王庄超前地质预报施工方案.docx

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王庄超前地质预报施工方案

新建铁路

鲁南高速铁路临沂至曲阜段LQTJ-3标

王庄隧道超前地质预报施工方案

编制人：

审核人：

批准人：

中国铁建大桥工程局集团有限公司

鲁南高铁LQTJ-3标项目经理部

二○一七年一月

目录

1.工程概况1

1.1.工程简介1

1.2.工程地质1

2.编制依据2

3.施工计划2

3.1.设备配置2

3.2.组织机构2

4.主要施工方案3

4.1.施工内容4

5.施工方法及措施5

5.1.地质调查法5

5.2.物理探测法6

5.3.工艺流程10

6.关键工序及质量控制15

6.1.质量监控、检查16

6.2.成果报告资料交付16

7.施工安全重点部位、环节的安全要求及措施16

王庄隧道超前地质预报施工方案

工程概况

工程简介

鲁南高速铁路临沂至曲阜段LQTJ-3标一分部起点里程DK236+356.4,终点里程DK252+405.539。

总长16.05km，其中包括长3.95km路基及沿线布置的特大桥6座，中桥2座，框架桥1座，涵洞6座，线路所1个（大王庄线路所），隧道2座（王庄隧道、王庄隧道）。

王庄隧道两端均接路基，隧道起讫里程DK249+810～DK250+280，全长470m，隧道最大埋深69m，位于DK250+070处；全隧除DK249+810～+835、DK250+260～+280段采用明挖法施工，设置偏压式明洞衬砌外；其余段落采用暗挖法施工，设置复合式衬砌。

线路纵坡为5.0‰与-5.0‰的人字坡，全隧位于R=4500的右偏曲线上。

工程地质

沿线地层主要为第四系全新统坡残积（Q4d1+e1）的粉质粘土，寒武系中统张夏组（∈2jz）石灰岩、泥灰岩，详述如下：

〈7-2-2〉粉质粘土（膨胀土）（Qd1+e1）：

黄褐色，硬塑，土质不均，含少量铁质氧化物，层厚0-8m，属Ⅱ级普通土。

〈14-4〉石灰岩（∈2jz）：

青灰-灰白色，隐晶质结构，中厚层构造，岩质坚硬。

强风化带（W2）原岩结构基本未破坏，节理裂隙较发育，岩蕊较完整，主呈柱状，属Ⅴ级次坚石。

〈14-5-1〉泥灰岩（∈2jz）：

灰白色，泥晶结构，层状构造，强风化带（W3）原岩结构部分被破坏，节理裂隙较发育，岩蕊主呈块状，属Ⅳ级软石；弱风化带（W2）原岩结构基本未破坏，节理裂隙较发育，呈短柱状，属Ⅴ级次坚石。

DK249+930中心，进口附近沟坎处基岩出露点，节理裂隙较发育，节理间距0.5～2m，层理产状为75°W/18°N；主要节理有3组，J1:

