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隧道工程中軟弱圍巖檢測(cè)技術(shù)研究

文檔作者：朱賢德包寅杰文檔來(lái)源：浙江交科工程檢測(cè)有限公司		更新日期： 2026年08月24日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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2020 年第 14 期 Engineering Technology and Application| 工程技術(shù)與應(yīng)用 | ·95·
作者簡(jiǎn)介：朱賢德，男，碩士，工程師，研究方向：工程檢測(cè)。
隧道工程中軟弱圍巖檢測(cè)技術(shù)研究
朱賢德，包寅杰
（浙江交科工程檢測(cè)有限公司，浙江 杭州 311200）
摘 要：軟弱圍巖隧道施工中，由于其本身不穩(wěn)定，必然會(huì)對(duì)隧道施工的質(zhì)量控制、安全及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生較大影響。在
隧道施工中遇到埋深較淺的情況時(shí)，需要制定切實(shí)可行的施工技術(shù)方案，為隧道施工打好基礎(chǔ)，確保施工安全、質(zhì)量和
進(jìn)度。文章結(jié)合工程實(shí)例闡述了在軟弱圍巖隧道工程中如何運(yùn)用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)情況預(yù)估，以及通過(guò)對(duì)獲
取到的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，從而探明地下巖性。實(shí)踐證明，通過(guò)文中的工程實(shí)例運(yùn)用的技術(shù)方法，可以判定圍巖的穩(wěn)定
性和確定破碎段，為后續(xù)施工提供有力的指導(dǎo)，使施工順利進(jìn)行，并能提前規(guī)避相應(yīng)的施工風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)貫穿于軟弱圍巖隧
道施工全過(guò)程。
關(guān)鍵詞：軟弱圍巖隧道；TSP 地質(zhì)預(yù)報(bào)；監(jiān)控量測(cè)；探地雷達(dá)質(zhì)量檢測(cè)
中圖分類(lèi)號(hào)：U455；U452.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-2789（2020）14-0095-02
隧道施工過(guò)程具有程序多、內(nèi)容復(fù)雜、相互交叉、
隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，如何加強(qiáng)超期地質(zhì)預(yù)報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量
測(cè)，確保隧道施工安全，已成為隧道施工過(guò)程中一個(gè)突
出問(wèn)題；如何保證隧道的施工質(zhì)量、工程質(zhì)量，已成為
隧道施工過(guò)程工程檢測(cè)中重之又重的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，
隧道施工各階段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)和質(zhì)量檢測(cè)
也就成為核心問(wèn)題[1]。
1 工程背景
1.1 工程概況
隧道左線起止里程ZK0+230 ～ ZK1+497， 全長(zhǎng)
1267m； 隧道右線起止里程K0+280 ～ K1+525， 全長(zhǎng)
1245m。限界凈寬18.25m，建筑物限高5m，拱頂圓半徑
為10.4m，凈空面積為250.84m2。
1.2 地形地貌
坑道區(qū)屬丘陵地貌，地形較為簡(jiǎn)單，兩側(cè)洞口為坡
積型地貌，沖溝較為發(fā)育，山峰呈尖凸?fàn)睿狡露纫话?
為18 ～ 30°。山峰總的走向是從東到西，高度的最高
點(diǎn)和最低點(diǎn)分別為140m 和20m。
2 TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)
通過(guò)地質(zhì)勘查資料和設(shè)計(jì)圖紙，了解到ZK1+140 ～
K1+240 為深部破碎帶，并貫穿隧道洞體，位于破碎帶
發(fā)育段。利用TST 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，提前預(yù)測(cè)該段的
地質(zhì)狀況，并與地勘資料和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行核對(duì)，以指導(dǎo)
施工。
2.1 設(shè)備儀器
TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要由超前預(yù)報(bào)儀、觸發(fā)盒、
起爆機(jī)、三分量傳感器等組成。超前預(yù)報(bào)儀采用24 通
道數(shù)，頻帶范圍為0.01 ～ 10000Hz；三分量傳感器記錄
X、Y、Z 方向傳感器的波形[2]；采用爆破觸發(fā)地震波。
2.2 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集前應(yīng)進(jìn)行炮孔布置、傳感器鉆孔布置測(cè)試
前準(zhǔn)備等。具體炮孔布置與傳感器布置如下：（1）傳
感器布設(shè)距最后一個(gè)炮孔20m，左右邊墻對(duì)稱(chēng)布設(shè)，與
炮孔在同一水平線上[3]。（2）地震波震源炮孔24 個(gè)，
