隧道超前地质预报方案1211.docx

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隧道超前地质预报方案1211

目录

1编制依据1

2隧道工程概况1

3隧道工程地质条件3

3.1隧道工程特点3

3.2隧道工程地质特点3

4超前地质预测预报目的4

5超前地质预测预报组织机构和人员设备配置4

5.1组织机构与人员职责4

5.2设备配置与使用管理6

6、施工地质超前预报主要工作职责和工作程序6

6.1主要工作职责6

6.2工作程序7

7地质超前预报的内容和方法7

7.1地质预报的要求7

7.2地质超前预报的内容9

7.3地质超前预报的方法13

8、施工地质工作记录、报表及资料整理要求20

8.1施工地质资料要求：

20

9、预报成果23

隧道超前地质预报方案

1编制依据

（1）《铁路隧道超前地质预报技术指南》及铁道部颁布的其他现行施工规范、安全规程、施工指南等。

（2）新建时速250公里（预留提速）铁路设计、施工技术条件、施工指南及相关规定。

（3）中铁第二勘察设计院有限责任公司编制的成渝客专各隧道施工图。

（4）中国铁建十六局集团与成渝客专公司筹备组签订的合同文件中的相关承诺。

（5）成渝客专铁路公司筹备组编制的《指导性施工组织设计》；

（6）中国铁建十六局成渝铁路客运专线项目经理部上报并审批通过的《新建铁路成都至重庆客运专线CYSG-2标实施性施工组织设计》；

（7）近年来高速铁路类似工程施工经验、施工工法、科技成果；国内外相关高速铁路的施工工艺及科研成果；中国铁建十六局集团有限公司通过质量体系认证中心认定的ISO9001：

2000《质量手册》和《程序文件》。

2隧道工程概况

本管段有隧道工程11座，共4946m，约占管段总长的9%。

最长的隧道为梯子湾隧道,全长1344m。

本管段各隧道情况见表2-1-1。

标段内隧道工程地质复杂，岩体破碎，围岩强度低，多为Ⅳ、Ⅴ级，稳定性较差，地下水多为土层孔隙水及基岩裂隙水，且具有酸性侵蚀，施工中支护难度较大。

而且浅埋隧道多，沿线多处穿越稻田、水塘、住房，覆盖层较薄，易产生突水、突泥、坍方及冒顶等危害，施工中必须加强超前地质预报，并采取相应的工程措施，保证安全顺利地通过不良地质段。

标段隧道多为为短、小的隧道群，风险等级分低度和中度两级，根据设计提供风险等级和超前地质预报设计要求，我单位采取加深炮孔探测和超前水平地质钻孔俩种方法进行围岩观测，以提供有效的施工措施保证施工安全、顺利的进行，对于出现地质异常区域，我单位另增加TSP或地质物探手段进行详细的地质分析，并报设计单位进行核对、审批，重新进行隧道风险等级划分。

项目部对标段内隧道作业高度重视，在施工组织设计中已经把超前地质预报列入独立的施工工序进行检测，制定“有预报才施工，不预报坚决不允许施工”的要求发放各架子队执行实施。

为有效的执行超前地质预报的实施，项目部特别成立专职超前地质预测预报实施小组，其中组长1人，副组长3人，组员7人，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，对隧道施工起到实施性的指导作用。

并组建专职预报队伍负责管段内的隧道地质超前预报施工。

表2-1-1各隧道情况一览表

序号

隧道名称

中心里程

长度

（m）

备注

1

刘家湾隧道

DK97+385.8

315

Ⅴ级围岩

2

曾家沟隧道

DK100+911.0

222

Ⅴ级围岩

3

马鞍梁子隧道

DK117+532.5

475

Ⅴ、Ⅳ级围岩

4

回湾村隧道

DK119+805.0

200

Ⅴ级围岩

5

炭山沟隧道

DK120+573.5

567

Ⅴ、Ⅳ级围岩

6

天鹅村1#隧道

DK121+277.0

300

Ⅴ级围岩

7

天鹅村2#隧道

DK121+882.5

345

Ⅴ级围岩

8

横山湾隧道

DK124+897.5

285

Ⅴ级围岩

9

桂花湾隧道

DK125+528.0

668

Ⅴ、Ⅳ级围岩

10

梯子湾隧道

DK126+662.5

1344

Ⅴ、Ⅳ级围岩

11

狮子坳隧道

DK129+562.5

225

Ⅴ级围岩

3隧道工程地质条件

3.1隧道工程特点

（1）本管段隧道工程地质复杂，岩体破碎，围岩强度低，多为Ⅳ、Ⅴ级，稳定性较差，地下水多为土层孔隙水及基岩裂隙水，且具有酸性侵蚀，施工中支护难度较大。

（2）浅埋隧道多，沿线多处穿越稻田、水塘、住房，覆盖层较薄，易产生突水、突泥、坍方及冒顶等危害，施工中加强超前地质预报，并采取相应的工程措施，保证安全顺利地通过不良地质段。

