大岐山隧道地质超前预报实施细则.docx

1、大岐山隧道地质超前预报实施细则中铁十四局贵广铁路GGTJ-9标指挥部第一项目部地质超前预报实施细则 编制： 审核： 审批： 中铁十四局贵广铁路GGTJ-9标指挥部第一项目部二0 0九年四月目 录1编制目的 12适用范围 13编制依据 14主要设计标准及隧道工程地质概况 24.1主要技术标准 24.2隧道地质概况 25综合地质超前预报的工作思路和技术手段概述 35.1隧道所在地区地质分析与宏观预报 45.2隧道洞身不良地质体地质超前预报技术 56大岐山隧道地质超前预报程序 157大岐山隧道地质超前预报组织机构和职责 167.1组织机构和人员配置 167.2分工及职责 178拟投入本项目仪器设备

2、189各种预报方法的运用范围及工作量 189.1隧道所在区地质分析技术 189.2 TSP隧道地震预报技术 189.3断层影响带特征预报隧道断层技术 199.4瞬变电磁法探测地下水技术 199.5地质雷达探测技术 199.6红外探测技术 199.7声波探测技术 199.8地质跟踪技术 209.9超前钻探 2010隧道超前地质预报资料提交 20大岐山隧道地质超前预报实施细则1编制目的响应贵广公司“六位一体”贵广铁路隧道超前地质预报管理实施办法规定，编制本办法。隧道超前地质预报是保证隧道施工安全、优化工程设计、实现施工信息化的重要基础。通过超前地质预报工作，可以进一步查清因前期地质勘察工作的局限而

3、难以探查的、隐伏的重大地质问题，及时掌握和反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、制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据。抓好隧道超前地质预报工作，可以预防各类突发性地质灾害，降低地质灾害发生机率，有效规避工程建设风险，实现铁路工程质量、安全、工期、环境和投资控制目标。为确保隧道施工安全质量，根据设计提供的工程及水文地质资料，结合地质超前预报，进行分析研究，制定完整的实施细则。做好技术、物质、机械设备的储备，避免地质灾害的发生，使之全过程、有效实施检测，达到指导施工、遏制预测地质灾害、实现施工设计及施工规范的要求及工期目标 ，特制订本实施细则。2适用

4、范围本细则适用于GGTJ-9标大岐山隧道。3编制依据铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105号）铁路隧道工程施工质量验收暂行标准铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南铁路隧道喷锚构筑法技术规范铁路隧道施工规范铁路隧道工程质量检验评定标准新建铁路贵阳至广州线贺州到广州段（站前工程）GGTJ-9标大岐山隧道地质超前预报工作方案GGTJ-9标大岐山隧道设计图及相关要求4主要设计标准及隧道工程地质概况4.1主要技术标准序号项 目技 术 标 准1铁路等级级2正线数目双 线3旅客列车设计行车速度200km/h，预留提速条件4最小曲线半径3500m，枢纽加速地段根据设计行车速度梯级变化5限制坡度96牵引

5、种类电力7牵引质量不大于4000吨8闭塞类型自动闭塞9建筑限界满足开行双层集装箱列车运输要求4.2隧道地质概况大岐山隧道地处低山区，地层主要为古生界砂岩、页岩、燕山期花岗岩，偶见灰岩薄层。山坡覆盖层厚24m，古生界砂岩、页岩岩体较破碎，花岗岩风化壳浑厚。该段地形陡峻，隧道围岩以级为主，局部穿越灰岩夹层段可能涌水涌泥，施工时加强防护。大岐山隧道的断层为大湾启运南水村区域性大断裂的次级构造影响区，隧道穿越多条断层（四条断层及六条次级断层），工程地质条件较差，隧道存在断层、突泥涌水、软岩大变形等不良地质条件，部分断层破碎影响带较宽。沿线地表水系发达，大气降水丰富，补给充足。全线地下水类型有岩溶水（主

