隧道超前地质预报专项施工方案.docx
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隧道超前地质预报专项施工方案
隧道超前地质预报专项施工方案
1、编制说明及依据
1.1编制说明
根据对设计图纸、地质勘察说明及对周边环境的调查，并对工程特点进行深入分析，结合考虑我公司的技术、装备、特长、管理水平，在总结以往同类工程施工经验的基础上，编写了本专项施工方案。
1.2编制依据
（1）国家、铁路总公司、交通部现行设计、施工规范、规程；质量检验标准及验收规范等。
（2）地方铁路公司对该项目的建设管理、标准化管理文件。
（3）新建贵阳枢纽小碧经清镇东至白云联络线站前施工1标段工程施工总价承包招标文件、施工招标图纸、答疑等、指导性施组、设计图纸及工程量清单。
（4）本公司的施工技术能力、机械设备能力及相关工程的施工经验、装备、技术、资金、劳力和物资储备等方面的综合实力。
（5）施工现场调查获得的有关资料、数据以及现场实际情况。
1.3采用的技术标准、规范
（1）《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）
（2）《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）
（3）《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）
（4）《环境管理体系》（GB/T24001-2004）
（5）《职业健康安全标准建立的质量、环境和职业健康管理体系》GB/T28001-2011
2、工程概况
2.1工程设计概况
本隧道全长304m，中心里程D4K3+078,进口里程D4K2+926,出口里程为D4K3+230。
隧道出口段D4K3+043.409～+230段位于R-1600的右偏曲线上，其余段均位于直线上。
其中Ⅳ级围岩90m采用台阶法开挖，Ⅴ级围岩214m采用台阶法+临时横撑发开挖，都采用超前支护方式。
2.2自然条件
贵阳地处云贵高原东斜坡上，属高原溶盆区，主要山峰、河谷走向与大的地质构造线一致，呈南北向展布。
宽坦的背斜形成山岭，向斜狭窄形成河谷，为典型的隔槽式褶皱山区。
岩溶地貌在测区占据主导地位，以溶丘洼地为主，次为构造剥蚀中低山、丘陵区。
海拔高程在1200～1300m间，溶丘低矮、浑圆，一般相对高差50～100m，在褶曲翼部，由于碳酸盐岩与碎屑岩相间分布，岩溶地貌呈带状展布，多为低缓的蜂丛谷地。
2.3地质条件
本隧道地质较为复杂，溶蚀峰从洼地貌，地形起伏较大，植被稀疏，进出口上覆盖红黏土，厚0～2m，下伏岩层为三叠系下统薄层灰岩、白云岩夹泥质白云岩，岩体完整性较差，竖向节理较为发育；单斜构造区岩层走向与洞轴走向夹角小，岩层倾角15～20度间，线路右侧顺层偏压；岩溶发育程度中等至强烈，D4K3+000～+020位于较大型岩溶漏斗边缘，下部岩溶强烈发育，但隧区周边无暗河出口、岩溶、大泉等出露；进出口线路右侧边坡顺层，地下水为岩溶溶隙管道水，洞身位于地下水垂直下渗带内，赋水量中等，地下水对砼无腐蚀性。
2.4气象条件
属亚热带湿润季风型气候。
境内夏无酷暑，冬无严寒。
降水主要集中于5月至8月，以大雨、暴雨为主要降水形式。
2.5地震动峰值加速度
根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001）及《中国地震动系数区划图》（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度=0.05g，相当地震基本烈度Ⅵ度。
地震动反应谱特征周期值为0.35s。
3、进度计划
根据合同工期要求，结合项目特点和施工组织设计，和年度施工进度方案，预计2014年6月1日开始、12月30日完成
4、地质复杂程度分级
我项目部根据目前现有隧道图纸的工程地质资料对我项目部关堰隧道地质情况作出如表4-1
表4-1关堰隧道地质分级及超前预报方法
岩石类别
等级
超前预报方法
对应风险等级
有水可溶性岩
A+级
超前水平炮孔+超前地质钻+地震波弹性反射法
极高风险
5、实施超前地质预报的目的
通过超前地质预报，可以了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度，由此判断地下水情况、围岩级别和对施工的影响，进而达到以下目的：
（1）为制定施工方案和措施提供可靠的参数，如地下水压力、水量、不良地质的位置、大小及规模等；
（2）为隧道安全施工，避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害，从而不受或少受损失奠定了基础；
（3）为隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险创造了条件；
（4）准确的地质预报可以减少施工中的盲目性，减少事故发生率，减少很多不必要的安全措施，从而降低了工程投资。
