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1、精选优质文档-倾情为你奉上隧道监控量测与超前地质预报实施大纲山 东 大 学二一年八月专心-专注-专业目 录第一部分 隧道监控量测实施大纲1 监测依据国家标准公路隧道施工技术规范、地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）、工程测量规范（GB50026-93）和公路隧道新奥法指南。2 监测目的）根据新奥法原理，按照动态设计、信息反馈原则，对隧道围岩稳定及可能发生的危及施工安全的隐患或事故提供及时、准确的预报并及时反馈动态监测信息给设计和施工单位，使有关各方有时间做出反应、避免事故的发生。）在现场监控量测的基础上，及时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，提供有关隧道施工的全
2、面、系统信息资料，以便及时调整支护参数，实现信息化施工，达到设计施工安全、经济的目的。3 监测内容依据施工图设计中监控量测方面的内容，结合现场实际情况，确定以下必测项目和选测项目。3.1必测项目地质与支护状态观察地表沉降观测洞内收敛量测拱顶下沉量测3.2选测项目围岩压力量测二衬压力量测4 监测方法4.1地表沉降观测（1）监测目的了解隧道开挖过程中隧道顶部地表的最大沉降值，为调整隧道开挖速度和支护强度参数提供依据，以确保隧道支护结构和周边环境的安全。（2） 监测仪器设备使用精密水准仪、铟钢尺进行监测。用精密水准仪以二级沉降监测的精度 （观测点测站高差中误差0.5mm）来施测，组成变形监测的高程监
3、测控制网。仪器在开始使用前均需检定，作业过程中严格遵守规范。每次观测都采用相同的观测仪器，相同的观测人员按相同的观测线路进行。监测精度h0.1mm。（3）测点布置1）监测基准点的设置沉降监测是根据监测基准点高程进行的，基准点的形式和埋设可参考三等水准点的要求进行，其数目不少于3个，以便组成水准控制网。对基准点定期进行校核，防止其本身发生变化，以保证沉降监测结果的准确性。基准点应在沉降监测的初次观测之前1个月埋设好。图1 基准点埋设方法示意图（单位:mm）埋设基准点应考虑如下因素，见图1：a.基准点应布设在监测对象的沉降影响范围以外，保证其坚固稳定。b.尽量远离道路和空压机房等，以防受到碾压和震
4、动的影响。c.力求通视良好，与观测点接近，其距离不宜超过100m，以保证监测量精度。d.避免将基准点埋设在低洼容易积水处。2)监测点的设置测点布置在洞口浅埋地段，共设置12个观测横断面，每23m一个测点。图2 地表沉降观测布置图（4）监测频率开挖面前后30m， 2次/1天开挖面后3080m， 1次/2天开挖面后80m， 1次/7天（5）注意事项1）施工前应作好监测准备工作：如设置测点，引入高程控制点，配置水平高的监测人员及水平仪等仪器。2）在布置测点时应注意在位移量较大的地段将测点布置密一点。3）地表量测与地下洞室各项监测应同步进行，以利于资料的相关分析。4）量测数据及分析结果全部纳入竣工资料
5、，备查。（6）量测数据的整理1）绘制每一横断面沉降槽随时间的变化关系图；2）绘制每一横断面最大沉降量随时间的变化关系图；3）绘制每一横断面最大沉降量与开挖面距离关系图；4）对横断面沉降槽垂直位移进行回归分析；5）对纵断面沉降槽垂直位移进行回归分析；6）根据隧道顶部地表沉降及拱顶沉降值对土体内部垂直位移进行回归分析；7）根据回归分析数据求出每一断面沉降稳定值；图3 横断面沉降随时间变化图图4 横断面最大沉降量随时间变化关系图图5 横断面最大沉降量随开挖面距离关系图（7）处理措施1）在整理资料时，若发现地表位移量过大或下沉速度无稳定趋势时，对下部结构应采取补强措施。u 增加喷混凝土厚度，或加长加密
6、锚杆，或加挂更凑密更粗的钢筋网；u 提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核二次衬砌强度；u 提前施作仰拱。2）在整理资料时，若发现地表下沉速度具有稳定趋势时，应据此求出隧道结构初期支护及二次衬砌上的最终荷载，以便对结构的安全度作出正确的判断3）若经过对各种量测数据联合反分析后，发现初期支护或二次衬砌结构安全系数较大，在经过设计人员同意后，可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调整。4.2周边位移及拱顶下沉量测(1) 周边位移监测1）监测目的地下工程开挖后，净空收敛也是反映围岩与支护结构力学形态变化的最直接、最明显的参数，通过监测可了解围岩和支护结构的稳定状态。2）监测仪器使用收敛计进行监测。