6、要蕴藏于溶蚀裂隙、溶腔及管道）、裂隙水（主要分布于节理、裂隙发育的基岩中）和孔隙水（松散岩类孔隙水，多为孔隙潜水）。局部地下水具有弱侵蚀性。本隧道主要风险为：大岐山隧道进出口段均为浅埋偏压段，洞口处裂隙发育、埋深浅、地质较差，容易发生洞顶坍塌等灾害。本隧道穿越F1、F2、F3、F4四条断层及六条次级断层，工程地质条件较差，隧道存在断层、突泥涌水、软岩大变形等不良地质条件，部分断层破碎影响带较宽。断层带内岩体破碎，裂隙发育，胶结性差，富水性强，易引起涌水、涌泥、洞顶坍塌等灾害。隧道地质风险概述：大岐山隧道存在产生塌方、突泥、突水、大变形等不良地质条件。上述地质问题将严重影响隧道的施工进度和安全，

7、开展综合地质超前预报工作，借以指导隧道合理安排工期，对不良地质体提前采取工作措施等，显得尤为重要。5综合地质超前预报的工作思路和技术手段概述地质超前预报对隧道施工有重要作用已成为工程管理人员和技术人员的共识，其已被列为隧道施工的重要工序。但目前对各种预报方法的认识不一致，有的技术人员重视地质方法的作用，有的技术人员重视物探的作用，有的管理和技术人员因一次预报结果的不理想干脆什么方法也不相信，靠侥幸盲目施工。造成这一现象的原因有二：一是没有认识到地质现象的复杂性和其运动的客观规律，不能从全局把握问题，只能就事论事；二是没有认识到预报方法的阶段性，以及各预报阶段不同预报方法的相互关系。针对地质超前

8、预报工作的特点和目前常用方法的局限性，根据大岐山隧道的工程地质和水文地质条件，课题组制定了一套综合地质超前预报方法。其主要包括隧道所在地区地质分析与宏观预报、隧道洞身不良地质体地质超前预报等两部分。5.1隧道所在地区地质分析与宏观预报隧道所在地区不良地质宏观预报，是以深入的地面地质调查为基础，通过区域不良地质分析方法，宏观预报洞体施工可能遇到的不良地质类型、规模、大约位置和方向，宏观预报施工地质灾害的类型和发生的可能性。只有在宏观预报结果的指导下，才能更准确、更有效地实施洞体不良体地质超前预报和施工地质灾害监测、判断等后续预报工作。所以，宏观预报是施工地质灾害超前预报不可或缺的第一道工序。宏观

9、预报主要包括以下几个方面的内容：(1)深入的隧道地面地质调查技术它是区域不良地质分析的基础，当然，也是宏观预报的基础。主要包括：地层地质调查、地质构造调查、岩浆岩侵入体调查、岩溶地质调查、煤系地层调查和水文地质调查等技术。(2)隧道区域地质条件分析技术它是隧道所在地区不良地质宏观预报的依据。因为大多数隧道不良地质体本身就是区域地层、地质构造或岩溶地质体的一部分。主要包括：地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析，溶洞、暗河、岩溶陷落柱和岩溶淤泥带成生条件和展布规律分析，侵蚀基准面调查和分析，煤系地层中的煤层、采空区和瓦斯地质分析等

10、等。5.2隧道洞身不良地质体地质超前预报技术隧道施工地质灾害的发生与不良地质体的存在和施工辅助工法不当密切相关，但是不良地质体的存在是发生事故的先决条件。所以，超前预报施工地质灾害，首先要进行隧道不良地质体的超前预报。目前常用的隧道洞身不良地质体超前预报主要有长期(长距离)和短期(短距离)预报两种形式。长距离预报精度低，但费用低；短距离预报费工费时，但精度高。为了提高预报精度，同时降低预报费用，本课题拟采用长期预报和短期预报相结合的预报形式。即首先采用长期预报预测前方相当长度范围内的地质情况，如果发现异常，在施工进行至异常范围时采用短期预报方法进行精确预报。5.2.1长期地质超前预报长期地质超

