1、某某隧道超前地质预报方案某某铁路TH-2标标二分部超前地质预报实施方案一、 工程概况某某铁路TH-2标标工程项目经理部二分部施工标段全线长24.755km，隧道3座9725延长米，分别是MTL隧道（全长8620m）、XDS隧道（全长655m）、HNG隧道（全长450m）。MTL隧道进口位于bx市dyf乡洋湖村小东沟组村东约400m，出口位于bx市HR县bldz镇马鹿泡龙爪沟村西侧约1km。隧道起始里程DK34+275-DK42+895，全长8620米，位于直线上纵坡6，-5.0，最大埋深398m。隧道进口处地势平坦，底面倾角约20，线路线位与等高线交角约80,主洞断面型式为圆拱直墙型，成洞断面
2、尺寸均为6.24m8.66m（宽高），斜井断面为圆拱直墙型，断面尺寸为5.26.78m（宽高）。地表植被茂盛，隧道洞口上方主要为松树。隧道洞口下方为山前缓坡地，主要为耕地。隧道出口处地势平坦，地面倾角约10，洞口线路线位与等高线交角约70-80。地表植被茂盛，主要为多年生落叶木与乔木。隧道设两座斜井，1号斜井与正洞交叉里程为DK36+720，左偏40，1号斜井长度为675米，最大坡度为11；2号斜井与正洞交叉里程为DK41+420，右偏40斜井，2号斜井长度为400米。并设置两座通风支洞，与正洞交叉里程为DK34+395、DK34+465，均为右偏20，最大坡度为11。XDS隧道位于bx市bl
3、dz镇bldz村西侧约1000m山上，起止里程DK53+655-DK54+310，全长655米，559.17米位于直线上，其余95.83米位于R=1200的曲线上，纵坡-10.3，最大埋深85米。进口地势陡峭，地面倾角约35左右，线位与等高线交角约55,主洞断面型式为圆拱直墙型，成洞断面尺寸均为7.82m8.77m（宽高）。洞口下方约40米为柞大线公路。公路旁边（山脚侧）为一条水渠，宽约2m，水深约1m。另一侧紧邻大雅河。出口陡峭，地面倾角约30，线位与等高线交角约50-60。地表植被茂盛，主要为灌木及松树，隧道前山脚下有一条人工水渠，宽约1.5m，高约1m，水深约30cm。HNG隧道慨况。H
4、NG隧道位于bx市bldz镇八家堡子村东约600m山上，起止里程DK57+605-DK58+055，全长450米，位于直线上，纵坡-3.0，最大埋深85m。进口地势陡峭，地面倾角约40左右，线位与等高线交角约75,主洞断面型式为圆拱直墙型，成洞断面尺寸均为7.64m8.68m（宽高）。地表植被茂盛，主要为松树及灌木。山前地势平坦，为松树苗圃，据洞口约100m处有一砂场。砂场前有土路宽约2.5m，可通至包（八）家堡子，有村道至桓盖线。出口地势平坦，地面倾角约20-25左右，线路线位与等高线交角约50-60。地表植被茂盛，主要为松树林。山脚有一条土路宽约2.5m，可通至八家堡子，有村道至桓盖线。二
5、、 超前地质预报目的超前地质预测、预报是隧道信息化施工的重要组成部分，也是隧道施工中一道重要的施工工序。在隧道的施工过程中，应把地质超前预报纳入隧道施工的正常工序，使地质超前预报成为促进隧道科学施工的有力手段。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，在实践过程中进一步完善预测预报方法的针对性，提高预测预报结果的准确性，及时修正工程设计，从而指导工程施工的顺利进行，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。三、 编制依据沈阳铁路局
6、沈阳工程建设指挥部新建某某铁路指导性施工组织设计；中铁十八局某某铁路TH-2标新建某某铁路TH-2标实施性施工组织设计；铁道部铁路隧道工程施工质量验收暂行标准（TB 10417-2003 J287-2004）；铁道部铁路隧道工程施工技术指南（TZ 204-2008）；铁道部铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105号）；新建某某铁路有关隧道施工图、参考图。四、 超前地质预报的内容、原则和要求1、超前地质预报的内容针对本标段隧道工程的特点和施工技术要求，隧道施工期间地质预测、预报应包括以下内容： 隧道围岩级别变化趋势；地下水赋存情况。 断层的位置、宽度、岩体破碎程度、地下水赋存情况。
7、 不同岩性接触带的位置、接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况。 隧道受岩溶地下水影响程度及岩溶形态的类型、位置、大小等。 对隧道底部地基稳定性有影响的不良地质体探测。重点是隧道突水涌泥可能性的探测和分析判断。2、 地质预测预报工作的原则和要求 超前地质预测、预报是隧道信息化施工的重要组成部分，施工阶段应将超前地质预测、预报纳入施工工序进行组织管理，给予必要的施作时间。 地质预测预报坚持隧道洞内探测与洞外相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合等，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。 超前地质预报的结果应体现出及时性，有异常情况时应及时通知施工队，及时采取措施，使
8、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施工队，使其安排正常施工工序，组织正常施工生产。 地质预报结论应有书面报告，并及时交由工程管理部门和施工队，对所有预报资料应存档备查。 施工过程中应将实际开挖的地质情况与预报结果进行对比分析，及时总结经验教训，以指导和改进地质预报工作。超前地质预报技术是一门正在发展中的技术，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。 隧道超前地质预测预报应根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分级进行，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安全的危害程度，分为以下四
