斜拉山隧道地质预报、施工监控量测及质量检测实施方案.docx

西藏自治区国道317线丁青至斜拉山段改建工程斜拉山隧道
超前地质预报、施工监控量测及质量检测

实 施 方 案

深圳高速工程检测有限公司
2015年10月

目 录

1、工程概况 1
1.1、地形地貌 1
1.2、地质条件 1
1.3、水文地质条件 2
1.4、地震 3
1.5、气候 3
1.6、水系 4
2、检测工作机构组织、工作计划 4
2.1、组织机构建设 4
2.2、人员组成与工作时间安排 5
2.3、人员岗位职责 6
2.4、工作计划 7
3、隧道工艺及方法、内容、频率和措施 9
3.1、隧道地质超前预报 9
3.2、隧道施工监控量测 20
3.3、隧道质量检测 25
4、执行标准 31
4.1、地质超前预报主要实施依据 31
4.2、隧道监控量测主要实施依据 31
4.3、隧道质量检测主要实施依据 32
5、隧道质量及工期保障措施 32
5.1检测质量保证措施 32
5.2、检测工期保证措施 34
5.3、安全保证措施 34
6、隧道分析与判定、报告及结果 35
6.1、地质超前预报成果分析及处理 35
6.2、监测成果分析处理及工程应用 37
6.3、质量检测结果处理 42
7、工作建议 43
7.1、不良地质灾害防治 44
7.2、监控量测建议 44
7.3、成立评估联络工作组 45
7.4、建立技术协调会制度 45

7.5、现场工作协调制度 45
7.6、建立信息化检测平台 45
8、服务承诺 46
8.1、服务质量 46
8.2、后续服务措施 46
8.3、经营信誉 46
8.4、办事效率 46
8.5、服务承诺 46
9、仪器设备汇总 50
10、安全保障保障措施与纪律要求 50
10.1、安全生产的原则和目标 50
10.2、安全保证体系框图 51
10.3、安全保证措施 51
10.4、纪律要求 52
11、工作重点及难点的分析 53
11.1、地质超前预报 53
11.2、隧道监控量测 54
11.3、隧道质量检测 54

