超前地质预报方案DOC文档格式.docx

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日期

建设单位意见：

建设单位（章）

审批人

日期

新建拉萨至日喀则铁路工程TJ4标段

吉沃希嘎隧道

超前地质预报方案

编制：

复核：

审批：

中铁十二局集团拉日铁路工程指挥部二项目部

二0一一年四月

隧道施工中的地质灾害监测与警报，是隧道施工地质工作的核心任务和落脚点，因此在隧道施工中超前地质预报工作必须作为一道独立的工序进行，将隧道施工前方的围岩状况了解得清清楚楚，确保施工安全。

为次我项目部成立了超前预报工作小组负责次项工作。

一、地质状况：

吉沃希嘎隧道穿越区的岩性主要为沉积岩类（包括粉砂岩、石英

砂岩），隧道出口位置偏压、进口及隧道洞身局部位置埋深较浅，碎石土堆积层为主，隧道穿越区域存在三条断裂带，分别为：

1F4-3断层：

与隧道洞身位置交于IIIDK117+520-IIIDK118+005，断层产状N32°

W/78°

S，为压扭性断层，破碎带内物质主要为的断层泥砾及压碎闪长岩，宽度为320-340m。

在雅鲁藏布江右岸断层通过处，山体坡面不完整，为不稳定斜坡，深切冲沟沟岸两侧坡面破碎。

在雅鲁藏布江左岸既有公路318国道边山道可见明显断层破碎带物质，青灰色为主，夹有锈黄色、灰绿色，主要由断层角砾组成，在318国道边可见有明显的断层角砾物质，含有少量压碎岩及断层泥砾等，断层西界为闪长岩，东界被第四系地层覆盖，迹象不明显。

断裂断层两侧均为燕山期中期粗粒闪长岩体。

表层已被覆盖第四系块石土。

2f2-6断层：

与隧道洞身位置交于IIIDK118+586.7-IIIDK118+686，断层产状N25°

E/70°

S，为逆冲性断层，破碎带内物质主要为压碎闪长岩和少量的断层泥砾物质，宽度约为100米。

在雅鲁藏布江右岸断层东侧发育一错落体，洞身范围内表面被第四系地层覆盖，迹象不明显。

③f1-1断层：

与隧道洞身位置交于IIIDK120+950.7-IIIDK121+340，断层产状N19°

W/20°

/30°

S，为压扭性断层，破碎带内物质主要为断层泥砾及压碎闪长岩，宽度约为300-380m。

在雅鲁藏布江左岸既有公路318国道边山坡坡面陡坎下，西界为闪长岩，东界被第四系地层覆盖，迹象不明显。

二、水文地质特征

吉沃希嘎隧道于雅江北侧约300m，为傍山隧道。

隧道大部分埋深34～75m，隧道最大埋深约102m。

该区属雅江水系，大的冲沟有两条，垂直于线路分布在隧道的进、出口。

地下水的补给主要依赖于大气降水、冰雪融水的补给。

由于该隧道区大、小冲沟无常年流水地下径流模数的平均值为422m³

/d.km2，由此确定该隧道围岩富水性分区为弱富水区。

该隧道正常涌水量为1682m3/d，最大涌水量为5046m3/d。

1号横洞的单位正常涌水量为422422m³

/d.km，正常涌水量为49m3/d，最大涌水量为147m3/d。

三、预报方案

针对吉沃希嘎隧道工程地质情况的特点，指挥部成立专业的超前地质预测预报小组，实现信息化施工，提前掌握开挖地层的特性，确定合理的支护参数和施工方法，制定施工中可能出现的各种问题的处理预案，确保工程质量和施工安全。

在预设计地质资料的基础上，采用地面预报和洞内超前预报相结合的模式，主要以洞内超前预报为主，对未开挖地段进行地质预测和分析，采集各种水文、地质、变形、应变等信息，及时进行信息反馈，以确定合理的支护参数，制定合理的施工方法。

洞内超前预报主要通过TSP203、LTD-2000探地雷达、超前探孔地质超前预报系统、进行宏观控制。

1、超前地质探测与预报组织机构及职责

吉沃希嘎隧道为高风险隧道，根据拉日总指下发的《关于明确拉日铁路隧道超前地质预报责任主体单位的通知》，超前地质预报的责任主体单位为设计单位，起超前地质预报工作由设计单位负责实施。

