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设计长度（m）

标准长度（m）

SJ2

A5

梧地隧道

分离式、

小净距

左洞

1405.5

1685

右洞

1783

星东隧道

分离式

307

283

390

A6

石壁前隧道

2040.5

2055

2217

莒林隧道

801.5

863

819

高宝隧道

　256.5

254

330

SJ3

A8

　3564.5

4018

3920

曾家顶隧道

　186.5

602

577

A9

七里坑隧道

　555

729

1097

雷公铺隧道

　398

685

696

本隧道位于永宁高速公A8合同段。

隧道按规定的远期交通量设计，采用双孔四车道单向交通。

隧道设计技术标准：

左洞：

ZK48+543～ZK48+766，全长223m（明洞明挖施工，暗洞按新奥法施工）。

右洞：

YK48+534～YK48+817，全长283m（明洞明挖施工，暗洞按新奥法施工）。

（1）公路等级：

高速公路。

（2）隧道设计速度：

100km/h。

（3）隧道照明计算行车速度：

80公里/小时。

（4）隧道建筑限界

表1隧道建筑限界

项目

净宽（m）

净高（m）

行车道（m）

侧向宽度（m）

检修道（m）

主洞

10.75

5.0

3.75×

2

0.5+1.0

0.75+1.0

紧急停车带

13.25

/

车行横通道

4.5

人行横通道

2.0

2.5

（6）隧道路面横坡：

单向坡。

（7）隧道内最大纵坡：

±

3%；

最小纵坡：

0.5%。

（8）设计荷载：

公路－I级。

（9）洞内中间段照明亮度：

4.5cd/m2

（10）洞内卫生标准

纵向通风时，CO允许浓度：

隧道长度L≤1000mδ=300PPm，隧道长度L≥3000mδ=250PPm（其余内插取值），烟雾允许浓度：

0.0065m-1。

（11）路面设计标准轴载BZZ-100。

1.2自然地理环境条件

1.地形、地貌

本隧道场址区属低山地貌，山体海拔约310～780m，相对高差约470m，洞身最高点海拔782.9m，地形起伏大。

进洞口自然山坡坡度约20～25°

，自然山坡稳定，出洞口自然山坡坡度约25～30°

，自然山坡稳定。

洞身处沟堑较发育，主要分布在隧道近进口段的近北西向的有3条，近出口段的近南北向的有1条，沟内常年有水，但水量较小，受季节影响变化大。

沿线地表植被发育，主要为林地。

2．水文地质条件

本隧道区地表水主要分布在隧道洞身上部的3条小溪中（分别分布在里程桩号约YK63+865，水深约0.2-0.3m，水面宽约0.5-0.8m、YK64+210，水深约0.1-0.3m，水面宽约0.3-0.5m、YK66+119，水深约0.3-0.5m，水面宽约0.8-1.0m），水量受季节影响大，一般水量较小，雨季水量较大。

地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水和构造带裂隙水，前两者赋存于第四系残坡积层底部及基岩强风化裂隙带中，水位受地形、地貌及降雨影响变化大，其富水性及导水性一般较弱；

构造带裂隙水赋存于3条节理裂隙密集带中，其富水性及导水性好，对隧道施工影响较大。

地下水主要接受大气降水及地下水侧向补给，向沟谷排泄，流量随季节变化较大。

勘察期间隧道进、出口段地下水稳定水位一般略高于洞底，洞身地下水主要分布于风化层孔隙裂隙带、节理裂隙密集带。

勘察期间地下水稳定水位高于隧道顶板，雨季施工应先搞好洞口段地表截排水后再开挖。

依据本次勘察期间简易注水试验及水位恢复试验的资料，进、出洞口地下水稳定水位一般分布于强风化层中；

洞身地下水主要聚集在上部较破碎基岩的节理裂隙中、节理裂隙密集带中，本隧道区下部基岩裂隙大多微张，间隙小或被钙质充填物胶结，富水性及导水性弱，因此，地下水量总体不大。

