某隧道超前地质预报方案secret.docx
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某隧道超前地质预报方案secret
新建铁路xx至xx（xx）线ZQ-VII标
xx隧道
超前地质预报方案
编制：
审核：
Xx项目部
Xx
xx隧道
超前地质预报方案
一、隧道概况
xx隧道是xx铁路重点控制工程，隧道位于xx省xx县境内，东起xx县义和镇，西至xx县东北210国道附近，与五里店无定河特大桥相接，路线大致呈东西走向。
隧道起讫里程为DIK247+255～改DK259+385，属于特长隧道，为本线重点控制工程，共设四个斜井，隧道最大埋深190米左右。
xx隧道设计为双线隧道，线间距4.4m、4.53m之间变化。
隧道进口至DIK247+433.59位于直线上，DIK247+433.59～DIK248+397.71位于半径为5000的曲线上，DIK248+397.71～改DK256+744.95位于直线上，改DK256+744.95～DK257+832.98位于半径为4500的曲线上，改DK257+832至隧道出口位于直线上。
隧道进口里程DIK247+255处路肩高程为920.671m，出口里程DK259+385处路肩高程为837.625m，隧道进口至DIK248+500为10‰的下坡，DIK248+500至改DK2249+200为3.5‰的下坡，改DK249+200至改DK256+000为5.2‰的下坡，改DK256+000至改DK257+950为10.5‰的下坡，改DK257+950至改DK258+950为11‰的下坡，改DK258+950至隧道出口为3‰的下坡。
其中改DK247+231.25～改DK247+268.75，改DK248+451.25～改DK248+548.75，改DK249+187.25～改DK249+212.75，改DK255+960.25～改DK256+039.75，改DK258+890～
改DK259+010，均位于半径为15000的竖曲线上。
二、工程地质及水文条件
（一）工程地质特征
1.地形地貌
隧道所经区域地形地貌主要为黄土梁峁丘陵区，大致呈东南高、西北低趋势，海拔860～1085米，地形起伏较大，“V”型冲沟发育，冲沟处大多基岩埋深浅，局部基岩裸露，其他地段基岩埋深相对较大。
由Q3和Q2风积黄土梁，峁延绵不断，黄土峁常成斜坡外凸的圈顶状，黄土峁、梁经雨水冲刷剥蚀后，有形成许多深沟陡坎、陡壁。
沿线黄土峁及冲沟两侧多辟为耕地，村庄稀疏，人口密度较小。
2.地层岩性
xx隧道通过区地层主要有新生界第四系上更新统风积层（Q3eo1）新黄土、冲洪积（Q3al+pl）细砂、圆硕土，中更新统风积层（Q2eo1）老黄土、三叠系上统（T3）砂岩、泥岩、泥质砂岩及沙质泥岩，各地层分述如下：
（1）第四系上更新统风积层（Q3eo1）新黄土：
浅黄土，软塑～坚硬，土质均匀，大孔隙发育。
（2）第四系上更新统冲洪积层Q3al+pl）细砂：
砖红色、灰黄色、棕红色，中密～密实，潮湿，局部夹小砾石，岩芯呈散状。
细圆砾土：
灰白色、灰黄色，密实，潮湿，呈圆棱状，泥沙充填。
（3）第四系中更新统风积层（Q2eo1）老黄土：
褐黄色、棕黄色，硬塑～坚硬，垂直节理发育，土质较均匀，局部见蠕虫状及星点状钙质物及
钙质条带，偶见姜石粒径10～35mm。
（4）三叠系上统（T3）
砂岩（W3）:
灰白色、清灰及灰绿色，沙质结构、裂隙发育，岩体破碎，岩心呈饼状、碎块状。
砂岩（W2）：
灰白色、清灰色，局部夹沙质泥岩，沙质结构，中厚～厚层状构造，岩质较硬，岩体较完整，岩芯主要呈短柱状、柱状。
泥质砂岩（W3）：
灰白色、深灰色，裂隙发育，岩体破碎，岩质软，厚度小。
泥质砂岩（W2）：
灰绿色、灰褐色，砂质结构，薄层状结构，节理裂隙发育，岩体破碎。
泥岩（W3）深灰色，薄层状结构，裂隙较发育，岩体较破碎。
3地质构造
隧道所经地区在大构造单元上属鄂尔多斯台向斜之陕北台凹东翼，属单斜构造，区内构造行迹微弱，主要表现为一些走向南北的平缓雏区构造，期内中部可见一组北东南西向延伸的平缓雏皱紧南部较老地层中有皱段构造行迹的显示。
测区范围内未发现有较大的构造形迹，地层呈舒缓波状占布，倾向北西，倾角2～10°。
（二）水文地质特征
1．区域水文地质特征
本地区地形起伏、高差大，降水稀少而集中，蒸发量大，河流均具典型的雨洪特征，流量、水位与降水量成正比，动态极不稳定，降水多以地表水排走而补给地下水者甚少，为水量贫乏区。
