DB62/T 4133-2020 公路隧道地质超前预报机械能无损探测技术规程

ICS93.020

P10

DB62

甘肃省地方标准

DB62/T4133—2020

公路隧道地质超前预报机械能无损探测

技术规程

Technicalspecificationforgeologicalforecastofhighwaytunnelwith

non-destructivetestingofmechanicalenergy

2020-05-15发布2020-06-01实施

发布

DB62/T4133—2020

目次

前前言................................................................................II

引言...............................................................................III

1范围..............................................................................1

2术语和定义........................................................................1

3符号..............................................................................2

4预报基本内内容......................................................................2

5预报目的..........................................................................3

6预报准准备..........................................................................3

7一般规定..........................................................................4

8现场探测..........................................................................6

9数据分分析和解释....................................................................8

10探测报告........................................................................10

附录A（规范性附录）岩石坚硬程度和岩体完整程度.....................................12

附录B（规范性附录）围岩基本分分级...................................................13

附录C（规范性附录）地质复杂程度分分级...............................................15

附录D（资料性附录）隧道地质超前前预报机械能无损探测地质素描记录表...................16

附录E（资料性附录）隧道地质超前前预报机械能无损探测现场记录表.......................17

附录F（资料性附录）隧道地质超前前预报机械能无损探测技术现场探测典典例.................18

附录G（资料性附录）条文说明.......................................................23

本标准准用词说明......................................................................26

参考文献............................................................................27