7、3）测点布设原则周边位移监测最重要的是合理确定监测断面的数量，而断面数量的确定应从国家隧道施工技术规范相关内容和设计图纸要求这两方面充分考虑。并应遵守如下原则：a.设计单位有指导意见的，按设计单位的指导意见考虑布置；b.若设计单位没有指导意见的，按规范规定选择具有代表性地段进行布置。当然，在施工过程中可根据实际情况做适当调整。每个断面上周边位移的测线数量，根据隧道地质条件和施工方法的不同而不同，测线数量布置一般如表3所示。表3 周边位移量测断面的测线数地 段 开挖方法一般地段特殊地段洞口附近埋深小于2B有膨胀压力或偏压地段全断面开挖一条水平线 三条或六条 短台阶法二条水平线四条或六条四条或六条
8、四条或六条多台阶法每一台阶一条水平测线每一台阶三条水平测线每一台阶三条水平测线每一台阶三条水平测线周边位移测点与拱顶下沉测点布置在同一个断面上。在同一断面内，收敛基线的布设，应根据断面大小、开挖方法选择不同的布置形式。结合本项目隧道开挖方法，周边收敛位移量测断面测点布置图如下图6、图7。安装测点时，在被测断面上用风钻机或冲击钻成孔，孔径为40-80mm深度20cm，在孔中填塞水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上并使销与孔轴线处于垂直位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可进行监测。图6 上下台阶法开挖周边收敛位移量测断面测点布置示意图图7 全断面法开挖周边收敛位移量测断面测点布置
9、示意图4）收敛观测方法a.将百分表读数调至2.53.0cm；b.将收敛计钢尺挂钩分别挂在两个测点上，收紧钢尺，将销钉插入钢尺上适当的小孔内，用卡钩将其固定；c.转动调节螺母使钢尺收紧到观测窗中的线条与面板成一直线为止；d.读取钢尺百分表中的数值，两者相加即为测点间距离；e.每次测量完毕后，先松开调节螺母，然后退出卡钩，将钢尺取下，擦净收好，并定期涂上防锈油脂；f.将每条测线前后两次测线距离相减即可算出各测点间相对位移（即隧洞位移收敛值）。5）周边位移监测提交成果a.绘制位移量随时间变化的曲线；b.绘制位移速度随时间变化的曲线；c.绘制位移量与开挖面距离关系曲线；d.找出位移一时间回归曲线，求出
10、最终净空位移量；（2）拱顶下沉监测1）监测目的了解断面变化情况，判断拱顶的稳定性，防止塌方。2）监测仪器使用水准仪和铟钢尺进行监测。3）测点布置与周边位移设在同一个断面，测点布置图示意图如下图8所示。图8 拱顶下沉断面测点布置示意图4）监测方法在拱顶固定一带倒三角环的测桩，测试时将水准仪安放在标准高程点和拱顶测点之间，铟钢尺底端抵在标准高程点上，并将铟钢尺调整到水平位置，然后通过水准仪后视铟钢尺记下读数为，再前视普通钢卷尺（注意钢卷尺在每次测试时均要保持相同的张紧力）记下读数位，若标准高程点的高程为，则本次测试拱顶测点的高程为，两次不同测试的拱顶高程差即为两次间隔时间内的拱顶下沉。测试方法示意
11、图如图9所示。测桩长度要考虑喷射混凝土的厚度，不能将测桩埋入喷射混凝土的厚度内。图9 拱顶下沉测试方法示意图5）注意事项a.在施工初期阶段，或地质较差时，或位移下沉量及速度较大时，应适当增加量测断面及量测频率。b.测点设置应可靠，并应妥善保护，测量仪器使用前应严格标定。c.各测量项目应尽可能布置在同一断面，测量点应尽可能选择具有代表性的地方，以便对测量数据的分析及为以后的工作提供经验。6）数据处理分析a.当隧道水平位移收敛速度为0.10.2mm/天，拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时可以认为围岩已基本稳定。对、级围岩，应根据量测结果确定二次衬砌施作的适当时间，施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷
12、载。b.在监测过程中，若发现净空位移过大或收敛速度无稳定趋势时，对结构应采取补强措施。c.若发现净空位移收敛速度具有稳定趋势时，应据此求出隧道结构初期支护及二次衬砌上的最终荷载，以便对结构的安全度做出正确的判断。d.若经过对各种量测数据联合反分析后，发现初期支护或二次衬砌结构安全系数较大，在经过设计人员同意后，可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调整。e.对围岩级别的变更及对支护参数的调整均必需有相应的量测数据并得到设计方认可。（3）注意事项及监测数据处理1）在施工初期阶段，或地质较差时，或位移下沉量及速度较大时，应适当增加量测断面及量测频率。2）测点设置应可靠，并应妥善保护，测量仪器使
13、用前应严格标定。3）各测量项目应尽可能布置在同一断面，测量点应尽可能选择具有代表性的地方，以便对测量数据的分析及为以后的工作提供经验。（4）对测量资料的整理1）绘制位移量随时间变化的曲线；2）绘制位移速度随时间变化的曲线；3）绘制位移量与开挖面距离关系曲线；4）找出位移一时间回归曲线，求出最终净空位移量；（5）围岩稳定标准当隧道水平位移收敛速度为0.10.2mm/天，拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时可以认为围岩已基本稳定。对、级围岩，应根据量测结果确定二次衬砌施作的适当时间，施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载。（6）特殊情况处理在监测过程中，若发现净空位移过大或收敛速度无稳定趋势时，对结构
14、应采取补强措施。根据我国现行公路隧道施工技术规范的规定，隧道周边允许相对位移值见表4。结构补强的主要措施如下：1）增加喷混凝土厚度，或加密锚杆，或加挂钢筋网；2）提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核二次衬砌强度；3）提前视作仰拱。表4 隧道周边允许相对位移值(%)覆盖层厚度围岩级别50m50300m300m0.10.30.20.50.41.20.150.50.41.20.82.00.20.80.61.61.03.0注： 相对位移值是指实测位移值与两侧点距离之比，或拱顶下沉与隧道宽度比； 脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值； 、级围岩可按工程类比初步选定允许值范围； 本表所列数值可在施工
15、过程中通过实测和资料积累作适当修正。4.3支护及衬砌应力（1）监测目的主要量测围岩与初期支护结构之间及两层衬砌之间的相互作用力，以此评价支护结构的受力状况及合理性。（2）监测仪器及精度使用土压力传感器和频率计进行监测，土压力计分辨力为0.05F.S.（3）测点布设原则在每一断面上，沿隧道周边拱顶、拱腰及边墙埋设至少5个压力传感器，将钢弦式压力传感器分别埋设在围岩与喷射混凝土之间及喷射混凝土与二次衬砌之间。围岩与喷射混凝土之间的压力盒是在喷射混凝土之前埋设，喷射混凝土与二次衬砌之间的压力盒是在挂防水板之前进行安设，分别测取围岩对喷射混凝土的压力及围岩对二次模注混凝土衬砌的压力。混凝土达到初凝强度
16、后开始测取读数。每个断面至少5个量测位置，围岩压力和层间压力各5个测点，II、III级围岩只测二次衬砌承受的围岩压力，量测采用频率计进行，测点布置如图10、图11所示。 图10 围岩压力测点布置 图11 初支与二衬间接触应力测点布置（4）测量方法安装完毕用频率计测定并记录下每个钢筋计的读数作为初值；下次用频率计测定的读数作为测量值为，根据仪器测定公式换算得到该次测量时对应位置围岩应力值。（5）提交监测成果1）初支与二衬压力观测点布置图；2）初支与二衬压力观测记录及报表；3）初支与二衬压力时间历时关系曲线。4.4控制测量项目及测试方法控制测量项目及测试方法见表5表5 控制测量项目及方法一览表项目
17、名称方法及工具布置量测间隔时间必测项目地质及支护状态观察岩性，结构面产状及支护裂隙观察或描述，地质罗盘及规尺等开挖后及初期支护后进行每次爆破后进行水平收敛及拱顶下沉量测收敛计、水平仪5级围岩每15-20米一个，4级围岩每2040米一个爆破后24小时内进行0-1B2B-3B3B-5B5B1-2次/天1次/天1次/天1次/周选测项目支护压力压力盒每代表地段一个断面。每断面5个测点锚杆施作后开始0-15天16天B-1月1-3月3月1次/天1次/2天2次/周2次/月二次压力压力盒每代表地段一个断面。每断面5个测点0-15天16天B-1月1-3月3月1次/天1次/2天2次/周2次/月5 控制标准根据中华