本区地下水主要为第四系孔隙潜水。
2场地水文地质特征
（1）
地表水
本隧道地貌形态为黄土梁峁丘，沟谷密集，地形陡峻，地势起伏较大，黄土呈帽状披覆于基岩之上，地表水体排泄畅通。
冲沟内大部分无地表水，局部地段有由砂岩裂隙水渗出而形成小溪和涓流，流量甚小，仅在雨季洪水期间，水的流量有所增大补给主要是大气降水。
（2）地下水
隧道经过区地下水主要为松散岩类空隙水及碎痟岩类裂隙水，地下水埋深0.10-22.5m，高程836.12～934.5m孔隙水赋存于第四系松散层内，多以下降泉的形式拍向冲沟溪流，赋存条件差，补给方式有大气降水的入渗补给和地表水、及岩裂隙水和地表水、基岩裂隙水的侧渗其径流主要为补给下付基岩裂隙水和地表水的蒸发与植物的蒸腾碎痟岩类裂隙水赋存于基岩风华带内，以风化裂隙含水为特征，有大气降水、地表水上覆松散岩类孔隙潜水的入渗补给，沿地层裂隙和受地形影响由高相低径流，在地形有利部位常以泉水形式排泄于地表沟谷。
在本隧道施工中可能遇到软弱围岩、破碎带、水平岩层，黄土坍塌陷穴、湿陷性黄土等不良地质及地下水、雨季地表水作用下随时可能给隧道施工带来灾害。
施工过程中我们将高度重视地质超前预报工作，探明前方地质情况，对可能发生的地质灾害做出预测，以便和设计单位一起修改设计和确定有针对性的施工方案，在人员、设备、材料等各方面作好充分的准备，最大限度的减少地质灾害的发生。
预报的重点内容：
预测开挖面前方的地质情况，围岩整体性、岩
层走向、软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响。
三、超前地质预报目的及内容
1.超前预报目的
开挖前对地质情况的了解对于隧道建设有着十分重要的作用。
通过超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧道涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，保证施工安全，同时还能节约大量资金。
隧道超前预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失，节约投资等具有重大社会效益和经济效益。
2.超前预报内容
①不良地质预报及灾害地质预报：
预报掌子面前方一定范围内有无突氺、突泥、岩爆及有害气体等，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施或建议。
②水文地质预报：
预报洞内突涌水量大小及其变化规律，并评价对坏境地质水文地质的影响。
③断层及破碎带的预报：
预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定程度，提出施工对策。
④围岩级别极其稳定性预报：
预报掌子面前方的围岩级别与设计是否相吻合，并判断其问稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确保二次衬砌时间的建议等。
⑤预测隧道洞内有害气体含量、成分级动态变化。
四、超前地质预报方式、设备及方法
预报方式：
TSP-203超前地质预报、SIR-2000地质雷达、工程地质类比、掌子面超前钻孔预报等。
超前地质预报流程见下图：
1、超前地质预报设备配备
根据各隧道工程地质条件，采用TSP203地质预报系统、红外线探测仪、地质雷达、超前钻孔探测等综合地质预报技术，预测开挖工作面前方一定范围内的工程地质。
由地质预报队具体负责超前地质预报工作，主要资源配置见表《超前地质预报主要设备配置表》。
超前地质预报主要设备配置表
序号
设备名称
数量
1
TSP203超前预报仪
2套
2
SIR－2000型地质雷达
2台
3
红外探水仪
2台
4
DTS-1型防爆音频电穿透仪
3台
5
KSY-1型钻孔窥视仪
3台
6
MKD-5S型全液压钻机（超前水平地质钻机）
2台
7
数码相机、光学相机
各6部
2、地质预报计划
施工过程中必须将超前地质预报纳入施工工序管理，做到先探测、后施工，不探测不施工。
实施计划总的思路是：
长期预报和短期预报相结合，采用TSP203超前地质预报系统进行长距离宏观控制，红外探水连续实施，地质雷达进一步强化、补充和验证，加大超前水平钻探和孔内数码成像的力度，加强常规地质综合分析，根据地质预报结果，经专业人员进行分析研究后，拟定相应对策以指导施工。