1、工程概况
国道317线川藏公路北线位于四川、西藏境内，东起四川省成都市，西止于西藏自治区那曲地区那曲镇，总长约2022公里，其中西藏境内路段全长约1058.4公里。川藏北线是西藏通往川渝地区及我国内地的通道之一，也是沟通那曲和昌都两地唯一的通道。本项目位于国道317线川藏公路北线西藏境内，东起西藏自治区丁青县丁青镇西（K1546+353），止于丁青县巴达镇西（K1667+198），路线全长110.077公里。
斜拉山是国道317线上著名的卡脖子地段，是该线的重要控制点。斜拉山位于丁青县与索县交界处，山势险要，海拔4000米以上。斜拉山垭口（K1640+580）海拔4875米，山顶处海拔5200米以上。越岭时，巴青方向设9个回头曲线，半径均12～18米之间；丁青方向设16个回头曲线，半径均在10～15米间。该段属严重积雪区，每年4月化雪，8月又开始下雪，迎风面最大积雪达3米，路基积雪冰槽达1.2米，由于雪灾等因素影响，交通时常中断。
斜拉山隧道位于西藏自治区昌都市丁青县尺牍镇与巴达乡交界部位，从斜拉山东边坡上的26道班以上约500m处跨越一冲沟进洞，于斜拉山西边坡脚出洞，进口和出口均位于现国道317线道路旁，交通较为方便。
隧道采用单洞双向行驶设计，进口设计标高4430.71m；出口设计标高为4532.91m，洞身最大埋深约685.09m。隧道进口采用端墙式，出口设置15m防雪棚洞。隧道平行导洞进出口均采用端墙式洞门。隧道内设高压钠灯照明，采用全射流风机纵向通风，隧道防灾救援采用平导，水成泡沫消火拴与灭火器组成消防系统。
隧道设计遵循安全、经济、合理的原则，在遵守相关规范的前提下，通过结构计算并借鉴类似条件隧道的实例，按新奥法理论，结合隧道实际情况进行设计。
表1-1 隧道设计划分表
编号
隧道名称
起讫桩号
长度（m）
1
斜拉山隧道
K1632+832～K1636+905
4073
2
防雪棚洞
K1636+905～K1636+920
15
3
平导
K1632+859～K1636+920
4061
1.1、地形地貌
测区属青藏高原高山地貌，山体呈东西向展布，地形起伏较大，为国道317线在此处的越岭线路。隧道沿轴线地面高程变化在4437.765～5178.926m之间，相对高差约741.161m。
隧道进口位于斜拉山东边坡上26道班附近的一坡面型冲沟。冲沟横断面呈“V”字形，沟底宽10m左右，纵坡降35°左右，沟底为碎块石土，沟中常年有流水，勘察期流速1m/s，水深0.1m左右。坡面植被稀少；隧道出口位于斜拉山西边坡脚下缓坡处，坡面植被为高山草甸。工程区坡顶地形高陡，隧道轴线走向与地形等高线近于垂直。
1.2、地质条件
根据区域地质资料，经1：2000工程地质调绘、钻探及工程物探，隧址区发育三条断层，其中F14查普玛－纳则卡为NE方向上的主断裂，f1有f2为次级断裂。
F14查普玛－纳则卡断裂：该断裂走向为NE向，区内延长29km，该断裂做为北东向断裂组的一条大型断裂，南西端为雪拉山混杂的北界断裂：该断层为正断层，产状为174°＜80°。
f1断裂：该断层走向为东西向，区内延长约3.7km，该断层为逆断层，产状为169～191°＜78°，为比冲弄片岩（Ptbc）与吉塘岩群三岩组（AnCjt3）的分界线。
该断裂在隧道K1632+839～K1634+800段近平行于隧道轴线，在隧道K1634+800～K1636+929段逐渐偏离隧道，其中该断裂在地面的交线与隧道轴线竖直面在地面的交线于K1633+700及K1634+600处相交。
隧道位于该断层的下盘，隧道洞室与该断层破碎带的最近距离约24.3m。
f2断裂：该断层走向为东西向，区内延长约6.6km，该断层为正断层，产状171°＜80°，为混杂岩（T3Tm.nsl）与侏罗系统雀莫描组（J2q）的分界线。
其中隧道所在的吉塘岩群三岩组（AnCjt3）岩层产状为180°＜55～72°。
1.3、水文地质条件
（1）地表水
斜拉山两侧沟谷为场地地表、地下水汇集、排泄通道，地表水主要接受大气降水和上游冰雪融化水的补给，汇水面积较大，补给源短，径流量受区内降雨量和季节性控制，具雨涨晴消流量小的特点，进出口两端河沟水流量为16.0～25.0L/s，隧道中部位置发育1条冲沟，流量约10 L/s。
（2）地下水
隧址区地下水类型主要有松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水及断层破碎带积水。
1）松散堆积层孔隙水
松散堆积层孔隙水主要赋存于残坡积层（Q4el+dl）,接受大气降水及融化的冰雪水补给，顺地形向坡脚溪沟及下卧岩层排泄，具含水层薄，含水层孔隙较大，透水性好，雨季具有就地补给、就地排泄的特性，旱季流量小的特点。
2）基岩裂隙水
基岩裂隙水赋存于基岩裂隙中，接受上覆松散层地下水及基岩裂隙水补给，顺地形就近向坡下溪沟及坡脚排泄。因场区地形切割强烈，山体斜坡陡峻，地表、地下水排泄距离短、迅速，致使基岩裂隙水贫乏。
在工程地质、水文地质调绘中，隧址区未发现分布有明显的泉点：基岩裂隙水顺地形于坡脚地势低洼处排泄补给溪沟沟水。
3）断层破碎带积水
隧址区发育三条断层，冰雪融水侵入破碎带易形成积水，接受上覆松散层地下水及基岩裂隙水补给，下部未发现明显的泉水出露点。
1.4、地震
根据GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》及《建筑抗震设计规范》 GB 50011－2010，场地抗震基本烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震分组为第三组，地震动反应谱特征周期为0.45s，此隧道为特长隧道，属重要设防类，应按本地区抗震设防烈度提高一度进行抗震设防。
1.5、气候
该区位于青藏高原东北，他念他翁山中段，三江流域西北部的高山峡谷区，昌都地区西北部澜沧江支流解曲河与怒江流域中上游之间，测区内水系大部为怒江水系。本区属高原温带半湿润季风气候，斜拉山以东属藏东高原温带湿润季风气候，空气稀薄，冬半年气候寒冷、干燥，夏半年温和湿润，年温差小，日温差大，据昌都地区丁青中心气象站1982～1987年统计资料：年平均气温在2.7～4.1℃之间，最高气温10.1～11.9℃，最低气温－2.2～3.1℃。极端最高气温是1984年6月4日，达25.3℃，多出现在每年的6～8月份，极端最低气温出现于1959年12月31日，最低温度为－25℃。隧址区最大冻深1.8m，无霜期14～67天，初霜最早是7月1日，终霜期最晚是6月5日，降雨在479.2～743.2mm之间，日降雨量最大是2004年，一日最大降雨量为38.2mm：区内气候垂直分布现象非常明显，以每年的6～7月为例，山间谷地为春秋天，5000m以上为冬天全年无夏天。每年的7～8月常有雷电、暴雨、冰雹、大风和泥石流等自然灾害。冬春季又是主要冰冻霜雪天气，时有雪灾发生。
1.6、水系
隧道穿越断层影响带及岩株段，根据隧址区的工程地质及水文条件，对隧道突水、涌水段的预测原则如下：
1）岩性不同时代接触带，突水、涌水的可能性大。
2）白垩系岩株带与石英片岩、大理岩接触带，突水、涌水的可能性大。
3）富水断层突水、涌水的可能性大。
主洞隧道K1634+000～K1634+500段，平导K1634+015～K1634+515段为断层及岩株影响带，岩体裂隙发育，岩体破碎，局部段落岩体揉皱现象明显，洞室开挖极易造成突水突泥。
2、检测工作机构组织、工作计划
2.1、组织机构建设
我方根据项目需要及投标文件承诺选配具备相应资质、现场经验丰富的精干人员，组建西藏自治区国道317线丁青至斜拉山段改建工程斜拉山隧道地质超前预报、监控量测及质量检测项目经理部。共设置3个工程检测组，分别负责地质超前预报工作、监控量测工作、质量检测工作。

