【正文】 究其原因， 大多 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員無(wú)法對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面綜合分析和應(yīng)用 。 寧武高速公路 A5 合同段隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù) 實(shí) 施 方案 12 TSP 超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)施方案 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)擬采用 瑞士 Ambery 測(cè)量技術(shù)有限 公司 生產(chǎn)的 TSP 超前探測(cè)系統(tǒng)TSP200/203，見(jiàn)圖 4。 TSP 超前探測(cè)方法原理 TSP 系統(tǒng) 是 專門用于隧道（巷道）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的探測(cè)系統(tǒng) （ Tunnel Seismic Prediction） ，它能長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)隧道（巷道）施工前方地質(zhì)變化，斷層破碎帶，軟弱夾層以及其它不良地質(zhì)體，其準(zhǔn)確預(yù)報(bào)范圍為掌子面前方 80150m，可以為隧道 (巷道 )施工設(shè)計(jì)提出科學(xué)而準(zhǔn)確的工作方案 。 其原理是采用了回聲測(cè)量原理，如圖 5 所示，震源點(diǎn)通常布置在巷道的左或右邊墻上，一般 24 個(gè)炮點(diǎn)布成一條直線，接收點(diǎn)和炮點(diǎn)在同一水平面，在指定震源點(diǎn)用小藥量激發(fā)產(chǎn)生地震波，地震波以球面波的形式在巖石中傳播，當(dāng)遇到巖石物性界面如斷層與巖層的接觸面、巖石破碎帶與完整巖石接觸面、不同巖性接觸面等波阻抗差異界面時(shí)，一部分地震信號(hào)將反射回來(lái)，一 部分折射進(jìn)入前方介質(zhì)。反射地震信號(hào)將被高靈敏度的檢波器接收，反射信號(hào)的傳播時(shí)間和反射界面的距離成反比，因此可確定界面的位置。 TSP 技術(shù)特點(diǎn) 如下 ： ① 預(yù)報(bào)范圍可從 80m到 150m； ② 施工時(shí)間短，完成全部外業(yè) 收集數(shù)據(jù) 僅需 2 小時(shí)左右，可現(xiàn)場(chǎng)處理資料提交成果，也僅需 610 小時(shí)； ③ 對(duì)施工基本無(wú)影響，可對(duì)全巷道開展； ④ 可提供巖石動(dòng)力學(xué)參數(shù)，劃分圍巖類別； ⑤ 可確定地質(zhì)體空間位置 。 TSP 技術(shù)參數(shù) ： TSP（ Tunnel Seismic Prediction）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)如下圖 5 所示，主要組成包括記錄單元和接 收器，記錄單元能夠記錄地震信號(hào)和質(zhì)量控制，其基本組成為完成地震信號(hào) A\D 轉(zhuǎn)換的電子元件和一臺(tái)便攜式電腦，便攜式電腦控制記錄單元和地震數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)及進(jìn)行處理和評(píng)估，記錄系統(tǒng)有標(biāo)準(zhǔn)的 12 道輸入，用戶可以設(shè)置4 個(gè)接收器，記錄單元采用最新技術(shù)的 24 位 A\D 轉(zhuǎn)換器，最小動(dòng)態(tài)范圍為 120db，可以獲得 10～ 8000Hz 的頻寬，最小記錄長(zhǎng)度 451ms，最大記錄長(zhǎng)度 1808ms，采樣間隔為～ 125μs 之間。 寧武高速公路 A5 合同段隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù) 實(shí) 施 方案 13 圖 4 TSP 巷道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng) 圖 5 TSP 地質(zhì)預(yù)報(bào)原理圖 接收器用于拾取地震信號(hào)，安裝在一 個(gè)特定的套管里。套管與巖石間采用雙份環(huán)氧樹脂牢固地結(jié)合。