隧道超前地质预报实施方案doc.docx

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隧道超前地质预报实施方案doc

新建张唐铁路ZTSG-6标段

（DK351+500～DK402+525）

隧道超前地质预报方案

编号：

编制：

复核：

审核：

批准：

有效状态：

中铁四局张唐铁路ZTSG-6标项目部

二O一O年十一月

目录

1、编制依据1

2、工程概况1

3、地质概况1

4、地质复杂程度分级2

5、实施超前地质预报的目的2

6、超前地质预报组织管理体系2

7、具体预报方法，技术要求4

7.1地质调查法4

7.2超前水平钻探法7

7.3物探法8

8.超前地质预报方案、分段预报内容及预报工作量等内容10

隧道超前地质预报方案

1、编制依据

铁路工程测量规范（TB10101-2009）

铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2009）

铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105号）

相关设计文件

2、工程概况

张唐线位于我国冀北、冀东地区。

线路起自张家口市的孔家庄，向东至承德西部后折向南经唐山西部至北方重要的煤炭运输港口曹妃甸；线路分别与京通线、京承线、京哈线联络；预留与多虎线、津山线联络条件。

线路全长528.5Km，设站16座。

线路等级为Ⅰ级，正线数目为双线，新建电气化重载铁路，设计速度目标值120km/h。

3、地质概况

（2）工程地质特征

①地层岩性

沿线地层出露较全，其中有新生界、中生界、古生界、元古界及太古界地层均有出露，张家口地区、承德地区及唐山遵化地区大部分地段基岩裸露，其它地段表覆黏性土及碎石类土。

②地质构造

a、区域地质构造概况

本线位于Ⅰ级构造单元中朝准地台的两个Ⅱ构造单元上，张家口-北票深大断裂为界，其北属内蒙地轴，其南属燕山沉降带。

b、主要断裂

沿线构造以北北东-北东断裂构造为主，北西向及近东西向断裂的发育次之。

东西向线路穿越张家口-北票深大断裂及红石粒-大庙断裂带，北东向线路穿越上黄旗-乌龙沟深断裂带，北西向陈家窑-麻峪口断裂北端止于线路南侧附近。

③不良地质及特殊岩土

沿线不良地质主要有采空区、岩溶、地震液化层、铁矿矿碴尾矿坝、顺层、新黄土、人工堆积层。

4、地质复杂程度分级

我部根据目前现有隧道图纸的工程地质资料对我部隧道所包含的隧道地质情况作出如下分级：

序号

地质类型

地质

素描

加深

炮孔

超前水平钻孔

TSP超前地质预报

地质雷达

风险等级

1

洞口浅埋段

√

√

有岩溶地段使用

C

2

Ⅳ、Ⅴ级围岩

正常段

√

√

C

断层带

√

√

√

√

A

4

Ⅱ、Ⅲ级围岩

无地下水非可溶岩

√

√

C

5

有地下水非可溶岩

√

√

√

√

A

6

无地下水可溶性岩

√

√

√

B

7

有地下水可溶性岩

√

√

√

√

A

注：

地质雷达使用条件：

通过超前水平钻孔探明前方有岩溶时使用，风险等级判定为A+级。

5、实施超前地质预报的目的

实施超前地质预报的根本目的在于探明掌子面前方的工程地质情况及水文地质情况；并验证勘察设计中提供的地质资料，为设计变更提供依据，且为调整施工方案提供依据；同时做好超前地质预报工作，能够对施工区域的水环境提供良好的保护措施。

