隧道超前地质预报方案.docx
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隧道超前地质预报方案
目录
1编制依据1
2隧道工程概况1
3隧道工程地质条件3
4超前地质预测预报目的4
5超前地质预测预报组织机构和人员设备配置4
6工作程序6
7地质超前预报的内容和方法6
7.1地质预报的要求6
7.2地质超前预报的内容8
7.3地质超前预报的方法11
8、预报成果18
隧道超前地质预报方案
1编制依据
（1）《公路隧道超前地质预报技术指南》及交通部颁布的其他现行施工规范、安全规程、施工指南等。
（2）新建时速80公里（预留提速）公路设计、施工技术条件、施工指南及相关规定。
（3）中交公路规划设计院有限责任公司编制的长安高速隧道施工图。
（4）中铁八局集团与长安高速公司筹备组签订的合同文件中的相关承诺。
（5）长安高速公路公司筹备组编制的《指导性施工组织设计》；
（6）近年来高速公路类似工程施工经验、施工工法、科技成果；国内外相关高速铁路的施工工艺及科研成果。
2隧道工程概况
标段内隧道工程地质复杂，岩体破碎，围岩强度低，多为Ⅳ、Ⅴ级，稳定性较差。
施工中必须加强超前地质预报，并采取相应的工程措施，保证安全顺利地通过不良地质段。
根据设计提供风险等级和超前地质预报设计要求，我单位采取加深炮孔探测和超前水平地质钻孔俩种方法进行围岩观测，以提供有效的施工措施保证施工安全、顺利的进行，对于出现地质异常区域，我单位另增加TSP或地质物探手段进行详细的地质分析，并报设计单位进行核对、审批，重新进行隧道风险等级划分。
项目部对标段内隧道作业高度重视，在施工组织设计中已经把超前地质预报列入独立的施工工序进行检测，制定“有预报才施工，不预报坚决不允许施工”的要求发放各架子队执行实施。
为有效的执行超前地质预报的实施，项目部特别成立专职超前地质预测预报实施小组，其中组长1人，副组长2人，组员6人，负责现场超前地质预测预报工作的具体实施和资料收集整理，对隧道施工起到实施性的指导作用。
并聘请专职预报队伍负责管段内的隧道地质超前预报施工。
3隧道工程地质条件
本管段隧道工程地质复杂，岩体破碎，围岩强度低，多为Ⅳ、Ⅴ级，稳定性较差，施工中支护难度较大。
4超前地质预测预报目的
地下地质条件复杂，潜在、无法预知的地质因素较多：
多变的地形条件，地层破碎带、断层，富水岩层等。
进行隧道地质超前预报的目的是：
提供隧道掘进前方的地质情况，包括围岩的完整性、断层破碎带和溶洞的规模和位置、不良地层的富水情况，进而做出对围岩类别的划分和隧道开挖时稳定性的分析，以确定合理的工程措施和合理的施工方法，以确保隧道施工安全顺利的进行。
5超前地质预测预报组织机构和人员设备配置
在项目部设施工地质工作管理办公室，办公室设在工程管理部，负责组织项目部有关人员进行预报培训和学习工作；预报物探设备管理与协调使用；预报实施情况监督检查。
项目部分别成立专职超前地质预测预报实施小组，负责现场超前地质预测预报工作的具体实施和资料收集整理。
人员组成及主要职责分工见表。
超前地质预测预报人员分工职责表
序号
姓名
职务
职责
1
吴纲强
总工程师
对地质预报工作负全责，制定预报工作计划和实施细则，审核预报成果。
2
喻伟
工程部部长
负责预报工作的全面落实，分析整理预报数据，编制预报成果报告，提出施工建议。
3
刘义燕
副总工程师
负责预报工作的落实，分析整理预报数据，编制预报成果报告，提出施工建议。
4
唐亮
隧道工程师
负责段预报工作的物探仪器设备操作，进行数据采集与整理。
资料收集整理、归档。
5
杨盛文
隧道工程师
负责段预报工作的物探仪器设备操作，进行数据采集与整理。
资料收集整理、归档。
6工作程序
地质预报主要流程为：
预报通知（现场驻地监理）预报实施及现场记录自检、报检验收资料整理监理确认和归档
具体操作流程见图6-2-1所示。
7地质超前预报的内容和方法
7.1地质预报的要求
本管段隧道主要采用地质调查法与加深炮孔钻探法相结合的方法进行地质超前预报，如有必要，在地质异常区域采用TSP探测仪或水平钻机进行长距离超前探测。
图6-2-1超前地质预报操作流程
各种探测必须以地质为中枢，加强隧道地质工作，将地质综合分析贯穿到施工的整个过程中，实行地质、物探相结合，中长距离探测与短距离探测相结合，优化组合，综合应用，确保隧道安全、快速、优质施工，不留后患，全面确保隧道施工取得经济效益、社会效益和环境效益三者的最优结合。
7.2地质超前预报的内容
1、超前地质预报的内容
超前地质预报是隧道施工地质工作最主要的工作内容。
其工作分为①既有资料收集；②地质素描；③洞内外水文调查；④监测测试；⑤超前地质预测；⑥综合超前预报和成灾警报等六项任务。
（1）既有资料收集
既有设计资料和相关地质成果的收集和分析,对存疑虑的相关重大地质问题和地段,必要时进行踏勘和补充恰当的地质工作。