18、人民共和国国家标准公路隧道施工技术规范和地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999规定，隧道施工中出现下列情况之一时，应立即停工，采取措施进行处理：（1）周边及开挖面塌方、滑坡及破裂；（2）量测数据有不断增大的趋势,并可能达到警戒值；（3）支护结构变形过大或出现明显的受力裂缝且不断发展；（4）时态曲线长时间没有变缓趋势。（5）施工前方有明显的溶洞并赋存水。对于监测数据各种围岩的绝对值判断标准可见相关规范，此外，还可通过变形速度的变化趋势来判断围岩的安全性：1），即变形速率不断下降，围岩趋于稳定；2），即变形速率保持不变，应发出警告，及时加强支护系统；3），则表示变形速率不断增加，已进入
19、危险状态，须立即停工，采取有效的工程措施进行加固。6 监测质量与安全保证措施6.1监测质量保证措施为保证监测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项质量保证措施：1)监测组与施工、监理工程师密切配合工作，及时向施工、监理工程师报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。2)监测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。3)监测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理。4)监测设备在使用前均应经过检校，合格后方可使用。 5)各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则。6)监测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报。7)各监测项目从设备的管理、使用及资料的整理均设专人负责。8)针对施工
20、各关键问题，及时分析数据、反馈信息，指导施工。监测质量保证体系如图12。图12 监测质量保证体系框图6.2监测安全保证措施（1）安全保证体系建立强有力的安全生产保证体系，既注重安全思想宣传教育和安全技能培训，又注重日常安全生产工作的检查、落实。安全监测保证体系见图13。确保监测安全总目标逐一落实解决安全隐患经济兑现开展安全活动安全领导小组队每周一次检查工班每天一次检查班组每工序检查定期检查按照规定提取技术措施经费其它经济奖惩普及教育专业教育监测项目部安全领导小组综合办公室检查保证组织保证安全生产保证体系思想保证经济保证专职安全强化安全意识增强预防能力图13 安全监测保证体系图(2)安全管理制度
21、根据国家及相关部门颁布的有关工程安全规定，结合本工程的特点，制定如下安全管理制度:1)安全责任制 实行岗位责任制，把安全生产纳入竞争机制。明确分工，责任到人，做到齐抓共管，抓管理、抓制度、抓队伍素质，盯住现场，跟班作业，抓住关键，超前预防。2)安全教育培训所有的管理人员、专业工程技术人员都要接受安全教育，具体由安全生产管理委员会组织安排培训内容。3)安全事故申报和奖惩制度进行定期和不定期的安全检查，及时发现和处理事故隐患，做到安全检查有记录。引入经济机制，把安全工作与工资、奖金挂钩。4)安全检查制度在监控作业过程中加强安全检查，及时发现安全隐患，提出安全整改意见和措施，并督促落实，确保作业安全
22、。(3)监控量测期间安全保证措施及人身安全保证措施1)监控量测期间安全保证措施a.临时用电及照明安全措施建立、健全供用电设施的运行和维护操作规程。运行及维护人员必须熟悉操作规程，熟悉供用电系统的情况。b.机械设备、元器件作业安全措施监控量测作业前，操作人员必须认真听取技术人员的现场交底及有关安全注意事项，并对仪器设备作详细检查，作业中集中精力，不得擅自离开工作岗位。2)人员安全保证措施开工前对职工进行岗前培训，进行安全基本知识和技能教育，进行遵章守纪和标准化作业的教育，经考试合格持证上岗。对监控量测地段建立日常巡查制度，对重点监测地段实施安全员跟班监督制度，并接受安全监察人员的监督检查。 第二