9、级：A级：存在重大地质灾害隐患的地段，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
10、等手段进行综合预报。B级预报：采用地质分析法、TSP或HSP，辅以红外探测、地质雷达，进行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级要求实施。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进行探测或HSP声波反射法，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。 地质复杂隧道的超前地质预报应编制实施细则，内容包括超前地质预报实施方案、分段预报内容、方法及技术要点，并编制气象、重要泉点、暗河流量、地下水位等观测计划和观测技术要求。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”。五、地质预报的方法和手段5.
11、1 预报方法隧道超前地质预测、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，以及局项目部安排，现将隧道超前地质预测预报分如下三类：A、地质调查法地质调查法包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描等。B、物探法分四类，如下表：序号适用条件适用风险等级物探类型主要手段1软弱夹层，非可溶岩接触带，地表物探异常带，差异风化带及可能出现其他不良地质体。含炭（煤）层。塌方风险及变形风险为中度。WT-1TSP2032非可溶岩地段及其破碎带、可溶岩岩溶中度发育地段、可能出现的节理密集带。塌方风险为高度、突水突泥为风险为中度以上。WT-2TS
12、P203+红外探测3可溶岩岩溶强烈发育地段、可溶岩与非可溶岩突水突泥高度风险、地表失水高度风险、塌方高度风险 WT-3TSP203+地质雷达+红外探测5溶岩极发育地段、煤层采空区、高压富水断层突水突泥极高风险、地表失水极高风险、塌方高度风险WT-4TSP203+高分辨直流电法+地质雷达+红外探测C、超前钻探法超前钻孔：拟采用单孔水平取芯钻探法，钻机拟采用ZSL-40轻便型锚固钻机，超前探测2030m，验证中近距离物探超前探测的异常地段。每25m一循环，每孔长30m，钻孔是否取芯根据不同地质条件确定。加深炮眼：即加深炮眼超前探测，利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循
13、环钻设炮眼时布设35个钻孔加深3m以上作为探测孔。根据不同地质条件及其不同要求，将钻探法分为以下7类序号适用条件适用风险等级钻探类型主要手段1所有工点全部风险类型ZT-1加深炮眼（3孔）2地表存在构筑物及隧道浅埋偏压地段塌方风险为高度、变形风险为中度。ZT-2超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）3高地应力塌方风险为中度、变形风险为中度、岩爆风险为中度。ZT-3超前钻孔（2孔）+加深炮眼（3孔），其中1孔取芯,1孔位地应力测试孔4地质构造带、岩层接触带、物探异常区。突水突泥中度风险、塌方中度风险 ZT-4超前钻孔（2孔）+加深炮眼（3孔），其中1孔取芯,5溶岩极发育区突水突泥中度风险、地表失水高风
14、险ZT-5超前钻孔（3孔）+加深炮 5孔），6高压富水地段突水突泥中度风险、地表失水极高风险ZT-6超前钻孔（5孔），所有探测孔均需设置关水阀门，1孔设置测压装置。其中3孔作为定位孔7煤系地层瓦斯及煤层突出高度风险ZT-7在距离15m垂直距离处设置1个超前钻孔，初步探测煤层位置，在距初探煤层10m处钻3个超前钻孔，并进行相关参数测试。其中2孔要求取芯。5.2 分部超前地质预报计划实施情况表隧道名称：MTL隧道起止里程DK34+275DK42+895长度（m）8620预报类型ZT-1/ZT-2/WT-1序号预报方法段落（起止里程）长度（m）施工方法计划预报型式1地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深
15、炮眼（3孔）、TSP（必要时）DK34+275DK34+475200台阶法/短台阶法WT-1（必要时）、ZT-22加深炮眼（3孔）DK34+475DK34+8001325全断面法ZT-13地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）、TSP（必要时）DK35+800DK36+075275台阶法WT-1（必要时）、ZT-24加深炮眼（3孔）DK36+075DK41+4105335全断面法ZT-15地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）、TSP（必要时）DK41+410DK42+8951485台阶法/短台阶法WT-1（必要时）、ZT-26地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）、T
16、SP（必要时）X1D0+000X1D0+675675全断面法/台阶法/短台阶法WT-1（必要时）、ZT-27地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）、TSP（必要时）X1D0+000X1D0+400400全断面法/台阶法/短台阶法WT-1（必要时）、ZT-289隧道名称：XDS隧道起止里程DK53+655-DK54+310长度（m）655预报类型ZT-1/ZT-2/WT-1序号预报方法段落（起止里程）长度（m）施工方法图纸要求1地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）、TSP（必要时）DK53+655-DK54+310655台阶法/短台阶法 WT-1（必要时）、ZT-2隧道名称：H