I

DB62/T4133—2020

前言

本标准准依据GB/T1.1-2009给给出出的规则则起草。

本标准准由甘肃省交通运输厅提提出出并监督实施。

本标准准由甘肃省交通运输工程标准准化技术委员会归口。

本标准准起草单位：甘肃路桥建设集团有限公公司、公公路建设与养养护技术材料及装备交通运输行业研发

中心、甘肃智通科技工程检测咨询有限公公司、甘肃省隧道工程技术研究中心。

本标准准主要起草人：王长江江、李娟、曹自俊、李刚刚、张会平、曾馨花、吕锦辉、马彦红、樊晓龙龙、

李佳、刘刘东坡、杨涛涛、李彦江江、范晓慧。

II

DB62/T4133—2020

引言

隧道地质超前前预报是公公路隧道施工过程的重要施工工序，是隧道安全全施工的重要支撑撑，其其可靠性直

接影响到到隧道施工设计方案的制制定和编编制制。根据《关关于下达2018年度第5批地方标准准制制修订计划划的函函

》（甘市监函函〔2018〕11号）文件要求求，由甘肃路桥建设集团有限公公司作为主编编单位，负责《公公路隧道

地质超前前预报机械能无损探测技术规程》的制制定工作。

本标准准以科研项目《隧道地质超前前预报机械能无损探测U-TSP技术》研究成果为基础。在制制定过

程中，参考了隧道地质超前前预报相关关的标准准，广泛征求求了行业内内外相关关单位和专家的意见，经反复讨论

修改编编制制成地方标准准，以此推动动甘肃省公公路隧道地质超前前预报技术的不断发展。

本标准准重点对隧道地质超前前预报机械能无损探测技术的探测准准备、一般规定、现场探测、数据分分析

解释及探测报告等方面做了明确的技术要求求和规定。

本标准准主要包含以下内内容：1范围，2术语和定义，3符号，4预报基本内内容，5预报目的，6预

报准准备，7一般规定，8现场探测，9数据分分析和解释，10探测报告，附录A岩石坚硬程度和岩体完

整程度，附录B围岩基本分分级，附录C地质复杂程度分分级，附录D隧道地质超前前预报机械能无损探测

地质素描记录表，附录E隧道地质超前前预报机械能无损探测现场记录表，附录F隧道地质超前前预报机

械能无损探测技术现场探测典典例，附录G条文说明，本标准准用词说明，参考文献。

各单位在使用本标准准的过程中如有意见或建议，请及时函函告甘肃智通科技工程检测咨询有限公公司岩

土中心（地址：兰兰州市七里河河区兰兰工坪路202号，邮编编：730050，电话：0931-2757393-823），供今后

修订时参考。

III

DB62/T4133—2020

公路隧道地质超前预报机械能无损探测技术规程

1范围

本标准准规定了隧道地质超前前预报机械能无损探测技术的主要内内容和技术要求求。

本标准准适用于甘肃省各等级公公路新建隧道的超前前地质预报。

2术语和定义

下列列术语和定义适用于本文件。

2.1

U-TSPundamagetunnelseismicgeologyprediction

隧道地质超前前预报机械能无损探测U-TSP技术，是指在对隧洞壁无破坏的前前提提下，利利用稳定、可

控、安全全的机械能来激发地震波，通过对地震波激发、接收位置置的布置置，使反射波第一时间到到达传感器，

而实现隧道超前前地质预报的技术。

2.2

工程地质条件engineeringgeologicalcondition

与工程建设有关关的各种地质条件的综综合，包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水水文地质与不良地