（5）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、具体预报方法
关堰隧道主要采用地质素描、加深炮孔、超前地质水平钻孔、地震波弹性反射法进行超前地质预报。
不同段落根据围岩地质等级所采用超前地质预报方法不同，具体方法如下所述。
6.1围岩等级为A+级段落预报方法
关堰隧道按照围岩等级划分为A+级段落如下表所示：
序号
里程段落
围岩长度
围岩
级别
岩性
超前地质预报措施
1
D4K2+926～D4K2+941
15
V
白云岩
采用地质素描、加深炮孔及超前地质水平钻加地震波弹性反射法进行预报
2
D4K2+941～D4K3+000
59
V
白云岩
3
D4K3+000～D4K3+030
30
V
白云岩
4
D4K3+030～D4K3+055
25
V
白云岩
5
D4K3+055～D4K3+140
85
Ⅳ
白云岩
6
D4K3+140～D4K3+145
5
Ⅳ
白云岩
7
D4K3+145～D4K3+215
70
V
白云岩
8
D4K3+215～D4K3+230
15
V
白云岩
合计（m）
304
6.1.1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
（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
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。
（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。
（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。
（4）进行隧道施工围岩分级
（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。
6.1.2超前地质钻探
超前地质钻探采用TYL368A型潜孔钻机进行超前地质水平钻孔。
超前地质钻探探测长度为30m，每循环搭接长度不小于5m。
每循环钻孔3～5个，钻孔位置见图6-1，施工中钻探孔眼的数量、位置根据其他预测方法的预测结果，情况适当增减。
图6-1水平钻布置图
6.1.3加深炮孔探测
加深炮孔采用气腿式凿岩机ZY-28进行施工，炮孔深度为5m，每循环钻孔3个，炮孔位置与超前水平钻孔位置基本一致，每循环搭接长度不小于2m。
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3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。
6.1.4弹性波反射法（TSP203）
弹性波反射法（即TSP203）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。
TSP203探测长度为200～300m，搭接长度不小于30m。
地震波反射法超前地质预报应符合下列要求：
（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
（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；
7、仪器设备的配置
超前地质预报仪器设备的配置详表7-1
表7-1超前地质预报仪器设备
序号
仪器/设备名称
仪器/设备型号
单位
数量
备注
1
地质探测仪
TSP203
台
1
2
地质水平钻机
TYL368A
台
1
3
气腿式凿岩机
ZY-28
台
1
4
地质罗盘
DQY-1
台
1
5
相机
台
1
8、超前地质预报人员的配备
项目队成立专门的超前地质预报小组，超前地质预报小组人员配备情况详表8-1。
表8-1超前地质预报人员配置
序号
姓名
职务
分工
1
徐奎
项目总工
预报成果报告的审核
2
朱林
工程部长
数据的处理、预报成果报告的编制
3
侯磊磊
技术主管
水平钻孔超前探测数据的采集及水量、水压监测
4
汤一统
技术主管
5
姬凯祥
技术员
掌子面及侧壁地质素描
6
任琨
技术员
掌子面及侧壁地质素描
注：
TSP超前探测数据采集及报告编制委托公司检测中心人员。
9、针对特殊地质段的处理方法
当施工过程中发现前方有异常地质现象出现的时候，立即向监理、设计单位、业主汇报现场的实际情况，组织人员对前方的地质情况做进一步的勘查。
当确定前方地质情况后针对具体情况按以下方法进行处理。
9.1、涌水出现处理方法：
（1）、采用超前钻孔将水排除法。
（2）、采用超前小导管注浆法堵水、止水或超前固岩注浆法堵水。
（3）、采用井点降水或深井降水，对于渗透水较小时，也可采用洞内降水法降低地下水。
同时做好抽出水后的地面排水工作。
（4）、承压水排放和高压水处理施工法。
在不影响围岩稳定的情况下，可采用注浆前排水降压，也可采用超前钻孔、辅助坑道排水，首先采用排水法降低地下水的压力，然后进行注浆封堵涌水，在注浆过程中应先周围注浆，对准水源方向注，切断水源，最后顶水注浆，将涌水堵住。
