超前地质预报实施计划方案

1、隧道施工超前地质预报实施方案复核：2014年5月31日1、编制依据 12、工程概况 13、技术服务容 14、超前地质预报的工作目标 25、地质预报方案26、地质雷达预报 46.1 基本原理 46.2 测线布置与方法 56.3 使用仪器 66.4 现场测试要求 66.5 数据处理与解释 76.6 资料整理要求 87、TSP预报87.1 基本原理 87.2 探测方法 107.2 测线布置 107.4 仪器设备 117.5 现场钻孔注意事项 117.6 结果分析 128、红外探测预报 128.2 基本方法 149、超前水平地质钻孔 1510、隧道预报人员安排 16 11、超前地质预报安全文明施工质量保证体系 1611.1 安全文明施工保证措施 1611.2 工作质量保证措施 1711.3 工作进度保证措施 181、编制依据(1) 铁路隧道设计规(TB 10003-2005)(2) 地下铁道施工与验收规(GB 50299-1999,2003年版)(3) 铁路隧道工程施工技术指南(TZ 204-2008)(4) 公路工程地质勘察规(JTJ 064-98)(5) 地铁设计规(GB 50157-20

2、03)(6) 铁路工程物理勘探规程(TB10013-98)(7) 区间的地质勘查资料，以与设计资料(8) 区间施工组织设计2、工程概况本合同段总体工程地质条件较差，围岩以石灰岩为主，岩溶发育。在隧道施工中易 发生突涌水和突泥。因此准确预报掌子面前方溶蚀带、溶洞和地下水带是本地质预报的 重点。主要工程地质问题有发育溶洞与其导致的突泥、突水和可能的地面沉降问题、隧道 稳定性、断层破碎带。地质预报重点为：地下溶蚀带、溶腔、溶洞、地下水带、高压涌突水、断层破碎带。预报难点为：溶洞、地下溶蚀带、溶腔、高压涌突水、地下含水带、断层破碎带。为确保隧道的施工安全，与时了解掌子面前方围岩的不良地质情况，以优化施工方 案，指导隧道施工，决定对隧道施工进行超前地质预报工作。3、技术服务容按合同约定，本项技术服务工程量为地质预报，工作量共约2800米。按照国家标 准和相关部门颁的有关现行标准、规、规程、定额、办法和示例与有关图纸的规定进行 地质预报后处理工作。积极参与施工期间各方工作，安全、高质量地完成工作。4、超前地质预报的工作目标根据本工程特点，本超前地质预报工作主要针对以下几个方面：（1）溶洞、断层破碎

3、带、裂隙密集带的位置、规模和性状预报；（2）突水、突泥可能发生的位置、规模大小与危害程度预报；（3）软弱夹层，软弱结构面的位置、规模与性状预报；（4）地下水分布规律，隧道涌水预报，包括涌水位置、水量等预报；（5）隧道围岩级别变化与分布位置预报。5、地质预报方案为保证隧道施工安全、优化设计、实现信息化施工，同时达到通过核实和预测掌子 面前方的地质条件，以与时调整工程措施、确保施工与结构安全的目的，本方案根据该 段合同段隧道的工程地质、水文地质条件，对隧道超前地质预报进行初步安排如下：（1）预报的重点段落与容：地质构造带、岩溶发育地段、可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带与影响带等不良地质体的位置、规模、性质、地下水情况；（2）超前地质预报方法施工中应以地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超 前地质预报，并采用宏观预报指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报的方法。1）长距离超前预报：拟采用地震波反射法（TSP 203），对掌子面前方约30100m 围的地质构造带的位置、规模、性质作较为详细的预报，预测岩体的完整性与岩溶和地 下水的发育情况。每100m施作一次，当有异

