隧道超前地质预报施工组织设计.docx

1、隧道超前地质预报施工组织设计隧道超前地质预报施工方案1 编制依据1)?高速铁路隧道工程施工技术指南?铁建立【2010】241号2?关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知?铁建立2010120号；3?时速250公里铁路双线隧道复合式衬砌?图号：西成贰隧参03；4?隧道施工工法?图号：西成贰隧参09；5施工图纸、设计要求和环境、地质条件。6隧道超前地质预报管理方法西成铁路客运专线7?铁路隧道超前地质预报技术指南?铁建立【2008】105号本2 工程概况新建至客运专线位于省和省境，川陕界至江油线路长165.836Km。西成客专设计为双线客运专线，设计时速：250km/h；

2、最小曲线半径：3200m；正线线间距：4.6m；最大坡度：一般20，困难山区不大于25。本标段第一工程部管段位于剑阁县、青川县境，起讫里程：DK431+660(黄家梁隧道进口)DK446+500岩边里隧道，全长14.84km，主要工程数量为：桥梁135.35m/1座，占正线总长的0.9%，隧道双线14702m/1.5座，占线路总长的99.1%。3 工程地质概况3.1地质构造我管段位于龙门北向褶皱带之东翼与盆地边缘弧形华夏式构造带交界处，龙门山褶皱带的褶皱发育、断裂密布，岩层多陡顷，直立或倒转，地质构造较为复杂。测段属于扬子准地台西北边缘地带，位于川西北台陷次级构造与龙门山构造带边缘区。隧区为单

3、斜构造，岩层产状N4764E/3445SE,受区域构造影响，节理多为闭合或微型，其延伸较远，泥岩风化节理普遍发育，裂隙多而细小。3.2水文地质特征沿线河流较多、灌溉网密布。沿线根本为山区，山谷河流较多，主要有回龙河、清江河，属于嘉陵江水系。管段第四系黏性土中含少量孔隙水，河床及低阶地砂砾石层含丰富孔隙水。基岩中泥页岩、泥岩夹砂岩为弱富水岩组，含少量的裂隙水和风化裂隙水；厚层砂岩、砾岩为中等强富水岩组，含较丰富的基岩裂隙水，多位潜水，局部为承压水；灰岩等可溶岩为强富水岩组，含丰富的裂隙水和岩溶水。断裂构造多为压性断裂，地下水一般含量较少；褶曲构造核部为可溶岩及砂岩地段含丰富地下水。经沿线取表水和

4、地下水试验，水质类型以HCO3.SO42-Ca2+、HCO3-Ca2+型、HCO3.SO42-Na+型为主，对钢筋混凝土一般无侵蚀性，但三叠系须家河组含煤段地层、嘉陵江组、雷口坡组盐溶角砾岩、侏罗系油砂岩地段地下水以及城市周边受污染表水多具硫酸盐侵蚀性或酸性侵蚀性。3.3隧道涌水量预测根据各岩组地层出露位置、岩性、地质构造、节理裂隙发育情况，地貌形态及在本水文地质单元中的径流条件，黄家梁隧道预计正常涌水量为7093m3/d,考虑在隧道勘察中较多钻孔提醒承压水，雨季最大涌水量为14186m3/d,岩边里隧道预计正常涌水量为2071m3/d,雨季最大涌水量为3107m3/d。3.4不良地质及特殊岩

5、土3.4.1 油砂岩、有害气体及原油 黄家梁隧道根据钻探提醒在钻井过程中循环水中有大量气泡逸出，天然气最大为28450ppm，有2层油砂岩，有较多稠油流出，同时根据原油样品测量分析，隧道可能存在硫化氢及二氧化硫对隧道工程及隧道施工的危害，对钻孔采气分析时，测式结果显示CH4的含量最高为5.7143%。根据油气专题报告及评审结论，黄家梁隧道为高瓦斯隧道，其中DK434+500DK439+500段为高瓦斯区段，其余为低瓦斯区段，同时为原油危害隧道。 岩边里隧道根据前后工点黄家梁隧道及庙子梁隧道钻孔均提醒油砂岩分布，虽本隧道钻探未提醒油砂岩，但根据专题研究结论，本隧道可能受油气浸较严重，属低瓦斯隧道