（2）地质素描
施工地质最基础的工作，包括正洞、超前平导和辅助导坑洞壁地质及掌子面地质素描，见图7-2-1所示。
其主要内容包括：
①地质观察
A.地层岩性：
地层时代划分，岩组划分，岩石划分，岩体性态，切割程度，围岩等级等。
B.断层：
断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价。
断层坍方的地质原因，是地质素描的重点。
C.贯穿性节理：
产状、密度、宽度、延伸情况，节理面特征、力学性质。
分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部坍方的构造内因。
D.地应力：
高地应力显示性标志（岩爆、软弱夹层挤出，探孔饼状岩心等现象）及其发生部位。
E.特殊地层：
煤层、含膏盐层和含黄铁矿层等单独素描。
图7-2-1隧道地质素描图
（3）洞内外水文调查
①洞内水文调查
A.涌水点（处）调查
空间：
层位、构造部位、洞围分布，含水体分布；时间：
点（处）间的时效关系；制约：
制约因素、补给来源、途径、连通关系。
B.涌水量预测
实用量测：
反映瞬时特征和短期变化特征；长期观测：
反映长期变化特征和动态特征；涌水量预测。
C.水质水压测试
包括水压、水温、水色、含泥沙量测定。
D.危害评估
②洞外水文调查
A.气象观测。
B.重要排泄点、径流点长期观测；
C.相关岩溶水文地质及环境水文地质调查
调绘：
相关岩溶水文调绘、地表坍方、变形调查；试验：
同位素、示踪等；水质。
（4）监测测试
天然气、软岩变形、地面沉降变形监测及洞内地应力测试。
其中隧道周边位移量测，包括拱顶下沉、净空水平收敛及必要时增设的隧底上鼓量测（采用仪器为收敛计、水准仪、塔尺）和隧道浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、偏压洞口的地表下沉量测（采用仪器为水准仪、塔尺等）为必测项目。
（5）超前地质预测
①预测方法
A.地质编录预测法（图解法、类比法、断层参数法）；
B.超前物探预测法：
包括TSP-203等。
C.超前钻孔预测法；
②预测有效距离
A.长距离超前地质预测：
其预报距离为100～150m。
以TSP、断层参数法等为手段结合地面地质工作综合预报。
B.短距离超前地质预测：
其预报距离为15～30m以内。
是在长距离超前地质预报的基础上，以5～8孔5m超长炮眼孔和30m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。
C.中长距离超前预测：
其预报距离为30～60m，是在长距离超前地质预测的基础上，针对较大物探异常，以30～60m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。
（6）综合超前预报和成灾警报
①综合超前预报内容
地层、完整性及含水情况；断层及富水情况；大型岩溶及富水情况；暗河。
②超前地质灾害警报内容
大型塌方；突水突泥；煤类突出、天然气燃烧爆炸；岩爆、软岩大变形。
7.3地质超前预报的方法
本管段隧道地质超前预报的主要方法见下表7-3-1所示
表7-3-1隧道地质超前预报的方法
预报方法
预报内容
预报工具
预报频率
地质调查及地质素描
岩性、结构面产状及不良地质现象
地质罗盘、数码相机等
开挖后及初期支护后进行，每次爆破后进行
加深炮孔探测
掌子面超前5m范围围岩状况
风枪、钻孔台架
开挖钻孔时进行
超前钻探法
掌子面超前30～
50m范围围岩状况
超前水平钻机
每隔30～35m一个断面，搭接不小于5m
地震波法
划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围
TSP探测仪
地质异常区域
（1）地质调查法
对地质较简单的地段，以地质调查法为主。
利用常规地质理论和作图法，根据隧道已有的勘察资料、地表补充地质调查资料、洞内地质调查资料、隧道开挖面地质素描、围岩数码照片，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、地质作图和趋势分析、隧道内不良地质临近前兆分析等，推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况。
其特点为：
①设备简单，占用时间少，是其他探测方法的地质学基础依据。
②人员素质要求高，须掌握较丰富的地质学理论知识和现场工作经验。
③在隧道埋深较浅，地质构造不太复杂的情况下，地质调查法有很高的准确性。
（2）加深炮孔法
对地质条件较复杂的地段，如地层分界线、角度不整合接触带、物探异常段、次级断层、富水段等，在地质调查法的基础上，采用加深炮孔探测。
