檀树岩超前地质预报.docx
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檀树岩超前地质预报
阳泉西环高速公路YXLJ03合同段
檀树岩隧道超前地质预报报告
（第期2012年9月29日）
中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司
阳泉项目部
二○一二年九月二九日
2.5TSP超前地质预报测试
依据《公路隧道施工技术规范》（JTGF60－2009）的规定和檀树岩隧道设计文件以及隧道超前地质预报计划的要求，本项目部对檀树岩隧道进口左线和出口左、右线相应区段进行了超前地质预报测试工作，主要预测掌子面前方的不良地质情况。
本次测试采用的是TGP206超前地质预报设备。
本次超前地质预报范围为掌子面前方180米范围内的不良地质情况，进口左线测试里程范围为ZK10+615~ZK10+795，进口右线测试里程范围为YK10+341~YK10+521，出口右线测试里程范围为YK11+695~YK11+515，出口左线测试里程范围为ZK11+601~ZK11+421。
具体完成的工作量见表13。
表13超前地质预报完成工作量
预报位置
预报项目
计量单位
完成工作量
测试里程范围
进口左线
TSP地质预报
隧道延米
180m
ZK10+615~ZK10+795
进口右线
TSP地质预报
隧道延米
180m
YK10+341~YK10+521
出口左线
TSP地质预报
隧道延米
180m
ZK11+601~ZK11+421
出口右线
TSP地质预报
隧道延米
180m
YK11+695~YK11+515
2.5.1预报内容、原理及方法
1）预报内容
（1）提供开挖工作面前方的建议围岩类别；
（2）不良地质体预报，预报开挖工作面前方可能出现的地质断层、岩脉、岩体破碎带等地质情况；
（3）开挖段前方的水文地质条件和可能的涌水预报；
（4）其它不良地质体（带）位置预报。
2）仪器设备
本次探测采用TGP206超前地质预报设备，仪器设置如下：
（1）记录单元：
①6道
②24位A/D转换
③采样间隔：
62.5μs
④带宽:
8000hz
⑤记录长度：
7218采样点
⑥动态范围：
120dB
⑦道数：
1-12
（2）接收单元：
①三分量加速度地震检波器
②灵敏度：
1000mV/g±5%
③频率范围：
0.5～5000Hz
3）基本原理
TGP206超前地质预报系统，是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发，目前在该领域的先进设备，它为方便快捷的预报掌子面前方100～200m范围内的地质情况，为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。
TGP206采用了回声测量原理。
地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，大约24个炮点布成一条直线）用小药量激发产生。
地震波在岩石中以球面波形式传播。
当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号折射进入前方介质。
反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。
反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量。
TGP超前地质预报系统的现场布置及测试过程由一系列炮点、两个三维接收传感器（X、Y、Z方向）、接收机及数据处理系统组成，具体见插图55。
插图55TSP系统的方法原理与现场布设
4）测试方法
TGP超前地质预报探测炮孔布置平面示意见表14及插图56。
表14TGP炮孔及接收孔设置情况
接收（检波）器孔
炮孔
数量
2个
24个，位于隧道左边墙（或右边墙）
直径
φ50mm钻头钻孔
Φ40mm钻头钻孔
深度
1.80m
1.5m
定向
垂直隧道轴向，下倾10°
垂直隧道轴向，下倾10°
高度
离隧底高1.5m
离隧底高1.5m
位置
距离掌子面48m