6.超前地质预报组织管理体系

设备人员配置见下表

表1.超前地质预报仪器设备配置

施工方法

型号

数量

备注

钻探法

YT28

45台

每口5台

TYL368A潜孔钻

6台

每项目队一台

物探法

TSP203

1套

集团公司

地质雷达

SIR3000

1套

集团公司

表2.超前地质预报组织管理体系

设计单位地质预报专业工程师

经理部总工

工程部地质工程师

各项目队总工

各项目队地质工程师

物探组/钻探组

表3.超前地质预报人员配置

单位

职位

人员

备注

经理部

总工

黄惠芳

地质工程师

苏玉宝

一队

总工

杜书光

地质工程师

吴宪强

二队

总工

郭立军

地质工程师

赵拯穷

三队

总工

付宝东

地质工程师

周先楷

六队

总工

贾洪昌

地质工程师

吴豫川

七队

总工

方海峰

地质工程师

朱玉龙

八队

总工

陈俊斌

地质工程师

李炜

物探组

中铁四局集团有限公司物探组

钻探组

各项目队开挖班组

7、具体预报方法，技术要求

7.1地质调查法

隧道地质调查包括隧道地表补充地质调查、隧道内的地质素描及地质勘探法等。

7.1.1隧道地表补充地质调查包括以下主要内容

①对已有地质勘查结果的熟悉、核查及确认；

②地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系，特别是对标志层的熟悉和确认；

③断层、褶皱、节理密集地带等地质构造在隧道的出露位置、规模、性质及其产状变化情况；

④地表岩溶发育位置、规模及分布规律；

⑤煤层、石膏、膨胀岩、含石油天然气、含放射性物质等特殊地层在地表的出露位置、宽度及其产状变化情况；

⑥人为坑洞位置、走向、高程等，分析其与隧道的空间关系；

⑦根据隧道地表补充地质调查结果，结合设计文件、资料和图纸、核实和修改超前地质预报重点区域。

7.1.2隧道内地质素描

隧道内地质素描是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、煤层、岩溶等准确记录下来并绘制成图表，是地质调查法工作的一部分，包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描。

隧道内地质素描应包括下列主要内容：

7.1.2.1、工程地质

①地层岩性：

描述岩性、风化程度等。

②地质构造：

描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等。

断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及隧道的关系。

节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征，分析组合特征、判断岩体完整程度。

③岩溶：

描述熔岩规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。

④特殊地层：

煤层、沥青层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层等应单独描述。

⑤人为坑洞：

影响范围内的各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧道的空间关系。

⑥地应力：

包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩芯等现象。

⑦塌方：

应记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。

⑧有害气体及放射性危害源存在情况。

7.1.2.2、水文地质

①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，必要时进行长期观测。

地下水的出露形态分布：

渗水、滴水、滴水成线、股水（涌水）、暗河。

②水质分析，判定地下水对结构材料的腐蚀性。

③出水点和底层特性、地质构造、岩溶、暗河等的关系分析。

④必要时进行地表相关气象、水文观测、判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系。

⑤必要时应建立涌水突水点地质档案。

7.1.2.3围岩特征及支护情况

记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式以及支护后的变形情况。

发生围岩失稳或变形较大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等。

7.1.2.4进行隧道施工围岩分级

7.1.2.5影像

隧道内重要和具代表性的地质现象应进行摄影或录像。

6.1.3地质勘探法

在具备条件地段，通过地质勘探取芯对地质情况进行探查。

7.2超前水平钻探法

超前水平钻探法分为超前水平地质钻探及加深炮孔探测。

已施工管棚的地段可以不采取以上两种措施，只需在管棚施工中作好相应记录。

7.2.1超前水平地质钻探

超前水平地质钻探应符合下列技术要求

7.2.1.1孔数

①断层、节理密集带或其他破碎富水地层每循环可只钻一孔；

②富水岩溶发育区每循环宜钻3-5个孔，揭示岩溶时，应适当增加，以满足安全施工和溶洞处理所需资料为原则；

③煤层瓦斯预报超前地质探孔数应符合下列规定：

应在距煤层15-20m（垂直）处的开挖工作面钻1个超前钻孔，初探煤层位置；在距初探煤层10m（垂直）处的开挖工作面上钻3个超前钻孔，分别探测开挖工作面前方上不及左右部位煤层位置，并采取煤样和气样进行分析物理、化学分析和煤层瓦斯参数测定，在现场进行瓦斯及天然气含量、涌出量、压力等测试工作；按各孔见煤、出煤点计算煤层厚度、倾角、走向以及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性；掌握并收集钻孔过程中的瓦斯动力现象。

