1、隧道超前地质预报实施课件超前地质预报实施方案1编制依据(1)杭州至黄山铁路毛蓬岗隧道设计图；(2)铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105号文）(3)毛蓬岗隧道实施性施工组织设计(4)铁路隧道设计规范TB10003-2005(5)铁路隧道工程施工技术指南TZ204-20082工程概况毛蓬岗隧道单、双线全长9437m，隧道左线起终点分别为DK27+600、DK32+909，左线单线长3600m，里程段落为DK27+600-DK31+200，右线单线长4128.794m ，里程段落为YDK27+015- YDK31+143.794，左线双线长1709m，里程段落为DK31+200- DK
2、32+909，其中DK32+065-DK32+275为明洞段。隧道最大埋深为240.02m，最小埋深为15m，总体属深埋长隧道。隧道穿越地层以、级围岩为主，、级围岩段分别长1794m、1734m、2279m和3630m，分别占隧道总长的19%、18.4%、24.1%和38.5%。隧道区地质条件复杂，发育有F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7共7条断层带，3处接触带、1处节理密集带，断层带地下水发育。3地质预报目的地质超前预报对隧道施工具有重要作用已成业界共识，其已被列为隧道施工重要工序。毛蓬岗隧道地质情况复杂，穿过隧址断层七条，超前地质预报对指导隧道安全施工、避免发生地质灾害意义显然。针对
3、地质超前预报工作的特点和目前常用技术，以及本隧道的工程地质和水文地质条件，在设计资料基础之上，本方案提出了一套综合的地质超前预报方法；其主要包括隧道所在地区地质分析与宏观预报、隧道洞身不良地质体地质超前预报、超前钻探等三个部分。方案同时提出了隧道实施地质超前预报的一般程序，以及探测设备配置计划和机构组织方案。4地质预报方法（1）隧道地区地质分析与宏观预报对隧道区域进行一次地面地质调查，在数据分析的基础上做好宏观预报。隧道所在地区不良地质宏观预报，是以深入的地面地质调查为基础，通过区域不良地质分析方法，宏观预报洞体施工可能遇到的不良地质类型、规模、大约位置和方向，宏观预报施工地质灾害的类型和发生
4、的可能性。其主要包括：隧道地面地质调查它是区域不良地质分析的基础主要包括：地层地质调查、地质构造调查、水文地质调查。隧道区域不良地质分析它是隧道所在地区不良地质宏观预报的依据。因为大多数隧道不良地质体本身就是区域地层、地质构造的一部分。包括：地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析等。（2） 隧道洞身不良地质体地质超前预报本方案拟采用长期预报和短期预报相结合的预报形式。即首先采用长期预报预测前方相当长度范围内的地质情况，如果发现异常，在施工进行至异常范围时采用短期预报方法进行精确预报。长距离预报精度低，但费用低；短距离预报费工费时
5、，但精度高。具体内容如下：、级围岩地段、级围岩距级围岩50m外地段，实施TSP-203探测（隧道进出口各扣除50m），配合断层参数预测法和地面地质体投射法。TSP-203主要用于超前预报隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模，最大探测距离约为掌子面前方150200m（具体由地质条件、震源能量等决定）。具体施工工艺及原理及TSP203隧道施工地质超前预报工作流程图（图1）。1 预报方法原理通常根据隧道围岩岩性及其破碎程度、含水丰富程度等情况确定预报频率。为了准确指导隧道的安全施工，确保地质超前预报的准确性，一般每座隧道每掘进150200m预报一次。其洞内测试方法简述如下：通常情况下，TSP测量
6、剖面是在隧道的左壁或者右壁上布置一系列的微型爆破，测量剖面的选择主要取决于岩层结构的主导方位。尽管岩层内部的大体情况未知，但在隧道壁左右两侧上安装一对接收器可提供一些附加信息。简而言之，使用一个爆破剖面和两个接收器也是出于经济目的而考虑。但对地质状况非常复杂的情况，建议使用两壁爆破剖面测量。上述布置的好处是可将所获得的地质数据加以对比和相互校证。TSP203测量系统测量组件的标准测量方式如图2所示。TSP203实施工艺TSP203超前地质预报方法，必要时辅以地质雷达方法作详细、高分辨率探测。隧道进洞50米左右便开展预报工作。为了保证地质超前预报的准确性，按隧道每掘进150200米预报一次。采用