预计施工时左右洞最大涌水量为3183m3/d。

根据初勘阶段对地下水采样分析成果判定：

判断该区域地表水、地下水在弱透水层中对混凝土不具腐蚀性。

1.3沿线工程地质条件

地层、岩性

隧道场区表层为第四系坡积层，其下伏基岩为侏罗系漳平组（J2Z）粉砂岩、细砂岩，岩层产状主要为130°

∠65°

、160°

∠42°

。

根据钻探揭露及地面调查，隧道区内地层自上而下为：

坡积粉质粘土：

灰黄色，硬塑，湿。

成份以粘粉粒为主，粘性较大，手搓有少许砂感。

局部夹有5-10%碎石或角砾。

残积砂质粘性土：

母岩为细砂岩或粉砂岩，组织结构已完全破坏，原生矿物均已风化成土状。

砂土状强风化粉砂岩：

灰黄、黄褐色，岩芯呈砂土状，手捏即散，组织结构基本破坏，矿物成份已风化成土状，岩芯遇水易软化、崩解。

属极软岩，岩体完整程度为极破碎。

碎块状强风化粉砂岩：

灰黄、黄褐色，岩芯呈3-8cm碎块状，矿物成份风化剧烈，块体已通体风化，节理裂隙发育，锤击易碎。

弱风化粉砂岩：

紫红色，岩芯一般呈5-8cm碎块或10-25cm中短柱状，岩质较新鲜，砂质结构，中薄层状，节理裂隙较发育，倾角以50-75度为主。

属软岩，岩体完整程度为较破碎。

微风化粉砂岩：

紫红色，岩芯一般呈12-45cm中长柱状，岩质新鲜，砂质结构，中薄层状，节理裂隙不发育。

属较软岩，岩体完整程度为较完整。

砂土状强风化细砂岩：

块状强风化细砂岩：

属软岩，岩体完整程度为极破碎。

弱风化细砂岩：

浅灰色，岩芯一般呈5-8cm碎块或10-28cm中短柱状，岩质较新鲜，砂质结构，中厚层状，节理裂隙较发育，倾角以50-75度为主。

属较硬岩，岩体完整程度为较破碎。

微风化细砂岩：

浅灰色，岩芯一般呈12-48cm中长柱状，岩质新鲜，砂质结构，中厚层状，节理裂隙较发育，倾角以50-75度为主。

属较硬岩，岩体完整程度为较完整。

1.4地质构造及不良地质作用

根据本次工程地质测绘、物探资料及区域性地质资料，隧道区共发育有3条节理裂隙密集带，详见隧道区构造特征一览表。

据《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》福建省区划一览表及《永安至宁化高速公路线路工程地震安全性评价报告》（福建地震地质工程勘察院，2006.11），本场址区地震基本烈度为Ⅵ度区，地震动峰值加速度为0.05g。

中硬场地地震动反应谱特征周期为0.35s，近期未发生过较大地震，为地震相对稳定区。

通过本次勘察的野外地质调绘，隧道区除在出口附近发现一小规模的崩塌（崩塌体体积约360m3，岩性主要为坡积土及碎块状强风化细砂岩，主要是因为建设县道对坡角进行开挖形成临空面引起的，目前崩塌体已清除，山坡处于基本稳定状态，对隧道出口的稳定性影响小）外，未见其它明显的滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。