在此施工中，我们必须高度重视而做好防排水工作，务必将涌水或裂隙水引至洞外的排水系统之中。
9.2、突水突泥地质现象的处理方法：
（1）、采用了注浆加固坍塌体，长管棚超前支护，等施工措施。
（2）、对于不同的突水方式分别采用裂隙出水点注浆与溶洞涌水注浆的施工方法。
（3）、在突水点设止浆墙，然后再对前方围岩进行全断面深孔预注浆进行堵水，采用堵排结合的方案。
9.3、断层破碎带处理方法：
（1）、断层宽度较小,岩体组成物为坚硬岩块且挤压紧密,围岩稳定性相对较好,隧道通过这样的断层,可不变施工方法,与前后段落的施工方法一致,避免频繁变更施工方法,影响施工进度,但过断层带要加强初期支护和适当的辅助施工措施渡过断层带。
如超前锚杆与径向锚杆配合，加厚喷射砼，并增设钢筋网等措施。
必要时可增设格栅架。
（2）、一般断层破碎带,采用径向锚杆、钢筋网、喷砼、格栅钢架等加强初期支护，并在拱部施作超前小导管周壁预注浆，对洞周岩体进行预加固和超前支护。
开挖后及时施作拱部初喷砼，径向锚杆，挂钢筋网，格栅钢架。
（3）、断层出露于地表沟槽,且隧道为浅埋,可采用地面砂浆锚杆结合地面加固和排泄地表水及防止地表水下渗等措施。
（4）、当断层宽度大,岩体极破碎时,可采用注浆管棚和钢架超前支护,管棚长度一般10m～40m,能一组管棚穿过断层破碎带,则采用一组管棚,但受地质和施工条件限制,断层宽度大,可分组设置,纵向两组管棚的搭接长度不小于3.0m。
管棚用钢管直径80～150mm,一般多采用Φ108厚壁热扎无缝钢管,环向钢管中心间距为管径的2～3倍即30～40cm,钢架根据地质情况，采用型钢或格棚，其间距0.8～1.0m一榀,开挖后及时施做锚、网、喷、钢架等初期支护。
10、超前预报实施保证措施
10.1、提高预报精度的措施
将综合超前地质预测预报纳入施工工序，贯穿于隧道施工全过程将综合超前地质预测预报作为作业循环必不可少的环节，像对待钻孔爆破一样纳入施工程序。
坚持预报先行、先探后掘，坚持在查清前方地质情况的前提下进行掘进施工。
10.2、为准确预报提供人员、技术保证
（1）、成立专职的地质工作室
成立以项目总工为组长、地质工程师、技术人员、施工人员、质检人员组成的地质工作室。
地质预报由地质工作室负责，其它施工、质检人员予以配合，进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果，由主管技术人员予以复核，并报设计、监理，为变更设计、修改施工方法提供依据。
（2）、与科研单位、业主、设计、监理部门以及兄弟施工单位紧密协作，切实做好超前地质预报工作。
（3）、在隧道掘进施工时，每个作业循环指定专门的地质工程师，及时对掌子面进行地质素描。
（4）、对已披露的实际地质情况与前期地质预报内容相比较，评估预报的准确性，不断总结经验，为以后的超前预报工作积累经验。
（5）、经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。
10.3、采取有针对性的科学合理的预测预报程序
为保证隧道的施工安全，有效地采取针对性措施，确定并选择有效的施工方案，为动态设计提供理论性指导，在地质素描的基础上，采取综合超前地质预测预报系统，以确保预测预报结果的准确性。
对工作面前方30m范围内进行短距离的地下水定性探测；采用地质钻机或台车加长钻孔对探测结果进行验证。
在不良地质带，每循环钻孔时均实施15m的超前浅孔探测，通过增加孔数，放大外插角，以弥补深孔探测的盲区，提高超前预测预报的准确度。
从而探测出断层、风化槽、节理裂隙的发育规模、几何型态和介质填充构造特点。
根据设计提供的地质资料，结合地质观测资料，有针对性地采取相应的预报措施。
11、安全保证措施
为了确保安全生产目标的实现，必须建立健全安全保障体系，制定完善的保证措施。
领导挂帅，全员参加，使安全工作制度化、经常化，贯穿施工全过程。
项目经理为安全生产的第一责任人，施工经理直接管安全。
经理部成立安全生产委员会，施工队设专门的安全员，工班设兼职安全员。
建立以岗位责任制为中心的安全生产逐级负责制，制度明确，责任到人，奖罚分明。
根据施工人员的数量，按2～4%比例配备专职安全员，工地管理人员一律佩证上岗，安全员佩证为红色，以示醒目。
编制详细的安全操作规程、细则、制度及切实可行的安全技术措施，分发至工班，组织逐条落实。
搞好“五同时”和“三级安全教育”。
每一工序开始前，做出详细的施工方案和实施措施，并及时做好施工技术及安全技术交底，并在施工过程中督促检查，严格坚持特殊工种持证上岗。
进行定期和不定期的安全检查，及时发现和解决安全隐患，杜绝违章作业和违章指挥现象，同时加大安全教育及宣传力度。
坚持每周一安全活动日的安全学习制度。
严格执行交接班制度，坚持工前讲安全、工中检查安全、工后评比安全的“三工制”活动。
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