质等条件。

2.3

隧道地质超前预报geololgicalprediction

通过掌子面的超前前钻探、超前前导坑或各种类型的地球物理探测等手段来查明隧道岩体的状态、特征

以及可能发生地质灾害的不良地质体的位置置、规模和性质，预测前前方未施工段地质情况况的方法。

2.4

纵波longitudinalwave

质点振动动方向与波的传播播方向一致的体波，又称压缩缩波。

2.5

横波transversewave

质点振动动方向与波的传播播方向垂直的体波，又称剪剪切切波。

2.6

初至firstarrival

波形记录道上第一个到到达波的振动动时刻刻。

2.7

反射波第一时间到达接收器thereflectedwavereachesthereceiveratthefirsttime

从掌子面前前方未开挖围岩中传来的反射波在进入入第二种介质前前被接收的时间点，其其中“掌子面前前方

未开挖围岩”是第一种介质，其其它是第二种介质。

2.8

接收点（孔）receivingpoint

地震直达波及反射波等的接收位置置。

1

DB62/T4133—2020

2.9

激发点excitationpoint

地震波的激发位置置。

2.10

激发距离excitationdistance

第1激发点至最后激发点的距离。

2.11

偏移归位migration

将迭加加剖剖面上偏移了的反射层进行反偏移，归位到到地层的真实位置置上。

2.12

偏移距offset

接收点（孔）距最近激发点的距离。

2.13

掌子面接收-底板激发方式facereceiving-groundexcitation（FR-GE）

在掌子面中垂线左右两侧对称各布置置1个接收孔，在其其后一定距离（偏移距）隧道底板布置置激发点。

2.14

掌子面周边接收-底板激发方式facewallreceiving-groundexcitation（FWR-GE）

在掌子面周边左右两侧对称各布置置1个接收孔，在其其后一定距离（偏移距）隧道底板布置置激发点。

2.15

数值模拟numericalsimulation

也叫计算机模拟。依靠电子计算机，结结合有限元元或有限容积的概念，通过数值计算和图像显示的方

法，达到到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。

2.16

同相轴lineups

地震记录上各道振动动相位相同的极值（俗称波峰或波谷）的连线。

3符号

下列列符号适用于本文件。

F——掌子面；

R——接收；

E——激发；

W——隧道洞壁；

A——隧道中轴线；

G——隧道底板顶面；

FWR——掌子面周边左右洞壁接收点；

FR——掌子面接收点；

GE——隧道底板顶面激发点；

X1——偏移距（m）；

X2——激发距离（m）。

4预报基本内容

2

DB62/T4133—2020

4.1掌子面观察

4.1.1工程地质观察应包括以下内内容：

——地层岩性（包括岩性、岩体产状、风化程度等）；

——断层（包括断层性质、位置置、产状、破碎带宽度等）；

——节理（包括节理产状、密度、延伸情况况等）；

——特殊地层（如煤层、沥沥青层、盐层、含铁矿层等）；

——塌方的部位、方式与规模等；

——人为坑洞（包括形态、位置置等）。

4.1.2水水文地质观察应包括以下内内容：

——出出水水点位置置、出出水水状态、水水量、水水压、水水温、颜色等；

——出出水水点和地层岩性、构造、岩溶、暗河河等的关关系。

4.1.3素描和影像（照片、视频等）。

4.2前方地质条件及不良地质体的分布及性质预报

4.2.1地质岩性预报，特别别是对软弱夹层、破碎地层、煤层、特殊岩土等的位置置、规模及其其性质的预

报。

4.2.2地质构造预报，特别别是地质断层、褶皱等构造的位置置、规模及其其性质的预报。

4.2.3掌子面前前方不良地质体的分分布及性质预报，特别别是对岩溶、破碎带、人为坑洞等发育情况况的预

报。

4.2.4地下水水预报，特别别是对掌子面前前方岩溶管道、断层、褶皱及地层中含水水情况况、可能出出现的突泥

涌水水部位等的预报。

4.2.5不同岩性变化界面的位置置及其其工程地质灾害可能发生的位置置及规模预报。

5预报目的

5.1在设计地质勘察成果的基础上，进一步探测隧道掌子面前前方围岩地质条件，进而预报前前方不良地

质以及隐伏的重大地质问题。

5.2结结合相关关设计、地质调查及超前前钻孔等资料，为信息化设计和施工提提供可靠依据。

5.3指导施工，降低隧道工程地质灾害发生的几几率和危害程度。

5.4汇汇总和积累预报资料和经验，为编编制制竣工文件提提供可靠的地质预报资料，为类似隧道的施工提提供

地质参考资料。

6预报准备

6.1组织机构及人员

6.1.1组织机构应具具有隧道地质超前前预报资质，等级应不低于乙级。

6.1.2组织机构母体应依规在探测现场设立现场预报机构。

6.1.3组织进场的主测人员应具具有质量监督部门下发的相关关隧道工程的试验检测证件。

6.1.4进场人员应经组织机构母体教育培训，确认隧道地质超前前预报能力力后方可进场。

6.2探测设备

6.2.1应具具有相关关计量部门的校准准、检定证书，或具具有与不低于母体等级机构的仪器比比对报告。

3

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6.2.2探测仪器应符合7.3要求求，不应由于探测仪器不满足要求求而使探测不能正常进行，影响隧道施

