超前地质预报实施方案.docx

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超前地质预报实施方案

超前地质预报实施方案

一、编制依据

1、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）

2、《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）

3、巴达线站前技术交底。

4、巴达线补充初步设计说明书

5、已到的隧道施工图及参考图

6、达州建设指挥部制定下发的相关管理办法。

二、工程概况及地质概况

新建巴中至达州铁路北起乐巴铁路终点巴中车站，向东南经巴中市巴州区的兴文、卢山，平昌县的兰草、金宝、岳家、涵水，进入达州市达县的石桥、石梯，通过渠县的文崇后又经过达县的龙会、渡市过州河，分方向接入襄渝线，向北接入覃家坝站重庆端，向南接入渡市站重庆端。

巴达铁路站前Ⅱ标共计有隧道16座，全长11752m。

其中正线有3座隧道，共计2092m；联络线有13座隧道，共计9660m。

本标段岩层主要为砂泥岩地层,只有鸭子岩、太阳湾1#、2#三座短隧道局部遇到灰岩地层。

本标段地层有白垩系（K）厚层状中细粒砂岩夹泥岩、粉砂质泥岩，侏罗系（J）砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、粉砂质泥岩，部分段夹介壳灰岩、结晶生物碎屑灰岩、炭质页岩、煤线及薄层硬石膏，三叠系（T）砂岩、泥岩、灰岩及可采煤层，可采煤层厚一般0.5m左右，第四系地层主要为粉质黏土，广泛分布于沿线地表，局部为碎石土、块石土，河床及阶地分布厚度较薄的卵石土。

本标段隧道主要不良地质表现为岩体破碎、煤窑采空区（鸭子岩隧道）、天然气及煤层瓦斯有害气体（李家山隧道为高瓦斯隧道，黎家湾隧道、杨家岩隧道为低瓦斯隧道）。

当采用综合地质预报明确隧道位于上述不良地质地段时，应采用相应安全的措施及稳妥的施工方案组织施工。

三、实施超前地质预报目的及地质复杂程度分级

3.1超前预报的目的

隧道工程设计的基本依据是地质勘察资料，而隧道施工的依据主要是设计文件。

大量的隧道工程建设实践表明，由于受地质勘察深度、精度及经费等诸多条件的限制，根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生，由此而来的隧道洞内塌方、涌水、涌泥、涌砂、岩爆、岩溶、瓦斯爆炸等灾害时有发生，给隧道施工造成极大的危害。

随着人们环境保护意识的进一步提高和国家对安全生产的日益重视，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。

因此，在隧道施工期间，采用各种技术、手段和方法对隧道开挖工作面前方地质条件（情况）进行及时准确的预测，是提前采取预防措施、避免灾害的发生或在一定程度上减少因灾害造成的损失、保证隧道施工安全的需要，是满足环境生态保护和安全生产的要求，也是质量控制管理中不可缺少的一环。

隧道地质超前预报的目的如下：

（1）进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导巴达铁路站前Ⅱ标隧道工程施工的顺利进行；

（2）降低地质灾害发生的机率和危害程度；

（3）为优化工程设计提供地质依据；

（4）为编制竣工文件提供地质资料。

3.2地质复杂程度分级

巴达铁路站前Ⅱ标隧道工程地质情况分为四个等级，即A、B、C、D四级。

施工地质预报工作应作为一道工序纳入施工组织中。

本标段李家山隧道为高瓦斯隧道；黎家湾隧道、杨家岩隧道为低瓦斯隧道；鸭子岩隧道有可能穿过采空区；其他隧道节理裂隙发育，弱富水可能引起小型坍塌。

必须在施工地质预报工作中坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探的结合、钻探方法与物探方法的结合、多种物探方法的结合、开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿整个施工过程。

根据不同的施工地质分级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报。

施工地质分级

A

B

C

D

严重

较严重

一般

轻微

地质复杂程度（含物探异常）

岩溶发育程度

岩溶管道、暗河、大型岩溶腔体。

密集溶隙管道，中小型岩溶腔体。

溶隙、溶孔、局部小型溶隙管道。

地表地下以溶隙为主

涌水涌泥程度

大型突水、突泥、成灾害；高水压。

中小型突水

小型涌水

涌突水可能性极小

断层稳定程度

大型断层带、性态差、富水，形成大型失稳坍方，可能酿成大型事故。

中型断层，软弱，可能引起坍塌

中小型断层，弱富水，可能引起小型坍塌

中小型断层、无水、掉快

地应力影响程度

高应力区，强岩爆，大变形。

中等岩爆

弱岩爆

无岩爆

瓦斯影响程度

瓦斯突出

高瓦斯

低瓦斯

无

对隧道施工影响

危及施工安全，影响工期。

存在安全隐患

可能存在安全隐患

局部可能存在安全问题

诱发环境问题的程度

形成环境灾害。

可能诱发一般环境问题

可能出现一般环境问题

无

A级：

存在重大地质灾害隐患地段，本标段暂定李家山隧道实施A级预报。

B级：

存在中、小型突水突泥隐患地段，物探有较大异常的地段。

本标段暂定鸭子岩隧道实施B级预报。

C级：

水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎岩地段，小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。

