某某隧道超前地质预报方案.docx
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某某隧道超前地质预报方案
超前地质预报专项方案
某某铁路项目某某标段
某某项目部
**年**月
新赵家冲隧道超前地质预报施工方案
一编制依据
1.1《铁路隧道超前地质预报技术指南》(铁建设[2008]105)
1.2《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)
1.3《铁路隧道工程施工安全技术规程》(TB10304-2009)
1.4 《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》(铁建设[2010]120号)
1.5《关于印发加强铁路隧道工程安全工作的若干意见的通知》(铁建设[2007]102号)
1.6**《隧道超前地质预报说明书》
1.7**铁路增建二线工程隧道工程施工图设计文件及有关规范、规定
二工程概况
2.1隧道工程概述
**湾隧道为单线隧道,全长339m,进出口里程为DK153+991、DK154+330。
**湾隧道围岩情况表
序号
里程
长度
围岩级别
衬砌类型
1
DK153+991~DK154+020
29
V
Vb
2
DK154+020~DK154+050
30
V
Va
3
DK154+050~DK154+068
18
V
Vb
4
DK154+068~DK154+098
30
V
偏压式明洞
5
DK154+098~DK154+112
14
V
Vb
6
DK154+112~DK154+127
15
V
Va
7
DK154+127~DK154+185
58
Ⅳ
Ⅳa
8
DK154+185~DK154+205
20
V
Va
序号
里程
长度
围岩级别
衬砌类型
9
DK154+205~DK154+225
20
V
Vb
10
DK154+225~DK154+240
15
V
偏压式明洞
11
DK154+240~DK154+331
71
V
Vc
12
DK154+331~DK154+336
5
V
偏压式明洞
2.2隧道地质概述
2.2.1工程地质及水文地质条件
2.2.1.1地形地貌及工程地质特征
覆盖层粉质黏土厚约0.5~3.0m,下伏基岩为Ptbn2m条带状板岩,全风化~弱风化,全风化板岩呈砂土状,强风化基岩岩灰绿色~灰黑色,岩体破碎,厚3~25m;弱风化层厚度>20m。
岩层产状:
40°∠88°、41°∠65°,岩层破碎节理裂隙发育,主要节理产状:
90°∠46°、112°∠41°、294°∠66°、310°∠22°等几组,间距0.3~1m。
DK154+210~+260段受冲沟影响,基岩裂隙水较发育,测绘可见裂隙水渗出。
进出口岩体较破碎。
2.2.1.2水文地质特征
丘陵地下水一般不发育,仅有少量基岩裂隙水,水量极少,由大气降水补给。
2.2.1.3地震动参数
地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s。
三超前地质预报的目的
通过超前地质预报,可以了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度,由此判断地下水情况、围岩级别和对施工的影响,进而达到以下目的:
3.1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、大小及规模等;
3.2为隧道安全施工,避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害,从而不受或少受损失奠定了基础;
3.3为隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险创造了条件;
3.4准确的地质预报可以减少施工中的盲目性,减少事故发生率,减少很多不必要的安全措施,从而降低了工程投资。
四超前地质预报方案
4.1地质预报目标
预报的目标,是在区域地质分析的基础上,应用超前地质预报理论分析并宏观预报隧道施工可能遇到的不良地质类型、大约位置、规模和产状(特别是走向),分析并宏观预报施工地质灾害的类型、发生的可能性和对隧道施工的影响程度。
