1超前地质预报作业指导书.docx

1、1超前地质预报作业指导书超前地质预报作业指导书1.适用范围1.1编制目的为了使隧道超前地质预报作业能够顺利有序的进行，确保隧道超前地质预报作业质量符合设计及客货共线铁路施工技术标准的要求，特编制此开挖作业指导书，以规范隧道超前地质预报作业人员行为，指导工程施工的顺利进行。1.2适用范围适用于怀邵衡铁路隧道超前地质预报作业。2.作业准备施工前应充分掌握隧道设计图纸及相关文件内容，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。并及时与现场进行核对，以确定合适的超前地质预报方法并配备相应机具设备。将隧道超前地质预报工作纳入正常的施工工序管理，建立完善的信息收集和信息反馈系统。3.技术要求

2、3.1技术指标地层岩性预报，特别是针对软弱夹层、破碎地层及特殊岩土的预测预报。地质构造预报，特别是针对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。不良地质预报，特别是针对瓦斯等发育情况的预测预报。地下水预测预报，特别是针对富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。3.2技术标准探明断层的性质、产状、富水情况、在隧道中的分布位置、断层破碎带的规模、物质组成等，并分析其对隧道的危害程度。可能存在瓦斯(页岩气)聚集地段需测定瓦斯含量、瓦斯压力、涌出量、瓦斯放散初速度等，评价隧道瓦斯严重程度及对工程的影响，提出技术措施建议等。4. 施工程序与实施流程施工程序与

3、实施流程详见“图4-1”和“图4-2”。图4-1 隧道超前地质预报工作程序框图超前地质预报实施流程见下图图4-2超前地质预报实施流程图5.施工要求5.1施工准备（1）根据施工图设计要求及现场实际情况做好超前地质预报作业技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训。（2）准备好各种施工机械和监测仪器，配备相应的专业人员。（3）监测之前对仪器进行检查，确保能正常运行。（4）准备好预测使用的各种材料。（5）将隧道超前地质预报工作纳入正常的施工工序管理，建立完善的信息收集和信息反馈系统。5.2施工工艺隧道超前地质预报常采用的方法有：地质调查法、地质素描、超前钻探法、加深炮孔、地质雷达、地震波反射法、红外

4、探水和超前导坑预报法。5.2.1隧道地质灾害分级（1）根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级，详细影响因素见表5-1。A级：存在重大地质灾害的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，大型、特大型涌水涌泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯灾害严重的地段以及人为坑洞等。B级：主要针对中、小型涌水涌泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。C级：主要针对水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段，发生涌水涌泥的可能性较小。D级：非可溶岩地段、小型断层破碎带，发生涌水涌泥的可能性极小。（2）超前地质预报坚

5、持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、地球物理方法与超前水平钻探相结合，辅助导坑与主洞探测相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，分级预报，并贯穿于施工全过程。分级预报方式A级预报：采用地质素描、地震反射波法（TSP、TGP等）、地质雷达、超前水平钻探、加深炮孔等手段综合预测。首先以长距离地震反射波法进行预测，同时中长距离的超前钻探探查和短距离的雷达探测，每一个开挖循环，都进行加深炮孔探测。B级预报:采用地质素描，地震反射波法，辅以地质雷达，进行必要的单孔超前水平钻和加深炮孔探测。当发现局部地段较复杂时，则按A级要求实施。C级预报：以地质素描为

6、主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常可采用地震反射波法进行探明，必要时单孔超前钻探。D 级预报：采用地质素描、辅以加深炮孔。表5-1综合超前地质预报工作分级影响因素施工地质分级ABCD复杂较复杂中等复杂简单地质复杂程度(含物探异常)岩溶发育程度极强，厚层块状灰岩，大型溶洞、暗河，岩溶密度每平方公里15个，最大泉流量50L/s，钻孔岩溶率10%。强烈，中厚层灰岩夹白云岩，地表溶洞落水洞密集、地下以管道水为主，岩溶密度每平方公里515个，最大泉流量1050L/s，钻孔岩溶率510%。中等，中薄层灰岩，地表出现 溶洞，岩溶密度每平方公里15个，最大泉流量510L/s，钻孔岩溶率25%。微弱，不