图2-1 工作机构组织图

表2-1 各小组主要工作任务一览表
序号
队伍名称
各小组主要任务
1
地质超前
预报组
1)利用TSP203超前地质预报系统和地质雷达两种方式对隧道施工掌子面前方的地质情况进行预报；
2)整理分析监控及地质预报原始记录，编制相关报表，定期出具报告。
2
监控量测组
1)负责隧道施工中各种必测与选测项目外业数据采集工作；
2)整理分析监控及地质预报原始记录，编制相关报表，定期出具报告。
3
质量
检测组
1）对已施工的初期支护和二次衬砌进行雷达扫描；
2）对利用超声回弹综合法对已施工的二次衬砌混凝进行强度检测；
3）整理分析雷达扫描图像，计算并推定结构混凝土强度，定期出具报告。

2.2、人员组成与工作时间安排
表2-2 拟投入主要人员一览表
序号
姓名
性别
职称
拟在本标段担任职务
1
金美海
男
高级工程师
项目经理
2
李承峰
男
助工
检测员
3
唐孝宗
男
/
辅助人员
2.3、人员岗位职责
2.3.1项目经理
项目负责人负责项目的总体协调和工作安排，需具有良好的沟通能力和全面的组织能力，并具有较高的专业素质。项目负责人主要职责如下:
(1) 联系业主单位，传达业主单位对本项目实施的具体要求，协助业主质量、安全检查；
(2) 负责监测数据的规范、科学、公正；
(3) 负责项目人员分配和工作安排；
(4) 负责监测人员的培训、考核工作；
(5) 对质量进行全程控制，对安全生产进行全程监督；
(6) 负责监测质量申诉和事故报告处理；
(7) 组织项目技术交底，落实项目的进度目标；
(8) 协调项目质保期内的质量整改工作。
2.3.2项目总工
技术负责人负责整个项目的技术工作，对项目进行全面的技术控制。技术负责人主要职责如下:
(1) 认真贯彻执行国家有关法律、法规、规程、规范、标准和本单位的技术质量管理制度，积极引导项目技术人员进行技术创新，提高项目的科技含量。
(2) 组织项目技术人员编制技术方案，并进行审批。
(3) 检查、督促项目部技术人员技术质量资料的整理工作，保证资料整理的真实性、及时性、完整性。
(4) 帮助项目部技术人员解决工程当中的技术问题，对一般技术问题作出处理方案，对疑难问题上报技术顾问，由技术顾问会同总工程师作出处理意见或处理方案。
(5) 对隧道监控量测开工前进行技术交底，作到事前预防、事中控制、事后监督。
(6) 组织项目技术人员学习贯彻有关标准、规范、规程和建设工程强制性条文。贯彻执行我单位下达的各项管理制度。
(7) 负责对监测项目的评定等级及其他提交成果的进行审核。
(8) 负责项目原始资料归档初审工作，初审合格上报我单位档案室。
(9) 负责对项目工程技术人员的考核工作的实施。
（10）实施质量和环境管理体系文件，保持有效运行。
2.3.3检测工程师与检测员
(1) 执行国家有关法律、法规、规程、规范、标准的要求；
(2) 负责与内外业的资料交接，待外业基本完成后及时进行内业报告编写；
(3) 负责执行本标段隧道地质超前预报、施工监测及质量检测的外业实施；
(4) 受本单位、业主单位及相关质量监督单位的监管，同时现场作业安全要遵守
管理部门的要求。
（5）负责原始资料数据处理和报告的编写工作；
（6）日常工作中及时与参建各方进行沟通；
（7）将检查数据录入数据管理信息系统；
（8）保障各项报告提交的及时性、规范性、公正性。
2.4、工作计划
我公司高度重视“西藏自治区国道317线丁青至斜拉山段改建工程斜拉山隧道地质超前预报、监控量测及质量检测”工作，在本项目投标中承诺抽调理论基础扎实、技术水平高、业务熟练、检测经验丰富的专业技术人员,所派出的人员均有多年高速公路项目的隧道地质超前预报、监控量测及质量检测项目的工作经历，都持有交通运输主管部门核发的公路工程试验检测工程师活检测员证书（隧道专业），具备在复杂地质条件和不良施工环境下对隧道质量的判读、复核能力。同时我公司为该工程隧道超前地质预报、监控量测及质量检测配备各种先进检测设备和健全的内部管理制度。