（3）本管段地处川中丘陵区，天然气藴藏量大，可能出现天然气随裂隙溢出现象。

隧道残留风险等级高，施工期间应采用加深炮孔探测，进行地质超前预报。

3.2隧道工程地质特点

管段隧道位于四川盆地内，主要以侏罗系、白垩系紫红色泥砂岩为主，工程地质条件差。

隧道不良地质有：

（1）泥岩分化剥落，危岩落石，隧道地形偏压。

（2）隧区部分地段分布软土、松软土、膨胀岩，对隧道施工影响较大。

4超前地质预测预报目的

隧道是建在地下的隐蔽工程，地下地质条件复杂，潜在、无法预知的地质因素较多：

多变的地形条件，地层破碎带、断层，岩溶，天然气，富水岩层等。

进行隧道地质超前预报的目的是：

提供隧道掘进前方的地质情况，包括围岩的完整性、断层破碎带和溶洞的规模和位置、不良地层的富水情况，进而做出对围岩类别的划分和隧道开挖时稳定性的分析，以确定合理的工程措施和合理的施工方法，以确保隧道施工安全顺利的进行。

5超前地质预测预报组织机构和人员设备配置

5.1组织机构与人员职责

在项目部设施工地质工作管理办公室，办公室设在工程管理部，负责组织项目部有关人员进行预报培训和学习工作；预报物探设备管理与协调使用；预报实施情况监督检查。

项目部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5-1-1。

人员组成及主要职责分工见表5-1-2。

图5-1-1超前地质预测预报组织机构图

表5-1-2超前地质预测预报人员分工职责表

序号

姓名

职务

职责

1

李德荣

总工程师

对地质预报工作负全责，制定预报工作计划和实施细则，审核预报成果。

2

李晓东

工程部部长

负责预报工作的全面落实，分析整理预报数据，编制预报成果报告，提出施工建议。

3

陆祎

副总工程师

负责预报工作的落实，分析整理预报数据，编制预报成果报告，提出施工建议。

4

陈海涛

隧道工程师

负责段预报工作的物探仪器设备操作，进行数据采集与整理。

资料收集整理、归档。

5

张利君

隧道工程师

负责段预报工作的物探仪器设备操作，进行数据采集与整理。

资料收集整理、归档。

6

崔晓林

二分部总工

负责分部隧道预报工作的全面落实，分析整理预报数据，编制预报成果报告，提出施工建议。

7

黄瀚

四分部总工

负责分部隧道预报工作的全面落实，分析整理预报数据，编制预报成果报告，提出施工建议。

5.2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表5-2-1。

物探设备由项目部统一调配使用。

表5-2-1地质超前预测预报仪器设备表

序号

设备名称

型号

单位

数量

生产厂家

1

TSP探测仪

TSP203

套

1

瑞士安伯格公司

2

气腿式凿岩机

Y-28

台

30

甘肃天水

3

地质钻机

JSJ100

台

2

成都金地

4

数码相机

索尼

台

5

日本

6、施工地质超前预报主要工作职责和工作程序

6.1主要工作职责

（1）地质素描，填写施工阶段围岩级别判定卡，提出围岩分级修正建议。

按要求做好每个掌子面的地质素描和加深炮孔探测。

（2）地质超前预测预报，包括特殊地段的TSP203等综合超前物探探测及地质钻机超前钻孔实施与预报。

按设计图纸地质分级及设计地质预报通知单要求完成规定的地质超前预报各项工作的现场实施，并在一天内上报设计单位，对施工地质超前预报数据的准确性和真实性负全部责任。

（3）隧道施工中，根据设计院《隧道超前地质预报指导性意见》的要求，对管区内隧道进行超前地质预报工作。

（4）监测隧道变形等。

（5）相关地层地下水侵蚀性分析。

（6）洞内外水文动态监测，水压测试。

（7）做好各项地质超前预报的记录、资料整理工作和施工地质资料台帐。

（8）当设计单位需进行补充施工地质工作时，主动提供工作条件，积极进行配合。

6.2工作程序

主要流程为：

预报通知（业主、设计、监理）预报实施及现场记录自检、报检验收资料整理监理确认和设计审查归档

具体操作流程见图6-2-1所示。

7地质超前预报的内容和方法

7.1地质预报的要求

本管段隧道主要采用地质调查法与加深炮孔钻探法相结合的方法进行地质超前预报，如有必要，在地质异常区域采用TSP探测仪或水平钻机进行长距离超前探测。

图6-2-1超前地质预报操作流程

各种探测必须以地质为中枢，加强隧道地质工作，将地质综合分析贯穿到施工的整个过程中，实行地质、物探相结合，中长距离探测与短距离探测相结合，优化组合，综合应用，确保隧道安全、快速、优质施工，不留后患，全面确保隧道施工取得经济效益、社会效益和环境效益三者的最优结合。

