超前地质预报专项方案.docx
《超前地质预报专项方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超前地质预报专项方案.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
超前地质预报专项方案
超前地质预报专项方案
1编制依据、范围
1.1编制依据
（1）隧道施工技术规范（JTJ042～94）；
（2）铁路隧道监控量测技术规程（TB10121～2007）；
（3）设计文件、图纸和现场调查的相关地质资料。
1.2编制范围
编制范围为ZNTI-12标DK547+200～DK578+880段内的所有隧道。
2工程概况
2.1项目概况
本段主要隧道工程有7座总长23375m，分别为：
南山隧道1590m、立家长隧道4668m、红岭隧道4852m、吾沿河隧道9100m（含斜井一座，长度880m）、青草凹隧道920m、老申峧隧道1325m、克昌隧道920m（含燕尾段）。
2.2地质概况
主要隧道工程自然条件见表1～表7。
表1南山隧道工程自然条件表
序号
项目
主要内容
1
工程地质特征
隧道进口位于黄土及页岩夹灰岩、灰岩强风化带中，无自稳能力，成洞条件差；进口浅埋段位于页岩夹灰岩、灰岩强至弱风化带中，岩石完整性差。
隧道洞室位于强至弱风化白云岩、白云灰质岩及页岩夹灰岩中，岩体破碎至较完整。
隧道出口位于黄土及页岩夹灰岩强风化带中，围岩无自稳能力，成洞条件差；出口浅埋段位于页岩夹灰岩强至弱风化带中，岩石完整性差。
2
水文地质特征
地下水为第四系孔隙水及基岩岩溶裂隙水，受大气降水补给。
3
不良
地质
（1）隧道进出口围岩无自稳能力，成洞条件差，应加强支护及边仰坡防护。
（2）DK550+600～+730段为可溶岩与非可溶岩接触地带，岩溶较发育，且洞室浅埋，可能发生突水。
表2立家长隧道工程自然条件表
序号
项目
主要内容
1
自然地理概况
该隧道位于太行山脉主体西部区段，穿越中高山区，多为不太开阔的“V”型河谷，谷底与分水岭相对高差500m以上，山顶一般呈浑圆状。
地面高程为680～830m，山坡陡峻，自然坡度变化较大，部分下缓上陡，自然坡度一般为17～35°，山体上部较陡，为直立陡崖，隧址区多为杂草，植被覆盖率约60～80%。
2
工程地质特征
隧道穿越的地层主要为：
（1）下古生界奥陶纪上统（02）灰色厚层状含燧石团块结核白云岩、底部灰黄色泥质白云岩夹小竹叶状白云岩，
（2）下古生界寒武纪上统（03）灰色厚层状结晶白云岩、泥质白云岩、黄绿色页岩夹竹叶状灰岩鲕状灰岩。
上述两层在隧道的大里程及出口端出露，岩层产状平缓，倾角在3～10°。
隧道所经区内有一断层构造，该断层为一扭性正断层，倾西，倾角50°。
倾角及断层因地表被断层破碎带覆盖而不十分清晰，倾角应大于50°，断层两盘均为下古生界奥陶系（东段出口处有寒武系上统及奥陶系下统出露）厚层状灰岩，表层风化强烈，隧道所通过岩层为碳酸岩岩溶发育层，溶蚀现象严重。
3
水文地质特征
隧道进出口处的山沟谷地均无地表水，地下水主要为松散堆积层中的孔隙水和基岩裂隙水。
预测隧道最大涌水量为1540.97m3/d。
4
不良
地质
（1）该隧道通过区段有一断层，施工中应注意断层破碎带涌水及破碎带地基。
（2）隧道进出口为坡积、冲积、洪积以及破碎带风化带所形成的残坡积层及全风化层，松散易塌，应注意边坡坡度较大及边坡不稳定因素的影响。
（3）隧道经过下古生界奥陶系中统底部为一层黄绿色钙质页岩，岩性较软易破碎，施工中应注意防止垮塌、崩裂及涌水。
表3红岭隧道工程自然条件表
序号
项目
主要内容
1
自然地理概况
该隧道处于太行山中高山区，沟深坡陡，山势险峻，相对高差在100～500m以上，地形起伏，植被不发育。
2
工程地质特征
DK556+730～+950隧道进口段：
表层第四系坡洪积老黄土、圆砾土及寒武系上统凤山组白云岩，产状平缓，白云岩节理较发育，局部岩体较破碎，强-弱风化。
进口和浅埋段岩层风化破碎，工程地质条件较差，开挖易产生坝塌及滑坡。
DK556+950～DK559+100隧道洞身段：
寒武系上统凤山组白云岩、含燧石结核灰岩、页岩，长山组竹叶状灰岩页岩互层，崮山组灰岩泥灰岩互层，泥灰岩、页岩岩性较软，遇水较为松散，开挖后易产生掉块及塌顶。