7、纯灰岩与碎屑岩互层，地表地下以溶隙为主，最大泉流量5L/s，钻孔岩溶率2%。涌水涌泥程度特大（日出水10万t以上）、大型突水（日出水110万t） 、突泥，高水压。中小型突水（日出水10001万t）、突泥。小型涌水（日出水1001000 t）、涌泥。日出水小于100 t涌突水可能性极小。断层稳定程度大型断层破碎带、自稳能力差、富水，可能引起大型失稳坍塌。中型断层带，软弱，中弱富水，可能引起中型坍塌。中小型断层，弱富水，可能引起小型坍塌。中小型断层，无水，掉块。地应力影响程度高应力，严重岩爆（拉森斯判据0.083，即岩石点荷载强度与围岩最大切向应力的比值），大变形。高应力，中等岩爆（拉森斯判据0.

8、0830.15），中弱变形。弱岩爆（拉森斯判据0.150.20），轻微变形。无岩爆（拉森斯判据0.20），无变形。瓦斯影响程度瓦斯突出：煤的破坏类型为（强烈破坏煤）、（粉碎煤）、（全粉煤）类，瓦斯放散初速度10，煤的坚固系数0.5，瓦斯压力0.74Mpa 。高瓦斯：全工区的瓦斯涌出量0.5m3/min 。低瓦斯：全工区的瓦斯涌出量0.5m3/min。无。(地质因素)对隧道施工影响程度危及施工安全，可能造成重大安全事故。存在安全隐患。可能存在安全问题。局部可能存在安全问题。诱发环境问题的程度可能造成重大环境灾害。施工、防治不当，可能诱发一般环境问题。特殊情况下可能出现一般环境问题。无。5.2.2

9、超前地质预报方案5.2.2.1.一般要求(1)严格按照超前地质预报方案实施，科学组织，正确处理施工进度与超前预报工作的关系。当施工进度与超前预报发生矛盾时，施工必须为超前预报让路，以避免盲目施工，确保超前预报实施，并起到指导施工的作用。(2)超前预报人员应能正确使用物探仪器设备，并具备判译、预报能力。(3)参与超前预报工作的单位应按要求配备预测预报人员与超前探测仪器设备。(4)开展物探预报方法时，各架子队应予以配合，提供条件。(5)当发现具有涌（突）水、涌（突）泥（砂），等大型地质灾害时，参建各方应及时共同研究分析、提出处理方案及措施意见。5.2.2.2不同地质灾害分级的超前预报方案超前地质预

10、报工作应作为一道工序纳入施工组织设计中。在岩溶隧道地质预报工作中，应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探的结合、地质方法与物探方法的结合、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、多手段的综合超前地质预报，并贯穿整个施工过程。根据不同的地质灾害分级，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。(1)A级：地质条件复杂地段的超前地质预报方案1)地震反射波法、掌子面地质雷达应贯通地质条件复杂地段；2)1孔超前钻探应贯通地质条件复杂地段；3)每循环（开挖长度2m内）58孔加深炮孔（岩溶地段应加密，间距不大于2m）；4)进行不间断的水量、水压、降雨量监测；5)受煤层

11、或储气构造影响时，进行不间断的瓦斯监测；6)每循环进行地质素描；7)根据超前地质预报的地层岩性、物探异常、岩溶、水量与水压等地质条件变化，及时调整地质复杂程度分级和预报方案；并按建设单位管理办法办理相关手续。(2) B级：地质条件较复杂地段的超前地质预报方案1)地震反射波法应贯通地质条件较复杂地段；2)异常地段（如：地面物探和洞内地震反射波法物探异常地段、可能存在断层地段、可溶岩与碎屑岩接触部位、水量或水压异常地段）进行掌子面地质雷达探测；3)1孔超前钻探贯通地质条件较复杂地段；4)每循环（开挖长度2m内）5孔加深炮孔；5)进行不间断的水量、水压、降雨量监测；6)受煤层或储气构造影响时，进行不

12、间断的瓦斯监测；7)每循环进行地质素描；8)根据超前地质预报的地层岩性、物探异常、岩溶、水量与水压等地质条件变化，及时调整地质复杂程度分级和预报方案；并按建设单位管理办法办理相关手续。(3) C级：地质条件中等复杂地段的超前地质预报方案1)地震反射波法应贯通地质条件中等复杂地段；2)异常地段（如：地面物探和洞内地震反射波法物探异常地段、可能存在断层地段、可溶岩与碎屑岩接触部位、水量或水压异常地段等）进行掌子面地质雷达探测；3)1孔超前钻探贯通地质条件中等地段；4)每循环（开挖长度2m内）3孔加深炮孔；5)进行水量、水压、降雨量的适时监测；6)受煤层或储气构造影响时，进行不间断的瓦斯监测；7)地

