青枫岭隧道地质超前预报 2.docx

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青枫岭隧道地质超前预报2

青枫岭隧道超前地质预报

二〇一三年四月

目录

1.项目概况3

1.1项目概况3

1.2工作目的4

1.3工作依据4

2．超前地质预报方案5

2.1.1超前地质预报施工工艺5

2.2.2地质雷达探测方法9

2.2.3综合地质分析14

3.质量检测方案15

3.1检测方法及原理15

4.质量保证措施17

4.1项目部管理措施17

4.2超前地质预报工作管理措施18

5.超前地质预报工作流程19

6.超前地质预报成果提交19

7.应对突发事件的处理机制21

7.1应急机构组成21

7.2应急事件处理中的职责程序21

8．本项目测重点、难点分析22

8.1不良地质问题22

8.2收集基础资料22

8.3质量控制23

8.4及时反馈信息23

1.项目概况

1.1项目概况

项目起于现状白彭路，跨木厂沟，由石板隧道穿中梁山，经铁路中梁山支线、跳蹬至重庆西灯泡线、跳蹬联络线、重庆西站编组站和重庆福道钢材市场后，于金科阳光小镇处接入现状金建路，标准路幅宽35.5m，城市主干道，设计车速60km/h，全长7.1km，全线均为新建。

全线含特长隧道1座（左线长4490m，右线长4510m），短隧道1座（左线长417m，右线长399m）；大桥1座（左右幅长213m），中桥1座（左右幅长48m）；铁路下穿框架总长151m。

工程建安费13.18亿元，总投资18.66亿元。

石板隧道距成渝高速中梁山隧道约8.1km，距华福隧道5.1km，是连接中梁山东西两侧的一条重要通道。

除对成渝高速公路分流外，还是联系高新区、九龙坡区及大渡口区一条重要的通道。

本项目起点接白彭路，K0+370.554处有现状襄渝铁路横向下穿，K0+460附近有一水沟（木厂沟）通过。

K0+955处开始穿中梁山隧道,中梁山脉地貌属构造剥蚀脊状低山地貌，地貌形态受地质构造和岩性制约，中梁山是以观音峡背斜轴部隆起为主体的“背斜脊状山”，山体两侧坡角30～40°，局部较陡，达到60°，两坡均具上陡下缓形态，坡面为折线坡；道路沿线地面高程中间高，两端低，最低点位于石板隧道东入口，标高为247m，最高点位于中梁山脉，标高为667m，相对高差达420m。

K5+480附近有市电池总厂盛乔蓄电池分厂，K5+840附近有洗煤厂，K5+866.8处有中梁山支线通过，K5+900附近有重庆华铁储运有限公司，K6+463.578处有跳蹬联络线通过，K6+560附近有西站编组站通过，之后经重庆福道钢材市场，于金科阳光小镇处终点接现状金建路

1.2工作目的

根据设计文件及相关技术规范要求，本项目的主要工作目的如下：

隧道施工中，地质条件的变化和对地质认识能力的不足是最大的风险，通过超前地质预报，能够：

1）进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大不良地质问题，预报掌子面前方及周边一定范围内不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，并为预防和规避隧道涌水、突泥、突气、岩溶、岩爆、塌方和大变形等风险及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，进而指导工程施工的顺利进行，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据；

2）降低地质灾害发生的机率和危害程度，尤其是复杂岩溶地区隧道施工风险；

3）为设计变更提供地质依据；

4）为编制竣工文件提供地质资料。

1.3工作依据

本项工作及方案的编制依据为：

1）有关设计文件、图纸；

2）《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）；

3）《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）；

4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；

5）《铁路隧道超前地质预报技术指南》，铁建设【2008】105号；

6）《公路工程物探规程》（JTGTC22-2009）；

7）《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）；

8）《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001；

9）《岩土工程勘察规范》GB50021-2001；

2．超前地质预报方案

2.1.1超前地质预报施工工艺

（一）工艺流程

综合超前地质预报工艺流程如下图所示：

（1）研究既有资料，制定预报方案

应研究既有区域地质、工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达到对整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识，可溶岩分布情况、构造发育情况、地表水系发育情况、当地最低侵蚀基准面标高、岩溶大概发育几层、每层大概标高、哪一层对工程影响最大等。