灰岩页岩泥灰岩互层，节理发育页岩泥灰岩较破碎松散易掉块塌顶。
白云岩、灰岩局部发育，成洞条件较好。
DK559+100～DK561+570隧道出口段：
寒武系中统张夏组鲕状灰岩，鲕状结构，中-厚层状构造，局部节理发育易发生掉块。
该段洞身埋深较深，岩质较硬易发生岩爆。
隧道出口基岩出露强风化鲕状灰岩节理发育，岩体破碎。
3
水文地质特征
隧道所穿越沟谷均为季节性谷，常年无水，雨季方有水。
地下水主要为基岩裂隙水及岩溶水，一般不发育。
预测隧道最大涌水量为1341m3/d。
4
不良
地质
该隧道未发现不良地质现象。
表4吾沿河隧道工程自然条件表
序号
项目
主要内容
1
自然地理概况
隧道场地属太行—太岳山构造侵蚀低中山区（沁潞高原），地形起伏较大，地形复杂，相对高差约360m。
走向与漳河河道总体一致，山体崖壁与沟谷相间，地势较陡。
斜井位于吾沿河干涸的河道旁边的山体中，洞口较为陡峭。
隧道呈东西展布，斜穿北倾的山体，隧道进口山坡坡角30°左右，出口山坡坡角50°，进出口外侧为北向冲沟，宽130～250m，分布旱地，洞身山岭均为荒地，生长灌木杂草。
隧道洞身沟谷发育，无水。
场区覆盖层较薄，基岩多裸露。
隧址区年平均气温9.2℃，最高气温38.4℃极端最低气温-20.7℃，最大降水量820mm，年平均降水量583.1mm，平均风速及主导风向为2.2m/s、南西风，最大积雪深度24cm，年最大冻结深度93cm。
沿线地震动峰值加速度为0.10g，相当于地震基本烈度Ⅶ度。
2
工程地质特征
隧道场区位于新华夏系第二隆起带太行山块隆。
隧道穿越地层主要为奥陶系泥灰岩、泥质灰岩、白云岩、钙质页岩，寒武系页岩、泥灰岩，泥质灰岩、砾砂岩、灰岩、细砂岩、白云岩，震旦系石英岩状砂岩、石英砂岩、页岩、砂质页岩。
岩层产状总体较平缓，隧道穿越一个向斜和一个背斜，在DK569+465处穿越一断层，该断层为正断层，东倾，倾角约70°，落差约140m。
场区地表岩石有溶蚀现象，浅部岩石风化，节理裂隙发育，将表层岩体切割成碎块状、大块状。
3
水文地质特征
隧道左侧距隧道2000m的漳河为最大地表水体，场区地表水均向漳河排泄。
隧址地表水不发育，无常年性地表水体。
地表水主要为大气降水形成的地表面流，水量受季节性影响变化较大，其自然排泄通畅；隧道进出口位于山体东、西两侧斜坡位置，分布标高相对较高，地表水对隧道施工影响较小。
地下水主要为松散岩类孔隙潜水、碳酸盐类裂隙溶洞水和碎屑岩类裂隙水。
全隧道正常涌水量6275m3/d，最大涌水量7421m3/d。
4
不良
地质
（1）DK569+464～DK569+475隧道通过断层带，岩体破碎，可能富水或导通其他补给源，引发突水。
（2）DK566+900～DK567+500段为可溶岩与非可溶岩接触段，可能岩溶较发育，易突发涌水。
（3）隧道进出口覆盖一定厚度第四系黄土质黏砂土及卵石土，围岩稳定性差，洞口边坡易产生坍塌，黄土具有Ⅰ级非自重湿陷性。
（4）DK561+886～DK562+130、DK563+382～DK564+101、DK564+622～+843、DK565+266～DK567+768段可能发育岩溶，存在高水头地下水问题；DK567+113～+768段埋深较大，可能发生软岩大变形；DK568+190～DK569+004段埋深较大，可能发生硬质岩岩爆问题。
表5青草凹隧道工程自然条件表
序号
项目
主要内容
1
工程地质特征
隧道进口位于第三系半成岩的强风化灰质砾岩、页岩夹砂层中，围岩自稳能力较差；进口浅埋段位于强至弱风化页岩夹砂岩中，围岩完整性差。
隧道洞身段为弱风化鲕状灰岩、页岩夹砂岩，岩石产状平缓，页岩遇水易软化。
隧道出口位于黄土质黏砂土及强风化页岩夹砂岩中，围岩自稳能力差，成洞条件差；出口浅埋段位于强至弱风化页岩夹砂岩中，岩石完整性差。
2
水文地质特征
地下水为基岩岩溶裂隙水及第四系孔隙水，受大气降水补给。
3
不良
地质
（1）隧道进出口围岩无自稳能力，成洞条件差，应加强支护及边仰坡防护。
（2）DK574+560～DK575+100段为可溶岩与非可溶岩接触地带，上伏灰岩可能发育岩溶，可能发生突水。