6、和可能原油浸染隧道。3.4.2 顺层黄家梁隧道根据地形地貌及勘探，在DK431+660DK432+000, DK438+910DK439+150, DK440+150DK440+220, DK440+955DK441+160, DK442+250DK442+520, DK443+090DK443+292段埋深小于50m，岩层倾角3444，DK437+800DK437+950段隧道埋深大于250m，岩层倾角3444。所有辅助坑道的进口仰坡均存在顺层。 岩边里隧道穿越地层为泥岩夹砂岩，岩层走向与隧道轴线根本一致，倾向线路左侧，我管段DK443+428DK443+600段埋深小于50m，右侧存在顺层

7、偏压，隧道进口边仰坡隧道的横洞仰坡均存在顺层。3.4.3 滑坡、岩堆、危落石 黄家梁隧道洞口或洞身经过滑坡堆积体或滑坡群，堆积体主要由碎石土、块石土组成，其间充填粉质黏土，总厚度520m，530m不等，经过长期的开展，目前自然条件下处于稳定状态。岩堆主要物质为块石土，其间充填粉质黏土。在隧道进口及1#、2#辅助坑道出口坡面较陡，软硬岩相间分布，易形面危岩落石区。隧道进口及出口多形成悬崖陡壁，节理裂隙发育，多形成大围危岩落石区。 岩边里隧道进口右侧多形成悬崖陡壁，节理裂隙发育，多形成危石。坡脚多见崩塌形成的块石，直径较大。4地质复杂程度分级4.1隧道洞身及洞口工程地质评价4.1.1隧道洞身隧道区

8、主要不良地质为油砂岩、有害气体及原油、顺层及滑坡、岩堆、危落石。在黄家梁隧道表现尤为突出，洞身地质较为复杂。黄家梁隧道DK434+500DK439+500段为高瓦斯区段，同时有原油危害。顺层在洞身多见为DK438+910DK439+150, DK440+150DK440+220, DK440+955DK441+160, DK442+250DK442+520, DK437+800DK437+950段，滑坡多见于洞身DK431+763DK431+793，DK432+090DK432+286，DK432+541DK433+543段，岩堆多见于DK438+681DK439+114段。4.1.2 隧道洞

9、口 隧道区进洞条件均较困难，洞口主要不良地质为危落石，主要表现为黄家梁隧道进口、出口及1#、2#斜井辅助坑道，岩边里隧道进口进洞极为困难，下方为绵广高速公路匝道口，有落石的危险。4.2地质复杂程度分级超前地质预报的重点段落及容主要对隧道开挖前方一定距离的突水突泥、断层破碎带、浅埋段和瓦斯天然报、原油等有气体的灾害地质的施工探测。对照勘测阶段的地质数据、预测、预报地质条件变化及其对施工的影响。根据我管段水文及工程地质条件及可能存在的风险因素，按?铁路隧道超前地质预报技术指南?铁建立【2008】105号本，将我管段的黄家梁隧道定为“复杂级别，超前地质预报由主持来完成，岩边里隧道定为“中等复杂级别，

10、超前地质预报由施工单位超前地质预报组来完成。5 实施超前地质预报的目的为保证隧道施工平安、优化设计、实现信息化施工，通过隧道超前地质预报工作，进一步查清隧道因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重质问题，及时掌握和回馈隧道地质条件信息，调整和优化隧道设计参数、防护措施，为优化隧道施工组织、制定施工平安应急预案，控制工程变更设计提供依据。根据西成客专段隧道工程及水文地质条件，在认真分析前期勘察资料的根底上，结合地表调查情况分析，隧道地质情况较为复杂，施工中可能遇含水断层，不同程度的渗、流水、突水突泥、坍塌、瓦斯天然气、原油溢出等地质灾害，对隧道工程施工必须采取多种方法综合预报，查明隧道掌子

11、面前方存在的较大不良地质缺陷的规模、空间分布情况等，以便为施工、设计及时做出正确的处理预案，确保工程施工顺利完成，防止平安事故发生或造成人员伤亡事故。通过超前地质预报，可以了解和判断掌子面前方一定距离不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度，由此判断地下水、瓦斯、油层情况、围岩级别和对施工的影响，进而到达以下目的：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；2为隧道平安施工，防止或最大限度地降低施工过程中突水突泥、塌方、瓦斯原油溢出等灾害，从而不受或少受损失奠定根底；3为隧道在平安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