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、主要地层类型(如煤系地层、灰岩、断层等可溶岩地层等等)特征及其隧道围岩稳定性的影响程度,主要围岩的类型及特征、空间分布特征及其隧道围岩稳定性的影响程度,现今地应力特征及其与区域地壳运动的关系,等等。
(1)隧道的洞身主要不良地质的性质、成因和类型,特别是能够引发施工地质灾害的主要不良地质的成因类型;
(2)隧道的洞身主要不良地质发育特征,特别是发育程度;
(3)隧道的洞身主要不良地质的大约位置;
(4)隧道的洞身主要不良地质空间分布规律,特别是分布方位特征;
(5)隧道的洞身主要施工地质灾害,特别是施工地质灾害与主要不良地质的关系。
从宏观预报的内容看:
即在仪器探测之前,通过隧道地质分析与宏观预报这一重要步骤,已经初步掌握了施工隧道的主要不良地质大约状况,仪器探测只是起到验证和精确化的作用。
4.2总体方案
隧道工程属于隐蔽性工程,设计施工中的不可预见性较其他工程大。
施工中对可能存在不良地质体的地段必须做超前地质预报工作。
对隧道的不同段落进行地质复杂程度分级。
超前地质预报实施过程中,应根据超前地质预报的地层岩性、物探异常、岩溶、水量与水压等的变化,动态调整地质复杂程度分级和预报方案。
不同分级的超前地质预报方案如下:
1)、地质条件复杂地段的超前地质预报方案
(1)、弹性波反射法、掌子面地质雷达应贯通地质条件复杂地段、富水岩溶发育区、富水构造区采用红外探水仪、高分辨直流电法探测来预报地下水的发育情况;
(2)、5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)15孔加深炮孔;
(4)、进行不间断的水量、水压、降雨量监测;
(5)、每循环进行地质素描;
(6)、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)、地质条件较复杂地段的超前地质预报方案
(1)、弹性波反射法应贯通地质条件较复杂地段;
(2)、异常地段(如:
地面物探和洞内弹性波反射法物探异常地段、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)10孔加深炮孔;
(5)、进行不间断的水量、水压、降雨量监测;
(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。
3)、地质条件中等复杂地段的超前地质预报方案
(1)、弹性波反射法应贯通地质条件中等复杂地段;
(2)、异常地段(如:
地面物探和洞内弹性波反射法物探异常地段、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)6孔加深炮孔;
(5)、进行水量、水压、降雨量的适时监测;
(6)、地质条件相同地段,每8~10m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;
(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。
4)、地质条件简单地段的超前地质预报方案
(1)、每循环3孔加深炮孔;
(2)、必要时进行水量、水压、降雨量的监测;
(3)、必要时在可能存在断层、节理密集带地段增加弹性波反射法或进行掌子面地质雷达探测;
(4)、地质条件相同地段,每10m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。
4.3预报内容及范围
详见附表
4.4、地质雷达
在确定异常体的规模、性质、危害性有困难时,采用地质雷达作为补充手段,短距离进一步探测前方30m内的地质情况。
地质雷达能发现掌子面前方地层的变化,对于断裂带特别是含水带、溶洞有较高的识别能力。
(1)、施工工序:
暴露出全部工作面→沿轮廓线每5m进行工作面标识→现场探测,采集数据→内业数据处理
①、利用探测曲线判断掘进断面前方有无含水构造。
②、利用掘进断面上的探测数据判断。
(3)、数据处理
将现场采集的数据利用专用软件进行处理,并绘出数据曲线图。
据曲线图中突变点预测前方的水体位置、规模等相关参数。
当数据曲线表现为一条近似直线时表明探测范围没有水体。