11、前预报的预报距离为掌子面前方100150m以上。对于隧道不良地质体的长期地质超前预报来说，国内外主要采用地质分析技术，物探方法中的TSP（地震勘探技术），瞬变电磁技术（TEM），浅层地震仪等仪器探测技术来进行。为了保证预测精度，本课题采用TSP探测解译技术、瞬变电磁法探测技术、断层影响带特征预报隧道断层技术和地面地质体投射法及其超前预报技术四种长期地质超前预报技术，并将四种预报技术紧密结合，相互验证，形成高精度、高质量的综合长期地质超前预报技术。（1）主要技术手段TSP探测解译技术TSP203是由瑞士安伯格公司开发生产的、当前国内外先进的隧道长期地质超前预报设备，也是地质超前预报最重要的技术手

12、段之一。其基本原理是：首先，在隧道内，人工制造一系列有规则排列的轻微震源；震源发出的地震波遇到地层界面、节理面、特别是断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等不良地质界面时，将产生反射波，它的传播速度、延迟时间、波形、振幅和相位等均与相关界面的性质和产状密切相关，并通过不同数据表现出来；通过设备设置的震源反射波的数据采集系统，将数据存入带有特制软件的电脑，经过电脑进行复杂数学计算后，最后形成反映相关界面或地质体反射能量的图件，供技术人员解译。该设备主要用于超前预报隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模，最大探测距离约为掌子面前方100150m（具体由地质条件、震源能量等决定）。TSP探测

13、解译的关键技术是成果图的解译技术，不同解译水平的人员，预报的精度可以相差很大。断层影响带特征预报隧道断层技术在断层影响带中，有一组特殊的节理，称为11节理（图4）。它的产状与断层产状一致或相近。它的分布范围很宽，其始见点离断层图4 某隧道F5断层上盘11节理分布图很远。它常常集中成带分布，一般可出现34个集中带；各带的节理强度和密度不同，总的趋势是向着断层方向增加。其第带和第带始见点到达主断层面的法向距离（B和B），以及第带和第带始见点之间的法向距离（B-B）均与断层地层断距（N）有一定的数学联系；其第带和第带始见点到达主断层面的单壁隧道宽度（B和B），以及第带和第带始见点之间的单壁隧道宽度（

14、B）与断层破碎带的单壁隧道宽度（B碎）也有固定比例关系；它们作为断层影响带内的几个参数，可以用数学公式来表达彼此之间的函数关系。上述断层影响带中的11节理分布特征，及其这种特征基本不受地域和岩石、岩层组成影响的优点，是应用断层参数法预报隧道断层的理论基础。由于，隧道中的大多数不良地质（如溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等）与断层破碎带有密切的关系，所以，预报了断层破碎带，依据地质学原理，就可以推断其它不良地质体的位置和规模。断层影响带特征预报隧道断层的关键技术是11节理的识别。主要包括：能在纷杂的节理中区别出哪些属于11节理（小断层），哪些不是；区别哪些是与预报断层相关的11节理（小断层），哪些

15、属于其它断层相关的11节理（小断层）。图5所示。地面地质体投射法及其超前预报技术这是在地表准确鉴别不良地质体性质、位置、规模和岩体质量，和精确测量不良地质体产状的基础上，应用地面地质界面和地质体透射公式进行地质超前预报的技术。关键技术是在地表准确鉴别不良地质体性质、位置、规模和岩体质量的野外工作基本功。地表地质界面和地质体投射公式：1 在水平比例尺与垂直比例尺相同条件下，投射角与真倾角转化公式tan= tan sin在水平比例尺为1：5000、垂直比例尺为1：2000条件下，投射角与投射角的转化公式：tan= tan5000/2000地表地质体投射公式l=L h /sinsin公式中，和代表地