23、部分 隧道超前地质预报实施大纲1 超前地质预报的目的隧道超前地质预报技术主要包括常规地质方法、工程物探方法等, 在预报时一定要结合隧道掌子面前方的具体情况进行合理设计, 进一步拓宽隧道超前地质预报概念的含义。特别是在复杂地质条件隧道施工过程中, 在加强工程地质分析的同时, 应结合工程物探对隧道不良地质进行超前地质探测预报研究,为工程设计及施工提供工程地质资料。避免工程地质灾害，从而保证施工安全。超前地质预报的主要目的为：（1）预报开挖掌子面前方的岩性变化或围岩类别；（2）掌子面前方可能出现的地质断层及岩石破碎带的情况；（3）掌子面前方软岩地段的位置和长度；（4）开挖段前方岩体是否含水及可能的涌
24、水情况等。（5）通过对隧道洞身范围内（特别是掌子面前方）的岩体破碎地段、断层发育等不良地质的预测和分析，给掌子面的开挖提供重要的指导。2超前地质预报的原则根据隧道工程线路长度、地质条件等实际情况，坚持超前地质预报“三结合”和风险靶段划分原则，即“地质与物探、钻探结合，洞内外结合，长短及不同物探方法结合”，在对隧道风险分级的基础上，采用相对应的预报方案。（1）地质与物探、钻探结合地质分析工作是超前地质预报工作的基础和重要环节，在较好了解地质情况的基础上，才能使物探的解释结果更接近真实情况，大大减少物探多解性带来的难题，离开了地质的物探极易偏离真实的地质，离开了物探的地质就很难将施工超前地质预报工
25、作细化。（2） 洞内外结合野外地质调查与洞内地质素描和洞内预报成果相结合，即宏观地质分析与具体的施工超前预报相结合。（3）长短及不同物探方法结合长期超前预报探测距离较长，但准确性稍差，短期超前预报探测距离较短，但准确性较高，两者的结合可以取长补短，有效提高超前地质预报的准确性；各种物探方法各有千秋，单独采用一种方法往往精度达不到要求。而不同物探方法的结合，则可以互相取长补短，有效提高超前地质预报的准确性。3 隧道超前地质预报方案为了保证施工安全，根据业主和设计文件要求，全段实施TSP地震波探测超前地质预报，在高风险地段实施地质雷达探测、红外探水仪探测以及超前水平钻探。3.1 TSP超前地质预报
26、TSP203超前地质预报系统，是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的，是目前在该领域的最先进设备，它能方便快捷预报掌子面前方100200m范围内的地质情况，包括隧道前方岩性的变化、破碎带和软弱层的位置宽度、是否含水、是否存在不良地质体等，通过探测为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。这将大大减少隧道施工带来的危险性，减少人员和机械损伤，同时也带来了巨大的经济利益和社会效益。（1） 测试仪器采用瑞士Amberg测量技术公司最新生产的TSP203型(Tunnel Seismic Prediction)超前地质预报系统设备。与TSP202相比，TSP203在硬件设计和软件设计等方面都作了较大改进
27、，其软件编程除了考虑与WINDOWS视窗的兼容之外，还特别强调了软件的智能化和评估结果输出的灵活性。图14为TSP203系统组件简图。图 14 TSP203系统组件简图（2）探测原理像所有振动测量方法一样,TSP测量方法也需要振动发射源和接受装置。TSP测量系统是通过在掘进面后方一定距离内的钻孔内施以微型爆破来发射声波信号的，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，当波在隧道前方遇到异面时，将有一部分波从界面处反射回来，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也越强。放射信号经过一段时间后到达接受传感器，被转换成电信号并进行放大。从起爆到反射信号被传感器接收
28、的这段时间是与反射面的距离成比例的，通过反射的时间与地震波传播速度的换算就可以将反射界面的位置、与隧道轴线的交角以及与隧道掘进面的距离确定下来；同样使用TSP也可以将隧道上方或下方存在的岩性变化带的位置方便地探测出来。图15为TSP超前预报测量原理，图 16为 TSP203系统组件标准测量图示。图15 TSP超前预报测量原理图16 TSP203系统组件标准测量图示为达到探测隧道前方和周围地质情况的目的，在TSP测量系统中使用了三对高敏加速度传感器，三对加速度传感器通过一根金属杆连接在一起，分别以平行和垂直隧道轴线的方向定位在专门的传感器钻孔内，传感器的这种布置方式能保证接收有各种不同角度反射回