本标段暂定杨家岩隧道、黎家湾隧道实施C级预报

D级：

非可溶岩地段，发生突泥突水的可能性极小。

本标段除了实施A级、B级、C级外，全部实施D级

具体实施情况待隧道开挖揭示围岩情况后另行调整

四、地质超前预测预报方案及原则

4.1采用“物探和钻探、长距离探测和短距离探测相结合”的探测方案，采用地震波反射法、地质雷达、超前水平钻孔、加强钻爆孔的探测方法，以及地表重要井、泉点的观测和深孔水位监测以获取开挖面前方的地质信息，及时调整隧道施工方案，指导隧道安全施工，避免发生地质灾害。

4.2隧道所处地质条件或地质背景千差万别，不同地质背景条件下的隧道施工对隧道施工期间超前地质预报的要求是不一样的，本标段隧道超前预报重点是：

A、深层天然气影响区的范围及段落，天然气浓度等；

B、可溶岩地层超前预报重点是岩溶发育位置、规模，岩溶充填性质，岩溶涌水突泥（涌砂）量和涌水水压等；

4.3主要探测方法及其功能

（1）地质调查法：

各隧道均采用地质调查法进行地质超前预测预报，包括地表补充地质调查、全隧洞内开挖工作面地质素描和全隧洞身地质素描等。

（2）物探法：

地质雷达：

当隧道位于灰岩地段时，采取地质雷达对掌子面及基底岩溶进行探测，掌子面探测一般30m一次，必要时辅以钻探进行验证。

（3）超前水平钻探：

正洞高瓦斯（低瓦斯）地段采用超前探孔进行探测。

每个断面设置3

（1）个φ89超前钻孔，探测孔25m一个循环，单孔长度为30m，相邻探测孔之间的搭接长度为5m。

低瓦斯隧道同时采用炮眼加深。

4.4不同级别预报方法及频次

A级预报方法及频次

B级预报方法及频次

C级预报方法及频次

D级预报方法及频次

五、超前地质预测预报组织机构和人员设备配置

1、组织机构与人员职责

在指挥部设超前地质预测预报管理办公室，办公室设在工程部，一、二、三、四、六个工区分别成立专职超前地质预测预报实施小组，负责现场超前地质预测预报工作的具体实施和资料收集整理。