一 检测前准备
1、成立“昆磨高速小勐养至磨憨段改扩建工程隧道地质超前预报、监控量测及质量检测项目组”，宣贯检测大纲，进行相关仪器准备工作；
2、调查、资料收集。
二 现场检测
在接到业主通知24小时内，合理安排人员和设备，对要求预报的里程进行超前地质预报，对需要监控量测的断面开展监控工作，对已完成喷射混凝土地段开展检测工作，并及时反馈检测结果，提交检测报告。针对不满足要求的检测结果，项目组将及时准确地进行复查，确保工程质量检测的可靠性。

三 实测资料的整理
外业检测结束后及时整理、分析数据。地质预报确保隧道掘进开挖前2天，提供开挖前方20米范围的工程地质性质，2个工作日内提供成果报告，5个工作日内提供正式文报告文件；监控量测各测试项目每次测试后，现场计算监测结果，发现问题及时上报相关各方。每月提供监控量测旬报及月报，在隧道的主体工程完成及隧道跟踪监测工作结束后一个月内提交监控量测总报告。隧道质量检测在检测完成后2个工作日内提供成果报告5个工作日内提供正式文报告文件。
四 资料分析与反馈
①实测资料经过分析后，在提交检测报告时，要对异常情况进行分析并对下步工程施工提出建议。
②监控量测观测后现场计算结果，若出现异常情况，重新量测排除操作失误后，结合其它监测项目，若隧道确实有异常，根据变形管理等级立即报告相关部门，随即发出预警通知；
③超前地质预报结果包括：地层岩性、破碎程度、风化程度、节理裂隙发育程度、充填情况、富水情况以及预测到的不良地质体的性质、位置和规模，并提出相应的技术措施与可行性建议。
④所有检测项目整编成果应考证清楚、项目齐全、数据可靠、方法合适、图表完整、说明完备。