13、质条件相同地段，每30m进行一次地质素描；地质条件变化地段（如：地层岩性变化、结构面产状变化、断层等）每循环进行一次地质素描；8)根据超前地质预报的地层岩性、物探异常、岩溶、水量与水压等地质条件变化，及时调整地质复杂程度分级和预报方案；并按建设单位管理办法办理相关手续。(4)D级：地质条件简单地段的超前地质预报方案1)地震反射波法选择在可能存在断层、节理密集带地段；2)每循环1孔加深炮孔；3)必要时进行水量、水压、降雨量的监测；4)地质条件相同地段，每50m进行一次地质素描；地质条件变化地段（如：地层岩性变化、结构面产状变化、断层等）每循环进行一次地质素描；5)根据超前地质预报的地层岩性、物探

14、异常、岩溶、水量等地质条件变化，及时调整地质复杂程度分级和预报方案；并按建设单位管理办法办理相关手续。5.2.3超前地质预报的内容和方法超前地质预报的目的是根据隧道围岩地质复杂程度分级，采用一定的预报技术手段（地质素描、地质雷达、地震反射波法、加深炮孔、超前地质钻探）来确定隧道施工掌子面前方及周围可能发生突（涌）水（泥）、塌方、掉块、冒顶、放射性等地质灾害风险源的位置、规模、性质、发育特征、强度、影响范围等；对于岩溶隧道，还应对底板的岩溶发育情况以及岩溶水的赋存规模以及压力进行预测。根据预测与预报的结果，建立灾害应急处理方案与薄弱地段的施工方案，为隧道工程施工方案的制订与风险防范提供动态可靠的

15、依据，确保隧道施工地质风险安全可控。超前地质预报工作内容包括：超前地质预报；施工围岩分级及稳定性评价；灾害评估及防治工程措施建议3项内容。5.2.3.1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。其工作分为既有资料收集；地质调查；洞内外水文调查；监测测试；超前地质预测；综合超前预报和成灾警报等五项任务。(1)既有资料收集既有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)地质调查：超前地质预报最基础的工作，其主要内容包括：1)地质观察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。断层断层性质

16、、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，是地质观察的重点。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。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)洞内外水文调查洞内水文调查涌水点(处)调查a.空间：层位、构造部位、洞围分布，含水体分布；b.时间：点(处)间的时效关系；c.制约：制约因素、补给来源、途径、连通关系。涌水量预测：a.实用量测：反映瞬时特征和短期变化特征；b.长期观测：反映长期变化特征和

17、动态特征；c.涌水量预测；水质水压测试：包括水压、水温、水色、含泥沙量测定；危害评估图5-1 水压监测孔示意图洞外水文调查气象观测。重要排泄点、径流点长期观测；相关岩溶水文地质及环境水文地质调查a.调绘：相关岩溶水文调绘、地表坍方、变形调查；b.试验：同位素、示踪等；c.水质。4)超前地质预测预测方法超前物探预测法：包括地震反射波法、地质雷达；超前钻孔预测法：包括超前水平钻孔、加深炮孔。预测有效距离a. 长距离超前地质预测：其预报距离为100150m。以地震反射波法为主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1530m以内。是在长距离超前地质预报的基础上，以地质雷达、5

18、8孔5m加深炮孔和30m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。c.中长距离超前预测：其预报距离为30100m，是在长距离超前地质预测的基础上，针对较大物探异常，以30100m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。5)综合超前预报和成灾警报综合超前预报内容a.地层、完整性及含水情况；b.断层及富水情况；c.大型岩溶及富水情况；d.暗河。超前地质灾害警报内容a.大型塌方；b.涌水涌泥；预报灾害警报方法a.资料综合分析法；b.不良地质前兆预测法；c.地质灾害发生可能性判断法。5.2.3.2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。施工围岩分