根據(jù)主結(jié)構(gòu)面走向布設(shè)在一側(cè)，位于邊墻距地面1.5m 處，
第一炮孔盡量靠近掌子面布設(shè)，炮孔間距1.5m，孔深為
1.8m，炸藥量為200g。（3）全部采用φ60mm 風(fēng)鉆鉆孔。
（4）每個(gè)孔安裝完畢后，必須用具有一定黏度的黃泥
耦合和封堵。完成現(xiàn)場(chǎng)工作布置和儀器連接后進(jìn)行數(shù)據(jù)
采集。
2.3 數(shù)據(jù)處理
采用TSPwin 對(duì)TSP 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得物
理參數(shù)及反射界面分布等成果。利用獲得的VP、VS、
VP/VS、泊松比、楊氏模量等物理參數(shù)及反射情況綜合
預(yù)報(bào)隧道存在的溶洞、軟弱巖層、破碎帶及富水帶等不
良地質(zhì)體。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中要結(jié)合隧道開(kāi)挖面的實(shí)際
情況進(jìn)行綜合分析。為了便于預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際開(kāi)挖結(jié)果
之間的相互驗(yàn)證，應(yīng)給出TSP 成果圖。
2.4 檢測(cè)結(jié)果
（1）ZK1+140 ～ ZK1+180， 長(zhǎng)40.0m。巖體波速
在2.0km/s 以上，巖體較為完整，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，
主要為密閉型和微張型裂隙，穩(wěn)定性好，屬弱風(fēng)化石英巖。
其中，ZK1+145 ～ ZK1+150 及ZK-1+165 ～ zK1-170 段
反射界面密集，波速波動(dòng)大，巖體破碎程度較大，屬?gòu)?qiáng)
風(fēng)化石英巖。
（2）ZK1+180 ～ ZK1+240， 長(zhǎng)60.0m。巖體的波
速在2.1m/s 左右，巖體比較完整，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，
主要為密閉裂隙和微張裂隙，穩(wěn)定性較好，屬于弱風(fēng)化
石英巖，施工時(shí)應(yīng)注意巖塊的掉落，并做好支護(hù)措施。
根據(jù)對(duì)TSP 法超前預(yù)報(bào)所收集到的資料分析結(jié)果，
預(yù)測(cè)了隧道開(kāi)挖工作面前圍巖破碎帶的分布情況和節(jié)
理裂縫的發(fā)育情況， 推算出ZK1+140 ～ ZK1+150、
ZK1+165 ～ ZK1+170 存在著破碎帶。預(yù)報(bào)結(jié)果與開(kāi)挖
結(jié)果基本一致，并對(duì)ZK1+195-ZK1+240 地勘資料和設(shè)
計(jì)圖紙作了補(bǔ)充，為施工方加強(qiáng)支護(hù)措施提供了依據(jù)。
3 隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)
3.1 建立基準(zhǔn)點(diǎn)
隧道入口和出口淺埋段和隧道深度小于30m 的隧
道，以及在沉降段外5 倍孔直徑處的水平基準(zhǔn)點(diǎn)（水平
基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置、長(zhǎng)期保存和觀測(cè)需要確保堅(jiān)固的點(diǎn)）作為
每個(gè)觀察點(diǎn)高程測(cè)量的基準(zhǔn)。根據(jù)該工程隧道的地質(zhì)地
形，在隧道左右洞口的一定距離處分別設(shè)置水平基點(diǎn)，
形成觀測(cè)站的水平基點(diǎn)和水平控制網(wǎng)。
3.2 監(jiān)測(cè)量測(cè)數(shù)據(jù)的收集、分析和處理，并反饋信息
（1）獲取數(shù)據(jù)。放置觀察斷面點(diǎn)后，可以使用監(jiān)視
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2020.14.039
·96· | 工程技術(shù)與應(yīng)用 | Engineering Technology and Application 2020 年第 14 期
儀器收集數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集至少由2 名專(zhuān)職人員負(fù)責(zé)，
每個(gè)數(shù)據(jù)段至少連續(xù)測(cè)量3 次，并將數(shù)據(jù)記錄在相應(yīng)的
原始記錄表單中。測(cè)量時(shí)，首先記錄當(dāng)時(shí)的施工環(huán)境（如
天氣、溫度、濕度），然后記錄該段的里程數(shù)和該監(jiān)控
時(shí)間及日期。對(duì)于收集的每個(gè)數(shù)據(jù)，必須可用于分析和
處理的數(shù)據(jù)處理程序。監(jiān)控中，可根據(jù)位移率的變化及
與開(kāi)挖斷面之間的距離提高或降低監(jiān)控頻率[4]。
（2）分析和處理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。①根據(jù)監(jiān)測(cè)測(cè)量所收
集的數(shù)據(jù)，繪制各斷面圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形曲線，并
根據(jù)該斷面圍巖穩(wěn)定性是否隨時(shí)間減少，初步確定該曲
線各段的可變率；②使用回歸分析對(duì)監(jiān)測(cè)段數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)
一步回歸分析，確定最佳回歸分析功能，估計(jì)圍巖未來(lái)
發(fā)展和變化趨勢(shì)；③基于信息反饋和預(yù)測(cè)。收集的監(jiān)測(cè)