图2-2 检测工作开展阶段示意图
（1）检测标段中标签定合同后，7天内按投标文件要求组织人员和仪器设备进场，领取隧道设计图和施工单位的施工计划并进行现场勘查，编写检测实施方案，报监理、业主审批。
（2）针对现有隧道建立检测质量和安全管理体系,报监理、业主审批。
（3）及时与业主、监理、施工单位进行检测交底。
（4）根据施工单位提供的报检单先后，及时安排检测工作。特殊情况随叫随到。
（5）计划工期30个月。
（6）根据隧道施工工期，按质按量进行检测，不影响施工单位的施工进度。
（7）每项检测工作严格按技术规范检测。提交报告时间自现场检测完后：地质超前预报报告24小时内提交；质量检测报告48小时内提交；监控量测报告按月报和预警报告提交。
（8）根据施工单位的施工计划，调整检测计划。
（9）仪器设备定时标定,保养,保证正常,完好率100%，随时可以到现场检测。
（10）人员到位率100%。
（11）隧道衬砌结构全部交工验收后15天内提交最终检测报告
3、隧道工艺及方法、内容、频率和措施
3.1、隧道地质超前预报
3.1.1、地质超前预报的目的
地质超前预报主要是加强施工期间的地质调查工作，是在正式开挖之前，除根据预探揭露出来的实际地质情况，校正补充设计未能揭示的资料外，还要根据这些成果资料，分析推断开挖面前方的地质情况，是否存在前期勘察时没有查到的不良地质体，及其位置、规模和性质，以避免突发性地质灾害的发生，为优化、完善设计，制定科学、合理的施工方法提供地质信息依据。
通过地质超前预报探测手段，预测开挖掌子面前方150米以内围岩工程地质和水文地质条件，结合掘进中地质条件的变化，记录掌子面地质情况，及时提出预报，以便有准备地做好各种预防和施工措施，保证隧道工程的安全顺利进行。
3.1.2、地质超前预报等级划分
将地质超前地质预测预报工作纳入施工工序，做到先预测预报、后施工，根据设计图中设计单位提供地质条件并结合预测预报结果综合分析。超前探测预报时采用长短距离结合，多种探测方法优势互补。
隧道划分地质超前预报等级如下页表《超前地质预测预报等级划分表》
表3-1 地质超前预测预报等级划分表
序
号
地质风险等级划分
地质条件描述
预测预报方案、方法
1
A
存在重大地质灾害隐患地段
1、洞口浅埋段；
2、泥质粉砂岩夹煤线和泥岩段；
3、瓦斯、突水；
4、断层破碎带及影响带，溶洞、地下水及暗河，高富水压段突水。
采用地质分析法、地震波法、地质雷达法、超前水平钻探交叉结合。
2
B
Ⅴ级围岩段：该段围岩岩质软、岩体破碎，地下水较丰富，洞顶及侧壁易坍塌，易出现地表下沉（陷）或坍至地表。
采用地质分析法、地质雷达法、超前水平钻探。
3
C
Ⅳ级围岩段：该级围岩受地质构造（背斜的挤压、断层带的影响等）影响较强，岩体较破碎，地下水丰富，洞顶易坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉（陷）或坍至地表。
采用地质分析法、地质雷达法为主，重要特殊的地质界面、断层或物探异常地段必要时采用超前水平钻孔。
4
D
Ⅲ级围岩段：围岩较稳定，岩体完整性较好，层间结合较好，不易坍塌。在局部地下水丰富、结构面结合差、有少量软弱夹层的地段，可能发生掉块、坍塌、变形量较大等情况。此级围岩为较硬质岩，岩体变形、掉块具有突发性的特点。
采用地质分析法