19、级，根据地质调查和物探预报资料确定岩石坚硬程度、完整性，并根据岩体含水情况划分施工阶段围岩分级。围岩稳定性评价：根据施工围岩分级、掌子面稳定状态，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。5.2.3.3灾害评估、防治工程措施建议灾害评估内容：包括超前地质预报、围岩稳定性评价和隧底岩溶探查所反映的大型坍方、涌水涌泥、软岩变形、围岩稳定性、隧底岩溶坍塌等方面。灾害评估方法：参照表5-1地质灾害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。防治工程措施建议：以设计资料为基础

20、，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。5.3超前地质预报方法及测试技术要求5.3.1地质素描(1)工作要求1)按照地质素描的内容和现场记录格式、每次循环开挖后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。(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，并作出相应的隧道纵断面图、表。3)及时整理标本。4)提交的图表：洞内展示图（必要时做）；掌子面素描图；水点调查表

21、（岩溶隧道）；重大涌水点（段），涌水-降雨时间曲线图；岩样、水样试验成果。5.3.2水文地质观测(1)地表水文地质观测1)水文地质观测内容选点原则:对隧道施工可能会产生突水影响的地下暗河、隧道施工可能会引发地下水疏干的生活泉点，以及观察地下水水位变化的深孔进行长期监测。观测项目:主要监测项目为地下水的流量、水位、水质，河流的渗漏，配以气象的观测。2)观测技术要求气象观测：气象点设立：应选择隧道中部的山岭地带，场地要开阔。观测要素：天气状况（晴、阴、雨、雪）、气温（）、降雨量（mm）。观测时间：每日定时观测，遇到特殊天气，如大雨、暴雨、暴雪等，需作备注，记录其发生时间、持续时间及持续时间内的降雨

22、量。自动观测，日雨量计算以每日上午8时为日分界；人工观测，需每日上午8时、晚8时各观测一次。岩溶地下水观测：观测点设置：必须在观测点构筑固定围堰，围堰要牢固，能抵挡最大洪水侵袭；堰口采用矩形或等边直角三角形，堰口前能跌水、后有积水。观测要素：根据排泄点的特点，确定其观测要素，流量、水位、水温、水质（主要是混浊度）、天气状况、气温等基本项目必须观测，另特殊天气，如大雨、暴雨、暴雪等需作备注，记录其发生时间和持续时间；深孔只观测水位。观测时间：枯季晴好天气时，宜3天观测一次；平时降雨前至降雨后及雨季（59月份）应每天观测一次；如发现隧道施工引起地下水变化，必须每天进行观测；观测时间每日早晨8时。水

23、质一般取样作简分析，每季度一次，取样时间为每季度中间一个月的中旬15日；如隧道施工引起水质变化，应加密取样作污染分析。加密观测：隧道施工引起地下水明显变化的地下水点应进行加密观测，观测时间应每天观测一次，特殊情况下应早晚各观测一次，观测时间早6时和晚6时。3)资料要求：观测延续时间应到隧道施工结束。所有的观测点必须建立技术档案：气象点记录观测点地理位置、标高及观测仪器型号；地下水点记录观测点的地质素描图、围堰构筑物尺寸（应附图及照片）及观测仪器精度。应不定期地进行观测仪器及观测记录的检查，及时排除不合理的因素；对观测资料应及时按项目与时间的关系整理成图表，并结合隧道施工情况进行综合分析。按月进

24、行资料整理，一个水文年后提供完整资料一套，包括观测点技术档案、原始记录、资料图表及分析评价报告等。5.3.3超前水平钻探超前地质钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法。超前地质钻孔法适用于各种地质条件下的隧道超前地质预报，在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育期、重大物探异常区等地质条件复杂地段必须采用。(1) 根据需要采取16孔超前水平钻探，其位置一般按图布置。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，掌子面下部两边的超前钻孔应有一定的俯角和水平偏角。如下图所示6-3-1图6-3-1 超前地质预报布点图(2

25、)每个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。(5)超前水平钻探资料应现场记录描述。(6)采用少量5米炮眼钻进预测掌子面前方地层和地下水。(7)超前钻探施工方法主要采用冲击钻和回转取芯钻，二者应合理搭配适用，提高预报准确率和钻探速度，减少占用开挖时间。一般地段采用冲击钻：冲击钻不能取芯，但可通过冲击器的响声、钻速及其变化、岩粉、卡钻情况、钻杆振动情况、冲洗液的颜色及流量变化等粗略探明岩性、岩石强度、岩体完整程度、溶洞、暗河及地下水发育情况等。复杂地质地段采用回转取芯钻：