63.2°E/24.8°N，J2：

N29.3°E/28.9°S，J3：

N52.8W/86.5°S。

隧址区为丘陵地貌，地形起伏较大，基岩基岩出露，出露基岩主要为寒武系张夏组灰岩。

隧址附近未见明显地址构造，基岩裂隙较发育。

隧址区无明显地表水，地下水主要为基岩裂隙水、岩溶水。

隧址不良地址主要为岩溶、顺层、围岩落石，特殊岩土为膨胀土。

综上所述，隧址区工程地质条件较复杂。

编制依据

⑴新建铁路鲁南高铁临沂至曲阜段施工图

⑵《高速铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10753-2010/J1149-2011）

⑶《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR9217-2015）

⑷《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设【2010】120号）

⑸《岩土工程勘察规程》（GB50021-2001）（2009年版）

⑹《铁路混凝土结构耐久性设计规范》

⑺《高速铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR9604-2015）

⑻《铁路工程水文地质勘察规程》（TB10049-2004）

⑼《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

⑽《铁路隧道施工抢险救援指南》（Q/CR9219-2015）

施工计划

由于隧道地质条件的复杂性和多变性，在勘察阶段要准确无误地确定围岩的状态、特征，并准确预测隧道施工中可能引发的地质灾害的位置、规模及性质是十分困难的。

为了进一步重视和加强地质超前预报工作，真正将其落实到王庄隧道施工的全过程，纳入施工工序管理，特编制本实施方案，以确保超前地质预报工作有序开展，并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，及时指导施工和修正工程设计，确定施工方案和措施。

设备配置

TRT6000地质探测系统l套、地质雷达1套、红外线探水仪1套、风动凿岩机4台。

组织机构

地质预报专业性强，技术含量高，因此该项工作宜委托给具备专业资质的合作队伍实施。

现场配备技术人员和普通劳工协助实施。

组长：

周宇

副组长：

张中民张玮

组员：

任鸿昌沈红阳林森郭险峰马宁李时雨等

主要施工方案

隧道施工过程中应对全隧道开展地质预报工作，并将其纳入正常的施工工序管理。

本隧道超前预报应在地质调查法的基础上采用地震波反射法进行中长、长距离探测，在采用加深炮孔探测法进行短距离预报，断层及重要物探异常段补充短距离物探红外探测法及超前水平地质钻探进行预报。

在施工中，根据各种方法的特点确定地质超前预报的原则是：

以常规地质综合分析法为基础，TRT6000系统做长距离宏观控制，地质雷达做近距离判断，红外线探水仪做连续地下水探测，水平钻孔为必做项目，形成综合地质超前预报系统。

并组成专业预报小组，建立健全隧道地质超前预报工作制度，配备先进的仪器设备，开展地质超前预报工作。

工作程序见“综合超前预报系统程序图”和“超前地质预报方式工作范围及作业方式表”。

地质素描在开挖过程中通过当前地质情况推理附近地质情况，做更近距离的地质超前预报。

图1超前地质预报系统程序图

施工内容

地质超前预报的内容包括隧道所在地区地质分析与宏观地质预报、隧道洞身不良地质及灾害地质超前预报和重大施工地质灾害临警预报。

地质分析与宏观地质预报

主要预报开挖面前方的围岩级别和稳定性，及时修改设计，调整支护类型，预报洞内涌水量大小和变化规律以及对环境地质与工程的影响。

不良地质及灾害地质超前预报

主要预报开挖面前方岩性变化和不良地质的范围、规模、性质，以及突水、突泥、坍塌、岩爆、有害气体等灾害地质的发生概率，提出施工预防措施；预报断层的位置、宽度、产状、性质、破碎带物质状态、充水情况、稳定程度等，提出施工对策。

重大施工地质灾害临警预报

针对开挖面前方有可能引发的大规模突水、突泥、坍塌、冒落、变形等重大地质灾害建立临警预报系统，主要预报隧道洞身所通过的深大富水断裂、富水向斜的核部、富水砂层、软土、极软岩、煤系地层等，评判其危害程度，提出施工方案对策。

施工方法及措施

高速铁路隧道施工地质超前预报主要有传统地质分析法、物探法、超前钻探法、超前平行导坑预报法及特殊地质灾害所采用的相关方法。

施工地质预报是一项系统性的工作，需纳入施工工序。

地质调查法

地质调查法包括隧道地表地质调查和隧道内地质素描，是隧道地质超前预报最基本的方法，可以随时进行，不干扰施工。

地表调查重点调查地层、岩性在隧道的出露及接触关系，特别是标志层的熟悉和确认；洞内地质素描包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描。