3.1.3、超前地质预报主要工作内容
表3-2 地质超前预报主要项目和内容
预报方式
预报项目
预测预报主要内容
主要方法/仪器
超前预测
岩层倾向、倾角、走向地下水的来源、工作面埋深等
预测岩层相同特征向施工方向延伸的长度、地下水源头、隧道埋深、断层延伸长度、裂隙发育和岩体结构特征
地质分析法
常规预报
围岩等级
岩性特征，节理、裂隙发育特征和岩体结构特征
地质分析法（地质罗盘、地质锤、卷尺、地表观察、工作面观察）。
地下水赋存状态
涌水量大小、水压力、环境水文地质特征
物探法、超前钻探孔、测流计。
异常预报
断层带
位置、规模、破碎程度及宽度、充填情况
物探法、超前钻探孔、地质分析法。
岩溶
大小、位置、充填情况 与水关系
物探法、超前地质钻探孔、地表观察。
3.1.4、地质超前预报主要方法
3.1.4.1地质分析方法
地质分析方法有地质调查和隧道开挖面地质素描以及设计图地质分析三种方法。
1）、地质调查
对隧道所处地带地形、地貌、地质进行调查与地质推理相结合的方法有针对性的补充地质资料。补充地质资料的主要内容包括：不同岩性、地层在隧道地表的出露及接触关系，岩层产状及变化情况；构造在隧道地表的出露、分布、性质、变化规律及产状变化；地表岩溶发育情况和分布规律。
2）、隧道开挖面地质素描
地质预报人员对隧道开挖面的地质状况作如实的调查和编录，采集必要的数据，具体包括：开挖面地层、岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录，每次开挖后按照附表三表格填写“施工阶段围岩级别判定卡”，最后根据里程段汇总，编制地质预报成果。
地质素描方法和预报成果见下表。
表3-3 地质素描方法和预报成果
序号
方法
形成成果
1
用罗盘仪、地质锤、卷尺，洞内观测等方法，实测岩层产状、断层层面产状等资料，去分段测绘。
分析岩体各种参数，对开挖面地质评价，绘制常规地质预报展示图和分段地质预报成果。
2
绘制标准地层剖面和岩层位
预测预报软弱岩层的位置，围岩稳定情况，提出施工措施建议。
3
观察开挖面断层及微构造出露情况、量测岩层产状
分析断层、微构造的产出的规律和在开挖面的部位、构造走向与隧道轴线关系，作出地质预报图。
3）、设计图地质核对分析
在隧道开工前和施工中，对开挖施工工作面里程的设计地质资料进行分析，是否存在突水、突泥、岩溶、断层等不良地质条件，根据分析情况和现场地质素描内容填写判定卡，确定是否需要进行采用其他方法进行探测，确保施工安全。
3.1.4.2地震反射波预报法
在隧道预报中经常采用地震反射波法，目前在我国隧道预报中采用的主要是TSP地震波反射法、针对本项目隧道具体情况和招标文件要求，对于长距离预报计划采用TSP方法进行超前预报。以下详细介绍TSP203超前地质预报系统。
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发的目前世界上在这个领域最先进的设备。它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况，它弥补了传统地质预报方法只能定性不能定量预报的缺陷，为更准确进行超前地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具。它不仅可以及时地预测预报隧道前方工程地质条件，为隧道施工工艺制定提供依据，从而加快施工进度，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害发生的危险性，为隧道施工提供安全保障。
TSP203每次可探测150～180m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖150m～180m预报一次，重叠部分(不小于20m)对比分析，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。
1）、预报原理
TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的，TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点（通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点）用小量炸药激发产生，当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收，数据通过TSPwin软件处理，就可以了解隧道工作面前方不良地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。

图 TSP法地质超前预报工作原理
2）、设备介绍
采用TSP203超前地质预报系统，系统主要组成：
① 记录单元：12道，24位A/D转换，采样间隔62.5μs和125μs，最大记录长度为1808.5ms，动态范围120dB。
② 接收器（检波器）：三分量加速度地震检波器，灵敏度为1000mV/g±5%，频率范围为0.5～5000Hz，共振频率9000Hz，横向灵敏度＞1%，操作温度0℃～65℃。
③ TSPwin软件：数据采集和处理集于一体。

图 TSP203设备全图
3）、测线布置
① 接收器孔
位置：在隧道边墙（面对掌子面），距离掌子面大约50m。
数量：2个，隧道左、右边墙各一个。
直径：φ43-45mm/孔深2m。
布置：沿轴径向，用环氧树脂固结，向上倾斜10°左右。
高度：离地面1m。
② 炮孔
位置：在隧道的右边墙。第一个炮孔离接收器16m，其余炮孔间距为1.5m。
数量：24个
直径：38mm/孔深1.5m。
布置：沿轴径向，向下倾斜10-20°（激发时水封填炮孔）。
高度：离地面约1m。
4）、数据采集与分析
TSP203超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大部分。
① 洞内数据采集
洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大部分组成。
洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器、放炮接收信号等过程。
a、钻接收器孔2个，见测线布置。
b、钻爆破孔24个，见测线布置。
c、埋置接收器管：将环氧树脂放入接收器孔中， 然后将接收器管旋转插入孔内，15分钟后环氧树脂、接收器管与周围岩体就能很好地粘结在一起；
d、装药：每爆破孔装药量大约75g（岩石2#乳化炸药），根据围岩软硬完整破碎程度与距接收器位置的远近而不同；
e、联线：将设备各组件及爆破导火线联接好；
f、放炮、接收信号
g、拆线、清理设备。