表6老申峤隧道工程自然条件表
序号
项目
主要内容
1
工程地质特征
隧道进口位于粉质黏土及强风化砂岩、页岩中，围岩自稳能力较差，成洞条件差；进口浅埋段位于强至弱风化砂岩、页岩中，围岩完整性差。
隧道洞身段为弱风化石英砂页岩与泥灰岩互层，岩石产状平缓，页岩遇水易软化。
隧道出口位于卵石土及强风化石英砂岩中，围岩自稳能力差，成洞条件差；出口浅埋段位于砂岩弱风化带中，岩石完整性差。
2
水文地质特征
地下水为基岩岩溶裂隙水及第四系孔隙水，受大气降水补给。
3
不良
地质
该隧道未发现不良地质。
表7克昌隧道工程自然条件表
序号
项目
主要内容
1
工程地质特征
隧道进口位于粉质黏土、卵石土及强风化砂岩、页岩中，围岩自稳能力差，成洞条件差；进口浅埋段位于页岩、砂岩强至弱风化带中，围岩完整性差。
隧道洞身段为页岩夹砂岩、弱风化石英砂岩，岩石产状平缓，且页岩具有膨胀性，遇水崩解，围岩稳定性差。
隧道出口位于卵石土及强风化石英砂岩中，自稳能力差，成洞条件差；出口浅埋段位于砂岩弱风化带中，岩石完整性差。
2
水文地质特征
地下水为基岩岩溶裂隙水及第四系孔隙水，受大气降水补给。
3
不良
地质
该隧道未发现不良地质。
3超前地质预报实施方案
3.1超前地质预报的目的
①可及早探明掌子面前方的围岩特性以及涌水量，为隧道选择合适的开挖方法提供有力的依据；
②可为初期支护和二次衬砌提供参考；
③可为突发异常（如结构失稳或破坏的现象）提供有效的参考。
3.2超前地质预报的内容
①地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层及特殊岩土的预测预报。
②地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。
③不良地质，特别是溶洞、暗河、放射性、有害气体及高地应力等发育情况的预测预报。
④地下水及富水断层、地层等的预测预报。
3.3超前地质预报总体方案
管段内的各个隧道集断层破碎带、滑坡、顺层、岩溶、湿陷性黄土、膨胀岩土于一体，地质条件复杂，地质因素可能严重危及施工安全，制约工期，超前地质预报是保证隧道施工安全、优化施工设计、实现施工信息化的基础。
根据区域地质资料和设计文件，结合现场实际情况，制定预报方案，针对不同地段的工程地质情况进行地质预报分级，不同的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又能节省有效资源的目的。
地质复杂的隧道的地质预报采用长距离预报与短距离准确预报相结合，隧道洞内探测与洞外地面地质调查相结合、地质方法与物探方法相结合，开展多层次、多手段的综合地质预报。
根据不同的地质灾害等级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报：
4超前地质预报的方法
室内分析
超前地质预报步骤见图1。
图1超前地质预报步骤框图
4.1长距离超前地质预报
长距离地质预报主要采用隧洞内长距离TSP仪器探测，应用TSP预测预报系统在主要的断层破碎带、岩溶等不良地质带的前方30米左右、地下水变化处进行长距离测试，连续探测不少于2次，每次探测距离不小于100m。
①长距离地质预报实施步骤见图2。
TSP隧洞地震探测仪工作原理见图3、TSP系统的预报测孔布置见图4。
绘制成果图像
图2长距离超前地质预报的步骤框图
图3TSP预报原理图
1m
图4TSP预报系统测孔布置示意图
②首先在隧道内人工制造一系列有规则排列的轻微震源，震源发出的地震波逼到地层界面、特别是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波，其传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关地质体的性质密切相关，并通过不同的数据表现出来。
③通过震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪）进行数据采集，将数据输入带有处理软件的电脑，并经过计算机数学计算进行数据处理。
④将采集的数据资料转换为反应相关地质体反射能量的影视图像或隧道平面、剖面图。