洞身部位未发现防空洞、采空区等。

隧道进出口山坡自然坡度较陡，隧道开挖时若支护不当，易产生滑坡或崩塌现象，洞身易发生崩塌。

据当地区域地质资料，本区为低地应力区，发生岩爆可能性较小。

本隧道围岩主要为粉砂岩、细砂岩，未见煤系地层及其它有可能产生有害气体或放射性的地层分布，可不考虑有害气体的影响。

隧道区构造特征一览表表3

编号

位置

产状

宽（m）

构造特征

对隧道影响评价

走向

倾向

F212C

（节理裂隙密集带）

YK65+660

ZK65+655

45°

ES

18

根据高密度电法、大地电磁法等物探方法及钻孔揭露：

岩芯破碎，节理裂隙发育，岩质风化剧烈，略具蚀变现象

与隧道轴线斜交，降低围岩级别，且为地下水的主要通道及富水带，影响隧道涌水量

F212D

YK66+140

ZK66+138

8

F212E

YK66+755

ZK64+760

20

22m

主要是根据钻探发现。

与隧道轴线近垂直相交，降低围岩级别，且为地下水的主要通道及富水带，影响隧道涌水量

1.5莲花山隧道工程地质条件评价

（1）进出洞口稳定性评价

雷公蒲隧道进口位于斜坡下部，进口段山体坡度约25～35°

，覆盖层不厚，围岩级别为Ⅴ级，侧壁稳定性稍好，洞顶岩土体厚度小，易坍塌，应加强支护措施。

出口位于斜坡下部，出口段山体坡度约15～25°

，主要由崩积含砾粉质黏土和强风化石英砂岩组成，岩体破碎-较破碎，为软岩，洞顶厚度小，围岩稳定性极差，易坍塌，应加强支护。

另外，右线进口偏压不严重，左线出口洞口偏压较严重。

（1）洞身稳定性评价

雷公蒲隧道洞身处于中风化砂岩和石英砂岩中，K70+337～K70+369段一挤压构造破碎带发育,为较软岩，侧壁较稳定，拱部无支护可产生小坍塌。

地下水贫乏，主要为基岩裂隙水，开挖时主要呈潮湿状或点滴状出水。

洞身通过破碎带时，应加强支护，以免产生较大规模的坍塌。

其余地段总体岩体裂隙不发育，岩石较硬，薄-中厚层状，围岩稳定性较好，围岩级别为Ⅲ、Ⅳ级;

侧壁较稳定，拱部无支护时可产生小坍塌，地下水较贫乏，隧道涌水量不大。

第二章方案编制依据

根据永宁高速公路隧道施工监控量测合同中的有关内容，为掌握隧道在施工期间围岩发生的变形，确保隧道施工安全，结合J2,J3标段内隧道所穿越地层的工程地质条件，针对该公路隧道的结构特点，制订现场监控量测实施方案，以利于本项目工作的实施，为隧道的安全施工提供科学依据。

本监控量测实施方案的制订主要依据以下文件和标准：

（1）永宁高速公路隧道的相关设计文件

（2）《永宁高速公路A9合同段施工图设计阶段工程地质勘察报告》

（3）《七里坑隧道现场地质调查报告》

（4）中华人民共和国交通部《公路工程招标文件范本》（2003版）

（5）中华人民共和国交通部《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）

（6）中华人民共和国交通部《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）

（7）中华人民共和国国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术标准》（GB50086-2001）

（8）中华人民共和国交通部《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-94）

（9）中华人民共和国交通部《公路隧道》人民交通出版社，1998

第三章地质超前预报和量测的目的

隧道施工监控量测、现场地质调查及地质超前预报是在隧道开挖过程中进行，通过现场勘察及使用各种量测仪器和传感器对围岩与支护结构的工作状态进行测量，掌握隧道围岩与支护结构的工作状况和安全信息，及时预见事故和险情，并为调整和修改支护设计参数提供重要依据，特别是在采用新奥法修建的复合式衬砌的隧道支护体系当中，可以根据围岩及初期支护结构的力学与变形信息来确定二次衬砌的施作时间。

通过对J2,J3合同段内的隧道在施工过程中围岩与支护结构变形与力学特性的现场监控量测以及围岩前方的超前地质预报，主要达到如下的目的和任务：

1、监控量测的目的

本项目隧道按锚喷构筑原理，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；

在不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业及监理认为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。