2、地质预报项目

地面预报：

洞口段及时布点进行量测，对进洞施工进行严格监控，洞身地段段地表进行踏勘，了解表面水文地质状况有无异常情况。

洞内预报：

施工中加强断裂破碎带的超前地质预报工作，如采用开挖面掌子面地质素描、TSP203、LTD-2000探地雷达等物探手段并辅以超前钻孔进行综合预测。

对软岩塑性变形进行超前预报，根据超前预报及有关监测结果及时变更施工方案。

3、超前地质探测与预报方法及工艺

根据本标段隧道工程地质条件，结合本投标人以往施工中在超前地质探测与预报方面所积累的经验，拟采用TSP203、LTD-2000探地雷达地质预报系统、超前钻探法等进行地质预报，并预测开挖工作面前方一定范围内围岩的工程地质和水文地质条件。

初步确定本标段采用以下方法进行超前地质探测与预报。

3．1、TSP203超前地质预报系统

TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况。

它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点，进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的信号也就越强。

返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，就可以得到岩体强度变化界面的位置及方位。

TSP203地质预报系统现场测试示意见图2。

TSP203地质预报系统实际操作中有如下特点：

适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况；

距离长，能预测掌子面前方100m～200m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大；

对施工干扰小，可在施工间隙进行，即使专门安排时间，也不过一小时左右；

提交资料及时，在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。

采用专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。

将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置，计算机自动绘出弹形波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。

但也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要采用其他预报手段来补充和完善。

3．2、TLD-2000超前地质预报系统

TLD-2000超前地质预报系统，是专门为隧道及衬砌、地下工程超前地质预报研制开发的，是目前在该领域的较先进设备，它能方便快捷预报掌子面前方0－100m范围内的地质情况，为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。

这将大大减少隧道施工带来的危险性，减少人员和机械损伤，同时也带来了巨大的经济利益和社会效益。

探地雷达由一体化主机如下图。

LTD－2000探地雷达主机

雷达工作时，向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲（几十兆赫兹至上千兆赫兹），电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时即产生反射或散射，探地雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的情况（如下图）。

相对于探地雷达所用的高频电磁脉冲而言，通常工程勘探和检测中所遇到的

介质都是以位移电流为主的低损耗介质。

在这类介质中，反射系数和波速主要取

决于介电常数。

式中：

“Υ”为反射系数，“ν”为速度，“ε”为相对介电常数，“с”为光速，下角标“1、2”分别表示上、下介质。

空气的相对介电常数为1，最小；

水的相对介电常数为81，最大。

电磁波由空气进入岩层或土层，会出现强反射（对应地面，并且由于空气中电磁波传播速度较快，这时的地面对应的是负相位）；

同样，当电磁波由土层传播至岩层或其他层，即在不同介质的层面传播时，如果交界处贴合不好，或存在空隙，亦会导致雷达剖面相位和幅度发生变化，在主机的屏幕上的接收信号将出现波动由此可确定该层面厚度。

因此在电磁波传播的过程中主机将接收天线发射的电磁波来判断土层、岩层的大致厚度，溶洞和地下洞穴的大小，断层的位置和裂隙水的位置，以此来为施工进行预测。

3.2.1仪器参数

3.2.1.1雷达参数

系统增益：

160Db；

发射脉冲重复频率：

64KHz；

时间窗：

2——5000ns,可任选；

A/D：

12位或16位；

采样率：

128、256、512、1024或2048样点/扫描，可任选；

扫描速率：

8——128扫描/秒，可任选；

波形叠加次数：

1——4096次，可任选；

同步时钟：

内部晶振；

可编程时变增益（-10dB——+70dB），实时曲线显示；

供电电源：

12V汽车电源或12V直流电源（接交流220V电源）；

水平距离标记：

手动或测量轮自动标记；

连续工作时间：

大于4小时；

MTBF：

不小于500h；

MTTR:

不大于2h；

冲击振动：

满足GJB74.6—85要求；

工作温度：

-10度——50度；

存储温度：

-40度——60度；

湿热条件：

+40度，90%。

3.2.1.2收发天线（中心频率）

屏蔽型天线：

300MHz,500MHz,900MHz,1000MHz；

非屏蔽型天线：

25MHz,50MHz,100MHz（轻便型）；

喇叭型天线：

1000MHz（探测公路层厚专用型）；

收发天线系统的频率越低，其探测深度越深；

频率越高，对目标的分辨率越高，可根据需要选用天线。

各种收发天线系统的探测深度随土壤情况的不同而不同；

所有天线都可以采用连续采点和人工采点两种方式。

3.3现场工作

按TLD-2000超前探测系统要求，实测时观测系统布置需要将两块天线平行布置在掌子面上面，根据要求探测的深度更换天线。

4、超前钻孔探测

“物探先行，钻探验证”，超前钻探是一种传统而可靠的工程地质探测方法，针对本标段隧道围岩特点，拟采用超前钻探方法进行探测。

超前水平岩芯钻探可根据需要探测和了解隧道开挖前方几米、几十米乃至上百米范围内围岩的工程地质情况；

通过钻孔了解和释放影响隧道掘进施工的地下水；

通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层和断层破碎带进行准确定位；

直接采取岩芯样进行各种抗压强度试验，获取岩石物理力学性质参数。

为节约施工时间和减少经费，对地质情况稳定、岩性坚硬完整且变化小的地段可酌情减少超前水平岩芯钻探工作量，在钻进过程中，尽可能避免钻头偏移，导致探测结果发生误差。

根据岩石的坚硬程度，调整钻机转速和钻压，坚硬岩石采用较低钻压。

采用XY-100地质钻机进行超前深孔钻探，钻探深度可达150m，孔径90～120mm。

超前钻探方法是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。

综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定断层的规模和产状。

实际施工中用喷距代替射速进行预报，施作程序如下：

暂时封闭水量较小的探孔，只留一个喷距最远的测量其喷距离（如完全封闭有困难，可尽量堵塞，减小其流量）；

把实测喷距换算成标准条件下的喷距。

即高出水平面1m（y=1）时的喷距；

根据换算后的喷距，对涌水量进行预报。

一般喷距小于5m，流量小于100～400m3/h为小型突水，可加大探孔长度，试挖前进；

喷距9～12m，流量400m3/h以上为中型突水，应停止施工，探明情况；

喷距12m以上，为大型突水，应立即停止施工，探明情况，从速处理。

此方法要求在探孔揭露之前，岩体能承受管道水的压力而保持稳定。

因此在临近突水地段，最好多打一些超前探孔，并改放小炮，避免工作面出现冲溃现象，喷距应比较稳定。

若探孔水喷距逐渐缩短，说明遇到储量不大的静储量水，危害不大。

喷距大于5m时，可加补几个探孔加速施工，查清水情。

若探孔水喷距突然缩小，或时大时小，说明管道中有较多的泥砂堵塞，应以初喷距为准。

探孔水喷距和隧道涌水量之间的关系还受到其它一些因素的影响，应对于隧道的每一出水段，建立单独的预报标准。

四、工作程序

超前地质探测和预报工作程序见图3。

资料交付与质量保证措施

1、资料交付

地质测试与超前预报成果资料采取分报告与总报告相结合的交付方式。

每次将现场采集的资料进行分析和汇总，并向施工和技术负责人进行汇报。

对地质条件与设计变化较大、影响隧道施工安全，可能产生地质灾害的重点地段所做的地质超前预报，及时报业主、设计单位；

情况紧急时，先采取防范措施，再以书面形式报告业主、设计单位，以保证施工安全。

2、预报计划

预报计划见附表

3、质量保证措施

①成立QC小组

为了保证地质测试与超前预报质量，成立QC小组，实行全面质量管

理，按ISO9000质量体系的要求，建立内部管理机制，保证测试预报工作按计划（实施细则）运行，全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和连续性。

测试预报人员要根据现场实际每天或经常、主动地深入施工现场，及时了解施工动态，进行地质测绘与编录，同时对一些地质条件复杂的地段，设置质量控制点，进行重点测试预报，确保地质测试与超前预报工作的质量。