⑤进行室内数据资料处理、分析，由工程技术人员进行解译，对隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模等予以超前地质预报。
⑥预报频率：
在断层等特殊地段，预报频率为100m～150m/次。
⑦为保证预报长度、预报精度，提高预报质量，在一切可能的情况下尽量减少环境噪音，爆破接收信号时隧洞内应停止一切施工作业，确定好采样间隔和采样数目。
安放接收器一定要与周围岩体很好地耦合，以保证采集信号的质量，采用早强膨胀水泥砂浆，使接收器与岩体粘贴好。
要优化作业程序，科学组织施工，尽量采取不停工采集数据，为隧道掘进赢得时间。
对于爆破炸药作震源对预报结果所带来的影响要引起重视。
4.2短距离超前地质预报
短距离超前地质预报是在长距离超前地质预报的基础上进行的，对于短距离超前地质预报，主要是通过开挖石碴识别、掌子面地质素描，更重要的是采用超前钻孔进行探测。
前者是通过对不同地质体标志的确认，以及不良地质体出现前的前兆标志，对不良地质体可能出露的位置进行预测和判断，辅助进行超前地质钻探。
4.2.1地质素描
地质素描是对开挖面的地质情况如实而准确的反映，是判断围岩类别的最直接的资料，也是用以推断掌子面进深方向围岩状况的主要参照物和推断进深方向地质状况的边界条件。
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的预测预报。
4.2.2超前钻孔
超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中必须实施的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。
超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。
其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。
一般在地质预报段钻3孔，在超前地质预报异常带的前方30米掌子面中上部采用超前冲击水平钻孔验证，钻孔深度应超过异常带不少于10米，钻孔深度不少于60米；必要时在地质复杂地段，采用回转取芯鉴定断层破碎带的物质成分及岩土强度。
隧道超前地质探孔示意图见图5。
超前地质钻孔预报流程见图6。
在施作期间开挖面通常需配合停工，且钻进过程中，容易受操作人员人为影响，因此变数较大，造成判读岩体比较困难。
不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。
超前钻孔探测的记录方式有：
（1）不取芯钻探
主要系利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。
图5隧道超前地质探孔示意图
图6超前地质钻孔预报流程
不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用较低（与取芯钻探比较），若隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。
（2）取芯钻探
利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做出较正确的地质判别。
岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而言，可利用此先行降低水压。
但取芯钻探施作时间比不取芯钻用工时间要长，费用也较高。
（3）台车加长钻孔法
液压台车接杆钻孔是一种短期超前预报探孔。
对于掌子面前方30m以内的超前探孔，适合用钻孔台车钻孔，占用生产时间较少，速度快，有利于提高施工进度。
台车加长钻孔主要利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。
施钻过程中，由地质预报组成员详细记录钻速、水质水量变化情况及开挖后的岩面观测素描，并采集钻孔排碴取样分析，综合判断预报前方水文、地质情况（图7）。
图7台车加长钻孔布置图
5各种手段的技术要求
5.1TSP超前预报的技术要求
（1）每次TSP数据采集时:
①应准备瞬发电雷管30支，防水乳化炸药4kg（φ32药卷），采集数据时作震源之用。
②提供接收器孔附近的隧道半径、拱顶至地面（隧底）的铅直高度、两接收器孔之间的距离等数据。
③提供接收器孔和掌子面的里程，以及两者之间的地质素描图。
④钻孔前，应用测量仪器（器具）测定接收器孔和炮孔的位置，接收器孔和炮孔应在同一平面上，并用红油漆作标记。
炮点要标记序号。
⑤严格按设计要求（距离、孔深、倾角等）钻孔。
⑥孔身要直，孔内岩屑和泥浆要用水冲出孔外。
⑦配备与接收器孔和炮孔直径大小相当、长度比孔深稍长的PVC管。
完钻后应将PVC管放入孔中，防止围岩掉块，以便于套管和药包放置到位。
⑧配备往孔中灌水的工具（如胶管）；
⑨采集数据时应切断影响数据质量的干扰源。
（2）TSP报告内容：
探测工作概况
地质解译结果
分析处理波形图、频普图、深度偏移剖面图、二维成果显示图
岩体物理力学参数表
5.2水平探孔技术要求：
采用取芯钻探，硬质岩采用金钢石钻具钻进，岩芯采取率不低于95%，软弱岩岩芯采取率不低于80%，终孔孔径不小于70mm。
钻进中孔口需设防突水闸阀。
提交钻孔柱状图及结果说明。
④妥善保存原始资料如钻孔施工记录、岩芯照相及典型岩样等，以备核查校对。
岩芯应装箱，不得颠倒放置，要插岩芯牌。
5.3掌子面地质素描技术要求：
在地质调查中，要根据已有地质资料彻查隧道中线在岩层标准剖面中的层位、层序、层厚、岩性及其岩性组合。
准确描述掌子面及其附近隧道所揭示岩层的岩性、结构构造特征、特殊标志和岩层组合特征。
根据掌子面及其附近隧道所揭示岩层的岩性、结构构造特征、特殊标志和岩层组合特征与标准剖面对比，对掌子面前方的岩层进行预测。
6地质预报资源配置
6.1人员及组织机构
组建地质超前预报组，负责本段地质超前预报工作。
本预报组由从事地质和物探技术工作，经验丰富的专业人员组成，人数配置满足施工现场地质超前预报工作的需要。
按照实际需要成立三个小组:
地质素描小组、TSP超前预报小组、超前地质钻探小组。
组长：
王利莹
副组长：
王飙、龚敏、郭乃铭、郑秋云
成员：
刑伟军、吴天文、宋建飞、赵卫星
在施工期间，项目部牵头，至少一名物探技术人员要一直住在现场，具体现场施工由各队负责组织实施，根据施工需要随时进行超前地质预报工作，并对物探成果进行现场跟踪。
6.2仪器设备
长距离超前地质预报：
TSP203一台
短距离地质预报：
水平钻机一台、地质罗盘仪四个、数码相机四台。
7质量保证措施
①地质素描应在每循环后及时进行，对掌子面、边墙、拱顶及底板围岩的工程地质及水文地质特征进行详细描述，描述要真实贴切，并辅助适当的图形、图片，并及时汇总。
②TSP超前探测前应对炮孔及接收器孔进行测量，参数要满足要求。
③超前钻孔前应进行详细的技术交底，根据需要探明那些地质问题而设计钻孔的参数。
④在各项现场采集工作完成后，内业数据分析、处理以及报告编写应及时，成果报告应有编制审核。
⑤成果报告及时提交给业主及施工队，做到信息化施工。
8安全保证措施
（1）成立超前地质预报安全管理机构。
（2）编制各项地质预报安全制度。
（3）预报施工现场安全技术保证措施
①TSP203现场采集数据使用灵敏度很高的高爆速炸药，危险性较大，应由专业爆破工操作。
②钻机使用高压风、高压水，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；高压电路接线应由专业电工操作，一般人员不得操作。
③进洞应带好安全帽、穿防高压电的雨靴，注意操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探掌子面附近是否还有危石存在。
④若岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物，应采用水循环钻，且勿干钻，电机、照明设备、开关及其他机械设备也应采用防爆型，且不得携带烟火进洞。
⑤为便于控制超前钻孔揭露岩溶水时的水流及采取措施，孔口应安设孔口管和闸阀，但孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。
⑥钻孔时，钻机前方安设挡板，防止泥沙冲出伤人。
升级会员 