29、来的反射信号，使用三对水平和垂直布置的传感器还能有效地减少干扰信号的影响。由传感器采集到的振动信号经过模数转换器转换后存储在一台小型计算机上，整个测量过程也是通过这台计算机来完成的。测量工作结束后将存储在小型计算机上的地震信号作进一步的分析处理之用。TSP测量系统配备有专门的分析软件，分析软件的主要任务之一是对测量信号进行各种数值滤波、选择放大等，以获得清晰的反射图像。分析软件的另一功能是将反射波图像所提供的信息与隧道的空间坐标结合起来，通过一系列的数学运算求出反射事件本身的空间位置以及与隧道的相对位置。这些数学运算的结果和解释正是TSP地质超前预报的最终结果。 （3）探测方法 探测的基本步骤
30、为：钻孔布置施工钻孔数据采集数据分析报告提交。1）测线测点布置TSP-203超前地质预报是利用振动波的反射来进行探测的。振动波由在特定位置人为制造的小型爆破产生，一般是沿隧道一侧洞壁布置24个爆破点，爆破点平行于隧道底面呈直线排列，孔距1.5m,孔深1.5m，炮孔垂直于边墙向下倾斜15200，以利于灌水堵孔。距最后的爆破点1520m处设接收器点（在一侧或双侧），接收器安装孔的孔深2m，内置接收传感器。图17为观测系统与隧道关系平面示意图。接收器孔21.5m1.5m2.5m1.5m掌子面52米接收器孔115米炮孔S1 S2 S3 S23 S24隧道轴TA图17 观测系统与隧道关系平面示意图2）探
31、测方法在测量过程中，逐次引爆爆破点的炸药（约20-30g，根据围岩不同适时调整）,制造出小型地震波，地震波遇到节理面、地层层面、破碎带界面和溶洞、暗河等不良地质界面时，将产生反射波，反射波的强度及传送时间反映了相关界面的性质、产状、据接受点的距离。接受传感器将接受到的反射波数据传输给记录仪电脑储存起来，利用处理软件对储存的数据进行处理，形成反映隧道相关界面的隧道影像点图，由分析人员进行解释，得到前方的地质情况。3）资料分析与处理采集的TSP数据，通过TSPwin软件进行处理，获得P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面和反射层提取以及岩石物性参数等一系列成果。在成果解释中，以P波资料为主对
32、岩层进行划分，结合横波资料对地质现象进行解释。解释中，遵循以下准则：a.正反射振幅表明硬岩层，负反射振幅表明软岩层。b.若S波反射较P波强，则表明岩层饱含水。c.Vp/Vs增加或突然增大，常常由于流体的存在而引起。d.若Vp下降，则表明裂隙或孔隙度增加。探测结果以报告的形式提交，根据分析结果对掌子面前方岩体进行分段描述，包括岩性的变化、含水情况、是否存在不良地质体等。(4)注意事项1)严格按规定布置震源和传感器钻孔，并保证质量，特别是孔距、倾角等；钻孔前，应用测量仪器测定接收器孔和炮孔的位置，接收器孔和炮孔在同一水平面上，并用红油漆作标记。炮孔要标记序号。 2) 严格按设计要求施工钻孔，若测定
33、的位置无法钻孔，可在以测点为圆心半径20cm的范围内钻孔。 3)注意选择接收器孔的位置，不应在松散围岩中。接收器孔身要直。孔内岩屑和泥浆要用水冲出孔外。 4)注意保护炮孔，成孔条件好的，孔内岩屑和泥浆要用水冲出孔外，以免炸药包放置不到位。成孔条件差的，完钻后要将柱状物（锚杆等）留在孔中，防止围岩掉块。 5)在洞内的实际探测过程中，尽最大努力减少噪音和漏炮； 6)若发现前方有可能存在不良地质体或含水，施工单位应打超前钻孔，以保证施工安全。3.2 地质雷达超前地质预报(1)测试仪器美国GSSI是目前世界上最好的生产地质雷达的厂家，它的产品遍布全球，目前超过1800套，占全球销量80%以上，在中国2
34、00余套，占中国市场份额的75%以上。创始于1969年的美国地球物理探测公司（GSSI公司），是世界上第一家专业研制探地雷达的公司，其前身为美国宇航局。随着60年代末期美国宇航局专门为阿波罗计划所研制的专用仪器，成功地探测到月球表面尘埃之后，世界上第一台进入民用的商用探地雷达得以在美国推出，它就是美国GSSI公司生产的SIR系列探地雷达的前身。它用电磁波为地质勘察服务，为勘察方法起到了革命性的推动作用。图18为我单位的地质雷达SIR 3000及100MHz天线。图18 地质雷达主机及天线SIR 3000 主要特点：1）SIR-3000型雷达的一体化设计，加上内置式可充电电池，性能坚固耐用，整机
