铁路隧道工程超前地质预报方案.docx

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铁路隧道工程超前地质预报方案

1工程概况

由我部承建龙厦铁路LX－Ⅲ标南靖段工程范围主要位于南靖县和溪镇及金山镇境内，起讫里程为DK36+160～DK50+000，全长13.84km。

其中隧道工程依次为：

和溪隧道，长4429m；石观音隧道，长5091m；埔顶隧道，长280m。

隧道工程洞身地质主要为花岗闪长岩和黑云母花岗岩，围岩较完整，主要为II、Ⅲ级围岩；洞口及隧道受断层和岩性分界面影响的局部地段节理发育，围岩较破碎，为Ⅳ、V级围岩。

2地质预报目的

（1）超前探测地层岩性变化界面、软弱层界面、煤层界面、断裂带界面；

（2）超前探测岩溶洞穴、岩溶通道及岩溶发育带的位置、规模、充填状况；

（3）预报突水突泥位置及带来的灾害程度；

（4）为动态设计提供相关的地质参数；

（5）确定合理的工程措施及合理的施工方法。

3地质预报方法

目前在国内外隧道建设中使用较广泛的地质预报技术，传统的方法有地质素描法、水平钻探法、超前平导法等；近十年来，物探方法较广泛应用，有地震方法中的反射波法、瑞雷面波法、极小偏移距法、水平声波反射法；电磁法中的地质雷达法、瞬变电磁法，红外探水法；直流电法等。

这些方法中根据多年预报经验，除红外探水法和直流电法在机理上和使用边界条件不当，不能使用外，其他方法使用得当，均应有较好的效果。

本次预报采用地震反射波法地质预报系统和地质雷达法。

3.1地震反射波法（TSP203、TGP206、TGP207、负视速度法）

地震反射波法是一种快速、有效、无损的隧道地质预报技术，能迅速连续超前地提供开挖的前方的三维空间的工程地质状态。

根据观测系统的差异和使用的仪器不同，常用的方法有三：

铁道部科研成果负视度法，瑞士引进的TSP203法和水电物探研究所最新推出的TGP206、TGP207法。

其基本原理均是采用地震反射回声测量原理（见图）。

地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，布成一组排列炮点）用小量炸药或机械振动激发产生。

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，一部分地震信号发射回来，一部分信号透射进入前方介质。

反射的信号将被高灵敏度的地震检波器接收，反射信号的传播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。

国内工程单位在隧道地质预报中常用的仪器主要是：

北京水电物探研究所生产的TGP206型和TGP207型地震反射预报系统、瑞士安伯格公司生产的TSP202型和TSP203型地震反射预报系统和使用常规地震仪的负视速度法。

其系统特点是：

1.预报最长距离可达200m（作中距离和近距离跟踪预报效果更佳）；

2.操作简单，对工作环境无要求，不占用掌子面，对施工过程无妨碍；

3.30分钟内完成测量准备工作，测量一次的时间，不同的观测系统分别为10～60分钟；

4.对不良地质体的性质判断较准确，分辨率可达到0.5m，预报的距离误差小于5%；

5.配套分析软件，可方便地完成数据处理和评估；

6.采用TBM法和盾构法施工时，用TGM207型地震发射预报系统，可连续作业，重复相关，全程跟踪。

3.2水平声波反射法（HSP）

水平声波反射法即HSP法，是弹性波反射法的一种，利用声波在地层中传播、反射原理，通过信号采集系统接收反射信号，预报隧道施工开挖面前方及周围区域的地质情况。

实质是：

将发射源、接收换能器布置在隧道两侧的浅孔内，发射、接收位置均在平行于隧道地面的同一水平面上，即构成一“水平声波剖面”，在该剖面内空间激发并接收振动（声波）信号，采用时域、频域中的时差、频差与地质相结合的方法确定反射面的空间方位并“投影”到该剖面上，从而确定反射面的出露情况及性质，可对掌子面前方50m内的地质状况进行预报。

该方法特点是对反射界面倾角没有限制，探测时不占用掌子面。

3.3地质雷达法

地质雷达法是由发射天线在掌子面上，向前方发射一高频脉冲电磁波，当其在传播过程中遇到不同的目标体（岩石体、断层、破碎、空洞等）的电性界面时，有部分电磁能量被反射回来，由接受天线接受，并由主机记录，得到界面反射回到接受天线的双程走时t，当地下介质的波速己知时，可根据测到的t值求得目标体的位置和埋深。

地质雷达法操作简单，对施工干扰小，可对岩溶、断层破碎带、地下水赋存情况进行探测，探测目标的深度通常在20m以内。

该方法分辨率高，对地下水非常敏感。

在太中（银）铁路隧道地质预报项目中，采用美国GSSI公司生产的SIR-2000型地质雷达。

4预报隧道

由我部承建的龙厦铁路LX－Ⅲ标南靖段工程自漳州市南靖县和溪镇境内，沿九龙江支流西溪折向南，相继跨漳龙高速公路、319国道和龙山西溪后至金山镇境内，新建线路全长13.84km，其中隧道总长9.8Km，占线路长度的70.8%，部分地段受浅埋、偏压、断层破碎带和煤系地层等不良地质影响，存在一定的施工难度和安全隐患，为确保施工安全和进度，我部将严格按照设计要求在以下隧道施工过程中进行超前地质预报。