通过对这些资料的分析和把握，制定预报预案，针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级，不同级别的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。

综合超前地质预报工艺流程图

根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：

A级：

存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等。

B级：

中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。

C级：

水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。

D级：

非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。

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。

不同地质灾害地段的预报方式为：

A级预报：

采用地质分析法、TSP隧道地震波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。

首先以地质分析法进行长距离预测预报，然后采用中长距离TSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。

B级预报：

采用地质分析法、TSP，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。

当发现局部地段工程地质条件较复杂时，按A级要求实施。

C级预报：

以地质分析法为主。

对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用TSP进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。

D级预报：

采用地质分析法。

在岩溶发育的灰岩地区，由于岩溶发育的复杂性，应采用A级预报方式。

（2）长距离预报

长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它基础资料对隧道通过区的地质界线、地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行长距离、宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示的情况进行不断的修正。

地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。

（3）中长距离预报

中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP、深孔水平钻探等对掌子面前方30～200m范围内的地质情况作进一步的预报，如溶洞、暗河的位置、规模、充填情况等作较为详细的预报。

在复杂地段应增加TSP预报次数，TSP每次预报有效长度100m左右，需连续预报时前后两次应重叠10m以上，以便前后两次重复地段对比分析，另随着预报距离的增大，地质异常带的位置和宽度误差也在增大。

（4）短距离预报

短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，比如掌子面前方30m范围内有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及岩溶发育情况等，对以上判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进行钻孔验证。

（一）地下水的特征

出水点位置、水量、水压、水（三）地质调查

1、调查目的

核对勘测资料，掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及水文地质情况，为隧道超前地质预报提供方向性的依据。

2、调查范围

根据勘察单位提供的隧道工程地质图，调查范围主要为隧道进出口及隧道中线两侧各500～1000m的范围。

3、调查内容

地层岩性

主要调查地层的地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。

地质构造

主要调查断层、破碎带及节理裂隙特征。

断层的产状、性质、破碎带宽度、破碎带的成分、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。

节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。

不良地质

主要调查隧址内滑坡的性质、规模、以及对隧道的影响。

采空区的分布、规模及巷道充填情况。

地下水的特征

调查隧道范围内的泉水、井水、水塘、水库、沟水、河水及其水量、水文、水质的变化等。

（二）地质素描

隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法，它是地质调查的细化和补充，结合勘察和地质调查取得的地质资料，通过地质分析，可以预测隧道前方地质情况。

1、素描内容

地层岩性

地层地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。

地质构造

断层破碎带宽度、破碎带的成分及胶结程度、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。

节理裂隙特征节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。

不良地质

滑坡体的性质及对隧道的影响温、水色、悬浮物（泥砂等）测定；出水点和地质环境（地层、构造、岩溶、暗；必要时进行水样分析。

2.2.2地质雷达探测方法

1、预报目的

在可溶岩地段采用地质雷达探测，确定异常体的规模、性质等；同时，在岩溶发育地段中，采用地质雷达对隧道底板进行隐伏岩溶探测。

2、预报内容

（1）掌子面地质素描

包括洞内掌子面观察和洞外巡查，在每次爆破后由经验丰富的地质师进行。

目的是了解洞身开挖工作面地质状况及初期支护效果，确定围岩级别并判断是否与原工程勘察相符，预测开挖面前方的地质条件；为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据；根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。