4、常情况时适当加密。2）中短距离超前预报：采用地质雷达、红外探测对掌子面前（SIR-3000）方进 行中短距离综合超前预测、预报，地质雷达25m 一次，一次围30m。（3）超前水平钻探1）采用掌子面超前水平钻孔对地质雷达的预报结果进行验证，每个断面布设 3 个探测孔并一孔取岩芯，探测孔25m 一个循环，单孔长度为30m左右，相邻探测孔之间 的找搭接长度为5m ；当有异常情况时，结合地质雷达结果判释，必要时适当增加钻孔或 加长钻孔。2）利用在隧道开挖工作面上钻小孔径浅孔来探测前方围岩的地质情况，在每一 循环钻设炮孔时布设5个加深炮孔较爆破孔（或循环进尺）深3m以上作为探测孔。（4）隧道仰拱施工前，应对基底采用地质雷达进行探测，根据探测结果，对异常 区采用有效方法进一步详探，发现基底存在空洞、溶洞、溶槽等应与时提出以便处理； 当基底承载力不满足结构要求时应采用基底换填、注浆加固等综合处理措施，且应加强 施工防护，以保证施工安全与结构承载安全。（5）按照技术服务容要求，立即开始进行超前地质预报工作；（6）对隧道所属区域的地勘资料进行详细查阅，同时对洞进行观察，与时和全面 掌握整个隧道长度的地质

5、情况；（7）根据围岩情况安排雷达探测断面，原则上每30米一个断面，并考虑不同距离 的重叠交叉。如遇溶洞变化、断层等特殊情况时考虑增加探测断面，增加探测频率，缩 短探测距离。对地质调查法、物探法、超前钻探法等预报手段所取得的资料进行综合分析与评判， 相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势与前兆进行预测、判断，根 据超前地质预测预报结果，相应优化调整工程措施，以确保施工安全与结构安全，确保 工程顺利实施。6、地质雷达预报隧道超前地质预报工作必须针对其工程特点，优选超前地质预报方法，并在施工过 程中不断完善和改进，形成合理的超前地质预报方法组合。同时，在发挥先进科技手段 的同时，结合现场监测人员的技术和经验，对现场的地质情况进行认真的分析，建立一 套适用于本工程的综合超前地质预报方法，做到既能最优地满足隧道超前地质预报的要 求，又能尽量减少对隧道施工的影响。通过对现有设计和地勘资料的分析，考虑到本工程所处地段的工程地质和水文地质 特点，特别是由于溶岩发育的影响，隧道开挖易发生突水突泥，本方案以地质调查法为 基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报，并采用宏观

6、预报 指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报的方法。为提高超前地质预报的精度和施工要求，拟采用美国生产的最新型SIR-3000探地雷达进行全程预报。同时，必要时采 用其它物探手段进行预报。6.1基本原理地质雷达(Ground Penetrating Radar)是由雷达信号发生器产生频率相对稳定的 电磁波，通过雷达主控制器对信号脉冲宽度、相位、衰减度、指数增益等一系列技术 参数进行调谐调频，并进行信号样点数字化、信号叠加处理，然后由主控器通过信号 高保真电缆和屏蔽天线将信号以一定的方向角向探测方向发射，电磁波遇到有电性差 异的目的体后会发生反射，反射回来的电磁波被天线再次接收，并返回到雷达的信号 接收处理器，经处理后的雷达信号分两路传送：一路直接传送给雷达显示器，通过 “四色原理”将雷达信号以彩色形式直接显示在视频显示器上，其显示速度与天线运 行速度保持同步；另一路进入数据存储器中，存将所有技术参数连同雷达信号资料进 行保存，以便进行回放和更深入一步的处理。所有雷达的专业处理、反演解释软件均 可安装在通用计算机上来完成，雷达主控器、存可直接与通用计算机进行数据通讯，将雷达数据传到计算