第1个炮点离检波器16m，炮点距1.5m
（a）平面图
（b）三维图
插图56TSP炮孔及接收孔设置示意图
2.5.2数据处理及结论
2.5.2.1左线进口
1）数据采集及处理
檀树岩隧道进口左洞ZK10+615掌子面地震波探测时间为2012年9月28日，探测时共布置24个炮孔，有效炮孔23个。
现场采集到的各道地震波初至清晰可见，波形正常，波形质量尚好，基本满足后期分析需要，波形见插图57。
数据处理过程通过滤波、初至拾取、炮能量均衡、Q评估以及波场分离（包括反射波提取、纵横波分离）、速度分析等13个步骤得到各检波器地震波（P、SH、SV）的深度偏移剖面及其反射界面，见插图58。
经过分析得到探测围岩的岩石力学参数和二维效果图，见插图59。
报告中列出的为部分成果图，主要为P波信息及相关成果图，分析时已综合考虑横波信息及相关成果图。
插图57R1－三分量
插图58R1－三分量地震波深度偏移图
插图59TSPPrcM处理后的2D成果图
2）结论及施工建议
（1）预报结论
依据本次TGP探测法数据分析处理结果及现场实际情况，推测解译得到檀树岩隧道进口左洞ZK10+615掌子面前方180m范围内围岩结构特征，见表15所示。
表15TGP超前地质预报推测解译结果
序
号
里程桩号
长度
（m）
围岩推测结果
推测围岩级别（仅供参考）
1
ZK10+615~ZK10+645
30
基本与掌子面围岩波速基本相同，节理较发育，岩质较硬，施工时请注意。
Ⅴ级
2
ZK10+645~ZK10+700
55
纵横波比速度略有降低，岩石节理裂隙较发育，完整性较差。
ZK10+685局部存在反射界面，施工时请注意。
Ⅴ级
3
ZK10+700~ZK10+795
95
基本与掌子面围岩波速基本相同，节理较发育，局部易掉块，施工时请注意。
Ⅴ级
（2）施工建议
基于TGP探测解译结果，针对檀树岩隧道进口左洞ZK10+615掌子面前方180m范围内掘进施工，提出以下施工建议：
①岩层基本水平，拱顶存在掉块和局部崩塌的危险，特别是存在不利节理组合面。
建议拱顶加强超前锚杆加固，增强拱顶的自稳能力。
同时建议增加周边孔数量，降低单孔炸药量，减少爆破对围岩造成扰动；
②做好支护前的排险工作，防止发生掉块等，保证施工安全。
对于地下水发育地段，建议做好洞内临时排水措施，避免基脚围岩长期浸泡而导致强度降低；
③建议施工过程中加强施工控制，控制爆破质量，尽量减少超挖量，对局部形成的超挖应喷混凝土回填密实。
2.5.2.2右线进口
1）数据采集及处理
檀树岩隧道进口右洞YK10+341掌子面地震波探测时间为2012年9月28日，探测时共布置24个炮孔，有效炮孔18个。
现场采集到的各道地震波初至清晰可见，波形正常，波形质量尚好，基本满足后期分析需要，波形见插图60。
数据处理过程通过滤波、初至拾取、炮能量均衡、Q评估以及波场分离（包括反射波提取、纵横波分离）、速度分析等13个步骤得到各检波器地震波（P、SH、SV）的深度偏移剖面及其反射界面，见插图61。
经过分析得到探测围岩的岩石力学参数和二维效果图，见插图62。
报告中列出的为部分成果图，主要为P波信息及相关成果图，分析时已综合考虑横波信息及相关成果图。
插图60R1－三分量
插图61R1－三分量地震波深度偏移图
插图62TGPPrcM处理后的2D成果图
2）结论及施工建议
（1）预报结论
依据本次TGP探测法数据分析处理结果及现场实际情况，推测解译得到檀树岩隧道进口右洞YK10+341掌子面前方180m范围内围岩结构特征，见表16所示。
表16TGP超前地质预报推测解译结果
序
号
里程桩号
长度
（m）
围岩推测结果
推测围岩级别（仅供参考）
1
YK10+341~YK10+370
29
基本与掌子面围岩波速基本相同，岩石节理裂隙较发育，岩质较硬，完整性较差。
Ⅳ级
2
YK10+370~YK10+420
50
基本与掌子面围岩波速略有降低，局部含有裂隙水，岩质较硬，完整性差，YK10+400有明显反射界面，裂隙较发育，施工时请注意。
Ⅳ级
3
YK10+420~YK10+521
101
与掌子面围岩波速略有降低，围岩较破碎、松散，稳定性一般，局部容易坍塌，施工时请注意。
Ⅳ级