數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)和巖石力學(xué)相結(jié)合的方法構(gòu)建信息反饋
預(yù)測(cè)的隧道圍巖模型，進(jìn)行圍巖數(shù)值計(jì)算和支護(hù)結(jié)構(gòu)的
內(nèi)力分析，并將結(jié)果應(yīng)用于隧道施工。
3.3 監(jiān)測(cè)地表沉降變形的結(jié)果與分析
對(duì)地表ZK1 245 的巖體進(jìn)行了Ⅴ級(jí)軟弱圍巖分析，
其巖石學(xué)為頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖，巖石結(jié)構(gòu)和破碎穩(wěn)定性較
差。5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的整體變形曲線表明，隧道開(kāi)挖和挖空
區(qū)域的表面沉降大于未隧道的區(qū)域，離隧道中心線越遠(yuǎn)，
沉降越小，隧道開(kāi)挖正上方，即拱頂a 點(diǎn)正上方的表面
沉降變化最大。此外，隧道初期支護(hù)完成后，由于圍巖
與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用，地面沉降最終趨于穩(wěn)定（收斂）。
4 探地雷達(dá)質(zhì)量檢測(cè)
4.1 線路布置圖
（1）襯砌質(zhì)量檢查。隧道施工中，初期支護(hù)和二
次襯砌質(zhì)量檢查主要是縱向布線。隧道在水平方向共有
5 條測(cè)量線，分別為拱頂、左右拱腰以及左右側(cè)墻。三
車(chē)道隧道需要在隧道拱頂部分加2 條調(diào)查線。
（2）檢查仰拱。檢測(cè)仰拱也基于縱向布線，橫斷
面布線作為輔助。測(cè)量線在隧道中心線的左側(cè)和右側(cè)分
別沿著2m（測(cè)量線a 和測(cè)量線b）的垂直方向放置，通
常在發(fā)現(xiàn)距離為6 ～ 8m 的無(wú)效線段時(shí)，可以沿隧道水
平加測(cè)。
4.2 數(shù)據(jù)處理
通常需要軟件進(jìn)行處理后獲得有助于解釋的結(jié)果或
圖像。雷達(dá)收集的原始數(shù)據(jù)中既有有用的信息，也有各
種噪聲，還有些被噪聲掩蓋。因此，原始數(shù)據(jù)通常經(jīng)過(guò)
后期軟件處理，以獲得有助于解釋的結(jié)果或圖像。數(shù)據(jù)
處理的目的是抑制噪聲，改善信號(hào)，提高數(shù)據(jù)的信噪比，
提取數(shù)據(jù)的速度、振幅、頻率、相位等特性信息。
4.3 探地雷達(dá)結(jié)果解析
（1）鋼支撐。中鋼支撐襯里混凝土（鋼拱、格柵
鋼框架等）、雷達(dá)剖面的反射信號(hào)是分布式新月形的強(qiáng)
反射信號(hào)，表示每個(gè)反射信號(hào)都有一個(gè)鋼拱結(jié)構(gòu)。該雷
達(dá)剖面，除擾動(dòng)波信號(hào)外沒(méi)有其他異常反射，襯砌混凝
土結(jié)構(gòu)很密集，同時(shí)后部圍巖緊密結(jié)合。
（2）空洞及不密實(shí)帶。脫空及不密實(shí)典型的雷達(dá)
剖面如圖1 所示。從圖1 中可以看出，普通二次襯砌后
背脫空，具有反射波信號(hào)強(qiáng)、三振相明顯、底面反射界
面強(qiáng)烈等特點(diǎn)；初期支護(hù)具有背部回填不緊密，反射波
多、雜，反射波能量強(qiáng)度大變化等特點(diǎn)。
5 結(jié)論
在隧道施工過(guò)程中，通過(guò)上述方式方法可以保證隧
道工程的安全，保證質(zhì)量，保證工程進(jìn)度，降低風(fēng)險(xiǎn)。
（1）該隧道工程采用TSP 方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)
工作，作為地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)手段，對(duì)圍巖中的軟弱構(gòu)造
帶、斷層和破碎帶等不良地質(zhì)體具有較好的預(yù)報(bào)效果。
選擇該隧道部分具有代表性的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，對(duì)
ZK1+145 ～ ZK1+150/ZK1+165 ～ ZK1+170 巖體進(jìn)行
了破碎預(yù)測(cè)，并對(duì)ZK+195 ～ ZK1+240 巖體的破碎預(yù)測(cè)
結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，是對(duì)地勘資料的一種有益補(bǔ)充。
（2）制定監(jiān)測(cè)量測(cè)的具體實(shí)施方案，并在地面沉
降觀測(cè)中進(jìn)一步確定支護(hù)和圍巖變形情況，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施
工提供了可靠的保證。
（3）探地雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)要進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理，
首先采用調(diào)整方向等操作，并反復(fù)使用各種參數(shù)進(jìn)行處
理，可達(dá)到層次分明、缺陷清晰的效果；然后根據(jù)介電
常數(shù)確定內(nèi)襯的厚度，進(jìn)行缺陷分析等，并輸出結(jié)果。
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圖1 脫空及不密實(shí)典型的雷達(dá)剖面

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