茧厂沟隧道超前地质预报施工方案.docx

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茧厂沟隧道超前地质预报施工方案

茧厂沟隧道超前地质预报施工方案

一、概述

该施工方案根据《谷竹高速公路03合同段工程实施性施工组织设计》和茧厂沟隧道设计文件，结合现场实际情况，制定预报方案。

超前预报主要是加强施工期间的地质工作，是在开挖之前，除根据开挖时揭露出来的实际地质情况，校正补充地勘时未能查到的资料外，还要根据这些成果资料，分析推断掌子面前方的地质情况，是否存在前期勘察时没有查到的不良地质体，以便预先采取措施。

二、工程简介

1、工程概况

茧厂沟隧道位于襄樊市谷城县紫金镇观音坪村境内，隧道轴线方向约220°，呈北东-南西向展布。

左线起止桩号为：

ZK16+355~ZK17+345，全长990m；右线起止桩号为：

YK16+348~YK17+325，全长977m，隧道进口为小净距，出口为分离式，属小净距中隧道。

2、水文地质条件

（1）地表水

隧址区地表水系较发育，主要为附近河流水体、大气降水形成的地表面流及山体沟谷内的季节性流水等，水量受季节性影响变化较大，其自然排泄畅通，对隧道施工影响较小。

但雨季地表面流冲刷边、仰坡，对隧道施工有一定影响，宜做好截流、疏排措施。

（2）地下水

隧址区地下水类型主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。

松散岩类孔隙水主要赋存于第四系松散堆积物中，处于斜坡地带，分布不稳定，总体厚度较小，受大气降水补给，贮水条件较差，易渗透流失，仅季节性有水，对隧道施工影响较小。

基岩裂隙水赋存于基岩裂隙中，主要受大气降水补给，并受岩石完整性及裂隙开启程度制约，沿基岩风化裂隙、构造裂隙等向地势低凹处呈脉状、线状排泄，水量一般较贫乏。

在隧道洞口浅埋段，由于分布有第四系覆盖层且基岩风化裂隙发育，地下水的补给条件较好，受降水影响在雨季开挖时可能存在滴水、渗水现象，施工中需做好排水措施，并控制开挖进尺、及时支护衬砌。

根据区域水文地址资料及附近工点的水质分析资料，地下水对混凝土无腐蚀性。

3、隧道工程地质情况

（1）地形地貌

隧址区属构造剥蚀侵蚀低山—低中山区，植被较发育。

隧道轴线经过地段地面高程约160m~292m，相对切割深度约132m。

隧道进出口斜坡较陡，表层第四系覆盖层。

（2）地质构造

①断裂活动

隧址区无活动大断裂经过，区域构造稳定较好。

②节理、裂隙

隧址区在大地构造上位于南秦岭构造带内，未见明显的不良地质构造现象。

隧址区主要出露元古界武当群片岩，片理产状350°∠40°，节理、裂隙较发育。

③地震

本区属构造稳定区，根据国标，工程区地震基本烈度为Ⅵ度。

（3）地层岩性

隧址区发育地层主要为第四系全新统残坡积碎石土及元古界武当群片岩。

①第四系覆盖层

碎石土：

黄褐色、深灰色，稍密-密实，大于2cm颗粒含量约为60%，粒径一般为2-3cm，下部逐渐增大，呈棱角状，少量粘性土充填。

②基岩及其风化层

中风化片岩：

灰绿色，变晶结构，片状构造，主要矿物成分为石英、长石、绢云母，岩芯多呈短柱状、块状，采取率约为70%~85%，RQD值为10%~35%。

最大揭露厚度74.1m。

三、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。

四、超前地质预报的主要项目及内容

主要对隧道开挖面前方一定距离的岩溶、岩溶突水（突泥）、断层破碎带、浅埋段、高地应力（可能产生硬岩爆和软弱围岩塑性变形）和瓦斯等有害气体的灾害地质的施工探测。

对照勘测阶段的地质资料，预测、预报地质条件变化及其对施工的影响。

针对不同地段的工程地质情况采用不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。

超前地质预报由超前地质预报组来完成，超前地质预报工作内容主要包括：

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水、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：

预报洞内突涌水量的大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响；

3、断层及其破碎带的预报：

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、围岩类别及其稳定性预报：

预报掌子面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等；

五、超前地质预报的主要方法

超前地质预报工作采用“全面正规、长短结合、贯穿全程、因地制宜”的工作原则。

长距离预报和短距离预报兼而有之、搭配进行。

不论长距离预报还是短距离预报，都要经过2种以上方法进行综合预报，以便相互补充、验证，提高准确率。

本隧道设计有TSP、TEM及超前钻孔地质预报。

1、超前钻孔预报

超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。

超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。

其通过钻孔钻进速度测试和所采取的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状况等诸多方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。

超前钻孔可在掌子面进行，超前钻孔探测的记录方式有：

（1）不取芯钻探

主要系利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。

不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用较低（与取芯钻探比较），若隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。