利用风钻或凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔获取地质信息，每断面均匀选取3孔，外插角1～３°，搭接长度不小于1.5m，加深炮孔至5米进行超前探测。
加长炮孔布置示意图：
（3）超前钻探法
超前地质钻探是在掌子面布设3～6个探孔，采用水平钻机进行超前钻探。
根据钻机在钻进过程中的推力、扭矩、钻速、成孔难易及钻孔出水情况（必要时提取岩芯进行分析）来确定前方的地层及岩性，同时进行涌水量、水压测试和水质分析，判定掌子面前方地层含水情况及地下水的性质。
其钻孔布置示意图如下图所示，掌子面中部两边的超前钻孔应水平且有一定水平偏角1°～3°，掌子面上部的超前钻孔仰角1°～1.5°，掌子面下部两边的超前钻孔俯角1°～1.5°、水平偏角1°～3°。
探孔孔径一般为108mm，孔深30～50m，搭接长度不小于5m。
（4）物探法
采用TSP203探测仪根据地震泼的回波原理，通过人工制造一系列规则布置的轻微震源，由三维地震波接收仪在计算机的监控下采集这些震源所发出的地震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体（如地层层面、节理面、岩溶面，特别是断层破碎带等）被反射返回的地震波数据。
这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的，通过分析可以得到前方地形的地层力学参数和空间位置数据，从而形成预测预报结果。
TSP测量原理见下图所示：
①钻孔要求：
预报断层构造时爆破钻孔应根据走向布置在与断层夹角较小一侧的隧道边墙上。
预报岩溶时爆破钻孔应布置在没有横洞和停车道的一侧。
爆破钻孔应选择布置在完整灰岩段落上，不宜在隧道边墙岩溶发育的段落做TSP试验，此时应加强地质雷达和水平钻孔进行超前探测。
每一次预报的有效炮数不少于20个，炮间距1.5m。
炮眼高度1～1.5m，所有炮眼与接收器高度应相同（与隧道底板平行）。
炮眼孔深1.2～1.5m（孔深尽量一致），向下倾斜10°～20°，垂直于隧道轴向。
钻孔完成后应注意保护，防止塌孔。
接收器孔距掌子面约50m，距第一爆破孔15～20m。
必须在隧道两壁各安置1个接收器，接收器安置高度与炮孔一致,孔径42～45mm，孔深2m，应根据采用的藕合材料确定接收孔上倾还是下倾。
接收器与孔壁的藕合必须紧密，施测时隧道中应没有其它振动源。
具体钻孔布置情况如图7-3-6所示。
1.5m
图7-3-5接收器孔和炮孔布置示意图
②爆破要求：
遵守《爆破安全规程》的规定，使用毫秒级无延迟电雷管，炸药量应大于200m探测距离要求，一般50g左右，最多不大于75g。
应保证炸药与炮孔严密藕合，所有炮孔必须采取堵孔和注水措施。
③资料的处理和整理：
数据采集时应对每一炮的波幅进行调节，记录不好或存在干扰时应重新放炮。
对采集的数据及时进行三维波场处理，提取反射界面。
④提交以下资料：
A.现场数据记录表（如表7-3-6）；
B.X、Y、Z三个分量的原始记录；
C.频率谱；
D.纵横波分离后的P、SH、SV波形图；
E.P、SH、SV波的极度偏移图（横坐标为里程）；
F.二维结果图（横坐标为里程）；
G.岩石参数曲线图（横坐标为里程）；
H.岩石参数表（如表7-3-7）；
I.电子文档。
表7-3-6TSP现场数据记录表隧道（第标）号年月日
掌子面里程
炮孔布置
左边墙
右边墙
接收器
里程
高度
孔深
倾角
耦合剂
耦合状态
左
右
炮点参数
序号
距离
孔深
高差
药量
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
注：
第一炮的距离为炮点到接收器的距离，以后为孔间距。
高差为各炮孔与接收器的高差，高为正，低为负。
操作:
记录:
复核:
施工监理:
表7-3-7TSP解释岩石参数表
隧道（第标）号年月日
序号
里程
波速
P/S
泊松比
密度
剪切
模量
拉梅
常数
体积
模量
动杨
模量
静杨
模量
围岩
级别
P
SH
SV
P
SH
SV
P
SH
SV
制表：
复核：
负责：
8预报成果
预测预报的成果由项目部工程管理部进行汇总后将原始材料报驻地监理工程师、设计单位。
24小时现场提交预报材料，包括不良地质体位置和性质，每次检测5天之内提交最终技术报告，报告内容包括：
不良地质体的位置、性质和规模；围岩类别及相关参数；提出相应的技术措施及可行性建议。
量化岩体参数、综合确定围岩级别，对不连续界面、层面进行细化，着重查清地质构造、岩溶、断层破碎带。
同时查明地下水循环规律、水流动特征及地下水化学成分等。
成果由工管部进行再次分析，对可能出现的地质问题提出必要的安全措施，以指导现场施工。
并根据预报结果，及时反馈监理和设计单位，调整设计，改变施工方案。
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