本工程采用较短距离的浅孔钻探,详细了解掘进施工前方30~50米范围内的地质情况,验证设计资料中地质资料和TSP203地质预报结果与实际情况是否有不相符的地方,并根据浅孔超前钻探所得的详细地质资料来最终确定掘进施工方案和工期安排。
4.5、超前钻探法
超前钻探法是利用钻机对掌子面前方进行冲击或回转钻探的超前探测方法。
按探测长度可分为长距离(大于60m)、中距离(30m~60m)、短距离(小于30m)探测。
超前钻探法适用于各种地质情况下隧道超前地质预报,在富水软弱断层带、富水岩溶发育区、重大物探异常等地质条件复杂地段必须采用。
超前钻孔的布置还需遵循如下原则:
①超前钻探必须与超长炮孔紧密结合使用,达到高效、适用。
②钻孔孔数根据地质复杂程度分级、开挖断面尺寸、安全岩盘厚度等综合确定。
③通常情况下,超前钻探长度以30m中距离为主。
④当超前钻探遇溶腔、管道时,应加密钻探。
⑤超前钻孔为水平钻进,钻孔孔径满足钻探取芯、取样和孔内测试的要求,并符合《铁路工程地质钻探规程》TB10014的规定,连续预报时前后两次循环钻孔重叠距离5~8m为宜,终孔位置应穿透不良地质区域(如富水岩溶发育区、构造富水区等)外5~8m)”。
4.5.1、超前钻探施工步骤及施工工艺
(1)、孔点布置及数量
在开挖掌子面进行补充钻探,每次钻孔深50m。
(2)、施工按设计要求确定钻孔的方向和仰角。
(3)、钻探施工及施工记录。
①、钻机就位并进行调试,安接好施工所需的水、电。
②、开钻前必须量测立轴钻杆的方向是否符合设计要求。
③、开孔孔径宜在110~130mm之间,且以低压力,慢转速钻进为原则。
当钻探达到一定深度并确定未偏离方向时,可以适当提高钻进速度。
④、每钻进10米左右量测钻孔方向是否偏离方向,如有偏离及时进行纠正。
⑤、钻进过程中认真做好钻探记录。
⑥、采取的岩芯须整齐地摆放在标准岩芯箱中,并贴上岩芯标签。
现场技术员详细做好地质编录工作。
⑦、根据钻探过程中钻进情况(是否卡钻、漏水、涌水等)及岩芯的完整性(RQD值)和岩芯采取率,初步分析确定该钻探进尺范围内岩性状态、结构及破碎程度和含水量等。
4.5.2、超前钻探质量保证及技术措施。
(1)、配备1名具有实践工作经验的地质专业工程师进行现场值班,在掌握隧道地质构造、工程地质、水文地质条件的基础上,掌握和参加钻探现场编录和地质预报工作,保证地质钻探和预报的准确性和及时性。
(2)、根据地质勘探资料和洞内岩层钻探及时编制和调整岩层产状、断层以及可溶岩的预报工作。
4.6、加深炮孔法
加深炮孔法是采用风枪进行钻孔确定掌子面前方及周边地质情况的一种超前探测方法,其探测长度一般为5m,适用于各种地质情况下隧道超前地质预报,尤其适用于岩溶发育区。
加深炮孔探测具有设备轻便、探测时间短、直观、可多孔同时进行的优点,一般要求每个开挖循环都应进行加深炮孔探测;加深炮孔的孔数、间距、深度、偏角等要素应根据开挖断面尺寸、安全岩盘厚度、要求的探测范围综合确定;
4.7、地质素描
地质素描是超前地质预报的一项基础工作,通过对掌子面及周边开挖揭示的地层岩性、地质构造(岩层、结构面、断层等)、岩溶及充填物、地下水水文地质特征、围岩稳定特征等情况的描述并绘制成图表,运用地质分析法、作图法等定性分析方法,推测掌子面前方地质情况及可能存在的风险。
素描重点应在隧道施工的拱顶、左右边墙进行。
地质素描的主要内容如下:
(1)地层岩性:
地层时代、层厚、物质组成、岩层产状、岩体切割程度等的描述;
(2)节理:
节理产状、宽度、延伸程度、性质、充填物等的描述,通过绘制结构面平剖面分布图、节理玫瑰花图推断出节理面与断层、褶皱的关系;
(3)断层:
断层带物质组成、产状、延伸方向、宽度、导水性、破碎程度的描述。
(4)含膏盐层和其它不良夹层的素描。
(5)岩溶形态、位置、所处地层和构造部位、溶洞充填物情况、岩溶水点的分布及水量情况、岩溶与隧道洞身的关系。
(6)水文地质、围岩稳定特征及支护情况、影像、进行隧道施工围岩分级等。
(7)地质素描随隧道开挖及时进行,对地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段应每开挖循环进行一次,其他一般地段不应超过10m进行一次素描。
4.8、施工阶段水文地质监测