工。

6.2.3主要探测设备及辅助助设备应处于正常工作状态，探测所需的记录表格等资料应完整齐齐全全，探测

所用车辆应工作正常无故障和安全全隐患。

6.3资料准备

6.3.1隧道地质超前前预报人员应首先先收集和查阅相关关地质勘察资料、设计文件及相关关地质调查资料，

综综合了解将预报隧道的工程地质与水水文地质条件。

6.3.2根据隧道地质超前前预报机械能无损探测技术的要求求，应结结合合同、项目特点及隧道地质条件编编

制制可实施的探测大纲，以指导隧道地质超前前预报机械能无损探测技术的实施。

6.3.3隧道地质超前前预报无损探测应以地质勘察设计文件为基础性资料，以探测大纲为指导。

6.3.4探测前前须充充分分掌握握预报段围岩勘察设计的岩性、构造和主要工程地质病害等详细信息，不应盲

目进场探测。

6.4安全技术交底

6.4.1探测前前，须给给探测相关关人员进行隧道地质超前前预报机械能无损探测的技术交底。

6.4.2探测前前，应让隧道现场管理相关关人员、施工班组提提前前掌握握探测应具具备的基本条件，提提前前做好探

测所需的场地准准备工作，不应由于场地不满足要求求而影响探测和隧道施工。

6.4.3预报人员应须熟悉隧道施工工序，应选择适宜的施工工序节点进行探测。在正常情况况下，不宜

选择在隧道开挖、出出渣、立架、喷射混凝凝土等工序正在进行时探测，宜选择在立架工序完成与下一工序

开始之间进行探测。

6.4.4探测人员应认真学习隧道施工安全全管理制制度，掌握握探测时可能存在的安全全隐患，备好安全全防护

用品，做好安全全交底工作。

7一般规定

7.1总体要求

7.1.1隧道地质超前前预报机械能无损探测技术须在掌子面及其其四周洞壁未开挖围岩段内内布置置地震波接

收点，在其其后已开挖段内内一定距离的隧道轴线（或与其其平行）底板上依次布置置多个激发点，如图1所示。

在接收点处成孔并在孔底安装传感器，用机械激发设备依次点击击激发点上的移动动垫板产生地震波。地震

波采集仪器接收到到激发信号后，经传感器实时接收地震波，通过对接收地震波的分分析处理进行隧道地质

超前前预报。

图1机械能无损探测激发点与接收点布置俯视平面图

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DB62/T4133—2020

7.1.2隧道地质超前前预报机械能无损探测技术应满足7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7的规定和要求求。

7.2探测点位

7.2.1接受点（孔）应符合下列列规定：

——具具备在掌子面及其其四周洞壁制制作接收孔并清孔的施作工作面和工具具，钻孔清孔工具具应选用现场

施工设备；

——钻头须根据传感器直径配套选取，其其外径应大于传感器外径5mm~10mm；

——接受孔应不少于2孔，应在掌子面中垂线左右两侧对称布置置，或在掌子面四周洞壁对称布置置。

四周洞壁接收孔距掌子面的距离不应大于2m；

——接收孔内内轴宜铅直于掌子面或其其四周洞壁，允允许偏差±5o；孔深2m，允允许偏差±10cm；

——宜用高压风清孔，孔内内须无碎渣、碎屑等物，内内壁应平直顺畅；

——可利利用掌子面及其其周边符合上述要求求的已有施工钻孔作为接收孔。

7.2.2应在隧道已开挖段内内，距掌子面及其其四周洞壁接收点5m~10m处设置置偏移距。

7.2.3激发点应符合下列列规定：

——在偏移距处，沿沿隧道中轴线（或与其其平行）底板上依次设置置12个~24个地震波激发点；

——各激发点相邻间距在0.5m~1.2m范围内内取值，宜设置置相同间距，允允许偏差±10cm；

——激发点应布置置在隧道上导台阶内内。

7.2.4探测所需场地底板顶面应大面平整和密实，应无障碍物和积水水。

7.3探测仪器

7.3.1探测仪器应包括下列列设备：

——主要设备须包括：探测主机、传感器、机械激发设备、连接线、信号线、定位器、垫板、耦合

剂剂、备用电源等；

——辅助助设备应包括：地质罗罗盘、钢尺、地质锤、孔口塞、水水平尺、影像设备、量筒、秒表、微型

照明设备等。

7.3.2探测主机须具具备信号放大、模数转换、数据采集、噪声检查、存储和控制制等功功能，须具具有防静

电、防电磁、防水水、防震等特点，应不低于下列列技术规定：

——通道数：12道；

——模数转换A/D：24位；

——采样率：50ms、100ms、200ms、500ms多档可选；

——采样点数：2048点、4096点、8192点多档可选；

——频带宽度：10Hz～5000Hz；

——存储介质：电子盘或网网络络平台；

——数据采集系统统：须能同时显示单道与剖剖面信号；

——数据传输：USB方式、蓝牙或网网络络方式；

——工作环境温度：-10oC～+55oC；湿度：2%～95%；

——系统统性能稳定，操操作方便。

7.3.3传感器应符合下列列要求求：

——应采用速度型传感器，且不低于3个分分量（X、Y、Z），具具有地震波在隧道围岩中传播播频率

相适应的高频宽带特性，不应小于10Hz～5000Hz范围；

——传感器通过耦合剂剂应能与接收孔内内壁岩体直接耦合；

——传感器形状应与隧道现场施工常用钻头直径相配套，须采用圆柱形，直径应在3cm~5cm范围。

7.3.4激发系统统应符合下列列规定：

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——采用机械点击击的方式激发地震波，机械激发设备应采用体型小、使用方便快捷的设备，如轻巧