17、NG隧道起止里程DK57+605-DK58+055长度（m）450预报类型ZT-1/ZT-2/WT-1序号预报方法段落（起止里程）长度（m）施工方法图纸要求1地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）、TSP（必要时）DK57+605-DK57+67570台阶法、短台阶法WT-1（必要时）、ZT-22加深炮眼（3孔）DK57+675DK57+950275全断面法ZT-13地质调查法、超前钻孔（1孔）+加深炮眼（3孔）、TSP（必要时）DK57+950DK58+055105台阶法、短台阶法WT-1（必要时）、ZT-25.3 适用范围 长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它基础资料对
18、隧道通过区的地质界线、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行长距离、宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示的情况进行不断的修正。 中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP、地质雷达、深孔水平钻探等对掌子面前方30200m范围内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基础上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，比如掌子面前方30m范围内有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构
19、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行钻孔验证。5.4 隧道地质超前预报实施方法 地质分析法，包括地质素描法、地层分界线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，具体内容主要包括以下几个方面： 工程地质地层岩性：包括地层时代、岩性、层间结合程度、风化程度等；地质构造：包括褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状；断层的位置、产状、性质、破碎带宽度、物质成分、含水情况以及于隧道的关系；节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征、力学性质；分析组合特征，判断岩体完整程度。地应力，包括高地应
20、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；特殊地层，煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层应单独描述；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。岩溶：规模、形状、位置、所属底层、构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系等。 水文地质出水点位置、出水状态、水量、水压、水温、颜色、泥砂含量测定，必要时进行长期观测；水质分析，判定水对建筑材料的腐蚀性；出水点和地层岩性、构造、岩溶、暗河等的关系分析；必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系；必要时应建立涌突水点地质档案。 围岩稳定性特征及支护情况：记录不
21、同工程地质、水文地质条件下围岩稳定性、支护方式以及初期支护后变形情况。发生围岩失稳或变形较大的地段，应详细分析描述围岩失稳或发生变形的原因、过程、结果等。 摄像和影像隧道内重要的和具代表性的地质现象应进行摄像或录像。 物探方法，包括TSP隧道地震波反射法、地质雷达法、红外探测、TRT等。 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，其探测范围可以达到前方
22、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100200m范围内的岩层分界面、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，预测范围在50100m之间，需连续预报时前后两次应重叠10m以上。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接受，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
23、的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内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结构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，若噪声过大则会影响采集数据的准确性。如下图1：探测方法：爆破孔布置：TSP203超前地质预报系统洞内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个爆破孔组成。接收器距掌子面约55m,在隧道两侧对称布置，最后一个爆破