施工阶段开展降雨量、水量、水压或钻孔水位的水文监测,提高观测频次和精度,对确定具体水点涌(突)水动态特征、水压变化,指导施工具有重要意义。
水文地质监测内容及要求如下:
(1)、降雨量监测
①降雨量监测可采用“SRY-1雨量记录仪”进行降雨量自动记录;
②当天早8:
00至第二日早8:
00期间的降雨量作为当日降雨量;
③记录内容包括天气状况(晴、阴、雨、雪)、气温(℃)、降雨量(mm);遇大雨、暴雨、暴雪等天气时,需人工记录其发生时间、持续时间、降雨量、降雪量等;
④降雨量监测中要求配备辅助电源,避免停电影响降雨量的数据采集;
⑤及时采集和整理观测数据、定期检查设备状况。
(2)、涌水量监测
①超前钻孔、重要出水点、集中汇水点、重要井泉等均需进行水量监测;
②采用人工监测及自动监测相结合的监测方法进行涌水量监测;
人工监测:
水量较小时采用量桶法量测,水量较大时应集水归槽后采用堰测法量测。
自动监测:
在集中汇水点设置“SONTEKArgonautSW多普勒流速测量仪”24小时不间断进行流量自动监测。
③采用人工监测方法进行监测的水点,每天一次,特殊水点加密监测频次;
④当天早8:
00至第二日早8:
00期间的涌水量作为当日涌水量;
⑤发生突水等特殊情况时,需准确记录洞口水位变化及突水情况,包括起止时间、高水位的持续时间、流量衰减变化情况等;
⑥采用堰测法进行流量观测时,必须在监测点附近设置长度不小于20m的固定围堰,堰口采用矩形或等边直角三角形,要求堰口前能跌水、后有积水;
⑦SONTEKArgonautSW多普勒流速测量仪应设置在规则集水槽中间的底部。
多普勒流速测量仪设置后应专人看管,及时采集和整理观测数据、定期检查设备工作状况;
⑧进行水量监测的同时,注意观察水的混浊情况,必要时需进行含泥量的测试;
⑨收集隧道工程附近水文站资料。
(3)、水压力监测
①每实施1次超前钻孔均需布置不受开挖影响的水压监测孔进行水压监测。
水压监测孔,需设置孔口管、安装法兰盘、Q型管、空气室及压力表,见下图。
②采用注浆封闭孔口管与岩壁间空隙,避免孔口周边透水,影响水压测试效果。
③一般情况下,每天早上8:
00及晚上8:
00各监测1次水压;降雨期间或雨后一定时间每2小时监测1次水压。
④除监测流动状态下的动水压外,还需将所有出水点关闭,测定稳定水压,水压稳定时间不少于2小时。
(4)、钻孔水位监测
必要时进行钻孔水位监测。
采用LevelTROLL300等深孔液压测量仪,对钻孔孔内水位进行自动长期连续观测。
4.9、各种超前地质预测预报手段的使用范围
对以上确定的四种地质预测预报方案,我单位根据各种探测手段的适用条件、探测时占用的生产时间和预报的成本等,拟定各种地质超前预测预报手段在隧道中的使用范围如下:
4.9.1.地质分析法使用于正洞每一延米;
4.9.3.地质雷达和HSP超前地质预报作为TSP203超前预报的补充手段,主要使用于发现有异常的地段;
4.9.4.超前钻孔使用于正洞贯通全隧施作。
五目标管理体系
5.1组织管理
5.1.1组织
为保证隧道超前地质预报工作顺利进行,专门成立一个由项目总工程师负责的隧道超前地质预报领导小组,成员包括专门从事隧道施工地质工作的工程技术人员5~6人(其中高级工程师2人,工程师或技术员3~4人);专门成立一个施工地质勘探队,负责隧道施工的超前地质预报工作。
超前预报组织机构图
地质预报由地质预报组负责,其它施工、质检人员予以配合,进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果,由主管技术人员予以复核,并报设计、监理,为变更设计、修改施工方法提供依据。
经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。
依据综合超前地质预报各阶段的预报资料,及时制订各类施工技术预案,保证顺利通过各类不良体。
实施信息化施工,定期和不定期由设计、监理和施工单位论证和审查地质预报组的预报成果和专家组的技术方案的可靠性和经济性。
5.1.2管理
建立健全隧道地质工作管理机制和信息共享机制。
施工现场成立以项目总工程师邹志友负责的隧道超前地质预报专业小组。
并配有地质工程师和地质勘探队。
项目总工程师负责布置安排开展隧道地质工作。