1.和溪隧道：

和溪隧道位于福建省漳州市和溪镇范围，起迄里程DK39＋583～DK44＋012，全长4429m，地处剥蚀低山，表层为粉质黏土夹碎石，下伏基岩主要为花岗闪长岩；

2.石观音隧道：

石观音隧道位于福建省漳州市和溪镇和金山镇之内，起讫里程DK44+094～DK49＋185，全长5091m，地处剥蚀低山区，表层为第四系坡残积粉质黏土夹碎石，其下为黑云母花岗岩；在DK44+780～DK44+890可能有一断层，断层以破碎带形式产出，带内岩石破碎，呈角砾状，碎石充填胶结，岩石风化强烈，均呈碎屑状、碎块状。

3.埔顶隧道：

埔顶隧道位于福建省漳州市金山镇之内，起讫里程DK49+396～DK49+636，全长240m，地处剥蚀低山区，表层为第四系坡残积粉质黏土夹碎石，其下为黑云母花岗岩

5技术保证

5.1技术力量保证

中铁物探勘察有限公司

（中铁地质物探试验研究中心

项目组由年富力强的具有硕士、学士学位的中青年技术骨干为主体，同时聚集了经验丰富的专家、教授、高工进行技术把关。

项目组内技术专业结构齐全合理，包括进行隧道地质预报所需要的隧道工程、隧道工程地质、工程物探、工程钻探专业。

5.2仪器设备保证

根据主要采用的预报方法（如地震反射法、地质雷达法），准备投入的主要仪器设备有：

瑞士AMBERG公司生产的TSP203隧道地震预报系统，北京水电物探研究所生产的TGP206型和TGP207型地质预报系统，美国GSSI公司生产的SIR-2000地质雷达和美国产R-24地震仪。

以上设备均处于国际领先水平。

6施工组织

6.1组织机构及人员安排

根据项目实际情况，建立功能健全、职权明确、精简高效的组织管理机构，确保项目有条不紊、科学合理地进行。

地质预报组主要人员组成如下：

检测人员一览表

序号

姓名

性别

出生年月

职称

学历

专业

1

张宇

男

1956.3

高工

本科

工程物探

工程地质

2

郭有劲

男

1969.6

高工

本科

工程物探

工程地质

3

高红刚

男

1968.6

高工

本科

工程物探

工程地质

4

方青利

女

1949.8

高工

本科

工程物探

岩土工程

5

易海龙

男

1971.1

工程师

本科

岩土工程

6

丰伟

男

1984.10

助工

大专

信息工程

7

董明华

男

1983.11

助工

大本

工程物探

8

金波

女

1984.5

助工

大本

工程物探

6.2项目执行程序

6.3设备准备

仪器设备表

序号

仪器名称

型号

数量

生产厂家

1

TGP

206和207

2

北京水电物探公司

2

TSP

203

1

瑞士AMBERG公司

3

地质雷达

SIR2000

1

美国LAUREL公司

4

地震仪

R-24

1

美国乔美利特公司

5

地质素描处理系统

1

日本东亚侧器株式会社

6

台式计算机

1

7

笔记本

2

8

打印机

1

9

传真机

1

10

越野吉普车

1

7预报方案

7.1基本思路

（1）所有隧道工程均进行超前地质预报工作，并作为一道工序纳入施工组织设计中。

（2）地质预报工作中，应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘察的结合、地质方法与物探方法结合、多种物探方法的结合、地球物理方法与超前水平钻探的结合，开展多层次、多手段的综合地质预报，并贯穿整个施工过程。

（3）地质预报中的物探方法和钻探方法都是预报的方法手段，在综合分析中，地质方法是中枢、是龙头，预报的最终成果都必须转换为地质语言、地质结论和工程结论。

7.2基本方案

预报方案设计的技术思路是“两个综合”。

即：

在预报方法选择上是“多种预报手段联合应用的综合预报，充分发挥各自方法的优势，取长补短，优势互补，互相验证”。

在资料分析上是“综合分析，中长距预报与近距离预报结合，物探预报与地质预报结合，微观与宏观结合。

中长距离指百米以上预报，近距离指50m以内的预报”。

地质预报指隧道施工中的地质描述，物探预报指采用地震反射法和电磁波法、地质雷达法、瞬变电磁法等方法预报。

钻探预报指水平超前钻孔和钻孔内的一系列参数测试。

微观地质指隧道施工地点，宏观地质指隧道设计提供的地质资料。

根据方案设计原则，考虑对施工的影响以及预报成本的高低，总的预报方案如下：

1.长距离预报

采用地震反射法：

根据选用的仪器型号不同预报距离可分别达到200～400m。

2.近距离预报

采用地磁波法：

地质雷达法可预报20～25m，瞬变地磁法可预报30～40m。

3.常规预报

采用地质描述法；每完成一个循环进尺，都要进行掌子面地质描述，发现异常后进行异常位置跟踪预报。

4.异常位置预报

对隧道常规预报中和设计中的断层破碎带、节理密集区、岩溶带、软弱岩层带、煤带、煤层等进行预报。

在异常带百米前进行远距离预报，在50m前进行短距离预报，远距离预报和短距离预报的异常段，必须进行水平钻孔。

5.作业时间

为了少占用主要工序时间，减少施工干扰，作业时间选在出碴完成后钻车就位前这段时间内进行。

地质雷达法预报时，占用掌子面约1～2小时；瞬变地磁法不占用掌子面；地震反射法，有的仪器占用施工时1～1.5小时，TGP207法不占用掌子面，可连续作业。

7.3预报成果

每次检测后7天之内提交最终技术报告，报告内容包括：

不良地质体的性质、位置和规模；围岩类别及相关参数；提出相应的技术措施与可行性建议。