超前地质预测预报组织机构见图：

超前地质预测预报组织机构图

人员组成及主要职责分工见下表：

超前地质预报人员分工职责表

序号

姓名

职务

职责

1

成孝玉

总工

对地质预报工作负总责，审核签发预报实施办法，组织相关人员检查地质预报实施情况

2

康华

工程部长

具体负责地质预报管理督促、检查地质预报实施情况及时提出质量保证措施，确保施工质量。

3

孙国华

安质部长

督促、检查地质预报工作实施情况，纳入施工安全管理，及时提出施工安全防护措施，确保施工安全。

4

王立国

一工区

总工

对一工区隧道地质预报工作负全责，负责制定具体预报工作计划和实施细则，细化人员分工，按指挥部、设计、监理、业主要求将超前地质预报工作落实到实处。

5

李涛

三工区

总工

对三工区隧道地质预报工作负全责，负责制定具体预报工作计划和实施细则，细化人员分工，按指挥部、设计、监理、业主要求将超前地质预报工作落实到实处。

6

宋春明

四工区

总工

对四工区隧道地质预报工作负全责，负责制定具体预报工作计划和实施细则，细化人员分工，按指挥部、设计、监理、业主要求将超前地质预报工作落实到实处。

7

张洪光

五工区

总工

对五工区隧道地质预报工作负全责，负责制定具体预报工作计划和实施细则，细化人员分工，按指挥部、设计、监理、业主要求将超前地质预报工作落实到实处。

8

王亮

六工区

总工

对六工区隧道地质预报工作负全责，负责制定具体预报工作计划和实施细则，细化人员分工，按指挥部、设计、监理、业主要求将超前地质预报工作落实到实处。

2、设备配置与使用管理

（1）超前地质预测预报工作仪器设备配备见下表。

超前地质预测预报仪器设备配备表

序号

设备名称

型号

单位

生产厂家

数量（台、套）

备注

合计

指挥部

一

工区

三

工区

四

工区

五

工区

六

工区

1

TSP探测仪

TSP203

套

瑞士安伯格公司

1

1

2

地质雷达

RAMAC

套

瑞典MALA公司

1

1

3

笔记本电脑

CF-29

台

东芝

1

1

TSP203专用

IBM-T47

台

IBM公司

1

1

地质雷达专用

4

地质罗盘

DQL-8

台

哈尔滨

6

1

1

1

1

1

1

5

投影仪

松下

台

日本

1

1

共用

6

数码相机

索尼

台

日本

6

1

1

1

1

1

1

7

工程测试车

皮卡越野

台

河北保定

1

1

六、施工地质超前预报的内容和方法

隧道施工地质工作内容包括：

①超前地质预报；②施工围岩分级及稳定性评价；③隧底及周边岩溶探查；④灾害评估及防治工程措施建议。

1、超前地质预报

超前地质预报是隧道施工地质工作最主要的工作内容。

其工作分为①既有资料收集；②地质素描；③洞内外水文调查；④监测测试；⑤超前地质预测；⑥综合超前预报和成灾警报等六项任务。

（1）既有资料收集

既有设计资料和相关地质成果的收集和分析,对存疑虑的相关重大地质问题和地段,必要时进行踏勘和补充恰当的地质工作。

（2）地质素描

施工地质最基础的工作，包括洞壁地质及掌子面地质素描。

其主要内容包括：

①地质观察

a、地层岩性—-地层时代划分,岩组划分,岩石划分,岩体性态,切割程度,围岩等级等。

b、断层---断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价。

断层坍方的地质原因，是地质素描的重点。

c、贯穿性节理---产状、密度、宽度、延伸情况，节理面特征、力学性质。

分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部坍方的构造内因。

d、地应力---高地应力显示性标志（岩爆、软弱夹层挤出，探孔饼状岩心等现象）及其发生部位。

e、特殊地层---煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层单独素描。

②岩溶调查

岩溶规模（形态）、位置（洞体里程）、所属地层和构造部位，充填物（成分、状态）、洞体展布的空间关系。

（3）洞内外水文调查

①洞内水文调查

a、涌水点（处）调查

空间：

层位、构造部位、洞围分布，含水体分布；时间：

点（处）间的时效关系；制约：

制约因素、补给来源、途径、连通关系。

b、涌水量预测

实用量测：

反映瞬时特征和短期变化特征；长期观测：

反映长期变化特征和动态特征；涌水量预测。

c、水质水压测试

包括水压、水温、水色、含泥沙量测定。

d、危害评估

②洞外水文调查

a、气象观测。

b、重要排泄点、径流点长期观测；

c、相关岩溶水文地质及环境水文地质调查

调绘：

相关岩溶水文调绘、地表坍方、变形调查；试验：

同位素、示踪等；水质。

（4）监测测试

瓦斯、天然气、地温、软岩变形、地面沉降变形监测及洞内地应力测试。

其中隧道周边位移量测，包括拱顶下沉、净空水平收敛及必要时增设的隧底上鼓量测（采用仪器为收敛计、水准仪、塔尺）和隧道浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、偏压洞口的地表下沉量测（采用仪器为水准仪、塔尺等）为必测项目。

（5）超前地质预测

①预测方法

a、地质编录预测法（图解法、类比法、断层参数法）；

b、超前物探预测法：

包括TSP-203、地质雷达等。

c、超前钻孔预测法；

②预测有效距离

a、长距离超前地质预测：

其预报距离为100～150m。

以TSP、断层参数法等为手段结合地面地质工作综合预报。

b、短距离超前地质预测：

其预报距离为15～30m以内。

是在长距离超前地质预报的基础上，以地质雷达、5～8孔5～10m超长炮眼孔和30m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。