地质工程师负责制定隧道地质工作勘察方案,地质勘察队在地质工程师的指导下开展超前地质预测预报的信息采集、收集工作,地质工程师负责整理相关地质资料并对有关的隧道地质状况进行初步的评估后,上报总工程师由总工程师主持对围岩稳定性进行评价,准确预报地质灾害可能发生段,并相应提出施工建议并形成隧道施工地质技术报告,及时反馈给技术和设计单位,以共同制定施工技术方案和设计单位现场核查后进行隧道动态设计。
施工决策人依据设计组织施工及时调整施工方法采取相应的技术措施,从而确保隧道安全快速施工、保证隧道的施工质量。
5.2超前地质预报主要资源配置
超前地质预报资源配置见下表《超前地质预报资源配备表》。
超前地质预报资源配备表
序号
资源名称
数量
型号
备注
1
地质雷达
1台
SIR-20
2
地质罗盘
12块
3
地质钻
10台
XY-2PC型
4
数码相机
10部
5
台式电脑
3台
5.3强化措施
5.3.1一般强化措施
地质分析和宏观预报是隧道施工期地质超前预报的基础,要给予足够的重视;
地质方法与地球物理勘探方法的结合的综合预报,是发挥各自优势、提高隧道施工期超前地质预报准确率的重要保证。
洞内现场常规地质调查、在施工中进行地质测绘工作,应由具有隧道工作经验的地质工程师担任;
经常将超前地质预报的成果与实际地质情况进行比较,是提高物探成果的解译判读水平,是提高预测精度的关键;
加大预报频度是隧道施工期间提高地质预报准确率唯一可行的办法;
对现场实时预报监测数据汇总,并进行系统解读分析。
施工地质预报结果尽快反馈给设计部门,积极配合动态设计,以指导安全施工,渡过不良地质地段,其工作流程见
六超前预报实施保证措施
6.1提高预报精度的措施
将综合超前地质预测预报纳入施工工序,贯穿于隧道施工全过程将综合超前地质预测预报作为作业循环必不可少的环节,像对待钻孔爆破一样纳入施工程序。
坚持预报先行、先探后掘,坚持在查清前方地质情况的前提下进行掘进施工。
6.2为准确预报提供人员、技术保证
6.2.1、成立专职的地质工作室
成立以项目总工为组长、地质工程师、技术人员、施工人员、质检人员组成的地质工作室。
地质预报由地质工作室负责,其它施工、质检人员予以配合,进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果,由主管技术人员予以复核,并报设计、监理,为变更设计、修改施工方法提供依据。
6.2.2、与科研单位、业主、设计、监理部门、科研单位紧密协作,切实做好超前地质预报工作。
6.2.3、在隧道掘进施工时,每个作业循环指定专门的地质工程师,及时对掌子面进行地质素描。
6.2.4、对已披露的实际地质情况与前期地质预报内容相比较,评估预报的准确性,不断总结经验,为以后的超前预报工作积累经验。
6.2.5、经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。
6.3采取有针对性的科学合理的预测预报程序
为保证隧道的施工安全,有效地采取针对性措施,确定并选择有效的施工方案,为动态设计提供理论性指导,在地质素描的基础上,采取综合超前地质预测预报系统,以确保预测预报结果的准确性。
根据设计提供的地质资料,结合地质观测资料,有针对性地采取相应的预报措施。
6.4从整体出发,加强与有关单位协作,实现资源共享
本隧道工程由进口向出口进行掘进。
施工中我们将坚决服从业主的统一指挥,与业主、设计、监理、科研单位实现地质预报资源共享。
同时不断根据各方反馈信息,及时调整预测预报手段,提高预报准确性。
为整个工程的顺利安全施工贡献力量。
七施工超前地质预报注意事项
超前地质预报由经验丰富的专业人员实施。
设计采用地质雷达、加深炮孔、超前钻探、地质素描等五种超前地质预报的方法,各种方法应由面到点、由粗到细、相互印证;各种方法施作位置可根据施工现场情况调整。
超前地质预报为C1、C2、C3三个等级。
C1、C2为常规超前预报,一般不施作钻孔,但根据物探预报结果有大型不良地质体需要采用钻孔确认时,可以采用超前钻孔揭露。
C3为重点段落超前预报,主要是对详勘已初步查明的异常破碎带、不良地质段等不良地质进行核实。
隧道开挖前,应首先进行地质调查,必须时进行地质描述,一般地段每10m记录一次,地质条件发生变化时,增加描述。
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