（2）施工建议
基于TGP探测解译结果，针对檀树岩隧道进口右洞YK10+341掌子面前方180m范围内掘进施工，提出以下施工建议：
①岩层基本水平，拱顶存在掉块和局部崩塌的危险，特别是存在不利节理组合面。
建议拱顶加强超前锚杆加固，增强拱顶的自稳能力。
同时建议增加周边孔数量，降低单孔炸药量，减少爆破对围岩造成扰动；
②做好支护前的排险工作，防止发生掉块等，保证施工安全。
对于地下水发育地段，建议做好洞内临时排水措施，避免基脚围岩长期浸泡而导致强度降低；
③建议施工过程中加强施工控制，控制爆破质量，尽量减少超挖量，对局部形成的超挖应喷混凝土回填密实。
2.5.2.3右线出口
1）数据采集及处理
檀树岩隧道出口右洞YK11+695掌子面地震波探测时间为2012年9月27日，探测时共布置24个炮孔，有效炮孔19个。
现场采集到的各道地震波初至清晰可见，波形正常，波形质量尚好，基本满足后期分析需要，波形见插图60。
数据处理过程通过滤波、初至拾取、炮能量均衡、Q评估以及波场分离（包括反射波提取、纵横波分离）、速度分析等13个步骤得到各检波器地震波（P、SH、SV）的深度偏移剖面及其反射界面，见插图61。
经过分析得到探测围岩的岩石力学参数和二维效果图，见插图62。
报告中列出的为部分成果图，主要为P波信息及相关成果图，分析时已综合考虑横波信息及相关成果图。
插图60R1－三分量
插图61R1－三分量地震波深度偏移图
插图62TGPPrcM处理后的2D成果图
2）结论及施工建议
（1）预报结论
依据本次TGP探测法数据分析处理结果及现场实际情况，推测解译得到檀树岩隧道出口右洞YK11+695掌子面前方180m范围内围岩结构特征，见表16所示。
表16TGP超前地质预报推测解译结果
序
号
里程桩号
长度
（m）
围岩推测结果
推测围岩级别（仅供参考）
1
YK11+695~YK11+675
20
基本与掌子面围岩波速基本相同，岩石节理裂隙较发育，岩质较硬，完整性较差，裂隙较发育。
Ⅳ级
2
YK11+675~YK11+580
95
基本与掌子面围岩波速略有提高，局部含有裂隙水，岩质较硬，完整性差，YK11+615有明显反射界面，裂隙较发育，施工时请注意。
Ⅳ级
3
YK11+580~YK11+515
65
基本与掌子面围岩波速基本相同，围岩较破碎、松散，稳定性一般，局部容易坍塌，施工时请注意。
Ⅳ级
（2）施工建议
基于TGP探测解译结果，针对檀树岩隧道出口右洞YK11+695掌子面前方180m范围内掘进施工，提出以下施工建议：
①岩层基本水平，拱顶存在掉块和局部崩塌的危险，特别是存在不利节理组合面。
建议拱顶加强超前锚杆加固，增强拱顶的自稳能力。
同时建议增加周边孔数量，降低单孔炸药量，减少爆破对围岩造成扰动；
②做好支护前的排险工作，防止发生掉块等，保证施工安全。
对于地下水发育地段，建议做好洞内临时排水措施，避免基脚围岩长期浸泡而导致强度降低；
③建议施工过程中加强施工控制，控制爆破质量，尽量减少超挖量，对局部形成的超挖应喷混凝土回填密实。
2.5.2.4左线出口
1）数据采集及处理
檀树岩隧道出口左洞ZK11+601子面地震波探测时间为2012年9月27日，探测时共布置18个炮孔，有效炮孔17个。
现场采集到的各道地震波初至清晰可见，波形正常，波形质量尚好，基本满足后期分析需要，但因有效炮孔较少只有一定的可预见性，作为一种参考。
波形见插图63。
数据处理过程通过滤波、初至拾取、炮能量均衡、Q评估以及波场分离（包括反射波提取、纵横波分离）、速度分析等13个步骤得到各检波器地震波（P、SH、SV）的深度偏移剖面及其反射界面，见插图64。
经过分析得到探测围岩的岩石力学参数和二维效果图，见插图65。
报告中列出的为部分成果图，主要为P波信息及相关成果图，分析时已综合考虑横波信息及相关成果图。
插图63R1－三分量
插图64R1－三分量地震波深度偏移图
插图65TGPPrcM处理后的2D成果图
2）结论及施工建议
（1）预报结论
依据本次TGP探测法数据分析处理结果及现场实际情况，推测解译得到檀树岩隧道出口左洞ZK11+601掌子面前方180m范围内围岩结构特征，见表17所示。
表17TGP超前地质预报推测解译结果
