速地建成通車。

　　2.工作方法和原理

　　2.1洞內圍巖與支護結構觀察

　　(1) 了解在未支護時開挖面圍巖的穩(wěn)定性；

　　(2) 了解巖層、斷層、節(jié)理、褶皺、地下水、裂隙發(fā)育情況；

　　(3) 了解支護結構變形、開裂情況；

　　(4) 核準圍巖類別；

　　(5) 了解洞口、淺埋段的地表變形、建筑開裂，判別松動區(qū)范圍。

　　2.2凈空變位及拱頂下沉

　　根據變形量、變形速度、變形收斂情況用以：（1）非確定性動態(tài)反分析（判別圍巖與支護穩(wěn)定，及塑性區(qū)分布）；（2）確定初期支護和施工方法的合理性；（3）確定模筑二次襯砌時間。

　　2.3地表沉降

　　判別洞口、淺埋段松動區(qū)范圍，推測作用于支護結構的荷載大小。

　　2.4地質超前預報

　　目的：（1）進一步確認和詳細劃分圍巖級別；（2）預報不良地質，如：巖層、斷層、褶皺、裂隙發(fā)育情況；（3）預報圍巖富水段的分布情況；（4）使支護與投資更加合理。

　　3.監(jiān)控量測技術方案

　　根據下渡隧道圍巖與支護結構的設計情況，為滿足下渡隧道施工安全和可能有的設計變更，找出適合于下渡隧道不同圍巖類別與支護類型的3種量測斷面，分別為A型、B型和C型。A型量測斷面適用下渡隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類圍巖段，包括以下工作：（1）在未支護時開挖面圍巖穩(wěn)定性；（2）巖層、斷層、褶皺、裂隙發(fā)育情況；（3）拍照記錄；（4）根據實際情況初步判斷圍巖級別；（5）提交簡要地質分析報告。B型量測斷面為隧道監(jiān)控量測的必測項目，適用下渡隧道各類圍巖段。具體量測項目包括：洞內地質狀態(tài)與支護結構安全性觀察，凈空變位及拱頂下沉。C型量測斷面為地質超前預報，適用下渡隧道各類圍巖段。設置該量測斷面的目的是：進一步確認和詳細劃分圍巖級別；預報不良地質，如：巖層、斷層、褶皺、裂隙發(fā)育情況；預報圍巖富水段的分布情況；使支護與投資更加合理。邊位移量測測點和洞口及淺埋地段地表沉降測點布置見圖4.3.1�！�

　　4.地質超前預報

　　地質預報方法包括傳統(tǒng)的地質分析法、地球物理探測法、鉆探法及其有機結合的綜合法，隧道施工地質工作包括跟蹤地質調查和超前地質預報，施工地質工作的目的是為了做好超前地質預報工作，超前地質預報包括熟悉研究地勘資料、跟蹤地質調查（掌子面觀測）及使用有效探測手段等三方面的有機結合。（1）地質分析法，包括掌子面及地質素描，地層分界線、構造線及地下地表相關條件分析判斷與計算，地質作圖等。（2）地球物理方法總稱之為波動學方法，地球物理探測儀器包括地質雷達、TSP（隧道地震探測儀）或TGP（隧道地質預報儀）、陸地聲納儀、面波儀、瑞利波儀、瞬變電磁法或激發(fā)極化、紅外探測儀等，本次使用從加拿大進口的EKKO-100型地質雷達儀來完成，探測范圍一般為30～40m。（3）鉆探法，鉆孔的位置、方位、傾斜角度、深度、數量等可根據探測對象和目的確定，由于隧道開挖炮眼數量較多，且風鉆或掘巖臺車打眼比較方便，對其中的幾個炮眼加深至5～8m作為預報探測孔，實踐證明會收到較好的效果。

　　5.量測頻率及儀器設備

　　每一量測斷面，隧道毛洞開挖后立即埋設傳感器并測量初值，量測頻率：1～7天：每天1～2次；8～15天：每天1次；16～30天：每兩天1次；1～3個月：每周1～2次；大于3個月：每月1～3次。監(jiān)控量測儀器及主要傳感器見表5.1。

　　表5.1：監(jiān)控量測儀器及主要傳感器                 

　　6.圍巖實際情況和預報圍巖的對比情況

　　圍巖級別提前預報的準確率：基本符合實際，準確率90％。斷層、破碎帶預報的樁號和長度超前預報的準確率：基本符合實際，準確率達90％。詳細預報結果見表一

　　表一下渡隧道右洞預報圍巖類別與實際圍巖類別對比表                 

　　7.存在的問題和建議

　�。�1）目前隧道施工中對監(jiān)控量測的重要性認識不夠，沒有認識到監(jiān)控量測是新奧法施工的靈魂，通過地質超前預報，及時采取應對措施，對隧道安全施工非常重要。

　　（2）公路隧道對于超前地質預報的認識不高，沒有規(guī)范要求，使得隧道施工中超前地質預報這樣重要的工作可有可無。

　�。�3）鑒于某些地質情況的復雜性，現場工作條件、工作密度和超前地質預報技術的局限性，一種預報方法還不一定能夠解決所有的地質問題，仍需不斷總結經驗教訓，根據不同情況多方法結合，提高預報水平。

　�。�4）各種預報方法各有其優(yōu)缺點，需要相互補充，相互印證，這樣預報準確率會更高。

　　參考文獻

　　[1]中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道超前地質預報技術指南（鐵建設[2008]105號）.中國鐵道出版社2008.

　　[2]中華人民共和國交通部.公路隧道施工技術規(guī)范（JTJ042-94）.人民交通出版社.1994.

　　[3]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊隧道（上）（第一版）.人民交通出版社.1999.