多管齐下，力争把发生地质灾害的机率降至最低。
地质超前预报计划见《地质超前预报计划表》。
地质超前预报计划表
预测预报
手段
仪器
预报内容
预报频率
及计划
地质
素描
罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺、数码相机等简单工具
对开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、破碎带分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过对洞内围岩地质特征变化分析，推测开挖面前方地质情况。
地质素描在每次开挖后进行
TSP203技术
TSP203超前预报仪
重点探查规模较大的破碎带、裂隙发育带等。
每隔100m用TSP203探测一次
地质雷达周边探测
SIR－2000型地质雷达
重点进行隧道周边的地质体探测，查找地质破碎带及其它不良地质体，防止开挖通过后，隧道顶板、底板及侧壁出现灾害性的突水突泥。
每隔30～40m内
红外探水
红外探水仪
根据构造探测结果，趋近不良地质体和地质异常体时，利用便携式红外线探水仪进行含水构造探测。
当洞内个别区段渗水量较大时，亦用红外探水仪探测预报，探明隧道周边隐伏的含水体。
每隔20m～30m对掌子面进行一次含水构造探测
钻孔射频透视技术
KSY-1型钻孔窥视仪
利用钻孔射频透视法探测掌子面前方隧道开挖断面内的小型导水通道，查明其空间分布，以便制定相应措施，在施工时预防和整治。
依据红外探水和高密度电法探测结果确定进一步探测的距离和频率。
水平超前钻孔
钻机选型用MKD-5S型全液压钻机，
将超前钻孔作为主要的探测手段，用以验证超前地质预报的精度，并直接探明前面围岩地段的涌水压力及其含量。
按隧道全长进行探测，孔径50mm。
每次钻孔深度30m，必要时进行取芯分析。
3、预报方法
⑴地质素描
地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。
对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。
测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。
将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。
依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。
同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。
⑵TSP203
地震（声）波由特定点上的小规模爆破产生，并由电子传感器接收。
当地震波遇到岩石强度变化大（如物理特性和岩石类型的变化、破碎带、破裂区、陷穴的出现）的界面时，在绕射点处部分射波的能量被反射回来。
反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。
TSP203系统特别适用于高分辩率的隧道折射地震（微地震）勘探，以及断裂和岩石强度降低地带的监测。
TSP203系统理论上可预测150～300m的距离。
量测准备包括测线布置、钻孔、接收器及传感器套管安装，准备工作与隧道施工作业同步进行。
测线由2个接收器孔和24个炮孔组成，接收器距掌子面约55m，最后一个爆破孔距掌子面约0.5m。
爆破孔布置在一侧边墙上，间距1.5m，孔深1.5m，孔径19～45mm，孔口距隧底约1.0m，向掌子面方向倾斜约10°，向下倾斜10～20°。
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1.0m，向洞口方向倾斜约10°，采用水泥沙浆固定时向下倾斜5～10°，采用环氧树脂固定时，向上倾斜5～10°。
在接收器及传感器套管安装完成12h后，进行爆破孔装药、传感器插入及功能性测试，然后引爆爆破孔，对每次爆破进行地震信号记录。
在正式爆破采集数据时，洞内一切施工停止，以尽可能减少采集到的数据受外界噪声的干扰。
该过程约需45min。
通过TSP203专用软件对隧道内采集到的原始资料进行以压制干扰、提高信噪比和分辨率、提取地震参数为目的的技术处理。
数据处理前，先确定描述隧道轮廓的参数、各炮孔的装药量等数据，再通过专用软件处理，给出掌子面前方结构的剖面及各种地震参数。