26、回转取芯钻岩芯鉴定准确可靠，地层变化里程可准确确定，一般只在特殊地层、特殊目的地段、需要精确判定的情况下使用。比如煤层取芯及试验、溶洞及断层破碎带物质成分的鉴定、岩土强度试验取芯等。(8)超前地质钻探的工作要求A.实施超前地质钻探的人员应经过技术培训和考核，经考核合格后方可上岗。B.钻探前地质技术人员应进行技术、质量交底。C.超前钻探过程应在现场做好钻探记录，包括钻孔位置、开终孔时间、孔深、钻进压力、钻进速度随深度变化情况、冲洗液颜色和流量变化、涌砂、空洞、振动、卡钻位置、突进里程、冲击器声音的变化等。D.钻探过程中应及时鉴定岩芯、岩粉、判定岩石名称，对于断层带、溶洞充填物、煤层、代表性岩土等

27、应拍摄照片备查，并选择代表性岩芯整理保存。E.在富水地段钻探时必须采取防突措施；测钻孔内水压时，需安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，压力表读数稳定一段时间后可测得水压。F.加强钻进设备的维修与保养，强化协调和管理，各方应积极配合，减少和缩短施钻时间。钻孔质量控制要素A.采用系统的钻探程序：测量布孔设备就位对正孔位开孔、安装孔口管成孔验收；B.控制钻进方向：加强钻机定位，选取刚度高的钻杆，合理调整钻孔仰俯角控制下沉量；C.准确鉴定岩性及其分布位置。5.3.4加深炮孔加深炮孔每排炮根据要求设310个加深炮孔，长度5m，特殊地段适当增加，主要布置在掌子面周边，并以3040外插角实施，以预测掌

28、子面前方地层和地下水。加深炮孔探测应符合下列要求：孔深应较爆破孔（或循环进尺）深3m以上；孔径宜与爆破孔相同；孔数、孔位应根据安全岩盘厚度、隧道开挖断面尺寸、每循环开挖进尺以及地质复杂程度确定；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；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；加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施；揭示异常情况的钻孔资料应作为技术资料保存。5.3.5物探法超前地质预报的物探方法主要为地震反射波法、地质雷达法。(1) 地震反射波法1)预报距离a.在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般

29、每次预报距离应为100m左右，不宜超过150m；b.在岩体完整的硬质岩地层每次可预报120180m，但不宜超过200m。c.地震波反射法连续预报时，前后两次预报区段重叠长度不应少于10m。2)地震波反射法仪器要求：仪器可以考虑采用TGP、TSP，单点反射法可采用一般工程地震仪，使用的仪器必须达到出厂规定的技术指标；仪器的记录长度应能够满足预报距离的要求；仪器的采样间隔设置应在30ms250ms间具有多档选择，以适应不同隧道围岩探测的要求，一般硬岩宜采用小的采样间隔，软岩采用稍大的采样间隔；仪器的接收装置应具有高灵敏度的响应特性，对于三份量接收装置具有良好的指向性；仪器与配套设备应具有防震、防尘

30、、防潮功能，适应山区运输和隧道环境下使用；仪器的存储介质在隧道内外温差较大的条件下应具有防结雾功能，防止数据的丢失；仪器采集时不宜选择使用滤波档，因特殊需要使用滤波档时，不应造成有效波记录的畸变，并应有对比记录；在煤系地层探测时，应采用煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管，必须采用电力起爆。3)施工顺序TSP地震波法的施工顺序为：测量布孔钻孔安装套管装填炸药仪器安装与测试放炮、数据采集4)质量控制要素a.接收器和炮点位置应在同一平面和高度上；b.采用合适的雷管、装药量和炮点位置；c.控制信号波形，尽量降低噪音干扰；图5-3 TSP超前预报测线示意图d.对记录质量不合格的炮，应重新装药补炮，接收和记录合格的地震道。e.反射波记录的质量是数据处理和获得高质量预报成果的基础，原始反射波记录必须满足下列要求：反射波原始记录包括仪器检查记录、试验记录、质量检查记录、生产记录、班报表等；记录首波（即由震源产生的直达波）中纵波与横波的同相轴应具有清晰分离的特征，应依据记录上的同相轴判断纵波与横波的速度，干扰背景不应影响初至波时间的读取和波形的对比；采集反射波记录时，应满足激发与接收同步进行的条件，