12、的盲目性，减少事故发生率，减少很多不必要的平安措施，从而降低工程投资。6 超前地质预报的方案6.1 分段预报容及方法管段超前地质预报的重点段落为：黄家梁隧道DK434+500DK439+500。超前地质预报重点容为：1不同岩性接触带的位置，接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况； (2) 顺层及滑坡、岩堆、危落石；3油层位置及层厚，瓦斯及有害气体浓度；4隧道围岩级别变化趋势。6.1.1 黄家梁隧道分段预报容及方法6.1.1.1 超前地质预报段落及容为保证隧道施工平安、优化设计、实现信息化施工，施工期间施工单位应加强施工地质工作，并实施全隧超前地质预测预报，将其纳入正常施工工序进展管理。通过超前地质

13、预测预报工作，核实和预测掌子面前方的地质条件，以便及时调整工程措施，确保施工及构造平安。结合隧道工程特点以及工程地质、水文地质条件，开展超前地质预测预报工作。全隧道采用以地质调查法为根底，并采用综合物探手段及钻孔为主进展综合超前地质预报。其重点预报的段落及容如下表所示：表1 黄家梁隧道超前地质预报的重点段落及容序号重点段落预报的容备注1DK431+671DK432+000DK432+100DK432+250DK438+900DK439+150DK440+150DK440+220DK440+955DK441+160DK442+250DK442+450DK443+220DK443+277主要针对洞

14、身浅埋段，预报隧道中可能出现塌方的情况；2DK431+660DK443+292主要针对有害气体, 预报隧道中可能遇到瓦斯、天然气等有害气体情况。探测开挖面前方有害气体浓度及变化情况。3DK432+500 DK432+700DK433+300 DK433+500DK435+200 DK435+400DK436+020 DK436+220DK436+700 DK436+900主要针对地下水含量丰富且形成承压水地段，预报隧道中可能出现突水突泥的情况。6.1.1.2 超前地质预报选用方法表2 黄家梁隧道超前地质预报选用方法比照表序号里程段长度选用方法备注1DK431+660DK431+67111地质调

15、查法2DK431+671DK433+3001629地质调查法物探法WT-1超前钻探法ZT-23DK433+300DK433+500200地质调查法物探法WT-2超前钻探法ZT-24DK433+500DK434+5001000地质调查法物探法WT-1超前钻探法ZT-25DK434+500DK436+7002200地质调查法物探法WT-1超前钻探法ZT-46DK436+700DK436+900200地质调查法物探法WT-2超前钻探法ZT-47DK436+900DK439+5002600地质调查法物探法WT-1超前钻探法ZT-48DK439+500DK443+2773777地质调查法物探法WT-1超

16、前钻探法ZT-29DK443+277DK443+29215地质调查法6.1.1.3 超前地质预报类型表3 超前地质预报类型表工程类型主要手段及方法地质调查法地质调查地质调查地质素描地质素描地质作图地质作图物探法WT-1地震反射波法TSP203WT-2地震反射波法TSP203+红外探测钻探类型ZT-1加深炮眼5孔ZT-2超前钻孔2孔+加深炮眼5孔，1孔取芯ZT-4超前钻孔5孔+加深炮眼10孔备注：超前钻孔采用孔径108mm，长度2030m，搭接长度5m，加深炮眼36m。6.2.1 岩边里隧道分段预报容及方法6.2.1.1 超前地质预报段落及容1) DK445+056DK446+499段(我工程部

17、管段)共1443m主要针对隧道围岩级别变化趋势显著地段，预报围岩分级变化的具体位置。2DK443+430DK446+499段(我工程部管段)共3069m主要针对有害气体, 预报隧道中可能遇到瓦斯、天然气、二氧化硫等有害气体情况。探测开挖面前方有害气体浓度及变化情况。6.2.1.2 超前地质预报选用方法全隧采用以地质调查法为根底，并采用综合物探手段及钻孔为主进展综合超前地质预报。表4 岩边里隧道超前地质预报选用方法比照表序号里程段长度选用方法备注1DK443+430DK446+4993069地质调查法物探法WT-1超前钻探法ZT-16.2.1.3 超前地质预报类型表5 超前地质预报类型表工程类型

18、主要手段及方法地质调查法地质调查地质调查地质素描地质素描地质作图地质作图物探法WT-1地震反射波法TSP203钻探类型ZT-1加深炮眼5孔6.2 超前地质预报工作量6.2.1 黄家梁隧道工作量黄家梁隧道超前地质预报工作量如下表：表6 黄家梁隧道超前地质预报工作量工程类别工程数量1#斜井地质调查法地质调查m455地质描述m455地质作图m455超前钻探法加深炮眼m22652#斜井地质调查法地质调查m325地质描述m325地质作图m325超前钻探法加深炮眼m16203#斜井地质调查法地质调查m324地质描述m324地质作图m324超前钻探法加深炮眼m1620横洞地质调查法地质调查m371地质描述m

