隧道地质超前预报技术方案设计.doc

高速公路/高速铁路隧道地质超前预报技术建议书. z.-目录1 适用条件及目的12 超前地质预报的容13 地质预测预报工作的原则和要求24 地质预报工作流程45 地质预报的方法和手段46预报工作技术要求167 预报资料编制17. z.-1适用条件及目的超前地质预测、预报是隧道信息化施工的重要组成局部，也是隧道施工中一道重要的施工工序超前地质预测、预报的目的是采用各种地质分析、物探、超前钻探等手段在隧道施工当中探明前方围岩地质情况，并根据前方地质、水文条件的变化及时调整施工方法和采取相应的技术措施，降低地质灾害发生的机率，从而指导工程施工的顺利进展，同时也为设计变更提拱地质依据，为编制竣工文件提供地质资料2 超前地质预报的容针对本段隧道工程的特点和施工技术要求，隧道施工期地质预测、预报应包括以下容：2.1断层及断层影响带的位置、规模及其性质2.2软弱夹层的位置、规模及其性质2.3岩溶的位置、规模及其性质2.4不同岩性、围岩级别变化界面的位置2.5工程地质灾害可能发生的位置和规模2.6含水构造的位置、规模及其性质。

2.7隧道底部溶洞、暗河等对地基稳定性有影响的不良地质体探测2.8煤系地层采空区与隧道的位置关系重点是隧道突水涌泥可能性的探测和分析判释，隧底根底溶洞的探测等3 地质预测预报工作的原则和要求3.1超前地质预测、预报是隧道信息化施工的重要组成局部，施工阶段应将超前地质预测、预报纳入施工工序进展组织管理3.2质预测预报坚持隧道洞探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、〔辅助导坑与主洞探测相结合〕，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程3.3超前地质预报的结果应表达出及时性，有异常情况时应及时通知决策部门和施工单位，及时采取措施，使不良地质体始终处于可控状态；在预报前方地质情况正常的情况下，亦应将预报结果及时通知决策部门和施工单位，使其安排正常施工工序，组织正常施工生产3.4地质预报结论应有书面报告，并及时交由决策部门和施工单位，对所有预报资料应存档备查3.5施工过程中应将实际开挖的地质情况与预报结果进展比照分析，及时总结经历教训，以指导和改良地质预报工作超前地质预报技术是一门正在开展中的技术，随着科学技术的进步，将逐步得到提高和完善超前地质预报管理工作也需要在实践中不断提高。

3.6隧道超前地质预测预报应根据地质灾害对隧道施工平安的危害程度，分级进展，并按不同级别确定相应的方法和手段根据地质灾害对隧道施工平安的危害程度，分为以下四级：A级：存在重质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小不同地质灾害地段的预报方式为：A级预报：采用地质分析法、TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进展综合预报首先以地质分析法进展长距离预测预报，然后采用中长距离TSP或HSP和一种或几种短距离物探方法相结合进展预报，同时进展多孔超前钻探探查B级预报：采用地质分析法、TSP或HSP，辅以红外探测、地质雷达，进展必要的超前水平钻孔当发现局部地段工程地质条件较复杂时，按A级要施。

C级预报：以地质分析法为主对重要的地质〔层〕界面、断层或物探异常地段可采用TSP进展探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔D 级预报：采用地质分析法3.7地质复杂隧道的超前地质预报应编制实施细则，容包括超前地质预报实施方案、分段预报容、方法及技术要点，并编制气象、重要泉点、暗河流量等观测方案和观测技术要求4地质预报工作流程地质预报工作流程见下“超前地质预报工作流程图〞地质调查、素描TSP203红外探水其他预测手段地质雷达HSP声波超前深孔探测工程与水文试验收集分析判断反应上报确定施工方案隧道施工正常异常正常异常10～30m超前钻孔超前地质预报工作流程图5 地质预报的方法和手段5.1隧道超前地质预测、预报应坚持常规地质法、物理勘探法、钻探法等多种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证的原则并结合本段工程特点，以及局工程部安排，隧道超前地质预测预报的方法如下表：序号探测手段备注1地质素描地质素描或数码成像形成隧道地质根底资料2物探手段TSP远距离探测断层破碎带、岩层分界面，用于地质条件复杂的隧道3HSP中长距离探测断层破碎带、岩层分界面，用于地质条件复杂的隧道4地质雷达近距离探测隧底、掌子面岩溶5红外探水探测含水断层和溶洞、是否存在含水破碎带6地质钻探水平钻探〔10～30m〕断层、岩溶、瓦斯、重大物探异常段等7隧底钻探〔5～10m〕隧底岩溶、暗河、重大物探异常段等8加长炮孔钻探〔5m〕掌子面短距离岩溶、地下水等揭露5.2适用围长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它根底资料对隧道通过区的地质界限、地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进展长距离、宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据提醒的情况进展不断的修正。