图3-1 TSP203洞内数据采集示意图
② 室内计算机分析处理
采集的TSP数据，通过TSPwin软件进行处理。TSPwin软件处理流程包括11个主要步骤，即：数据设置→带通滤波→初至拾取→拾取处理→炮能量均衡→Q估计→反射波提取→P-S波分离→速度分析→深度偏移→提取反射层。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间转换为距离（深度），可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。
通过TSPwin软件处理，可以获得P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分布。
5）、提交资料
室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告，报告一般包括如下内容：
① 工作概况
② 探测的方法、设备及原理
③ 测线布置
④ 对测试结果的初步分析
⑤ 结论
TSP报告中应附的成果图表含：
① 现场数据记录表
② 岩石参数曲线图（横坐标为里程）
③ 岩石参数表
6）、与隧道施工工序衔接
打炮孔和接收器孔可与隧道施工平行作业，由作业公司完成，届时预报单位以工程联系单形式书面就钻孔的孔位、孔深、倾斜等具体要求与作业公司联系。为洞内数据采集接收信号时减少噪音，一般要求45分钟左右短暂停工。
3.1.4.3电磁波法
本项目短距离地质预报拟采用地质雷达进行。
1）、地质雷达工作的基本原理
地质雷达法(Ground Penetrating Radar Method)是利用地质雷达发射天线向目标体发射高频脉冲电磁波，由接收天线接收目标体的反射电磁波，探测目标体空间位置和分布的一种地球物理探测方法。其实际是利用目标体及周围介质的电磁波的反射特性，对目标体内部的构造和缺陷(或其他不均匀体)进行探测。
地质雷达是近年来一种新兴的地下探测的新技术，它是利用宽频带高频电磁波信号探测介质结构位置和分布的非破坏性的探测仪器，天线屏蔽抗干扰性强，探测范围广，分辨率高，具有实时数据处理和信号增强，可进行连续透视扫描，现场实时显示二维黑白或彩色图像。
地质雷达通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的垂直二维剖面图像，具体工作原理是：当雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时，就会发生反射、透射和折射。两种介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理，形成全断面的扫描图，工程技术人员通过对雷达图像的判读，判断出地下目标物的实际结构情况。

图3-2 地质雷达工作示意图
电磁波的传播取决于介质的电性，介质的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透(探测)深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体(物体)具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。
地质雷达基本参数如下：
(1)电磁脉冲波旅行时间

式中：—勘查目标体的埋深；—发射、接收天线的距离（式中因,故可忽略）；—电磁波在介质中的传播速度。
(2)电磁波在介质中的传播速度

式中：—电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）；—介质的相对介电常数，—介质的相对磁导率（一般）
(3)电磁波的反射系数
电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：

式中：r — 界面电磁波反射系数；—第一层介质的相对介电常数；—第二层介质的相对介电常数。
(4)地质雷达记录时间和勘查深度的关系

式中：— 勘查目标体的深度；— 雷达记录时间。
结合现场探测精度和深度，我们选用目前世界上技术领先的RIS-K2型地质雷达，天线选用40 MHz屏蔽天线。
地质雷达不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大，但是分辨率会降低；频率越高，探测深度越浅，分辨率会提高。在隧道内检测，需采用屏蔽天线。
2）、测线布置
探测的具体布置根据TSP203的预报结果确定，测线主要布置在掌子面上，正洞每个掌子面至少布置4条测线，在地质情况异常段加密测线，测线布置如图所示。

图 3-3 雷达测线布置图

3）、资料处理与解释
一般的处理都包含水平与垂直滤波、电磁波速分析等。
(1)水平和垂直滤波
水平波具有时间相等的特点，水平滤波就是利用这一特性。滤波过程中，可将相邻的一定数量的扫描线求平均，再与个别扫描线相比较，就可消除水平波。
垂直滤波就是地震资料处理中常用的滤波方法，其中较为常用的方法有带通滤波，高通滤波，低通滤波，小波变换等。垂直滤波的目的是为了消除杂散波干扰，这些杂散波是来自于外源，不是天线自身发出的，频率不在雷达天线频带内。
(2)增益调节与显示选择
显示选择包含两个层次的选择，一个层次是选择显示方式，另一个层次是选择显示模板。可供选择的显示方式有波形、变面积、能量谱等显示方式，其中比较常用的是后两种，其中能量谱显示方式效果更好些。显示模板包含不同的色彩配比，而更重要的是能量反差大小及变换关系的配比，这两种配比组合形成几十中模板，根据不同的对象，选择合适的模板，可达到显示目的。
(3)含水结构特性分析
一般情况下裂隙岩体含水是不均匀的，岩块与裂隙中水的介电常数具有强烈的差异，因而含水岩体在雷达记录中最为显著的特点是一系列杂乱的强反射，没有明显的同相轴。
3.1.4.4超前水平钻探
采用超前水平钻探法，对开挖面前方7.5～30m范围的地质岩层整体性、含水构造、水量及水压进行预测，在地质分析法、TSP和地质雷达预报的基础上，用超前水平钻探法进一步对地质异常段围岩地段取得可靠的资料。
钻探孔时，根据钻进速度的变化和冲击振动频率，钻孔中出水的清浊及颜色，对开挖面前方围岩整体性进行分析，含水构造进行判断（在开挖钻孔作业时，可将部分眼孔加深8～10m，作为辅助超前探测，辅助超前探孔数量在施工中可根据实际地质情况酌情增减）。探水钻孔横断面布置、煤层超前探孔布置分别见下图。