在施作期间开挖面通常需配合停工，且钻进过程中，容易受操作人员人为影响，因此变数较大，造成判读岩体比较困难。

不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。

（2）取芯钻探

利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做出较正确的地质判别。

岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而言，可利用此先行降低水压。

但取芯钻探施作期间开挖面通常需配合暂停，且施作时间比不取芯钻用工进要长，费用也较高。

（3）台车加长钻孔法

液压台车接杆钻孔是一种短期超前预报探孔，对于掌子面前方30m以内的超前探孔，适合用钻孔台车钻孔，占用生产时间较少，速度快，有利于提高施工进度。

台车加长钻孔主要利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。

施钻过程中，由地质预报组成员详细记录钻速、水质水量变化情况及开挖后的岩面观测素描，并采集钻孔排碴取样分析，综合判断预报前方水文、地质情况。

超前探孔在工作面上超前钻3～5个孔，其中2个位于上部拱腰处，另2个位于边墙部位。

超前探水孔采用地质钻机施做，探水孔探水段长30m～40m，探水孔终孔位于隧道开挖轮廓线外0.5m～1.5m（在一般区域选择为1.5m）。

对掌子面3m～5m的范围通过地质观测和打3m～5m的探孔预测前方的围岩情况。

2、TSP法

TSP法和其它反射地震波方法一样，采用了回声测量原理。

地震波在指定震源点用小药量激发产生，震源点通常布置在隧道的左边墙或者右边墙，一般24个炮点布成一条直线，接收点和炮点在同一水平面。

地震波以球面波的形式在岩石中传播，当遇到岩石物性界面如断层与岩层的接触面、岩石破碎带与完整岩石接触面、不同岩性接触面等波阻抗差异界面时，一部分地震信号将反射回来，一部分折射进入前方介质。

反射地震信号将被高灵敏度的检波器接收，反射信号的传播时间和反射界面的距离成反比，因此可确定界面的位置。

通过TSPwin软件处理，可以获得P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的空间分布。

TSP法探测距离长（一般150米内），对断层、构造破碎带、软岩、富水带等的探测效果好，反演出的纵横波速度、动剪切模量等是反映岩体特性的重要力学参数。

TSP法：

TSP法资料采集要求高，其观测系统设计是在已开挖的隧道两侧布置炮点、检波点。

检波点每侧一个，检波器为三分量加速度型，炮点可设置在隧道的左或者右侧，排成一水平直线，18-24炮，小药量激发地震波。

检波器和炮点埋入壁内1.5-2.0米处，地震波在岩体内传波时遇到波阻抗变化界面就会产生反射，反射回来的地震波信号被检波器接收，并被记录单元记录下来。

施工中应注意，炮孔一定要下倾15-20度，炸药量应进行试验，让信号幅值满足要求，现场要保证无振动。

TSP每隔100米做一次。

TSP数据处理分析：

利用TSPwin软件对探测数据按数据设置→带通滤波→初至拾取→拾取处理→炮能量均衡→Q-估计→反射波提取→P-S波分离→速度分析→深度偏移→提取反射层的步骤进行数据处理，可以获得P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的空间分布。

TSP处理成果的动力学特征解释遵循下述原则：

1）正反射振幅表明硬岩层，负反射振幅表明软岩层。

2）若S波反射较P波强，则表明岩层含水。

3）若P波速度与S波速度之比增加或泊松比突然增大，表明有流体存在。

4）若P波速度下降，则表明裂隙或者孔隙度增加。

3、TEM法

TEM法，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

衰减过程一般分为早、中和晚期。

早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。

通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

（1）局限性及解决办法

瞬变电磁法的工作效率高,但也不能取代其它电法勘探手段,当遇到周边有大的金属结构时地面或空间的金属结构时,所测到的数据不可使用,此时应补充直流电法或其它物探方法。

同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时，瞬变电磁法也不能可靠的测量,因此在选择测量时要考虑地质结构。

在测量过程中,要随时记录地表可见的岩石特征,装置的倾角以及高程,以便在后续的解释中,准确的划分地层构造.同时在一个工区工作之前,要做实验,选择合理的装置以及供电电流,一经确定,不能在测量中变更装置和供电电流,否则对解释造成影响。

在进入工区前尽量寻找已知地层的基准点对仪器进行校准（类似于重力或磁法测量的基点校正和仪器一致性试验）。

以确保测量的准确性。

（2）测量结果表达

瞬变电磁法的解释,通常分为2种:

定性解释和定量解释。

定性解释一般是观察测线多道剖面,通过多道剖面可以定性的看出地层的分布情况,同时应排除晚期道的干扰假象。

定量解释:

一维反演是目前解释中最为准确的手段之一,但是要求输入初始模型。

对初始模型的求取,通常有以下几种手段。

①在工区已有的地质资料或者区域地质资料。

②用直流电法在工区作一个电测深,以该测点的电测深电阻率作为初始模型。

③也可用视电阻率和其它全域电阻率计算方法得出初始模型,但要保证其计算的结果的正确性。

当计算出地层电阻率后,要进行地形改正和倾角校正,用测量时记录的高程和倾角改正，最后做出地质拟断面图。

　　当进行隧道测量时,