（6）综合超前预报和成灾警报

①综合超前预报内容

地层、完整性及含水情况；断层及富水情况；大型岩溶及富水情况；暗河。

②超前地质灾害警报内容

大型塌方；突水突泥；煤与瓦斯突出、天然气、瓦斯燃烧爆炸；岩爆、软岩大变形等。

③预报灾害警报方法

资料综合分析法；不良地质前兆预测法；地质灾害发生可能性判断法。

2、施工围岩分级和围岩稳定性评价

围岩稳定性评价一般分为稳定性初步评价和长期稳定性评价。

按附表填写施工阶段围岩级别判定卡和素描表。

（1）施工围岩分级：

根据地质素描确定岩石坚硬程度、完整性，并根据岩体含水情况和地应力高低划分施工阶段围岩分级。

（2）围岩稳定性评价：

根据施工围岩分级、掌子面稳定状态、地应力测试结果、岩爆、软岩变形和地表沉陷变形观测资料，综合评价围岩稳定性。

根据软弱不利结构面楔体稳定性分析，评价围岩局部稳定性，预报拱顶掉块、侧壁片帮等灾害。

3、施工过程中隧底及周边岩溶勘察

根据既有勘察资料分析和洞内地质素描及超前地质预报的岩溶发育情况，对疑有岩溶发育的段落，在仰拱和衬砌施工前施工单位按设计要求采用地质雷达、风钻探查，影响稳定的异常处设计单位采用钻孔验证，设计单位确认隧底和周边隐伏岩溶的位置、大小、顶板厚度，分析评价隧底及周边稳定性并提出处理措施。