16、质界面投射角，代表真倾角，代表地质界面走向与隧道方位夹角，l代表地质体投射到隧道轴线上的水平距，L代表地质体的两个地质界面与隧道轴线交点之间的水平距，h代表两个地表地质界线与隧道轴线交点之间的高程差。瞬变电磁法探测地下水技术瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发射一次脉冲电磁场，当发射回线中的电流突然断开后，地球介质中将激励起二次涡流场以维持在断开电流以前产生的磁场。二次涡流场的大小及衰减特性与周围介质的电性分布有关，在一次场的间歇观测二次场随时间的变化特征，经过处理后可以了解地下介质的电性、规模和产状等，从而达到探测目标体的目的。瞬变电磁法探测地下水的关键技术是：一是采用合适的观测方式；二是丰富

17、的解译经验。（2）综合长期地质超前预报新技术解决的问题和达到的技术指标若将地质方法与地球物理方法相结合，或两种以上地球物理方法相结合，如TSP探测解译或瞬变电磁技术与地质方法相结合，实施综合长期地质超前预报，可以达到如下目的：能够解决的技术问题能够探测和解译掌子面前方存在的断层、特殊软岩、富水岩层和强风化的侵入体。还可以探测和解译掌子面前方存在的构造溶洞、暗河、岩溶陷落柱和淤泥带等不良地质体。主要是查明上述不良地质的位置和规模，也可以概略地判断不良地质体的围岩级别（围岩级别的准确判断，尚须跟踪地质工作中的围岩评价才能真正做到）。可以达到的技术指标有效预报距离可达掌子面前方100150m。对不良

18、地质性质的判断，精度一般可达到基本正确。对不良地质位置的判断，精度一般可达以上70%以上。对不良地质规模的判断，精度一般可达7075%以上。5.2.2短期地质超前预报短期地质超前预报是在长期地质超前预报的基础上进行的，预报距离为掌子面前方1530m。对于短期地质超前预报来说，我们主要采用地质雷达探测、红外探测、跨孔声波探测或声波CT、掌子面编录预测法（地质素描法）和不良地质前兆预测法及超前钻探技术。（1）主要技术手段地质雷达探测法地质雷达属于电磁波物探技术。电磁波通过天线向地下发射，遇到不同阻抗界面时，将产生反射波和透射波。接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，

19、主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析。关键技术仍是成果的解译技术。红外探水a 红外探水原理自然界中任何介质都因其分子的振动和转动每时每刻都在向外辐射红外电磁波，从而形成红外辐射场，而地质体向外辐射的红外电磁场必然会把地质体内的地质信息以场的变化的形式表现出来。当隧道外围介质正常时，沿隧道走向，按一定间距分别对四壁逐点进行探测时，此时所获得的探测曲线是略有起伏且平行于坐标横轴的曲线，此探测曲线称为红外正常场。其物理意义是表示隧道外围没有灾害源。当隧道外围某一空间存在灾害源时（含水裂隙、含水构造和含水体），灾害源自身的红外辐射场就要叠加在正常

20、场上，使获得的探测曲线上某一段发生畸变，其畸变段称为红外异常场，由于到场源的距离不同，畸变后的场强亦不同。其物理意义是隧道外围存在灾害源。b 红外探测在隧道工程中能解决的问题由于灾害源和其相应灾害场的存在，通过探测曲线的变化可探测出掌子面前方灾害源的存在，如含水断层及其破碎带，含水或含泥的溶洞、含水的岩溶陷落柱等。能探测出隧道底部和拱顶以外范围的隐伏水体和含水构造，避免因卸压造成地下水突出，引发灾害。能探测隧道侧壁外围的含水构造，避免在施工期间和使用期间造成灾害事故。声波跨孔测试和声波CT层析技术该技术充分利用加长炮孔或超前钻孔进行跨孔声波探测，获取掌子面前方岩体间的Vp-L曲线，探测掌子面前

