地质超前预报作业指导书.docx

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地质超前预报作业指导书

沪昆客专贵州段CKGZTJ-9标段隧道工程

编号：

超前地质预报作业指导书

单位：

编制：

审核：

批准：

2010年11月15日发布2010年11月16日实施

超前地质预报作业指导书

1．适用范围

适用于沪昆客专贵州段CKGZTJ-9标段隧道超前地质预报工作。

2．作业准备。

2.1内业技术准备

作业指导书编制后，在开工前组织技术人员认真学习设计图纸，熟悉《铁路隧道工程施工技术指南》和《铁路隧道超前地质预报技术指南》，对操作人员进行技术交底和岗前培训，考核合格后上岗。

2.2外业技术准备

超前地质预报中所涉及的各种外业技术指标，制作操作平台，配齐生活、办公设施，满足预报人员的生活办公需要。

3．技术要求

3.1本标段所有隧道全部采用超前地质预报指导施工。

3.2预报人员应认真研究设计院提供的地质资料，并与地质预报结果作对比分析，出入较大的应及时将地质预报结果报设计方，请设计方现场核实。

3.3本标段地质预报的主要内容包括

⑴超前探测地层岩性、软弱层的位置、岩体完整程度、断裂带位置、宽度、破碎程度、富水性、不同岩层间接触界面位置。

⑵超前探测岩溶洞穴、管道、含水体的位置、大小、规模、充填情况，预报突水突泥具体位置及可能带来的灾害程度。

⑶查明设计物探资料显示的异常体的具体位置、规模，确定其危害程度。

⑷为修改设计提供必要的地质参数：

地下水压力、水量、水的侵蚀性等。

⑸隧道底部及周边岩溶洞穴及含水体的位置、规模。

⑹隧道突水、涌水、突泥等地段的规模、流量。

⑺地表环境的监测，地下涌水与降雨和补给关系的监测。

⑻综合分析各种资料，预报地质条件情况及对施工的影响程度。

⑼工程地质灾害可能发生的位置和规模；

⑽隧道围岩级别变化及开挖后围岩的稳定性判定等。

3.4预报重点

⑴隧道岩溶、岩溶水发育情况及富水含泥状况；

⑵隧道断层及破碎带含水状况；

⑶隧道煤层瓦斯探测。

3.5本标段主要采用TSP203地震波探测仪、地质雷达、红外线探水仪、地质素描、超前水平钻孔等综合勘探的方法进行地质超前预报。

3.6施工地质分级

为了实施隧道超前地质综合预报工作，根据岩溶发育程度，岩溶水文地质条件，断层带及其软弱围岩的稳定程度、有害气体的影响程度等以及对施工安全、环境问题影响程度，对隧道施工地质危害度分级。