4、灾害评估、防治工程措施建议

（1）灾害评估内容：

包括超前预报、围岩稳定性评价和隧底及周边岩溶勘察所揭示的大型坍方、突水突泥、瓦斯、天然气突出、岩爆、软岩变形、围岩稳定性、隧底岩溶坍塌等方面。

（2）灾害评估方法：

参照附表施工地质分级简表中地质复杂程度，诱发环境问题的程度和结合工程特征评价各类灾害对隧道施工安全、质量、工期、环境的危害评估。

（3）防治工程措施建议：

施工地质人员以设计为基础，根据综合预报的地质条件，从地质的角度出发，针对不同地质条件和地质灾害及其危害程度，提出安全可行的处理措施建议。

涉及到变更的，提供相关变更设计资料。

七、超前地质预报与测试技术要求

1、地质素描

（1）工作要求

①按照地质素描的内容，每10m对掌子面和左右边墙进行素描、数码摄像。

②素描图、记录必须在现场进行，素描一律“写实”，不做任何换算。

素描图式、图例、比例、用语应统一，按要求采取标本（包括定向标本）。

（2）素描资料整理要求

①素描原始记录、图、表须当天整理（绘制）。

②施工一定距离后，隧道地质素描图，应分段完善、总结，并做出相应的隧道纵断面图、表。

③及时整理标本。

④提交的图表：

3、超前水平钻孔

（1）超前水平钻孔探测一般根据要求采取3

（1）个孔，钻进深度30m，两个循环的搭接长度不小于5m。

钻孔位置一般如图布置。

掌子面中部两边的超前钻孔应水平且有一定水平偏角，掌子面上部的超前钻孔应有一定仰角。

超前水平钻孔布置示意图

（2）按照设计要求需要打超前水平钻孔的掌子面要求配备钻进功效4米/小时的水平钻机1台。

（3）两次循环的超前水平钻探搭接长度不小于5米。

（4）钻进过程中，对断层、溶洞充填物应干钻取样，对不同岩层代表性取样，其余采用孔内摄像记录，以提高功效。

（5）超前水平钻探资料应现场记录描述。

（6）采用少量5～10米炮眼钻进预测掌子面前方地层和地下水。

4、超长炮孔探测

超长炮孔探测应符合下列要求：

（1）孔深应较循环进尺深3m以上

（2）孔径宜与爆破孔相同

（3）孔位、孔数根据开挖断面大小和地质复杂程度确定。

5、TSP203探测

（1）有效预报距离应达到：

A级地段100m，B、C级地段150m。

需要预报区段大于有效预报距离时应多次预报，两次预报重复长度不小于10m；

（2）钻孔要求：

预报断层构造时爆破钻孔应根据走向布置在与断层夹角较小一侧的隧道边墙上。

预报岩溶时爆破钻孔应布置在没有横洞和停车道的一侧。

爆破钻孔应选择布置在完整灰岩段落上，不宜在隧道边墙岩溶发育的段落做TSP试验，此时应加强地质雷达和水平钻孔进行超前探测。

每一次预报的有效炮数不少于20个，炮间距1.5m。

炮眼高度1～1.5m，所有炮眼与接收器高度应相同（与隧道底板平行）。

炮眼孔深1.2～1.5m（孔深尽量一致），向下倾斜10°～20°，垂直于隧道轴向。

钻孔完成后应注意保护，防止塌孔。

接收器孔距掌子面约50m，距第一爆破孔15～20m。

必须在隧道两壁各安置1个接收器，接收器安置高度与炮孔一致,孔径42～45mm，孔深2m，应根据采用的藕合材料确定接收孔上倾还是下倾。

接收器与孔壁的藕合必须紧密，施测时隧道中应没有其它振动源。

具体钻孔布置情况如下图所示。

1.5m

50m

掌子面

15～20m

接收孔1

隧道轴

炮孔S1S2S3S23S24

接收孔2

2m

2m

1.5m

1.5m

接收器孔和炮孔布置示意图

（3）爆破要求：

遵守《爆破安全规程》的规定，使用毫秒级无延迟电雷管，炸药量应大于200m探测距离要求，一般50g左右，最多不大于100g。

应保证炸药与炮孔严密藕合，所有炮孔必须采取堵孔和注水措施。

（4）资料的处理和整理：

数据采集时应对每一炮的波幅进行调节，记录不好或存在干扰时应重新放炮。

对采集的数据及时进行三维波场处理，提取反射界面。

（5）提交以下资料：

①现场数据记录表；

TSP现场数据记录表

隧道（第分部）号年月日

掌子面里程

炮孔布置

左边墙

右边墙

接收器

里程

高度

孔深

倾角

耦合剂

耦合状态

左

右

炮点参数

序号

距离

孔深

高差

药量

备注

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

注：

第一炮的距离为炮点到接收器的距离，以后为孔间距。

高差为各炮孔与接收器的高差，高为正，低为负。

操作:

记录:

复核:

施工监理:

②X、Y、Z三个分量的原始记录；

③频率谱；

④纵横波分离后的P、SH、SV波形图；

⑤P、SH、SV波的极度偏移图（横坐标为里程）；

⑥二维结果图（横坐标为里程）；

⑦反射面提取图；

⑧岩石参数曲线图（横坐标为里程）；

⑨岩石参数表；

TSP解释岩石参数表

序号

里程

波速

P/S

泊松比

密度

剪切

拉梅

体积

动杨

静杨

围岩

模量

常数

模量

模量

模量

级别

P

SH

SV

P

SH

SV

P

SH

SV

制表：

复核：

负责：

⑩电子文档。

6、地质雷达探测

（1）有效探测距离：

在完整围岩地段应不大于30m，在岩溶发育地段根据雷达波形判定。

两次预报的重复长度5m左右。

当开挖通过大的异常后，应重新进行下一次预报。

在不利于雷达数据采集的地段如煤系地层，可以不采取地质雷达方法进行超前预报。

（2）仪器要求：

用于超前地质预报的地质雷达可选用SIR3000（SIR2000）、SIR20或RAMAC等型号，天线应使用中心频率为50MHz和100MHz的两种低频天线。

（3）掌子面前方预报的数据采集要求：

现场数据采集主要在掌子面上进行，在测试前将掌子面及周围危岩彻底排除，并对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合，在掌子面附近应没有其它的金属物体。

全断面开挖的隧道，雷达测线在掌子面上呈“井”字形布置，测线长度根据天线长度决定，在有限的掌子面上尽可能的长，测线位置距隧道周边的距离1m左右。

上下台阶开挖的隧道，分别在上下台阶各布置一条横测线，测线高度距隧道底板1m左右。

为保证探测结果的准确，应在同一测线上进行至少两次的重复探测，测点间距一般不大于0.2m。

（4）资料整理和处理要求：

雷达记录应清晰，反射波形、同相轴明显，不合格的记录应重测。

对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理如：

编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等，求得时间剖面。

在时间剖面中应标出探测对象的反射波组、反射体的形态和规模、钻孔验证的位置和深度。

解释确定反射体的位置、形态，推断其充填情况。

必要时应制作模型进行反演解释。

提交以下资料：

测线布置图；现场数据记录表；时间剖面；波形剖面、解释参数和解释结果。

地质雷达现场数据记录表

隧道（第分部）号年月日

探测目的

超前预报

里程

测点距离

隧底复查

测线位置

序号

位置

起点

终点

备注

1

2

操作记录复核施工监理

注：

隧底复查：

位置按距隧道中线左右的距离或左边墙右边墙填写，起终点按里程填写；测线按左边墙－隧底－右边墙的顺序排列编号。

超前预报：

垂向测线的位置按距中线左右的距离填写，起终点按与底板的距离填写；水平测线的位置按距底板高度填写，起终点按与中线的距离填写，一般左边或拱顶为起点。

7、隧底及周边隐伏岩溶探查：

隧底及周边隐伏岩溶探查应在隧道已完成一定长度或已通过可溶岩地段以后进行，查明隧底及周边一定范围内（一般不