的自动动化或半自动动化专用激发设备、人工金金属锤等；

——激发设备须安全全易控，应至少备用2套同类型的设备；

——应采用回线开路触发、信号同时开路接收的触发接收方式采集数据；

——激发方式应简单快捷，应具具有重复激发功功能，能即时反复采集数据；

——应选择移动动式树脂类垫板，不宜采用金金属类垫板，以长15cm、宽15cm、厚2cm为宜。机械

激发设备与垫板点击击接触面不得小于垫板平面尺寸的0.4倍，不得大于垫板平面尺寸的0.8倍。

须至少备用2块同类型的垫板；

——每点击击冲冲量每次不宜低于11800N·ms，不宜高于15500N·ms；

——各道数据应无延时误差。

7.3.5耦合方式应符合下列列规定：

——通过耦合剂剂使传感器与接收孔内内壁岩体直接耦合；

——宜采用钙基润滑脂作为耦合剂剂，其其锥入入度不宜大于220（0.1mm），不宜小于205（0.1mm）。

7.4预报人员

7.4.1须做好预报准准备工作。

7.4.2主测人员须掌握握隧道地质超前前预报机械能无损探测技术。

7.4.3主测人员应具具有不少于2年的隧道预报经验和不差于良好的信誉评价。

7.4.4每次探测人员应不少于2名。

7.5预报距离

7.5.1按预报长度划划分分属于中距离（30m～200m）预报。

7.5.2硬质围岩预报长度不应大于100m，软质围岩预报不应大于80m。

7.5.3应连续续无间断预报，每次搭搭接长度应不小于15m。

7.6安全要求

7.6.1进场探测人员须配戴反光光工服、防护靴、安全全帽及防尘防毒毒口罩罩等。在探测天然气气、瓦斯隧道

时，要配戴防静电的防护装备。

7.6.2预报人员须服从隧道施工的安全全管理制制度，听从安全全管理人员的管理。

7.6.3探测时须排除测线布置置范围内内的安全全隐患，确保探测环境安全全。若掌子面及其其附近有落石、坍

塌、突泥涌水水等高风险地质病害，须在确认安全全的条件下进场，否则则不得进场探测。

7.7探测环境

7.7.1探测时，探测隧道内内应停止一切切生产活动动，洞内内声控环境不应大于70dB。

7.7.2探测时，仪器主机、信号线、所用电缆缆电线严禁与洞内内临电设施放置置在同一侧，应尽量远离易

产生电磁场的线路和设备。

7.7.3激发地震波时，须确保无其其它震源。

8现场探测

8.1地质观察

6

DB62/T4133—2020

8.1.1应按掌子面观察规定的内内容进行地质观察，必要时应进行隧道地表补充充地质调查。岩石坚硬程

度及岩石完整程度、围岩级别别及地质复杂程度应按附录A、附录B及附录C的规定进行描述。

8.1.2地质观察主要通过目测、手触或借助助地质罗罗盘、照相机、地质锤、量筒、秒表等辅助助设备，对

隧道掌子面及其其四周出出露的地层、岩性、断层、褶皱、节理、水水等进行观察和素描。地质素描可参考附

录D、附录E进行记录。

8.1.3应基本观察下列列内内容：

——工程地质方面：地层岩性、地质构造、岩溶、特殊地层、人为坑洞、坍塌等；

——水水文地质方面：地下水水分分布，出出露形态及围岩的透水水性，地下水水活动动对围岩稳定的影响；

——掌子面影像和素描。

8.2测点布置

8.2.1FWR-GE和FR-GE布置置方式应符合下列列规定：

——FR-GE：在掌子面中垂线左右两侧1m处对称各布置置1个接收孔；

——FWR-GE：在掌子面左右两侧洞壁对称各布置置1个接收孔；

——接收孔应符合下列列规定：

•在掌子面或其其两侧洞壁水水平布置置；

•孔口位置置应低于孔底位置置，内内轴水水平夹角不得超过5o；

•孔口距底板高0.8m~1.2m为宜。

——偏移距、激发点布置置按一般规定7.2执行；

——FWR-GE和FR-GE布置置方式见图2，其其空间位置置可参考附录E记录。

w

上GE导F

FWRFR

1m

下导

w

立面

FWR

w

上导

下导FR

AF1m

1m

FR