施工地质工作分级简表

施工地质分级

影响程度

危害度

分级因子

A

B

C

a（严重）

b（较严重）

c（一般）

1.地质复杂程度（含物探异常）

l-l、岩溶发育程度

岩溶管道、暗河、大型岩溶腔体。

密集溶隙管道，中小型岩溶腔体。

溶隙、溶孔、局部小型溶隙管道。

1-2、涌水、涌泥程度

大型突水、突泥、可能酿成大型灾害。

中～小型突水、突泥，可能酿成小型灾害。

小型涌水、涌泥。

1-3、断层稳定程度

大型断层带、性态差、富水，形成大型失稳坍方，可能酿成大型事故。

中型断层带，软弱，中～弱富水，个别中型坍方，可能酿成中～小型事故

中小型断层，弱富水，小型坍方。

1-4、地应力影响程

高应力区，强岩爆，大变形：

高水压。

高应力，弱岩爆；中～弱变形。

高应力不致形成岩爆，轻微变形。

l-5、瓦斯影响程度

瓦斯突出～高瓦斯

低瓦斯

低瓦斯

2.（地质因子）对隧道施工影响程度

危及施工安全，影响工期

存在安全隐患。

可能存在安全问题。

3．诱发环境问题的程度

形成环境灾害。

施工、防治不当，可能诱发环境问题。

特殊情况下可能出现一般环境问题。

3.5地质分级对应的探测项目

根据不同的施工地质分级，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。

A级：

充分利用已有施工场地，必要时另行开辟辅助导坑，创造条件开展工作，开展地质素描、TSP、地质雷达、红外探水、超前平导和超前水平钻等综合预测。

首先以长距离TSP和一种适宜的短距离物探方法相结合进行预测。

其次，根据其预测预报结果，针对不同段落的复杂程度调整正洞超前预报方案并实施。

B级：

充分利用已有的施工场地，在横洞或者正洞里开展地质素描、TSP，辅以红外探水、地质雷达，进行必要的单孔超前水平钻。

当发现局部地段较复杂时，则按A级要求实施。

C级：

以地质素描为主。

对部分重要的界面、断层或物探异常可采用TSP进行探明，必要时红外探水和单孔超前钻探。

4．超前地质预报流程图

5．预报要求

5.1准备工作

5.1.1人员培训

在隧道正式施工前，组织预报人员学习各类仪器的工作原理，掌握操作方法，熟练数据的采集和处理。

5.1.2根据设计提供的地质资料，对工程进行地质灾害分级，制定地质预报工作计划，初步确定各里程段的检测方法和频率，并制定突发事故处理措施。

5.1.3每座隧道开工前，编制超前预报方案，内容包括：

（1）隧道工程地质条件，可能存在的施工风险，超前地质预报工作要达到的目的和技术方案。

（2）建立的超前地质预报工作机构，需要投入的人力、设备资源。

（3）超前地质预报实施方案的工作程序、预报内容、具体的预报方法、技术要点，并编制气象、重要泉点和洞内主要出水点（流量大于1升/秒的出水点）等观测计划和观测技术要点。

（4）超前地质预报工作制度，包括地质预报工作与设计、监理、业主的联系制度，地质预报成果报告提交的时限、信息传递的方式等。

5.2地质预报检测方法

5.2.1地表水文地质监测

⑴观测要素：

根据排泄点的特点，确定其观测要素，一般流量、水位、水温、水质（主要是混浊度）、天气状况、气温等基本项目必须观测，特殊天气如大雨、暴雨、暴雪等需作备注，记录其发生时间和持续时间。

⑵观测时间：

枯水季晴好天气时，宜3天观测一次，平时降雨前至降雨后及雨季月份应每天观测一次。

如发现隧道施工引起地下水变化，必须每天进行观测，观测时间每日早晨8时。

水质取样分析，每季度一次，取样时间为每季度中间一个月的15日。

如隧道施工引起水质变化，应加密取样作污染分析。

⑶加密观测：

隧道施工引起地下水明显变化的地下水点应进行加密观测，观测时间应每天观测一次，特殊情况下应早晚各观测一次，观测时间早6时和晚6时。

5.2.2地质素描

超前地质预报小组负责施工中隧道正洞和辅助坑道掌子面地质素描。

每次开挖面放炮之前，描述该开挖面的地质情况，填写《掌子面地质素描记录表》。

地质素描内容包括：

岩性：

岩石名称、颜色、结构、构造、矿物成分和风化程度。

断层：

位置、产状、断层破碎带宽度及构造类型、断层性质、与其它断裂的关系、派生节理产状、密度及充填物，上下盘派生节理发育特点。

贯穿性节理：

产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征、出露位置。

岩脉：

岩性、出露位置、宽度、接触关系、破碎情况、风化程度。

地下水：

出水点位置、与断层和节理关系、出水状态（滴、流、涌）、水味、水色、水温、水质、出水点附近有无沉淀物。

地应力：

标志地应力大小的地质现象（岩爆、大变形、岩块松动等）及其发生部位必须详细记录。

通过开挖面附近地质素描，用图解法、类比法、断层参数法等预报掌子面附近地层、完整性及含水情况；断层、大型岩溶及富水情况。

充分利用辅助坑道超前开挖揭示的地质要素，预测正洞相应地段的地质情况，指导正洞的超前地质预报和施工。

5.2.3TSP地质预报系统

预报断层构造时，爆破钻孔应根据断层走向布置在与断层夹角较小一侧的隧道边墙上。

预报岩溶则隧道两侧边墙都应布置爆破钻孔进行重复测量。

每一次预报的炮眼数24个，炮眼间距1.5m,孔深1.5m，向下倾斜lO～20°，垂直于隧道轴向，或向掌子面成10°角,孔口距隧底l～1.5m，所有炮眼与接收器的高度应相同。

每个爆破孔装药10～40g；接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.4m，孔径32～45mm，孔口距隧底1m，向洞口方向倾斜约10°，向下倾斜10°～20°。