图3-4 探水钻孔横断面布置图
每次探水段长7.5m，开挖5m，保留2.5m开始下一次探水；探水孔孔径（终孔）为55mm，钻孔外偏角为10°。

图3-5 煤层超前探孔布置图

接近煤层前，在距地质勘测的煤层位置10～15m（垂距）处掌子面打超前探孔1个（1#孔），初探煤层位置；在距初探煤层位置10m（垂距）处掌子面打3个超前孔（2#、3#、4#孔），并取岩芯；每个探孔穿透煤层并进入顶（底板）0.5m以上；探孔为80mm。
3.2、隧道施工监控量测
3.2.1、监控量测工作目的
由于隧道是属于地下工程，我们对隧道所处的地层和地质资料的勘探认识有限。如果施工工艺不当易造成围岩失稳，甚至可能发生大的塌方，给工程带来不可弥补的经济和时间损失以及不良的社会效应。并且隧道开挖断面较大，结构受力复杂，而且施工工序多，对结构设计和施工都提出了很高的要求，这就要求对隧道的施工全过程进行新奥法施工监测。
实时监控量测不但可以及时提供隧道通过邻近构筑物地段时隧道拱顶下沉、周边位移、围岩内部位移、钢支撑内力、锚杆轴力、支护和衬砌内应力等信息，用于判断施工工艺的可行性、设计参数的合理性，提出更加恰当的施工方法和合理的支护措施；而且可以及时掌握隧道通过邻近构筑物地段时对邻近构筑物的影响，为判别构筑物是否安全提供科学依据。因此实施隧道信息化动态施工控制，既能达到安全快速施工，又能节省工程造价的目的。
本项目隧道按锚喷构筑法原理，鉴于隧道地质构造及地层岩性复杂，为了保证隧道施工的安全和顺利进行，掌握围岩和支护的动态信息；使隧道结构既安全，满足其使用要求，又经济合理；特别在不良地质、突水、洞口浅埋等有必要监控的地段设置监控量测断面，进行全面、系统的监控量测。
（1）掌握围岩动态和支护结构的工作动态，利用量测结果修改设计，指导施工；
（2）预见事故和险情，以便及时采取措施，防范于未然；
（3）积累资料，为以后的工程设计、施工提供经验；
（4）为确定隧道安全提供可靠的信息；
（5）量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施
工安全和隧道稳定；
（6）验证支护结构型式、支护参数的合理性，对支护结构、施工方法的合理性
及其安全性做出评价及建议，为确定二次支护时间提供依据。
3.2.2、监控量测工作内容
隧道施工中的监控量测项目包括必测项目和选测项目根据《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）有关规定同时结合本项目招标文件要求，隧道监控量测的具体内容如下：
3.2.2.1选测项目
（1）轴力量测；
（2）围岩内部位移量测；
（3）围岩与初期支护间接触压力量测；
（4）钢支撑内力及外力量测；
3.2.3、监控量测实施方法
3.2.3.1锚杆轴力量测
1）、量测目的
①了解锚杆轴力的大小，为锚杆选型和设计提供依据；
②量测围岩内部不同深度锚杆的受力状态；
③了解围岩内部受力的分布特征，从而分析锚杆设计是否合理。
2）、测点布置
锚杆轴力量测沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙设5个测孔，孔深3.7 m～5m ，孔径为φ50mm。一个测孔内设5个传感器，每个断面25个测点。隧道锚杆轴向力量测方法有电测法和机械法，它们都是通过量测锚杆，先测出隧道围岩内不同深度的应变（或变形），然后通过有关计算转求应力的量测方法。考虑量测方便，一般多采用电测法的钢筋计量测。测孔布置见下图。

图3-6 分离式隧道锚杆轴力量测测孔布置
3.2.3.2围岩内部位移量测
1）、量测目的
①量测围岩内部不同深度的位移；
②了解围岩的松动范围及其位移量，判断围岩内部的稳