7.2.2加深炮孔探测

7.2.2.1加深炮孔探测应符合下列要求：

①孔深应较爆破孔（或循环进尺）深2米以上；

②孔径宜与爆破孔相同；

③孔数、孔位应根据开挖断面大小和地质复杂程度确定；

④在富水岩溶发育区每循环必须按设计认真实施，发现异常情况应及时反馈信息，严禁盲目装药放炮；

⑤钻到溶洞和岩溶水时，应视情况采用超前地质钻探和其他探测手段，查明情况，确保施工安全，为变更设计提供依据；

⑥加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施；

⑦揭示异常情况的钻孔资料应作为技术资料保存。

7.3物探法

物探法包括弹性波反射法、电磁波反射法及红外探测法等内容，我部根据不同地质条件采用如上三种方法。

7.3.1弹性波反射法

弹性波反射法是利用人工激发的地震波、声波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面签发地质情况的一种物探方法，它包括地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和极小偏移距高频反射连续剖面法（简称陆地声纳法）等方法。

在实际工作中，地震波反射法的应用相对普遍和成熟，我部根据相应的地质情况采用该方法。

地震波反射法超前地质预报应符合下列要求：

7.3.1.1观测系统设计应包括下列内容：

①收集隧道相关地质勘察和设计资料；

②根据隧道施工情况及地质条件，确定接收器和炮点在隧道左右边墙的位置

③接收器和炮点位置应在同一平面和高度上；

④隧道情况特殊或需要探测复杂地质隐患时，可根据相关理论来设计观测系统

7.3.1.2现场数据采集应符合下列规定：

①在隧道现场，根据设计的观测系统，确定所有接收点和炮点的位置，并作出相应的标识。

②钻孔应按设计的要求（位置、深度、孔径、倾角等）钻孔；一般情况下，钻孔位置不应偏离设定的位置；特殊情况下，以设定的位置为圆心，可在半径0.2m的范围内移位；孔身应平直顺畅，能确保耦合剂、套管或炸药放置到位；在不稳定的岩层中钻炮孔时，可采用外径与孔径相匹配的薄壁塑料管或PVC管插入钻孔，防止塌孔。

③安装套管：

用环氧树脂、锚固剂或加特殊成分的不收缩水泥砂浆作为耦合剂，安装接收器套管；用电子倾角测量仪测量接收器孔的几何参数，并作好记录。

④装填炸药：

装填炸药前，用电子倾角测量仪和钢卷尺测定炮孔的倾角和深度，并作好记录；炸药量的大小应通过试验确定；用装药杆将炸药卷装入炮孔的最底部；在激发前，炮孔应用水或其他介质充填，封住炮孔，确保激发能量大部分在地层中传播。

⑤仪器安装与测试：

用清洁杆清洗套管内部；将接收单元插入套管，并应确保接收器的方向正确；采集信号前应对接收器和记录单元的噪音进行测试；

数据采集完成后，结果于2日内通过电子版本形式发送至各队，各队根据报告显示内容采取适宜的施工方案；报告的正式版本通过EMS邮寄至项目经理部，各队复印存档。

7.3.2电磁波反射法

电磁波反射法超前地质预报主要采用地质雷达探测，我部根据相应地质条件采用该方法。

地质雷达探测仪器的技术指标应满足下列要求：

①系统增益不应低于150dB；

②信噪比应大于60dB；

③采样间隔不应大于0.5ns，模数转换器不应低于16位；

④具有可选的信号叠加、实时滤波、点测与连续测量、手动与自动位置标记等功能。

8.超前地质预报方案、分段预报内容及预报工作量等内容

我部现有隧道9座，全长18691m；其中L＞4km隧道一座，为桃花山隧道（6410m）；3km＜L＜4km隧道三座，为半壁山隧道（2080m），2km＜L＜3km隧道3座，为榆木岭隧道（2337m）、后杖子隧道（2498m）、珠岭隧道（2694m）；L＜1km隧道四座，为车道峪隧道（320m）、片石峪隧道（126m）、孤山子隧道（332m）、何家峪隧道（894m）；

根据现有图纸中的隧道地质资料以及地质复杂程度分级的内容，我部采用相应的措施进行超前地质预报，具体预报方案、分段预报内容及预报工作量等内容各队根据设计图纸的工程地质情况及地质复杂程度分级制定相应的预报措施。