35、仅4公斤重，是目前市场上最轻便的雷达系统； 2）SIR-3000型雷达高分辨率强光型液晶显示，可在野外强光下操作； 3）除了传统的USB、Ethernet, RS-232等接口外，还配备了独特的微型闪存装置，提供更便捷、快速的数据传输方式； 4）目前GSSI公司提供的雷达天线种类是最多，使购买我们雷达的用户具有了强大的扩展余地，可满足不同工程检测的需要。而且，所有的天线都可与SIR-3000型雷达主机兼容。频率从16MHz到2.2GMHz可选；我单位共有从900MHz到100MHz四种天线，完全满足胶州湾隧道的精度预报要求。5）天线和主机之间使用完全频蔽的同轴电缆进行数据传输，更加结实耐用，防
36、土、防尘能力强，不受环境限制。 6）GSSI公司开发的各种功能的雷达软件包更丰富了雷达系统的应用，除了配备专用的雷达数据后处理软件，用户还可根据自己需要选择特殊功能的软件模块，并且所有雷达软件基于Windows2000/NT/XP，可在PC机上进行数据处理。(2)探测原理地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)也称作探地雷达，是一种电磁探测技术，它利用地下介质对广谱电磁波(107109Hz)的不同响应来确定地下介质的分布特征。主要是通过观测位移电流的变化来实现其探测目的。其应用范围涉及公路、铁路、水电站、煤矿、隧道、矿产资源和考古等各个领域。发射天线将高频短脉冲
37、电磁波定向送入地下，电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射，接收天线收到反射波信号并将其数字化，然后由电脑以反射波波形的形式记录下来。对所采集的数据进行相应的处理后，通过分析这些携有地下介质电信息的电磁波，可根据其旅行时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布。探地雷达是在对反射波形特性分析的基础上来判断地下目标体的，所以其探测效果主要取决于地下目标体与周围介质的电性差异、电磁波的衰减程度、目标体的埋深以及外部干扰的强弱等。其中，目标体与介质间的电性差异越大，二者的界面就越清晰，表现在雷达剖面图上就是同相轴不连续。可以说，目标体与周围介质之间的电性差异
38、是探地雷达探测的基本条件。地质雷达能预报掌子面前方地层岩性的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。但是地质雷达目前探测的距离较短，大约在2030m之间，对于长距离隧道的预报只能分段进行，同时雷达记录易受洞内机器干扰，探测分析中要特别注意波相识别，排除干扰。(3)探测方法在隧道进行地质雷达探测时主要按照以下流程进行：1）检查和记录隧道掌子面的围岩情况；2）完成雷达主机和天线以及专用采集笔记本电脑的连接和调试；3） 准备进入采集模式，尽量避免各种电磁的干扰和串扰；4）根据采集方式，确定天线的运动方式，进行数据采集。
39、图 19 地质雷达法现场工作3）资料分析与处理采用美国雷达专用处理软件和我单位自行开发的二次处理软件，根据雷达波波形、相位、频率和能量等参数可以基本准确的预报掌子面前方中小型溶洞、断层破碎带和地下水，且探地雷达相对于TSP来说，具有探小溶洞和探水优势。探地雷达是用发射天线向岩体发射有一定宽度的高频电磁波，岩体中的介质因介电常数的不同而反射雷达波被接收天线接收。介电常数差是雷达工作的基础。空气的介电常数为1，岩石的介电常数为420，水的介电常数为81，水的电导率远高于灰岩、砂岩等岩石，因而探地雷达对水有特别的敏感性。.雷达波对水和含水率高的介质的反射强烈，反射波强度大；.雷达波从其它介质到含水层
40、界面的反射波相位与入射波相反；.雷达波通过含水体后，高频成分被吸收，反射波的优势频率降低；.雷达波遇中小型溶洞有明显的“双曲线”反映。3.3 超前水平钻探超前水平岩芯钻孔，可视为隧道中的微形导坑，可能探测了解隧道开挖工作面前方几十米乃至上百米范围内围岩的地质情况。在钻进过程中，应尽可能避免钻头发生偏移而导致的探测结果误差。应根据岩石的坚硬程度，调整钻机的转速和较低的钻压。坚硬的岩石，应采用较低的转速和较高的钻压；较软的岩石，则应采用较高的转速和较低的钻压。也可利用开挖工作面上的炮眼孔或深水孔、声波探测孔的钻进情况来探测了解围岩地质情况。（1）超前水平钻探的必要性1）由于前期工程地质勘察阶段钻孔