序
号
里程桩号
长度
（m）
围岩推测结果
推测围岩级别（仅供参考）
1
ZK11+601~ZK11+585
16
基本与掌子面围岩波速基本相同，岩石节理裂隙较发育，围岩破碎，完整性差。
Ⅴ级
2
ZK11+585~ZK11+515
70
纵横波比速度略有提高，岩石节理裂隙较发育，围岩完整性差。
ZK11+545存在负反射界面，施工时请注意。
Ⅴ级
3
ZK11+515~ZK11+421
94
横波波波速略有下降，岩石节理裂隙发育，完整性较差。
局部可能掉块。
Ⅴ级
（2）施工建议
基于TGP探测解译结果，针对檀树岩隧道出口左洞ZK11+601掌子面前方180m范围内掘进施工，提出以下施工建议：
①岩层基本水平，拱顶存在掉块和局部崩塌的危险，特别是存在不利节理组合面。
建议拱顶加强超前锚杆加固，增强拱顶的自稳能力。
同时建议增加周边孔数量，降低单孔炸药量，减少爆破对围岩造成扰动；
②做好支护前的排险工作，防止发生掉块等，保证施工安全。
对于地下水发育地段，建议做好洞内临时排水措施，避免基脚围岩长期浸泡而导致强度降低；
③建议施工过程中加强施工控制，控制爆破质量，尽量减少超挖量，对局部形成的超挖应喷混凝土回填密实。
3超前地质预报结论和建议
3.1结论
通过掌子面描述、地表工程地质调查结合块体理论技术与公路勘察资料的综合分析得出如下结论：
1）预测段不存在影响隧道施工安全的规模较大的不良地质单元（断裂、破碎带、陷落柱）及不良地质作用；
2）影响隧道施工安全和围岩稳定的主要因素：
（1）构造因素
①隧道走向与隧址区域的区域性背斜构造轴向近于平行，且出露位置二者毗邻，由于背斜构造及其拌生的构造形迹特征最大的特点是核部往往伴生纵张破碎带，据此，施工开挖应高度重视背斜纵张断裂带对隧道拱顶围岩稳定性及拱顶水文地质特征对隧道开挖的影响。
②基于前述，整个隧址区域发育有小型断裂构造，且平面X共轭节理极其发育，它们与隧道形态的几何组合关系千差万别，不仅影响围岩岩体结构特征及围岩类别，极大程度控制围岩的稳定性和局部岩体的失稳方式，块体理论分析证明了这一点，施工过程应高度重视局部小规模失稳块体的稳定性。
（2）地层（尤其是层间软弱夹层）特征
隧址区域地层属煤系地层建造，不同岩层间软弱夹层普遍存在且连续性好，已有揭露地段软弱夹层基本存在掌子面部位，此种夹层对隧道侧壁拱脚影响极大。
a）隧道开挖后即形成了临空面，且隧道侧壁一定范围在原岩应力基础上又增加了较大的附加应力，软弱夹层具备了侧向塑性流动的空间，该部位围岩下沉，造成拱顶下沉幅度可能会较大；b.如软弱夹层赋存于拱脚，由于拱脚承载力的降低，则定会增大拱顶下沉。
（3）水文地质特征
已有资料证实，隧道存在近于水平的不连续软弱夹层含水层和近于直立的基岩裂隙含水带，基于前述，前者影响侧壁稳定性，后者影响拱顶的稳定性。
隧道施工应高度重视二者对隧道施工安全的影响。
3.2建议
针对隧道进出口掌子面围岩情况、地面工程地质调查情况和块体理论，特提出以下施工建议：
（1）基于3.1中1）、2）节为确保施工安全，应加强超前锚杆支护，隧道清渣后应及时做好钢支撑和喷锚支护；
（2）开挖仰拱基槽后及时浇筑仰拱，若不能保证及时浇筑时就不能开挖，以避免出现上述较大的变形、给隧道施工带来安全隐患。
（3）施工遇局部含水体时应及时支护，渗水量少时应及时对出水部位支护，防止水对围岩稳定性的影响；渗水量大时应采取引流、排泄措施，以减少长期富水的不利效应。
（4）拱脚部位及其受影响范围遇软弱夹层时做支撑钢拱架时应将其挖除（如厚度超过0.5m时应采取其它措施），以免因承载力不足引起整个支撑下沉或不均匀沉降，最终导致支撑受力不均而断裂或拱顶支撑与围岩脱开及其伴生的其它不良效应。
（5）碎裂结构岩体或V类围岩地段应坚持分阶开挖、支护及短进尺、勤支护的原则，隧道左右线掌子面水平距离应大于2倍洞径长度。
（6）为减少爆破对围岩的扰动累计效应和不稳定块体周界的松弛效应，开挖爆破应增加周边孔数量，并减少单孔药量；为保证初衬结构的安全及其稳定性，仰拱施工开挖爆破应增加爆破孔数，减少单孔药量，严禁超深爆破。
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