7、TSP203探测系统预报时，现场工作布置如下：接收器钻孔布置方法：接收器钻孔数量：2个，隧道左、右壁各一个。接收器钻孔直径：43-45mm/孔深2m。接收器钻孔布置：沿轴径向，向上倾斜5-10度；布置高度：离地面约1米；布置位置：离掌子面大约55米位置。 图2 TSP203系统组件标准测量图示爆破钻孔布置方法：爆破钻孔数量：在隧道左或右壁面布置24个（根据岩层走向确定在左或右），根据实际情况可以选择18-24个。爆破钻孔直径：38mm（20-45mm）/孔深1.5m（最小0.8m.最大2.0m）。爆破钻孔布置：沿轴径向，向下倾斜10-20度(封填炮泥)，相对于隧道壁面倾斜10度；布置高度：离地
8、面约1米；布置位置：第一个钻孔离接收器约20米，其余炮眼间距1.5米（最远2米）。具体现场施工布置如下图所示。TSP203探测系统可预报施工隧道掌子面前方以下不良（或特殊）地质问题：软弱岩层的分布、断层及其破碎带、节理裂隙发育带、含水情况、空洞、围岩类别，即可以预测即将开挖隧道相关地质结构及其周围地质状况，同时也可以对力学参数（动态弹性摸量、剪切摸量、泊松比、密度、弹性纵波速度、弹性横波速度等）进行评估，有利于及时预报隧道掌子面前方的地质状况，以便正确指导隧道施工。TSP探测技术配合断层参数预测法和地面地质体投射法，各种方法之间相互验证，预报精度、质量较好。全隧道实施全断面地质素描，断层区段配
9、合应用地质雷达、红外线探水仪探测。上述方法为短期预报方法，短期地质超前预报应在长期地质超前预报的基础上进行的，预报距离为掌子面前方1530m。地质素描法用于短期地质预报，方法简单，但作用重大。本方法在掌子面和隧道两壁出露的岩层与地表某段岩层证为同一和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预报掌子面前方将要出现的岩层；依据掌子面已揭露的不良地质体的产状和单壁始见的位置，求得条带状不良地质体在隧道掌子面前方消失的位置。原理利用地质理论和作图法，将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件
10、的预测预报。优缺点该方法设备简单（地质罗盘）、操作方便、不占用隧道施工时间，提交资料及时，且能为整座隧道提供完整的地质资料，费用低，但对与隧道交角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报，对操作人员地质知识水平要求较高，一般要求地质专业人员来完成。操作工艺随开挖及时进行，地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近应每开挖循环进行一次素描，其他地段也应每1020m进行一次素描，进行掌子面编录，结合地面地质体投射，预报前方的地质情况。地质素描包括正洞、平导和辅助导坑洞壁及掌子面素描，其主要内容包括：a工程地质地层岩性，包括地层时代、岩性、岩体产状等；断层，包括断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划
11、分，并进行断层带岩体的稳定性评价。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；岩溶，包括岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。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。b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，判定水对建筑利料的腐蚀性；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。c摄像和影像隧道内重要