中长距离预报是在长距离预报的根底上采用TSP、HSP、地质雷达、深孔水平钻探等对掌子面前方30～200m围的地质情况作进一步的预报，如对不良地质体的位置、规模、性质作较为详细的预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况等短距离预报是在中长距离预报的根底上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进展预报，比方掌子面前方30m围有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及不良地质发育情况等，对以上判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进展钻孔验证5.3隧道地质超前预报实施方法地质分析法，包括地质素描法、地层分界限及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等地质素描包括正洞、平导和辅助导坑洞壁及掌子面素描，具体容主要包括以下几个方面：〔1〕工程地质①地层岩性，包括地层时代、岩性、岩体产状等；②断层，包括断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，并进展断层带岩体的稳定性评价；③节理，包括节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征、力学性质，分析组合特征、判断岩体完整程度； ④地应力，包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩心等现象；⑤特殊地层，煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层应单独描述；⒗塌方，应记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因。

2)水文地质①出水点位置、出水状态、水量、水压、水温、颜色、泥砂含量测定，必要时进展长期观测；②水质分析，判定水对建筑材料的腐蚀性；③出水点和地层岩性、构造等的关系分析；④必要时进展地表相关气象、水文观测，判断洞涌水与地表径流、降雨的关系；⑤必要时应建立涌突水点地质档案〔3〕摄像和影像隧道重要的和具代表性的地质现象应进展摄像或录像物探方法，包括TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、地质雷达法、红外探测等〔1〕TSP203超前地质预报系统TSP(Tunnel Seismic Prediction)是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震技术它是为隧道超前地质预报而专门设计的，其目的在于迅速超前地提供在开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报TSP方法探测距离远，对大多数岩层，从隧道掘进面起算，其探测围可以到达前方100米，硬岩层甚至可达200米，最适合长期〔长距离〕超前地质预报TSP203现场数据采集包括打接收器孔和爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器及爆破接收信号过程等工作TSP203系统在围岩较好的地段可测出前方100～200m围的岩层分界面、岩层的物理性质、断层破碎带、洞穴、隐伏含水体等；围岩完整性较差时，预测围在50～100m之间，需连续预报时前后两次应重叠10m以上。

根据局工程部安排，此项物探方法委外原理：通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器承受，获得反映隧道工作面前方的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，以及反射层在探测围的二维或三维空间分布通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围岩构造面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考但仪器在作业过程中对环境的要求较高，假设噪声过大则会影响采集数据的准确性如以下图：探测方法：①爆破孔布置：TSP203超前地质预报系统洞布置的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，一般情况下，它是由两个接收器孔和24个爆坡孔组成接收器距掌子面约55m,在隧道两侧对称布置，最后一个爆破孔距掌子面约0.5m爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径35～38mm，孔口距隧底约1.0m，向下倾斜10°～20°，接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.0m，孔径43～45mm，孔口距隧底1.0m，向下倾斜5°～10°。

检测孔掘进方向检测方向2*～16*20m1*17* 18* 19* 20* 21* 22* 23* 24*23×1.5m0.5m检测孔爆破孔TSP203检测钻孔平面布置示意图②埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，去除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面③连线检查：把传感器、检波器〔电脑〕、起爆器、同步器连接起来，并检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连④测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800m围不得有机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等⑤装药爆破：由最里边炮孔开场，逐个依次装药联线，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在10～40g左右⑥成果分析：采用TSP203自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前方围岩的物理特性，岩层分界限、软弱带、断层的位置等信息因此，通过TSP超前地质预报，能够及时地了解掌子面前方的地质情况，为隧道施工和及时合理地调整支护参数提供依据，有效地控制了地质灾害的发生，确保支撑隧道的岩石结实可靠和施工质量，改善工地的平安，赢得了施工时间，降低本钱，提高隧道掘进的进度，将风险降低到最小。

〔2〕地质雷达当TSP203系统预报前方有溶洞、暗河水体、岩层层面等不良地质时，其规模、形态需要具体了解，就需用地质雷达进展探测加拿大pulseEkkO100型地质雷达在前方岩石完整的情况下，可以。