主要内容为：

⑴地层条件：

描述地层年代、岩性、层间结合程度、风化程度等。

⑵地下水的分布、出露形态及围岩的透水性、水量、水压、水温、颜色、泥沙含量测定，以及地下水活动对围岩稳定的影响，必要时长期观测。

⑶水质分析，判定地下水对结构材料的侵蚀性。

地质调查法通过收集和分析地质资料、地表详细调查、隧道内地质编录、素描、数码照相等方法，了解隧道所处地段的地质条件，通过对比、论证、推断、预报隧道前方的工程地质、水文情况。

物理探测法

物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的方法。

利用物探技术进行超前地质预报的优点是快速、超前探测距离大、对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用。

主要包括有：

TRT隧道地质超前预报

原理

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。

检测时通过锤击或激震器产生地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当地震波遇到声学阻抗差异界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质．声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面（如断层、破碎带、溶洞、大的节理面等）。

反射的地震波信号被高灵敏地震信号传感器接收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象。

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。

检测方法

⑴传感器的安装

TRT系统的传感器布点采用立体布点方式，在隧道左右边墙分别布设4个传感器，拱顶布设两个传感器，共10个传感器。

安装位置示意图（如图2所示）。

如图3、图4所示。

图2传感器及击震点位置布置

图3传感器图4安装传感器

击震点布置（如图2所示）在掌子面后方的裸露的岩体（或已到强度的初期支护）上，使用专用的击震棒击震即可，不需要提前打炮眼，（较之其它预报采用钻眼爆破方式击震，更安全，更节省人工费用）。

⑵数据采集及处理

使用锤击作为震源，可在同一点作多次锤击，通过信号叠加，使异常体反射信号更加明显。

用锤击作为震源克服了爆炸产生的高能量对周围岩体产生挤压、破坏现象，从而保证能接收到真实的地震波信号。

对采集的数据及时经专用软件分析处理后，经综合分析可对前方地质情况做出判断，一般岩层探测深度120米左右。

⑶提交以下资料：

TRT野外记录表；原始波形记录；二维和三维反射界面的透视图像；声波轨迹、频谱、速率和位移结果；地质解释结果。

红外探测

红外探测建立在红外辐射场的基础上，利用流动水体与周围岩体存在的温度差异，定性评价开挖工作面前方和隧道周围岩体的含水情况，对于流动水体有较好的反映，但孤立的静止水体不明显。

红外探测法能判断掌子面前方30m内岩层含水构造，根据各条曲线是否存在红外异常，可以确定前方裂隙水发育情况，提前开挖施工时采用超前水平钻探和加深炮眼进行核对。

地质雷达

⑴工作原理

地质雷达利用高频电磁波在不同电性界面上的反射特性进行探测预报。

探地雷达发射高频宽频带电磁波，同时接受来自地下介质界面的反射波，从而可推断地下围岩的分布情况。

隧道内一般金属构件比较多，地质预报要求仪器应有一定的预报长度，因而用于超前地质预报的地质雷达天线应使用低频屏蔽天线。

地质雷达除进行开挖面前方探测以外，在隧道已开挖过的可溶岩地带隧底、断层破碎带洞壁8～15m范围进行连续探测，以发现可能出现的不良地质体

⑵地质雷达系统组成

一套完整的地质雷达通常由雷达主机、超宽带收发天线、毫微秒脉冲源和接收机以及信号显示、存贮和处理设备等组成。

图5地质雷达操作图示

根据设计要求，本标段将采用的物探法为：

TRT6000、地质雷达、红外线探水法。

图6主要地质预报工作范围图

⑶加深炮孔探测

加深炮孔：

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，在每一循环钻设炮眼时布设3~5个钻孔加深3m以上作为探测孔。

工艺流程

超前地质预报的工艺流程

针对本标段隧道地质的复杂性和多变性，施工中采取综合超前地质预报的手段，即按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的方法提高前方地质判断的准确性。

⑴研究既有资料，制定预报方案。

首先，研究既有区域地质，工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达到对整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识。

通过对既有资料的分析和把握，制定预报预案，针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级，不同级别的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节约有限预