24、孔距掌子面约0.5m。爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径3538mm，孔口距隧底约1.0m，向下倾斜1020，接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.0m，孔径4345mm，孔口距隧底1.0m，向下倾斜510。埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚碴，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。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。测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800m范围内不得有机械作业和作业人员
25、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。装药爆破：由最里边炮孔开始，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1040g左右。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，岩层分界线、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牢固可靠和施工质量，改善工地的安全，赢得了施工时间，降低成本，提高隧道掘进的进度，将风险降低到最小。 地质
26、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，就需用地质雷达进行探测。加拿大pulseEkkO100型地质雷达在前方岩石完整的情况下，可以预报30m的距离；当岩石不完整或存在构造的条件下，预报距离小于10m。雷达探测的效果主要取决于不同介质的电性差异，即介电常数，若介质之间的介电常数差异大，则探测效果就好。探测原理：发射机通过发射天线向隧道掌子面前方地层定向发射电磁波，电磁波在传播的路径上当遇到有电性（介电常数和电导率）差异的界面时即发生反射。从不同深度返回来的各个不同时间的反射波由设置在发射天线旁的接受天线接受，另外还最先接受到从发射天线经两
27、天线所在介质的表面传播到接受天线的直达波，取其时间之半，乘以该介质的电磁波传播速度即代表反射目标的深度，再根据反射信息特征（反射强度、反射波组合特点以及横向、纵向变化等）判别反射目标的性质。探测方法：在开挖掌子面上，以上、中、下水平和左、右为骨架布置若干水平测线和竖线测线向前方探测，每条测线可构成一条剖面，各条剖面上的综合地质信息即构成了前方一定范围内的空间地质构造形态。测线的密度可视所探测地段的围岩地质构造复杂程度和所要求的探测控制精度选定，围岩越复杂，要求的控制精度越高，则测线密度就越大，反之越小。根据探测资料，首先对各方面剖面进行综合分析，定性判定前方地质情况并定量确定有关异常体、条、带
28、等位置、深度及其空间分布情况，再结合具体的地质条件（如断层、节理、裂隙与隧道走向的夹角和倾角及其对隧道围岩稳定性的影响程度）、地压因素（静压、动压和二次平衡压），详细划分和界定围岩类别，以便主动采取超前支护措施。地质雷达预测的有效长度在完整灰岩地段按25m，在岩溶发育地段根据雷达波形判定，连续预报时前后两次重叠长度不小于5m。 红外线探水法采用 HY303防爆红外线探测仪进行超前防水预测预报，红外探水见图4.4.6-2所示。HY303防爆红外线探测仪的主要应用范围：了解掘进前方1030米范围内是否存在含水断层和溶洞、是否存在含水破碎带。每作一次防水超前探测预报需15分钟。向隧道上方探测掘进时未
29、见到的含水构造。向隧道下方探测了解底板下方是否存在空洞、是否存在含水岩溶构造、承压水是否以潜在形势向上运移。向两壁外侧探测了解两壁外侧是否存在隐伏水体、是否存在与隧道走向成小角度斜交的断层、是否存在溶洞。在隧道施工通过岩溶、岩溶水、断层破碎带可能发生涌水地段每开挖1530m，对开挖面前方施作一红外线探测技术，对地下水进行预报。隧道施工进程中应用HY-303型防爆型红外线探侧仪对前方30m 范围内进行含水层的定性探测。探测方式为:掌子面上3X3网格上九个点温度或热辐射数据。掘进后面掌子面方向靠近掌子面50m内左边墙、拱部、右边墙红外辐射场数据曲线，也称为背景趋势曲线。判别标准：根据经验，一般是利
30、用掌子面上探测数据两点间最大读数差值，参考背景趋势曲线，来判断前方含水可能性。考虑到由于标准方差是刻划随机变量在其中心位置散布程度的数字特征，其反映了偏离均值的偏离量。结合温度场模拟计算和资料分析，根据实地多次探测数据，分别计算其两点间最大读数差值和以下标准方差，在详细分析和统计实际观测出水资料的基础上，选取红外线探测含水安全值判别标准（4） TRT系统预报 TRT6000地质超前预报系统是利用地震波的反射原理进行地质预报。预报时，通过锤击或激震器产生的地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到一地震界面时，如断层、破碎带、溶洞、大的节理面等，一部分地震波就被反射回来，反射波经过一短暂时间到达传感器后被接受并被记录主机记录下来，然后经专门的 O-RV3D软件进行分析处理，对地震波进行叠加，就得到清晰的异常体的层析扫描三维图像。再通过对异常体的里程、形状、大小、走向，并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧道前方及周围区域地质构造的位置和特性。解释依据：成像图采用的是相对解释原理，即确定一个背景场，所有解释相对背景值进行，异常区域会偏离背景区域值，根