7.2地质超前预报的内容

1、基本思路

（1）所有隧道工程均进行超前地质预报工作，并作为一道工序纳入施工组织设计中。

（2）地质预报工作中，应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘查相结合、地质方法与物探方法相结合、地球物理方法与超前炮孔钻探相结合，开展多层次、多手段的综合地质预报，并贯穿整个施工过程。

（3）在综合分析中，地质方法是中枢，预报的最终成果都必须转化为地质语言、地质结论和工程结论。

2、超前地质预报的内容

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，包括正洞、超前平导和辅助导坑洞壁地质及掌子面地质素描，见图7-2-1所示。

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、含膏盐层和含黄铁矿层等单独素描。

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。

图7-2-1隧道地质素描图

（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

天然气、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5～8孔5m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。

C.中长距离超前预测：

其预报距离为30～60m，是在长距离超前地质预测的基础上，针对较大物探异常，以30～60m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；煤类突出、天然气燃烧爆炸；岩爆、软岩大变形。

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。

7.3地质超前预报的方法

本管段隧道地质超前预报的主要方法见下表7-3-1所示

表7-3-1隧道地质超前预报的方法

预报方法

预报内容

预报工具

预报频率

地质调查及地质素描

岩性、结构面产状及不良地质现象

地质罗盘、数码相机等

开挖后及初期支护后进行，每次爆破后进行

加深炮孔探测

掌子面超前5m范围围岩状况

风枪、钻孔台架

开挖钻孔时进行

超前钻探法

掌子面超前30～

50m范围围岩状况

超前水平钻机

每隔30～35m一个断面，搭接不小于5m

地震波法

划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围

TSP探测仪

地质异常区域

（1）地质调查法

对地质较简单的地段，以地质调查法为主。

利用常规地质理论和作图法，根据隧道已有的勘察资料、地表补充地质调查资料、洞内地质调查资料、隧道开挖面地质素描、围岩数码照片，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、地质作图和趋势分析、隧道内不良地质临近前兆分析等，推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况。

其特点为：

①设备简单，占用时间少，是其他探测方法的地质学基础依据。

②人员素质要求高，须掌握较丰富的地质学理论知识和现场工作经验。

③在隧道埋深较浅，地质构造不太复杂的情况下，地质调查法有很高的准确性。

（2）加深炮孔法

对地质条件较复杂的地段，如地层分界线、角度不整合接触带、物探异常段、次级断层、富水段等，在地质调查法的基础上，采用加深炮孔探测。

利用风钻或凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔获取地质信息，每断面均匀选取3孔，外插角1～３°，搭接长度不小于1.5m，加深炮孔至5米进行超前探测。

加长炮孔布置示意图：

（3）超前钻探法

超前地质钻探是在掌子面布设3～6个探孔，采用水平钻机进行超前钻探。

根据钻机在钻进过程中的推力、扭矩、钻速、成孔难易及钻孔出水情况（必要时提取岩芯进行分析）来确定前方的地层及岩性，同时进行涌水量、水压测试和水质分析，判定掌子面前方地层含水情况及地下水的性质。

其钻孔布置示意图如下图所示，掌子面中部两边的超前钻孔应水平且有一定水平偏角1°～3°，掌子面上部的超前钻孔仰角1°～1.5°，掌子面下部两边的超前钻孔俯角1°～1.5°、水平偏角1°～3°。

探孔孔径一般为108mm，孔深30～50m，搭接长度不小于5m。

（4）物探法

采用TSP203探测仪根据地震泼的回波原理，通过人工制造一系列规则布置的轻微震源，由三维地震波接收仪在计算机的监控下采集这些震源所发出的地震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体（如地层层面、节理面、岩溶面，特别是断层破碎带等）被反射返回的地震波数据。

这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的，通过分析可以得到前方地形的地层力学参数和空间位置数据，从而形成预测预报结果。