接收器由極靈敏的三分量地震加速度檢波器（ XYZ 分量）組成，頻寬 10～ 5000Hz，包括了所需的動(dòng)態(tài)范圍，能夠?qū)⒌卣鹦盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 每個(gè)接收器中，三分量地震加速度檢波器按順序排列，能確保在三維空間方向范圍的全波場(chǎng)記錄，所以能分辨不同波的類型，如 P 波和 S 波，接收系統(tǒng)是為適用各種不同巖石類型而設(shè)計(jì)的，從軟弱的巖石到堅(jiān)硬的花崗巖，接收器連同套管一起放入直徑為43mm、深度 2m的鉆孔中。采集到數(shù)據(jù)后，通過(guò) TSPwin 軟件的處理，可以獲得 P 波、S 波、 SV 波 的時(shí)間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等成果，以及反射層在探測(cè)范圍內(nèi)的空間分布，從而取得掌子前方的地質(zhì)情況。 TSP 超前預(yù)報(bào)方案設(shè)計(jì) TSP 預(yù)報(bào)觀測(cè)系統(tǒng)示意見(jiàn)下圖 6。 圖 6 接受器孔和炮孔平面分布 TSP 超前預(yù)報(bào)施工步驟 如下： ①單隧道準(zhǔn)備 24 道 TSP 炮孔，深度 米，直徑 38mm，間隔 米，自掌子面開始 ； 寧武高速公路 A5 合同段隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù) 實(shí) 施 方案 14 ②準(zhǔn)備 2 道 TSP 接收孔，深度 2 米 ,直徑 45mm，炮孔與接收孔距離 20 米； ③對(duì)炮孔放置雷管和炸藥； ④對(duì) 2 道檢波孔放置特殊檢波器； ⑤進(jìn) 行放炮和采集數(shù)據(jù)； ⑥ TSP 預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)檢查； ⑦結(jié) 合地質(zhì)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和解譯 。 對(duì) 鉆孔 的 要求 如下： ①接收器孔 數(shù) 量： 2 個(gè) 鉆孔直徑： φ45mm，采用 φ45mm鉆頭鉆孔 鉆孔深度： ～ ，不能超過(guò) 鉆孔方向：垂直隧道軸向，上傾 5176?！?10176。 鉆孔高度：離地面（隧底）高約 1m 鉆孔位置：隧道左右邊墻各 1 個(gè)， 距離掌子面約 55m ②炮孔 數(shù) 量： 24 個(gè) 鉆孔直徑： φ38mm，采用 φ38mm 鉆頭鉆孔 鉆孔深度： 鉆孔方向：垂直隧道軸向，下傾 10176?！?20176。 鉆孔高度：離地面 （隧底）高約 1m 鉆孔位置：根據(jù)地層傾向確定，布置在地層傾向與隧道軸線夾角為銳角一側(cè)的邊墻上。第 1 個(gè)炮孔離同側(cè)接收器孔 20m，炮孔距 TSP 地質(zhì)預(yù)報(bào)現(xiàn)場(chǎng)工作條件 甲方 需配合的 條件如下： ① 應(yīng)滿足 TSP 操作的隧道空間，即至少有 55 米無(wú)障礙的（臺(tái)階等）、沒(méi)有施作襯砌的隧道。 ② 每次應(yīng)準(zhǔn)備瞬發(fā)電雷管 30 支，防水乳化炸藥 4kg(φ32 藥卷 )，采集數(shù)據(jù)時(shí)作震源之用。 ③ 提供接收器孔附近的隧道半徑、拱頂至地面（隧底）的鉛直高度、兩接收器孔之間的距離等數(shù)據(jù)。 ④ 提供接收器孔和掌子面的里程 。 ⑤ 鉆孔前，應(yīng)用測(cè)量器具測(cè)定接收器孔和炮孔的位置，接收器孔和炮孔應(yīng)在同一平面上，并用紅油漆作標(biāo)記。炮點(diǎn)要標(biāo)記序號(hào)（距離接收器最近的定義為 S1）。 ⑥ 嚴(yán)格按要求（距離、孔深、傾角等）鉆孔。 ⑦ 配備往孔中灌水的工具（如膠管）?？咨硪?，孔內(nèi)巖屑（渣）和泥漿要用水沖出孔外。 ⑧ 采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)切斷影響數(shù)據(jù)以便于套管和炸藥包放置到位質(zhì)量的干擾源。 ⑨ 配備熟練的放炮操作員和工人 1～ 2 名。 ⑩ 配備功能完備的爆炸機(jī)一臺(tái)。 ⑾ 提供錨固劑若干。 寧武高速公路 A5 合同段隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù) 實(shí) 施 方案 15 ⑿ 協(xié)調(diào)參建各方關(guān)系。 ⒀ 現(xiàn)場(chǎng)條件具備后，提 前 5～ 7 天通知乙方進(jìn)場(chǎng)。 