2、监控量测的任务

（1）制定可靠的监控量测方案，为隧道的安全和优化施工及地下水的自然状态的保护提供技术支撑；

（2）指导并校核施工单位的日常量测和掌子面观测；

（3）负责对典型断面的量测断面的测点埋设、量测，对开挖后的围岩状态做出评价，对量测数据及时分析整理并及时向业主、监理单位通报；

（4）对支护结构型式，支护参数和二次衬砌支护时间提出建议，并书面通知监理及业主；

（5）参与由业主、设计、监理及施工单位参加的支护结构型式及参数、围岩类别变更及其它一些变更讨论会议；

（6）对出现的异常情况迅速向有关部门（业主监理土建施工承包人）发出警报并及时提出处理方案，对支护结构的合理性及安全性作出评价；

（7）对本隧道水压力对支护衬砌受力影响进行监测和评价；

（8）每周和每月提交监控量测报告。

每季度在原计划基础上向业主和监理提交修正下季度工作安排，工作完后向业主提交系统的、完整的监控报告及其原始资料，报告的电子文本；

（9）根据施工需要向业主提出召开监控工作会议的建议。

第四章地质超前预报和监控量测方法

4.1地质超前预报的内容与工作方法

隧道地质超前预报主要是在隧道施工过程中，根据岩土工程勘察及设计资料和已经揭露的地质情况，采用仪器设备和地质数学方法，对隧道围岩级别变化、不良地质做出预测，根据预测的结果优化方案并指导施工，有效地控制灾害。

根据工程所处的地质环境，本次隧道施工地质超前预报的内容包括：

（1）预报掌子面前方的围岩级别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等；

（2）预报前方可能出现塌方、滑动的部位、形式、规模及发展趋势；

（3）预报围岩裂隙发育状态，可能出现突然涌水的地点、涌水量的大小及对施工的影响；

（4）对隧道将要穿过不稳定岩层或较大的断层破碎带做出预报，以便提早改变施工方法，做好应急预案；

（5）浅埋隧道地表出现下沉或裂缝时，预报对隧道稳定和施工的影响程度；

根据永宁高速公路有限公司提供的《永宁高速公路隧道地质超前预报和施工监控招标文件》，主要采用如下二种方法进行预报：

声波探测法；

地质雷达探测法。

（2）声波探测

声波探测是弹性波测试方法中的一种，其理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论上。

采用的频率一般为1k～15kHz和50k～1000kHz两个主要频段。

声波仪主要由发射系统、接受系统和记录显示系统组成。

该方法是以人工激振的方法向介质（岩石、岩体等）发射声波，在一定的距离上接受介质物理特性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，确定隧洞前方的岩体结构特征。

声波对裂隙反应很敏感，遇到裂隙即发生介面效应（反射、折射和绕射）；

耗损波能，波形复杂，波速减缓，此外波速的大小还和岩体强度有关。

声波测试方法有多种，主要有岩面测试和孔内测试两种，其中孔内测试又分为单孔和双孔测试两种。

A．岩面测试是在已开挖地段进行的，由于隧道开挖放炮形成许多张裂隙，所测波速表面岩石比实际岩体的波速略低。

B．孔内测试分为单孔和双孔测试两种：

单孔测试是把发射源和接收器放在同一孔内，但只能测到钻孔周围一倍波长左右范围内的地质情况。

双孔测试是把发射源和接收器放在不同的钻孔内，测试两孔之间的岩体波速。

C．孔内测试按耦合方式又分为干孔和湿孔两种，湿孔测试是向钻孔内灌水耦合，但由于水充填了裂隙影响测试结果，往往使测试波速偏高，岩石越破碎，偏差越大。

干孔测试是在发射器和接收器的外面套上环形胶囊，然后再向胶囊内注水，使接收器、发生器和孔壁耦合，其测试结果比较真实。

（3）地质雷达探测预报

地质雷达是利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布的一种地球物理勘探仪器，其工作原理是发射天线向隧道掌子面前方发射电磁波信号（频率106～109Hz），在电磁波向掌子面前方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体（如空洞、裂隙、岩溶、富含水等）时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波。

实际上，电磁波在介质界面产生反射就是因为两侧介质的介电常数不同，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越差。