数据处理后，提供的直接成果是围岩性质可能发生岩性变化的位置、各反射界面围岩的物理性质。
通过人工解释，得出反射界面的岩性参数、产状及其相互关系，以及各步解释后的隐含信息，以预测不良地质段的性质。
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。
确定好采样间隔和采样数目，采用早强膨胀水泥砂浆使接收器与岩体粘贴好，以保证采集信号的质量。
⑶地质雷达预报
应用电磁波反射原理进行探测。
通过测定与含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体，如含水的地层、岩性界面等。
采用TSP203地震反射波法进行中长距离（100m）较大的岩性结构变化情况的预报，采用探地质雷达进行短距离（30～40m以内）的精细岩性结构变化情况的预报。
作为TSP203超前地质预报的补充，在高水压地段对TSP203预报的异常点，比如确定异常体的规模、性质、危害等有困难时采用地质雷达作为补充手段。
⑷红外探水
红外探水每20m测量一次。
红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。
红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。
超前防水预测预报：
了解掘进前方20～30m范围内，是否存在隐伏水体、是否存在含水破碎带。
每次防水超前探测预报需15分钟。
向隧道上方探测、下方探测是确保掘进工程安全不可缺少的一环，其根本原因在于上方或下方都存在承压隐伏水或含水构造，一旦在卸压时地下水水溃入隧道，将会造成重大灾害。
向隧道两壁外侧探测：
其目的是了解支承顶板的两个侧壁外缘是否存在空洞，是否存在威胁隧道安全的含水构造。
其作用有两个：
一是确保当前施工安全，二是确保使用期间不出问题。
防滞后涌水探测：
隧道掘进时，虽然当时后方不涌水，但不等于以后不涌水，因为当掘进破坏地层结构后，隧道外围的承压水，将会突破薄弱地段压入卸压区。
根据探测曲线特征判断含水构造或含水体的潜在危害。
红外探水方法：
红外探测属非接触探测，在隧道壁上来定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。
定好探点后扣动板机，就可在仪器屏幕上读取探测值。
具体做法如下：
进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m点距用记号笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进断面处。
在掘进断面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每迂回到一个顺序号，就站到隧道中央，分别用仪器的激光器打出的红色光斑使之落到左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器板机分别读取探测值，并做好记录。
然后转入下一序号点，直至全部探完。
探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、两壁探测曲线。
⑸超前水平钻探
超前钻探是隧道施工期超前地质预测预报最直接、最有效的方法，也是对其他探测手段成果的验证和补充。
通过钻孔钻进速度测试和对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、气状况等诸方面的资料。
预报为单孔，孔深一般40～60m，采用地质钻机接杆钻孔。
为防止遇高压水时突水失控，开孔采用φ120钻头，孔内放入3.0m长的φ108钢管做为孔口管，孔口管伸出掌子面50cm，孔壁间用环氧树脂加水泥浆锚固，孔口管伸出部分安封闭装置，并与注浆泵联接，以便遇高压水时及时封堵并注浆。
钻孔时作业平台要求平稳、牢固，钻机施工时不晃动。
施钻过程中，由地质工程师详细记录钻速、水质、水量变化情况，并对岩芯进行统一编录、收集，综合判断预报前方水文、地质情况。
4、预报效果检查
开挖到预报位置时，将实际地质进行素描，和预报地质资料进行对比，以此来评价预报的准确性，积累经验，为以后的预报提供参考，并及时将预测数据、结果反馈至设计院，调整设计、改变施工方案。
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