19、371地质作图m371超前钻探法加深炮眼m1860正洞地质调查法地质调查m11632地质描述m11632地制作图m11632超前钻探法加深炮眼m82995超前钻孔m50900物探法TPS203m11606红外探测m4006.2.3 岩边里隧道工作量岩边里隧道超前地质预报工作量如下表：表7 岩边里隧道超前地质预报工作量工程断面次数长度m加深炮眼530345TSP16069地质调查60697 超前地质预报工作流程及操作要点7.1 超前地质预报工程流程超前地质预报工作程序流程图如下：图1 超前地质预报工作程序流程图7.2 超前地质预报操作要点7.2.1 常规地质法隧道开挖爆破后通过地质素描手段，及时

20、查看掌子面地质情况，修正设计时间的地质信息，经工程地质模拟预测隧道前方小于10m的地质状况并为其它超前地质预报方法提供根底数据。进展地质素描前，先搜集隧道前期的勘察设计地质数据，初步了解区域地质和附近构造单元及其特征，以及工程围的地层岩性、围岩类别、地下水发育特征等。地质素描，应在隧道作业每一开挖循环后立即进展，观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后及时绘制开挖工作面地质素描图附表4。地质素描的具体容主要包括以下几个方面：1岩性应根据隧道说明围岩岩石的名称、颜色、矿物成分、坚硬程度等，各类岩脉也应对其岩性、出露位置、宽度、接触关系、破碎、风化程度进展描述。2构造隧道开挖段围岩

21、受地质构造影响程度、延伸性、外表粗糙度、开性、风化、破碎程度等进展描述，特别是岩体围出现的断层、节理、裂隙、软弱夹层等重点进展地质描述。断层应对其位置、产状、性质、破碎特性、宽度等一一进展观测和描述；节理裂隙，特别是贯穿性节理的产状密度、延伸情况、节理面现状等也要仔细量测和统计。使用地质罗盘仪对岩层产状要素包括岩层的走向、倾向和倾角的测量。 3地下水围岩的含水状态、涌水部位、水量、水压、水温、水质等描述并长期跟踪调查是否受季节性影响，特别是大、暴雨后观察涌水部位涌水量有无增减以及该段地表一定围是否有水源补给情况并作好记录。4围岩变形破坏情况开挖段围岩发生坍方、掉块、岩爆等现象的位置、性质、形态

22、、规模作详细记录，必要时附上工程处理措施。5有害气体及危害源存在情况有条件时使用数码相机、摄影等工程地质数据采集和编录系统，做到图文并茂。不良地质体在被揭露之前往往表现一些明显或不明显前兆标志，预示着隧洞即将临近不良地质体，因此，仔细观察、描述开挖石渣、洞壁构造面及岩层形态、量测构造面及岩层特征参数，是正确进展超前地质预报的关键。7.2.2 TSP203超前地质预报系统1超前地质预报系统TSP与超前地质钻探1孔组合：适用于在工程地质复杂地段，仅采用TSP超前地质预报系统不能满足需要时，用补充超前地质钻孔对TSP预报成果加以核查与确认。施工开场超前地质预报信息综合处理是否与设计一致按设计施工调整

23、施工方法和支护参数图2 TSP超前地质预报施工流程图2施工流程施工流程图如下所示TSP203系统在围岩较好的地段可测出前方100200m围的岩层分接口、岩层的物理性质、断层破碎带、洞穴、隐伏含水体等；围岩完整性较差时，预测围在50100m之间，需连续预报时前后两次应重叠10m以上。根据局工程部安排，此项物探方法委外，由专业探测人员现场具体操作，各作业队积极配合。原理：通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其接口处被反射，并被高精度的接收器承受。通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围

24、岩构造面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。但仪器在作业过程中对环境的要求较高，假设噪声过大那么会影响采集数据的准确性。探测方法为：钻孔：在距离掌子面50m处钻深度为1.5m的孔，布置传感器；自掌子面起，每隔1.5m钻孔一个，钻孔深度为1.5m，最后一个孔与传感器的距离大于20m。所有钻孔的高度尽可能的在同一标高在线。钻孔完毕后，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好记录。埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，去除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌。待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器