7、机中进行更高级的处理和解释。如图6-1所示。电磁波遇到不同电性反射界面后振幅和相位发生变化，介质的电性差异大小决定了 电磁波反射的振幅强弱程度和其相位的正负。岩石破碎程度与其含水量情况是影响其电 性常数的主要因素，根据测量结果判定掌子面前方的围岩变化情况。电磁波遇到地下物体后的反射示意图体 的 目R-IIII#探地雷达纪录的回波曲线图6-1 地质雷达反射探测原理图6.2测线布置与方法根据现场掌子面的具体情况和隧道地质的复杂程度，在探测过程中可根据情况灵活 布置测线，其原则就是尽可能靠近掌子面轴心位置，使测线距离尽可能长，尽可能多地 采集数据。隧道掌子面布线如下图所示。地质雷达数据采集时的信号触发方式一般有三种，即测量轮触发、时间触发和键盘触发。测量轮触发方式一般要求测量表面比较光滑，保证测量轮正常滚动，以使雷达数 据长度能够和实际测线长度相符，因为隧道掌子面凹凸不平，所以一般不能保证测量轮 的正常工作，因此不建议采用这种触发方式；时间触发方式是地质雷达系统按照一定的 时间间隔自动采集数据，要求天线按照合适的速度匀速前进，天线底部和测量表面允许 一定的间隙，一般为20cm，无论天线是否移

8、动，系统都会按照设定好的速度自动采集数 据，因此雷达数据长度会与实际测线长度不符，所以最好不要采用这种触发方式；键盘 触发方式是通过电脑键盘发送指令给雷达控制系统，按一下键盘采集一道数据，天线按 固定间距移动，移动一次采集一道数据，本区段隧道地质预报采用键盘触发方式。选用 100MHz 雷达天线，若有必要可使用其他频率天线作为辅助探测手段，有效探测深度最大为30m。当遇到溶蚀带、溶腔、地下水发育段落、单个或较大的溶洞等异常时，根据实际情况增加预报次数，减小预报间距。6.3 使用仪器地质预报设备主要包括 SIR-3000 主机、天线、传输电缆、笔记本电脑、地质锤、 卷尺、强光手电筒等。6.4 现场测试要求(1) 地质雷达使用先进的地质雷达SIR-3000，选用100MHz雷达天线，若有必要可 使用其他频率天线作为辅助探测手段。(2) 仪器设备的信号增益控制具有指数增益功能，模数转换大于16bit，具有8次以上信号叠加功能，连续测量时，扫描速率大于每秒128 次。通过试验选择合适的仪 器参数，采样率宜选用天线中心频率的6倍1 0倍。(3) 现场测试时，应移走或尽量避开测线附近的机械设备与金

9、属物体、导线等。 支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员不应佩带金属物件。(4) 测试过程中，天线应紧贴岩壁，水平测线高度基本一致，垂直测线应保持铅 直。现场采用连测时，应匀速缓慢移动天线，保证点距不大于20cm ；采用点测时，点距 宜为1020cm，采样时保持天线静止。(5) 采用测量轮标注时，宜每5m校对一次。每次现场测试同时必须对隧洞掌子面 与侧壁进行简要地质素描，了解隧洞掘进情况，以有助于雷达图像的地质解释与前期雷 达成果报告的比对分析与复核。6.5 数据处理与解释探地雷达接收到的信号通过模数转换处理后送到计算机，必须再经过增益恢复、带 通滤波、频率-波数(f-k)滤波、绕射偏移处理和反褶积滤波等一系列数据处理后形成雷 达探测图像。地质雷达图像剖面是地质雷达资料解释的基础，只要掌子面前方介质中存在电性差 异，就可以在雷达剖面图中找到相应的反射波与之对应。根据相邻道上反射波的对比， 把不同道上同一个反射波一样相位连接起来的对比线称为同相轴，雷达剖面图的识别主 要是确定具有一样特征的反射波组的同相轴。隧道超前预报主要是确定掌子面前方的构造断裂、软弱夹层、岩溶洞穴等的分布位 置以与掌子面前方地下水状况，岩溶洞穴填充物与其性质的预报等。构造断裂带在雷达 剖面图上的波形反映一般是与断裂带走势一样的一条曲线，软弱夹层和岩溶洞穴的波形 反映一般是由许多细小的抛物线组成的一块较大区域，与周围的波形存在明显的差异。 实践证明，地质雷达对掌子面前方含水、溶洞、断裂带等异常反映较好，但预报围将会 相对缩短。因为水的介电常数=81，电磁波能量会被水大量吸收，探测距离相对缩短。 电磁波在地层中传播时的能量消耗也很大，也会对探测距离有一定的影响。雷达图像的 判读除了在雷达剖面图上发

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