21、方岩体中的软弱夹层、裂隙和断层的范围，特别是探测岩溶管道的存在与否及其展布范围，并对其成灾可能性进行超前预报。掌子面编录预测法又称地质素描法，属于短距离地质预报方法。a 岩层岩性和层位预测法其基本原理是：在掌子面和隧道两壁出露的岩层与地表某段岩层证为同一和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预报掌子面前方将要出现的岩层。关键技术是证为同一和确认标志层。b 地质体延伸预测法基本原理是：在长期地质超前预报得出的不良地质体厚度的基础上，依据掌子面已揭露的不良地质体的产状和单壁始见的位置，经过一系列的三角函数运算，求得条带状不良地质体在隧道掌子面前方消失的位置。关键技术是正确的三角函数运算。不良地质前

22、兆预测法其基本原理是：在隧道掘进过程中，在出现断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱和洞穴淤泥带之前，一般都会出现各自的明显或不明显的前兆标志；这些标志的出现，常常预示前述不良地质体已经临近了。因此，不良地质前兆预测法，一方面有助于掌子面前方不良地质体性质的鉴别，更有助于对不良地质体临近的判断。钻探技术超前钻探是地质超前预报技术体系主要组成部分，占有重要的地位，具有不可替代的作用。特别是在岩溶隧道的地质超前预报中，更起到突出的作用。超前钻探一般在隧道洞身长期、短期地质超前预报的基础上进行，侧重长期、短期地质超前预报已经基本认定的主要不良地质区段；除非特殊情况，一般不宜全隧道连续进行。总体上，超前钻

23、探分为长距离（80m）、中距离（4060m）和短距离（1530m）三种形式；分为取芯和不取芯两种类型。超前钻探的布孔数量，视不良地质的性质和可能发生施工地质灾害的严重程度来决定。对于较大的断层破碎带，布置1孔至多23孔即可达到目的；对于溶洞、暗河或岩溶淤泥带等可能突水区段，则以布置5孔为宜。布孔的位置，则主要依据长期、短期地质超前预报的结论来确定。特别值得说明的是：为充分利用钻孔信息，可利用钻孔做跨孔声波探测和声波CT。（2）短期地质超前预报的主要技术指标由于短期预报是在长期预报的基础上进行的，所以，预报的精度一般要超过长期地质超前预报，特别是对不良地质性质的预报。（3）短期地质超前预报技术的

24、适用范围短期地质超前预报技术主要适用于地质复杂标段，一般不适合在全隧道进行。6大岐山隧道地质超前预报程序依据大岐山隧道的具体地质情况，实施地质超前预报的具体程序如下（见图6）：第一步：隧道所在地区地质分析与宏观预报这是地质超前预报的第一步重要工作程序。对于大岐山隧道来说，主要包括区域地质资料的收集、分析和少量隧道临近地区的地表地质调查、分析。在地质分析的基础上，进行宏观预报。第二步：隧道施工过程中的长期地质超前预报在宏观预报的指导下，主要应用TSP-203、瞬变电磁仪，配合断层参数预测法和地面地质体投射法，进行掌子面前方100m150m的地质超前预报。第三步：隧道施工过程中的短期地质超前预报在

25、隧道长期地质超前预报的基础上，对长期地质超前预报确定的异常区段，不良地质分布区段，主要应用地质雷达、红外线探水仪和声波探测仪等仪器设备、掌子面编录预测法和地质前兆预测法等方法实施掌子面前方1530m的短期超前预报。第四步：超前钻探在隧道长期、短期地质超前预报的基础上，对已经确定的断层破碎带、可能的大涌水区段实施不少于20m的超前钻探，以进一步确定断层破碎带的性质、宽度和破碎程度；再通过钻孔水柱的喷距或流速确定赋水地质体的涌水量。第五步：隧道施工地质灾害临近警报在前四步预报的基础上，通过可能发生地质灾害的环境分析和地质灾害前兆研究，对可能发生的地质灾害的性质、级别和对隧道施工的危害性及时发出警报