12、的和具代表性的地质现象如溶洞、暗河等应进行摄像或录像。地质雷达探测属于电磁波物探技术。电磁波通过天线向地下发射，遇到不同阻抗界面时，将产生反射波和透射波。接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析不良地质体的确切位置和规模。预报原理地质雷达采用的是时间域脉冲雷达，其理论基础为高频电磁波理论。工作方式是以宽频带短脉冲的高频电磁波的反射来探测目的体。雷达系统向被探测物发射电磁脉冲，电磁脉冲穿过介质表面，碰到目标物或不同介质之间的界面而被反射同来，根据电磁波的双程走时的长短差别，确
13、定探测目标的形态及属性，结合工程地质理论分析达到对埋藏目标（地质体）的探测与判断。优缺点及适用范围a目前国内还没有为隧道超前地质预报而专门设计制作的地质雷达，仪器密封性差洞内不易防水、防潮、防尘，易造成仪器损坏，特别是没有专门的天线，操作起来费时费力，且效果不好。b探测距离太短，一次只能探测530m，与目前隧道每天开挖接近38m的速度不匹配。c隧道内的环境条件与地质雷达的理论基础一半无限空间不吻合，加之洞内钢拱架、钢筋网、锚杆、钢轨等金属构件的影响，探测结果一般不太理想。d就目前的技术水平而言，地质雷达采用高频率的天线作为隧道砼衬砌质量无损检测的手段仍是比较合适的。e地质雷达在地表探测530m
14、范围内的地下地层或地质异常体（溶洞、土洞、断裂、空隙等）反射信号还是比较明显的，也是一种比较理想的手段；灰岩地区隧道铺底前采用中低频率的天线作为探明隧底隐伏岩溶洞穴的手段仍是大家经常采用的。f岩溶重点发育地段，有时也用地质雷达对掌子面前方和边墙外侧岩溶洞穴进行探测。操作工艺目前地质雷达用于地质预报主要在岩溶发育地区探测溶洞，在非岩溶地区很少用于地质预报。在岩溶发育区原则上应连续重叠式预报，但因每次预报距离较短为530m，预报准确度不太高约30，且占用施工时间较长，一般在很可能有溶洞的地段探测溶洞的发育部位、规模大小、走向等，称之为精细预报。地质雷达法预报应编制探测报告，内容包括探测工作概况、地
15、质解译结果、测线布置图（表）、探测剖面图、采集及解释参数。超前钻探用于确定的断层破碎带，可能的大涌水区段实施不少于20m的超前钻探。超前钻探是地质超前预报技术体系主要组成部分，占有重要的地位，具有不可替代的作用。超前钻探在隧道洞身长期、短期地质超前预报的基础上进行，侧重长期、短期地质超前预报已经基本认定的主要不良地质区段。为充分利用钻孔信息，可利用钻孔做跨孔声波探测和声波CT。超前钻探的布孔数量，视不良地质的性质和可能发生施工地质灾害的严重程度来决定。对于较大的断层破碎带，布置1孔至多23孔即可达到目的布孔的位置。1 原理超前地质钻孔是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种
16、超前预报方式。钻孔纳入了施工工序，每30m一个循环，纯钻时间59小时，辅助时间12小时，干扰施工时间611小时（约713）。（仰角、伏角、外插角）（根据需要可有多种不同的布置方式和钻孔个数）优缺点优点：可比较直观地告诉我们钻孔所经过部位的地层岩性、岩体完整程度、裂隙度、溶洞大小、有没有水以及可测水压高低等。煤系地层可进行孔内煤与瓦斯参数测定，采取适宜防治措施，防治煤与瓦斯突出危险性。（铁路瓦斯隧道技术规范（TB10120一2002）与物探方法相比，它具有直观性、客观性，不存在物探手段经常发生的多解性、不确定性。缺点：费用高、占用隧道施工时间长，且资料只是一孔之见。（理论上讲，由于溶洞发育的复杂
17、性、多变性，几个钻孔也难100地把掌子面前方的管道岩溶提前揭露预报出来。）操作工艺超前水平钻孔，需要时施做，一般每循环3040m；断层、节理密集带或其它破碎富水地层每循环可只钻一孔；岩溶发育区每循环35个孔，当钻到溶洞时可适当增加，并可采用地质雷达及其它物探手段进行精细探测，以满足溶洞处理所需资料为原则；也可进行深孔钻探，比如每循环钻100150m，但随着钻孔深度的增加，钻具下垂加大，孔位易偏离设计值；岩溶地段钻孔应终孔于隧道开挖轮廓线以外510m；孔口按计算应安设一定长度的孔口管，并安设闸阀，揭露大量地下水时及时关闭闸阀，使地下水始终处于可控状态，以便有时间制定和采取有效处理措施；连续预报时