TSP测量原理见下图所示：

①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图7-3-6所示。

1.5m

图7-3-5接收器孔和炮孔布置示意图

②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75g。

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。

③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。

④提交以下资料：

A.现场数据记录表（如表7-3-6）；

B.X、Y、Z三个分量的原始记录；

C.频率谱；

D.纵横波分离后的P、SH、SV波形图；

E.P、SH、SV波的极度偏移图（横坐标为里程）；

F.二维结果图（横坐标为里程）；

G.反射面提取图；

H.岩石参数曲线图（横坐标为里程）；

I.岩石参数表（如表7-3-7）；

G.电子文档。

表7-3-6TSP现场数据记录表隧道（第标）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

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:

表7-3-7TSP解释岩石参数表

隧道（第标）号年月日

序号

里程

波速

P/S

泊松比

密度

剪切

模量

拉梅

常数

体积

模量

动杨

模量

静杨

模量

围岩

级别

P

SH

SV

P

SH

SV

P

SH

SV

制表：

复核：

负责：

8、施工地质工作记录、报表及资料整理要求

主要包括以下几个方面：

（1）施工地质工作日志；

（2）施工地质工作报表；

（3）施工地质工作周报、月报、年报；

（4）施工地质资料整编：

①施工地质编录、导坑展示图；②洞内涌（突）水、涌（突）泥实录及摄影；③洞内天然气涌出及洞内岩爆、大变形实录及摄像；④洞内超前地质物探资料及成果图表；⑤洞内水平钻孔布置图、钻孔柱状图、钻探日志（或记录）；⑥洞外气象、水文、地面变形观测记录及图表；⑦洞内外地应力、水压力、水质分析等测试试验成果；⑧施工地质预测预报综合成果图及分析报告；⑨施工地质工作总结。

8.1施工地质资料要求：

（1）隧道地质素描展示图。

（2）洞内涌（突）水、涌（突）泥实录摄影

要求准确记录涌（突）水、涌（突）泥点的时间、里程，测量涌（突）水、涌（突）泥的数量，测出涌（突）水、涌（突）泥点的位置、高程。

声像应附有注明工程项目名称及影音内容的文字材料，应做到图像清晰，声音清楚，文字说明或内容准确。

（3）洞内天然气涌出及洞内岩爆、大变形实录及摄像。

要求准确记录天然气涌出点的里程、涌出时间，测量其浓度。

声像应附有注明工程项目名称及影音内容的文字材料，应做到图像清晰，声音清楚，文字说明或内容准确。

（4）物探报告要求

①说明和图件以A4纸编制，图幅较长时可用A3纸，折叠后按A4规格装订。

除原始记录外，图件的横比例尺1：

200、深度或时间、温度的比例尺根据图幅确定。

图式要求见图8-2-2

图8-2-2超前预报物探图示

②报告封面

XX隧道

施工地质超前预报*****探测报告

***隧道（第**标）**号

探测里程：

*******

仪器操作：

（操作人）

报告编写：

（编写人）

技术负责：

（总工程师）

施工监理：

（现场监理）

施工单位：

中铁十六局集团**公司XX项目部

年月日

③报告内容

A.工作概况；探测目的、方法、设备及原理；测线布置（附布置图）；资料分析；结论与建议；成果图表。

B.定性分析资料：

TSP：

X、Y、Z三个分量的原始记录；频率谱；纵横波分离后的P、SH、SV波形图；P、SH、SV波的极度偏移图和反射面提取图（横坐标为里程）；二维结果图（横坐标为里程）；岩石参数曲线图（横坐标为里程）；岩石参数表。

（5）各探测手段具体要求：

①TSP203（每测一次提交一次报告）：

提供原始测试数据表格；提供TSP测试报告，内容包含：

A.工作概况。

说明测试工作的概况，如测试日期、测试过程、测试完成日期等。

B.探测的方法、设备及原理。

说明测试采用的设备型号、设备所能达到的精度、设备的工作原理等。

C.对测试结果的初步分析。

对测试的结果进行初步分析，分析测试结果有无异常、如有异常则判定异常的位置并分析导致异常的可能原因。

D.初步结论：

定量解释结果（表格），对测试结果进行总结，并对下一步工作的开展进行建议。

E.定性分析图件。

②超前水平钻探（每次须提供以下资料）：

A.钻孔平面布置图。

B.钻探日志。

C.钻孔柱状图。

③测试试验：

A.水质分析：

提供水质分析报告表，表格格式详见水质分析报告表。

B.岩石压缩试验：

提供岩石压缩试验报告表。

C.地应力测试。

9、预报成果

预测预报的成果由项目部工程管理部进行汇总后将原始材料报驻地监理工程师、设计单位。

24小时现场提交预报材料，包括不良地质体位置和性质，每次检测7天之内提交最终技术报告，