在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推断掌子面前方的地质构造。

目标体到掌子面的距离为：

（4-1）

式中：

为目标体到掌子面的距离，单位为m；

为电磁波在介质中的传播速度，单位为m/ns；

为记录的反射电磁波双程走时，单位为ns；

为发射天线与接收天线之间的距离，单位为m。

拟采用加拿大Sensors&

Software公司生产的pulseEKKOPRO地质雷达（如图4-1所示）或其它型号探测效果较好的地质雷达。

开展地质雷达探测以前，必须依据以下条款检查探测适应性：

图4-1　pulseEKKOPRO地质雷达

1）探测对象与周围介质之间应存在明显电性差异且电性稳定；

2）探测对象与探测距离相比应具有一定规模，探测距离不宜过大（40m以内）；

3）探测目的体在探测天线偶极子轴方向上的厚度应大于所用电磁波在围岩中有效波长的1/4；

4）掌子面不能被极高电导屏蔽层如金属板等覆盖；

5）探测工作区内不能有大范围的金属构件或无线电发射频渊等较强的人工电磁干扰；

测网布置应符合下列规定：

1）应根据设计、监理等相关单位的技术文件或合同规定布置测线，应使检测成果具有代表性，并能真实地探测区域的工程地质情况；

2）测网布置应根据任务要求，探测对象的大小与探测距离等因素综合考虑。

仪器参数选取应符合下列规定：

1）通过现场试验确定天线和仪器参数，应得出试验结论。

2）记录时窗的选择由最大探测距离、上覆地层的平均电磁波波速以及雷达反射信号的质量来确定，要保证所有可用信号全部被采集。

3）采样间隔宜根据天线中心频率而定；

现场工作应符合下列规定

1）应根据工程图的要求，绘制测线分布的截面图；

2）应详细查验测区内及附近电磁干扰情况和干扰源位置、特性；

3）现场测量时，应清除天线和天线电缆附近的金属物；

4）检查工作应均匀分布在不同测线段，重点选择在主要异常地段或质量可疑地段。

检查工作量不得少于总工作量的5％～20％。

建议本项目以地质雷达法为主要预报方法，声波法为次要预报方法进行经常观察判断有关地质情况。

4.2隧道施工监控量测方法

4.2.1监控量测工作流程

工作流程应在现场监测工作完成后，及时对量测数据进行处理、计算和分析，具体工作流程见图4-2所示。

图4-2工作流程图

4.2.2监控量测的内容

根据《永宁高速公路隧道地质超前预报和施工监控招标文件》，本次监控量测内容总共分为9项，具体内容如表4-2所示。

表4-2隧道主要监控量测项目表

项目名称

仪器设备

要求及目的

量测

类别

1

洞内围岩观察及预报

地质罗盘

数码相机

岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断层描述，支护结构裂缝观察。

必

测

洞内位移监测（超、欠挖情况监测）

收敛计

根据位移、收敛状况、断面变形状态等判断：

1周边围岩体的稳定性；

2初期支护的设计与施工方法是否妥善；

3二次衬砌的浇注时间等。

3

拱顶下沉

监测

高精度全站仪或水准仪

监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性。

4

浅埋隧道地表下沉监测

从地表设点观测，根据下沉位移量判定开挖对地表下沉的影响，以确定隧道支护结构。

根据边坡变形量判定开挖对边坡变形的影响，以确定边坡加固、隧道支护结构。

选测

5

围岩内部位移监测

洞内钻孔安设多点杆式位移计

通过测定围岩内部不同位置的位移，建立其深度的关系曲线，判断：

①开挖后围岩的松动区、强度下降区和弹性区范围；

②锚杆长度的适宜性；

③对相邻隧道施工影响。

6

锚杆轴力

钢筋应力计、频率计

根据锚杆所承受的拉力，判断锚杆布置是否合理。

了解围岩内部应力的分布情况。

7

喷砼应力

应力计、频率计

了解初期支护对围岩的支护效果；

了解初期支护的实际承载情况及分担围岩压力情况；

围岩压力

压力盒

频率计

判断复合式衬砌中围岩荷载大小，判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况。

9

钢拱架应力监测

量测钢拱架应力，推断作用在钢拱架上的压力大小。

判断钢拱架尺寸、间距及设置钢拱架的必要性。

1.洞内围岩观察

（1）观测内容

1）对开挖后没有支护的围岩：

a.岩质各类和分布状态，近界面位置的状态；

b.岩性特征：

岩石的颜色、成分、结构、构造；

c.地层时代归属及产状；

d.节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；

e.断层的性质，产状，破碎带宽度、特征；

f.石煤层情况；

g.溶洞的情况；

h.地下水类型，涌水量大小，涌水压力、水的化学成分，湿度等；

i.开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。

2）开挖后已支护段：

a.初期支护完成后对喷层表面的观测及裂缝状况的描述和记录；

b.有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；

c.喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意混凝土是否发生