質(zhì)量保證措施 為保證 TSP 測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠及連續(xù)性，特采取以下質(zhì)量保證措施： ① 測(cè)量人員相對(duì)固定； ② 儀器的管理采用專人使用專人保養(yǎng)，專人檢驗(yàn)的方法； ③ 測(cè)量設(shè)備，傳感器等各種元器件在使用前均經(jīng)檢查校準(zhǔn)合格后方投入使用； ④ 測(cè)量數(shù)據(jù)均經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，室內(nèi)復(fù)核兩次檢查后方可上報(bào)； ⑤ 測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)計(jì)算管理均采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行； ⑥ TSP 測(cè)量項(xiàng)目從設(shè)備的管理，使用及測(cè)量資料的整理均設(shè)專人負(fù)責(zé)。 超前預(yù)報(bào) 分析及成果提交 綜合分析掌子面地質(zhì)特征、洞內(nèi)外地質(zhì)情況、地質(zhì) 探測(cè)結(jié)果，對(duì)掌子面前方一定距離內(nèi)的圍巖特征做出分析和預(yù)測(cè)，包括巖體完整程度、級(jí)別和富水情況，并對(duì)可能存在的地質(zhì)災(zāi)害及其對(duì)巷道施工和穩(wěn)定性存在的影響做出評(píng)價(jià)并提出相應(yīng)的工程措施建議。 預(yù)報(bào)成果 以報(bào)告的形式及時(shí) 提 交 給甲方 ，并根據(jù)反饋信息進(jìn)一步提高超前預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。 第 四 章 隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)采集、分析與應(yīng)用 原則 根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，及時(shí)整理監(jiān)控量測(cè)中間成果報(bào)告并提交給業(yè)主，如發(fā)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)異常及險(xiǎn)情．以異常報(bào)告或預(yù)警報(bào)告的形式向業(yè)主匯報(bào)，同時(shí)對(duì)該信息進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，給出工程措施建議。 ( 1 ）及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)繪制時(shí)態(tài)曲線（或散點(diǎn)圖）和空間關(guān)系曲線。 ( 2 ）當(dāng)位移一時(shí)間曲線趨于平緩時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律。 ( 3 ）當(dāng)位移一時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時(shí)，表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)視圍巖動(dòng)態(tài)，并加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)暫停開挖。 寧武高速公路 A5 合同段隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù) 實(shí) 施 方案 16 ( 4 ）隧道周壁任意點(diǎn)的實(shí)測(cè)相對(duì)位移值或用回歸分析推算的總相對(duì)位移值均應(yīng)小于下表所列數(shù)值。當(dāng)位移速率無(wú)明顯下降，而此時(shí)實(shí)測(cè)位移值已接近表列數(shù)值，或者噴層表面出現(xiàn)明顯裂縫時(shí)，應(yīng)及時(shí)提醒施工單位立即采取補(bǔ)強(qiáng)措施、并調(diào)整原支護(hù) 設(shè)計(jì)參數(shù)或開挖方法。 表 9 隧道周邊允許相對(duì)位移值（ % ) 圍巖級(jí)別 覆蓋層厚度（ m） 50 50~300 300 Ⅲ ~0. 3 ~ ~ Ⅳ ~ ~ ~ Ⅴ ~ ~ ~ 注： ① 相對(duì)位移值系指實(shí)測(cè)位移與兩測(cè)點(diǎn)間距離之比，或拱頂位移實(shí)測(cè)值與隧道寬度之比。 ② 脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。 ③ Ⅰ、Ⅱ 級(jí)圍巖可按工程類比初步選定允許值范圍。 ④ 本表所列數(shù)值可在施 工中通過(guò)實(shí)測(cè)和資料積累作適當(dāng)修正。 拱頂下沉值大約為起拱線附近的水平測(cè)線收斂值的 1/2，一般而言，兩者隨時(shí)間變化規(guī)律是一樣的（崩塌或淺埋除外）。法國(guó)地下工程拱頂允許位移下表所示，作為參考。 表 10 拱頂處圍巖最大允許下沉量 覆蓋層厚度 /m 硬巖 /cm 塑性地層 /cm 10~50 1~2 2~5 50~500 2~6 10~20 500 6~12 20~40 ( 5）埋設(shè)量測(cè)元件情況和量測(cè)資料，應(yīng)整理清楚報(bào)監(jiān)理工程師核查，并作為竣工交驗(yàn)資料的一部分。 ( 6）根據(jù)量測(cè)結(jié)果進(jìn) 行綜合判斷．確定變形管理等級(jí)，據(jù)以指導(dǎo)施工，變形管理等級(jí)見(jiàn)表。 表 11 變形管理等級(jí) 管理等級(jí) 管理位移 施工狀態(tài) Ⅲ U0(1/3) Un 可正常施工 Ⅱ (1/3) Un≤ U0≤ (2/3) Un 應(yīng)加強(qiáng)支護(hù) Ⅰ U0(2/3) Un 應(yīng)采取特殊措施 注： U0 ： 實(shí)測(cè)變形值； Un ：允許變形值 （ 7） 二次襯砌施工 的條件 ① 各測(cè)試項(xiàng)目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定； ② 產(chǎn)生的各項(xiàng)位移已達(dá)預(yù)計(jì)總位移量的 80~90%； ③ 周 邊位移速率小于 ~，或 拱頂下沉速率小于 ~。 寧武高速公路 A5 合同段隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù) 實(shí) 施 方案 17 數(shù)據(jù)采集 任何現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)都不可避免地存在誤差。為得到更為真實(shí)、可靠的量測(cè)數(shù)據(jù)，在監(jiān)控量測(cè)、采集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)盡量減少各種誤差。 、采集數(shù)據(jù)專人專項(xiàng)負(fù)責(zé)，以減少隨機(jī)誤差。 ，通過(guò)左右尺讀數(shù)控制系統(tǒng)誤差。 。對(duì)于手工記錄資料要保存好原始記錄表，對(duì)于智能式記錄器要及時(shí)將量測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，以防丟失。 。 量測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析 現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù) 應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理，繪制成位移、應(yīng)力、內(nèi)力和時(shí)間的關(guān)系曲線 (或散點(diǎn)圖 )，曲線的時(shí)間橫座標(biāo)下應(yīng)注明施工工序和開挖工作面距量測(cè)斷面的距離，以便更準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)的回歸分析，并對(duì)隧道的受力狀態(tài)作出判斷。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，對(duì)一些異常數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)測(cè)量誤差的處理原則進(jìn)行剔除，并及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)校正。 a. 根據(jù)記錄繪制位移 u 與時(shí)間 t 關(guān)系曲線、位移 u 與開挖面距離 L 關(guān)系曲線、位移速度 v 與時(shí)間 t 關(guān)系曲線。這三條曲線，不一定每條測(cè)線都要繪制，一般情況下有第一條即可。 b. 當(dāng)位移 — 時(shí)間曲線趨于平緩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，推算最終 位移和掌握位移變化曲線，可選用對(duì)數(shù)、指數(shù)和雙曲線函數(shù)等。根據(jù)這些函數(shù)關(guān)系可判斷位移趨勢(shì)值。 c. 區(qū)別位移與時(shí)間關(guān)系正常與反常曲線。其中反常曲線是指非工序變化所引起的位移急劇增長(zhǎng)現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)加密監(jiān)測(cè)，必要時(shí)應(yīng)立即停止開挖并進(jìn)行施工處理。 在已有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，必須對(duì)位移和應(yīng)力的進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)行分析，并作出較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)