以上布置完成后，依次进行微震爆破。

微弱爆破产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。

返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，可以得到岩体强度变化界面的方位。

5.2.4超前钻探预报

隧道横、正洞均采用水平钻机，在开挖之前，隧道超前地质预报小组负责掌子面超前水平钻孔深30～50米，并记录、整理钻孔情况。

在隧道钻不良地质较多的地段，实施1～5孔超前孔。

探孔布置位置：

中部一个，隧道断面周边均匀布设4个。

除中部孔沿隧道轴线施钻外，其余的超前钻孔均向外施钻，其孔底超出开挖轮廓线外5米。

施工中，对于已出水的超前钻孔，要进行不间断的水流量、水压的监测，绘制水量、水压的变化曲线，为制定地下水处理方案提供依据。

钻孔布置：

A级采取1～5孔超前水平钻探：

B级采取l孔超前水平钻探。

两次循环的超前水平钻探搭接长度横洞段不小于3米，正洞段不少于5米。

钻进过程中，对断层、溶洞充填物应干钻取样，对不同岩层代表性取样，特殊情况下亦可采用数码摄像机摄像记录，以提高功效。

5.2.5超短距离（5m）钻探

在隧道掘进过程中，每次打眼时采用5m钻杆在隧道拱部和底部各钻3个探测孔，隧道每循环进尺控制在3m以内，使工作面始终保持距不良地质2m以上的安全距离。

当钻孔出现不良地质征兆时，可及时采取应对措施。

5.2.6地质雷达

地质雷达的有效探测距离在完整岩体地段应达到30m，在岩溶发育地段根据雷达波形判定。

两次预报的重复长度5m左右。

现场数据采集主要是在掌子面上进行，采集时应对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合，在掌子面附近应没有其它的金属物体。

雷达测线在掌子面上呈“井”字形布置，测线长度根据天线长度决定，在有限的掌子面上尽可能的长。

采用两种不同中心频率的天线在相同的测线上重复观测，一般应采取连续观测法；应充分利用避车洞或超前钻探揭露的地质界面等有利地段求得地层的相对介电常数和电磁波速度。

5.2.7红外探测

沿隧道中线在拱顶、两侧拱脚和边墙的中部各布置一条测线，每5m一个断面，用粉笔或油漆标好探测顺序号直至掘进工作面，发现异常后应增加测量频率。

隧道每掘进20m应在掌子面和上述五个部位作一次红外探测。

每次探测每条测线测点不少于12个。

在掘进工作面，先对前方探测。

在返回的路径上，每遇到一个顺序号，就站在隧道中央，分别用仪器的激光器打出光斑，使光斑落在左侧边墙中心位置、拱部中线位置、右侧边墙中心位置、隧底中线位置，分别读取探测值，做好记录。

然后转入下一序号点，直至全部探完。

每次探测应对岩体的裂隙发育情况和隧壁渗水情况进行详细记录。

5.3煤层瓦斯探测

5.3.1实施超前探测

⑴采用地质雷达对前方岩层界面进行预报定位，并采用超前水平钻孔（取岩芯）进行验证。

⑵当采用地质雷达和超前水平钻探探测有煤层时，为准确探明前方地质情况，每断面增设5个超前钻孔。

⑶当遇煤层时，在开挖面距离煤层垂直距离为10m时必须至少打5个穿透煤层的瓦斯探测孔，探测孔进入煤层底板岩层不小于0.5m，其终孔位置应控制在开挖轮廓线外5m以上，探测煤层倾角、厚度、顶板岩柱、底板岩柱、地质构造、煤层层位等具体情况，为安全揭煤提供可靠的基础资料。

⑷隧道开挖至煤层顶板垂直距离为5m时，上导坑必须打至少2个穿透煤层全厚的瓦斯预测孔，下台阶开挖至煤层顶板垂直距离为5m时，至少打1个穿透煤层全厚的瓦斯预测孔，对煤与瓦斯的突出性进行预测。

⑷瓦斯预测孔各循环搭接长度不小于5m。

5.3.2煤层突出危险性预测

采用钻屑指标法及瓦斯压力法进行判断，预测孔见煤后采用电煤钻打穿煤层，收集全部钻屑，按《防治煤与瓦斯突出细则》规定检测有关指标，判断突出危险。

5.3.3防突措施

当预测煤层有突出危险时，采用钻孔排放瓦斯。

5.3.4防突效果检验

煤层瓦斯在采用钻孔排放15～30天后，在隧道上导坑掌子面至少打2个检验孔，检验孔孔底应位于排放瓦斯范围内，在排放孔之间，采用与预测孔相同的方法进行测定，如判断煤层与瓦斯突出危险性在临界值以下，则认为排放有效，否则须延长瓦斯排放时间，增加排放孔数量或采取其它措施。

防突措施效果检验指标及临界值按《铁路瓦斯隧道技术规范》表6.4.2执行。

6．人员配备

超前地质预报人员配备表

负责人

1人

技术员

8人

专兼职安全员

1人

普工

12人

司机

1人

7．设备配置

超前地质预报主要设备配备表

TSP-203地震波物探仪

1台

地质雷达

2台

红外线探测仪

2台

超前型水平钻机

9台

数码相机

9部

罗盘、地质锤

5套

电脑

3台

8．安全要求

8.1隧道内做超前地质预报时，要清除掌子面危石，必要时可封闭掌子面；

8.2地质预报作业区设立警戒标志，防止交通事故；

8.3水平钻机钻孔探水时，要对是否探到地下水做出判断，如探到地下水不可轻易拔出钻杆，只有在明确水量不大时才可拔杆，且人员不可正对钻杆；

8.4确保按规程操作设备，杜绝因操作失误发生设备安全事故。