41、数量有限，即使加上必要的物化探等手段也不可能涵盖所有地层的地质信息，因此在正式施工后也需要根据新奥法的基本理念：即通过反馈施工过程中遇到的重要信息达到动态的设计，和施工协调一致，良性互动。在施工阶段，几乎所有的地球物理探测技术（物探）的精度和准确性都有待提高，在遇到地质构造复杂，其他手段推测前方存在较大地质缺陷或者隐伏水体存在而又无法验证时，超前水平钻探作为最为直观和有效的勘察手段显得尤为必要。2）作为重要的地质资料的补充和收集手段，超前水平钻探的重要性极显而易见。通过超前水平钻进，预报人员可以获取除物探信息以外的现场信息。经验丰富的钻机操作人员通过孔底钻压的异常波动可以预测前方岩体质量的好坏
42、。如果前方有水体存在，则钻进中会有更加明显的征兆。因此超前水平钻进除了补充验证物探预测的正确性，自身的作用也不容忽视。（2）超前钻探设计超前钻探距离一般为30m，搭接10m，以保证有足够的安全岩柱，钻探设备使用潜孔钻或地质钻机。超前钻探布置在物探异常段落、设计中存在不良地质体段落、地质情况需要进一步探明的复杂段落和其它存在突水突泥危险的段落。一般地段在掌子面中部打一个垂直于掌子面的30m探孔，关键地段打35个与掌子面垂直或外倾的30m探孔，具体外倾角度根据现场预报和地质资料分析确定，如图20。图20 超前钻探探孔布置图（3）超前钻探资料分析通过钻探过程中钻孔返水情况及软弱层等的直观记录资料的分
43、析，可以获得如下信息：1）掌子面前方岩体完整性及裂隙发育情况；2）掌子面前方围岩级别、岩性变化情况及岩性分界面；3）掌子面前方溶腔的具体位置及溶腔的充填情况；4）重点地段的岩石力学参数；5）掌子面前方含水情况及涌水量；6）隧道突水突泥危险性判断。通过钻探的结果，对照物探结论和施工开挖过程揭示的地质情况，可进一步分析地层的软硬、完整性、稳定性等对施工安全影响的地质因素，不断地纠正钻探的初步结论和调整施工措施。（4）工程量统计钻探施工由施工单位实施、监测预报单位咨询，在隧道岩溶发育地段计划施作181次超前水平钻探工作，共计5430m。我单位将实时跟踪调查隧道开挖情况，根据开挖结果做好超前水平钻探咨
44、询工作，与施工单位一同做好超前水平钻探工作，确保施工安全。3.4 红外探测超前地质预报红外探水法是一种探水的辅助方法。短距离预报，25m以内，所有物体都发射出不可见的红外线能量；当前面存在隐伏含水构造或有水时，正常场产生畸变；绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。（1）测试仪器红外探水是通过岩层或煤层等的辐射场来确定隐藏目标体的存在及性质的一种仪器，见图21。图21 红外探水仪（2）探测原理由于所有物体都发射出不可见的红外线能量，这能量的大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当隧道掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当前面存在
45、隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是由掌子面向掘进后方（或洞口）按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。掌子面上9个数据的最大差值大于10w/cm2，就可以判定有水；红外辐射曲线上升或下降均可以判定有水，其他情况判定无水。红外探测的特点是可以实现对隧道全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧道外围空间及掘进前方25m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间。但这种方法只能确定有无水，至于水量大小、水体宽度、具体的位置没有定量的解释。（3）探测方法在现场红外探水的过程中，首先根据现场地质条件情况调整好参数，由掘进断面向后方以5米点距，布12个探测断面，探测线一般为洞顶、拱脚、左右边墙、洞底分别布置测线；若掌子面后方由于衬砌施工等原因造成无法布置测线，可在掌子面进行探测。布点可以均匀布4行，每行5个测点。将观测到的数据记录成表，绘制曲线图，然后做相应的处理、分析和解释，就可通过正常场推断异常场，进而预测掌