18、前后两循环钻孔应重叠58m；煤层超前探测钻孔按铁路瓦斯隧道技术规范（TBl01202002）执行；为减少粉尘污染，保护操作人员身心健康，应采用水循环钻；若钻孔主要是探测有无地下水时，为提高钻进速度，减少工序时间，可采用冲击钻，特殊地段应采用回转取芯钻，以便对岩心进行鉴定。超前水平钻探预报应编制探测报告，内容包括工作概况、钻孔探测结果、钻孔综合柱状图。（3）实施地质超前预报的一般程序总结前述方案，依据隧道的具体地质情况，确定隧道实施地质超前预报的一般程序如下（见图3）：第一步：隧道所在地区地质分析与宏观预报这是地质超前预报的第一步重要工作程序。对于隧道来说，主要包括区域地质资料的收集、分析和少量
19、隧道临近地区的地表地质调查、分析。在地质分析的基础上，进行宏观预报。第二步：隧道施工过程中的长期地质超前预报在宏观预报的指导下，主要应用TSP-203、瞬变电磁仪，配合断层参数预测法和地面地质体投射法，进行掌子面前方100m150m的地质超前预报。第三步：隧道施工过程中的短期地质超前预报在隧道长期地质超前预报的基础上，对长期地质超前预报确定的异常区段，不良地质分布区段，主要应用地质雷达、红外线探水仪和声波探测仪等仪器设备、掌子面编录预测法和地质前兆预测法等方法实施掌子面前方1530m的短期超前预报。第四步：超前钻探在隧道长期、短期地质超前预报的基础上，对已经确定的断层破碎带、可能的大涌水区段实
20、施不少于20m的超前钻探，以进一步确定断层破碎带的性质、宽度和破碎程度；再通过钻孔水柱的喷距或流速确定赋水地质体的涌水量。第五步：隧道施工地质灾害临近警报5. 拟投入本项目仪器设备地质超前预报主要设备配置计划表序号设备名称型 号数 量备 注1隧道超前预报仪TSP203 plus1套瑞士2地质雷达SIR-201台美国3红外探水仪HY3031台唐山煤科院4智能声波仪（视情况选用）RSM-SY51台武汉岩土所5瞬变电磁仪（视情况选用）PROTEM571台加拿大6水平钻机XY1001套中国7高密度电法仪（视情况选）用）WDJD11套中国8地质罗盘、地质锤6套北京9数码相机CANNON2部日本6隧道地质
21、超前预报机构组织及工作流程（1）组织机构为做好地质超前预报工作，机构组织在专业配置上包括了工程地质、地球物理探测、隧道工程、勘察科学与技术等人员。由项目总工任组长，设技术顾问一名，各专业分设工程师一名，详见组织机构图（图4）。（2）工作流程根据各类超前地质预报方式，工作流程如下安排：地质素描法、超前探孔法由现场专职技术人员负责，记录掌子面地质情况，与设计地质情况进行比较分析，将分析结果及时上报项目工程部长及总工，如与设计地质不符，及时联系业主、设计、监理单位进行变更，确保施工安全。TSP超前地质预报法及地质雷达法由公司具有资质的检测单位进行预报测量，编制成果报告，并及时提交至项目部，项目部根据
22、预报结果，及时掌握前方一定距离内的围岩大致情况，加强现场其他预报工作，提早防范，及时进行施工方案优化。7安全质量措施（1）安全措施安全问题是施工生产的一个重要环节，包括施工安全，人员安全，针对我们的工作性质主要采取以下措施：1）超前地质预报人员认真学习、执行隧道施工安全规程，必须经过安全生产教育，具有安全生产的基本知识，听从工地安全负责人员指挥，进入工地必须佩带安全帽，以避免发生人员及仪器事故。2）对预报及观察结果及时进行分析，如有异常情况及时通知事故负责人及项目部。3）地质预报工作必须在现场进行排险找顶作业完后进行，开始工作前应观察操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探掌子面附近是否还有