25、方向朝向掌子面。联机检查：把传感器、检波器计算机、起爆器、同步器连接起来，并检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连。测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800m围不得有机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等。装药爆破：由最里边炮孔开场，逐个依次装药联线，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在5080g左右，围岩较差时，可加大，但不能超过100g。恢复施工：爆破一完毕，马上可以恢复施工，一般停工时间在45min左右。成果分析：采用TSP203自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前

26、方围岩的物理特性，岩层分界限、软弱带、断层的位置等信息。7.2.3 红外探测1红外探测系统的原理红外探测是根据红外辐射原理，即一切物质都在向外辐射红外电磁波的原理，通过接收和分析红外辐射信号进展超前地质预报的一种物探方法。适用于定性判断探测点前方有无水体存在及其方位，不能定量给出水量大小等参数,每25m一次，一次围为30m，两次重叠长度为5m。2技术要求和工作要求：1探测时间：应选在爆破及出碴完成后进展。 2测线布置： 、全空间全方位探测地下水体时，需在拱顶、拱腰、边墙、隧底位置沿隧道轴向布置测线，测点间距一般为5m，发现异常时，应加密点距；测线布置一般自开挖工作面往洞口方向布设，长度通常为6

27、0m，不得少于50m。 、开挖工作面测线布置，一般为34条，每条测线布35个测点。 、应做好数据记录，并绘制红外探测曲线图。 、有效预报距离应在30m以，连续预报时前后两次重叠长度应大于5m。 3探测数据和曲线的分析与判定： 、探测数据和曲线的分析与判定应以地质学为根底，并结合现场的工程地质和水文地质条件； 、通过探测与施工开挖验证，总结出正常场的特点，才能分辨出异常场；、由探测数据绘制的探测曲线前，必须认真检查探测数据的可靠性；分析解释时应先确定正常场，再确定异常场，由异常场判定地下水体的存在；在分析单条曲线的同时，还应对所有探测曲线进展比照，比方两边墙探测曲线的比照、顶底探测曲线的比照，依

28、此确定隐蔽水体或含水构造相对隧道的所在空间位置； 、沿隧道轴向的红外探测曲线和开挖工作面红外探测数据最大差值应结合起来分析，在实践中不断总结经历，作出符合实际的分析判断。、红外探测预报应编制探测报告，容包括探测工作概况、地质解译结果、开挖工作面探测数据图、左右边墙及拱顶等测线的探测曲线图等7.2.4 地质钻探7.2.4.1、超前水平钻由于物理探测判释成果的多解性，需对重点疑心地段，采用多种方法探测，进展综合判释，就需用一定数量的地质钻孔验证。钻探法是最直观、可靠的超前预报手段，通过对钻孔取样的分析，判断地层变化、岩性差异、地层含水量、隧底岩溶等不良地质情况。根据需预报距离深度的远近可采用不同型

29、号的钻机，一般可探测前方深度2030m围的地质情况，连续预报时前后两循环钻孔应重叠5m左右。超前钻孔施工工艺流程图如下列图所示。图3 超前钻孔工艺流程图超前探孔在低瓦斯地段工作面上超前钻3个孔。其中1个位于上部拱顶处，另2个位于边墙部位。其中1孔取芯；高瓦斯地段预报超前钻探孔数5孔，拱顶1孔，两侧拱腰处2孔，边墙2孔。7.2.4.2、加深炮孔在施工中采用加深炮孔超前钻探，在每次开挖钻孔过程中，指定在拱顶1处，两侧拱腰各1处、两侧边墙脚各1处，共计5个辅助眼，对于黄家梁隧道高瓦斯地段DK434+500DK439+500共计10个辅助眼，孔深36m，依靠对钻进速度的变化以及钻孔地下水涌水状况、水压、水量、颜色、水质等预测前方围岩、地下水的变化。它具有设备简单、操作方便、费用低、占用隧道施工时间短的特点，因此将加深炮孔钻探作为日常的预测、预报手段；充分利用隧道超前支护、初期支护体系中长管棚、超前小导管、超前锚杆、径向锚杆的钻孔作为探测隧道前方、环向四周围岩状况的辅助手段，依靠对钻孔速度变化的直觉以及钻孔地下水涌水状况、水压、水量、颜色、水质等预测前方围岩、地下水的变化。在综合地质超前预报中的各种方法中，TSP203及红外探测作业快，测距长，干扰相对少，可以与多种预测法结合应用，但精度不高，解释难度大，适于作长距离预测