26、，并依据地质情况提出施工建议。7大岐山隧道地质超前预报组织机构和职责7.1组织机构和人员配置超前地质预报本着项目部和架子队配合共同实施的原则进行，具体工作由工程部负责：组织机构和人员配置 组长：刘伟、宋立海组员：田华山、汲晓锋、王志海、张建勇、宁洪亮7.2分工及职责7.2.1 组长职责按设计单位提出的预报技术方案和技术要求，组织实施现场预报工作，并对超前地质预报资料的真实性、准确性负责。隧道超前地质预报须纳入施工组织设计，纳入工序管理。参照铁路隧道超前地质预报技术指南，根据设计提供的超前地质预报方案，结合隧道工程地质条件编制超前地质预报实施大纲，明确隧道超前地质预报的方法、预报内容、预报频次、

27、实施计划，具体责任人、提出仪器设备配置和操作要求、信息判释、数据采集与处理、预报成果报告编制等技术要求。根据超前地质预报成果，负责提出完善设计方案的建议。负责制定隧道施工安全事故应急预案，积极应用超前地质预报成果，不断完善隧道施工安全事故应急预案。7.2.2组员职责做好地质预报各项资料的搜集、整理，并建立超前地质预报资料台帐。及时掌握隧道各个工作面的施工进展，对掌子面前方和隧道洞身周边可能存在风险提前做出检测工作安排；及时收集汇总检测测试报告，按合同要求报有关单位。超前预报结果与原设计有异常时，应在2小时内通知有关单位。向组长负责。8拟投入本项目仪器设备表1 地质超前预报主要设备配置计划表序号

28、设备名称数 量备 注1地质罗盘、地质锤4套2数码相机、光学相机4部3笔记本电脑3台4打印机3台5水平钻机3套9各种预报方法的运用范围及工作量9.1隧道所在区地质分析技术在开工初期搜集隧道所在区域的区域地质资料，结合大岐山隧道地貌条件和植被条件，复核隧道平面地质图上相关信息，形成大比例尺平面地质图；在隧道施工过程中，结合开挖中遇到的工程问题，反复进行地表和洞内现象对比。运用范围：大岐山隧道所在里程两侧各1000m，具体由实际情况决定。工作量：野外，46人，15天；室内，4人5天。9.2 TSP隧道地震预报技术大岐山隧道DK599+820DK609+322全程使用TSP地质超前探测技术进行长距离控

29、制。一般条件下，每次TSP探测的距离为120m，各次探测距离间搭接20m。单洞TSP探测次数为：177次。双洞探测次数为：考虑大岐山隧道中间段的围岩情况，可单洞超前探测，进行洞间比拟。9.3断层影响带特征预报隧道断层技术在地表地质复查和洞内地质跟踪的基础上，对包括原设计已确定断层，进行全程数理统计，运用相关技术进行断层位置预报。其中原设计断层10处，其它根据地表地质复查和洞内跟踪确定。9.4瞬变电磁法探测地下水技术所有地表地质复查确定的断层和疑似断层、不同岩性的接触带、岩浆岩中的侵入体、TSP所确定的波速异常带、原勘察所确定的波带异常带，以及其它在施工过程中发现的出水异常区段都要进行TEM瞬变

30、电磁探测。一般条件下，每次TEM探测的距离为80m，如连续探测，各次探测距离间搭接30m。9.5地质雷达探测技术对由TSP和TEM所确定的地质异常段进行短期预报。一般条件下，每次地质雷达探测的距离为25m。9.6红外探测技术对所有地表地质复查确定的断层和疑似断层、不同岩性的接触带、岩浆岩中的侵入体、TSP所确定的波速异常带、TEM所确定的异常带，以及洞内掌子面的出水异常段进行红外探测预报。9.7声波探测技术对有重大地质异常区段进行声波探测。9.8地质跟踪技术全程不间断地质跟踪，进行短期预报和临灾警报。9.9超前钻探对可能产生重大突水地质灾害的区段进行超前钻探。10隧道超前地质预报资料提交1、隧道超前地质预报工作日志2、隧道超前地质预报记录表格3、隧道超前地质预报工作周报、月报、季报、半年报、年报4、隧道超前地质预报竣工总结报告。