23、危石存在，确保预报人员安全。4）钻机使用高压风、高压水，各连接部件均采用符合要求的高压配件，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂，高压风水伤人；高压电路接线由专业电工操作，一般人员不得操作。5）钻孔时，钻机前方安设挡板，严禁在钻具的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙伤人。6）地震波反射法所需炸药和雷管由持有爆破证的专人领用，由专业爆破工操作，非专业人员严禁从事爆破作业。（2）质量措施1）为了保证地质预报质量，成立工作小组，实行全面质量管理，建立内部质量管理机制，制定岗位责任制，保证预报工作按计划运行，全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和延续性。预报人员
24、要根据现场实际每天或经常、主动地深入施工现场，及时了解现场情况。2）严格按仪器说明进行操作，确保数据的可靠性。3）进行施工动态地质测绘与编录，同时对一些地质条件复杂的地段，设置质量控制点，进行重点预报，确保工作质量。4）对测量数据及时处理，及时上报。8其他说明上述方案是在目前已掌握地质资料的基础上完成的，考虑隧道工程地质的特殊性和复杂性，施工过程中，应根据实际开挖地质情况适时调整超前地质预报方法。毛蓬岗隧道左线超前地质预报工程量序号里程围岩级别长度地质素描TSP203地质雷达超前钻探加深炮孔备注1DK27+154-DK27+230V7676842DK27+230-DK27+260IV30303
25、03DK27+260-DK27+400III1401401404DK27+400-DK27+440IV4040100401205DK27+440-DK27+620III1801801806DK27+620-DK27+770II1501501507DK27+770-DK27+800III3030308DK27+800-DK27+830IV303030309DK27+830-DK27+870III4040404010DK27+870-DK27+900IV3030303011DK27+900-DK27+930III30303012DK27+930-DK28+180II25025025013DK28+
26、180-DK28+210III30303014DK28+210-DK28+240IV3030303015DK28+240-DK28+270III3030303016DK28+270-DK28+360II90909017DK28+360-DK28+390III3030303018DK28+390-DK28+420IV3030303019DK28+420-DK28+650III23023023020DK28+650-DK28+690IV4040404021DK28+690-DK28+790III10010010010022DK28+790-DK28+930II14014014023DK28+930
27、-DK28+960III30303024DK28+960-DK28+990IV303030303625DK28+990-DK29+030V404040304826DK29+030-DK29+060IV303030303627DK29+060-DK29+090III30303028DK29+090-DK29+770II68068068029DK29+770-DK29+800III30303030DK29+800-DK29+830IV303030303631DK29+830-DK29+870V404040304832DK29+870-DK29+900IV303030303633DK29+900-D
28、K29+930III30303034DK29+030-DK30+100II17017017035DK30+100-DK30+130III3030303036DK30+130-DK30+200IV707070307037DK30+200-DK30+230III3030303038DK30+230-DK30+445II21521521539DK30+445-DK30+475III3030303040DK30+475-DK30+515IV4040404041DK30+515-DK30+590III7575757542DK30+590-DK30+660IV7070707043DK30+660-DK30+690III30303044DK30+690-DK30+770II80808045DK30+770-DK30+800III303030