（2）洞内掌子面观察：

1）围岩地层情况，地质描述，完整性。

2）开挖掌子面及其附近的围岩稳定性，有无松动岩石。

3）地下水情况。

4）掌子面及其附近施工进度情况。

5）支护结构变形与稳定情况（喷射混凝土、锚杆、钢架）。

6）衬砌及其他混凝土结构的变形、裂缝及其变化。

（3）洞外观察：

1）洞外的地表情况、地表沉陷、边坡的稳定以及地表水渗透等的观察。

2）气温、降雨等环境因素。

3）隧道沿线附近建（构）筑物的稳定性情况。

4）洞内外观察主要靠肉眼巡视检查，另外进行数码照相，地质素描，必要时采用地质雷达进行超前探测。

已施工区段的支护结构的调查参照表2-2-1。

表2-2-1掌子面地质观察记录表

隧道

名称

位置

桩号

评定

距洞口距离（m）

岩

性

指

标

岩石描述

产状：

层厚：

·坚硬岩

·较坚硬岩

·较软岩

·软岩

·极软岩

锤击声及回弹：

击碎性：

浸水反应：

划痕

其他：

岩

体

完

整

性

状

态

地质构造影响程度

轻微

较重

严重

很严重

·完整

·较完整

·较破碎

·破碎

·极破碎

结构面组数

产状：

地

质

结

构

面

间距（m）

>1.0

0.4~1.0

0.2~0.4

<0.2

延伸性

极差

差

中等

好

极好

粗糙度

明显、台阶状

粗糙、

波纹状

平整

光滑

平整光滑、有擦痕

张开性（mm）

密闭

<0.1

部分

张开

0.1~0.5

张开

0.5~1.0

无充填张开

>1.0

粘土

充填

风化程度

未风化

微风化

弱风化

强风化

全风化

结构面结合程度

好

一般

差

很差

说明

地

下

水

渗水量（L/min·10m）

其它部位渗水也注明

<10

干燥或湿润

10~25

偶有渗水

滴水、点状

25~125

经常渗水

线状、股状

·干燥或湿润

·偶有渗水

·经常渗水

初始应力状态

埋深H=（m）

·极高地应力

·高地应力

·一般地应力

地质构造应力状态

其他

围岩分级

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

支护情况

洞内特别是掌子面支护情况，包括喷层开裂变形、锚杆拱架施作、初支后回填、开挖轮廓平顺及超欠挖。

填写于本页背面。

备注：

侧壁素描图

开挖掌子面素描图

试验资料：

Rc=（MPa）E=（Gpa）

c=MPa,Φ=BQ=

记录者

复核者

日期

2.仪器设备选型

开展地质雷达探测以前，必须依据以下条款检查探测适应性：

⑴探测对象与周围介质之间应存在明显电性差异且电性稳定。

⑵探测对象与探测距离相比应具有一定规模，探测距离不宜过大（30m以内）。

探测目的体在探测天线偶极子轴线方向上的厚度应大于所用电磁波在围岩中有效波长的1/4，在探测天线偶极子排列方向的长度应大于所用电磁波在围岩中第一菲涅尔带直径的1/4；当要区分两个水平相邻的探测对象时，其探测对象间的最小水平距离要大于第一菲涅尔带直径。

地质雷达系统包括硬件（主机、天线、传输电缆等）和软件（现场数据采集、预处理、后处理等）两大部分。

在资料的处理上，配备了RADAN6.5系列雷达软件，特别针对各种地质异常情况可以进行多道平均，同相轴追踪，信号偏移，希尔波特变换，褶积与反褶积的滤波变换，傅立叶变换，强制增益变化等等一系列的手段，可以最大程度的保证资料处理的可辨读性。

仪器参数的选取应符合下列规定：

1）通过现场试验确定天线和仪器参数，应得出试验结论。

天线工作频率的选取应根据探测目的层的埋深、分辨率、介质特性以及天线尺寸是否符合场地需要等因素综合考虑。

一般宜选取中心频率较低的天线；根据本次任务的地层条件以及探测任务，选定50-100MHz天线。

2）记录时窗的选择由最大探测距离、上覆地层的平均电磁波速以及雷达反射信号的质量来确定，要保证所有可用信号全部采集。

3）应根据掌子面平整情况确定采样方式。

进行点测时，应遵循Nyquist定律，当探测对象变化不大时，点距可适当放宽；进行连测时，应先进行点测与连测对比试验，确定连测效果与点测效果相近的最大天线移动速率为连测工作天线移动速率。

4）隧底探测应尽可能清除探测区域干扰物，采用点测方式进行探测。

3.测线布置及现场工作

测网布置应符合下列规定：

⑴要根据设计、监理等相关单位的投术文件或合同规定布置测线，应使检测成果具有代表性，并能真实地探测区域的工程地质情况。

⑵测网布置应根据任务要求，探测对象的大小与探测距离等因素综合考虑。

测网和工作比例尺的选择应以能发现有意义的最小异常，在平面图上能清楚地反映出探测对象的位置和形态为原则，一般要求测线间距在工作比例尺的平面图上应为1～4cm，至少有2～3条测线通过主要探测对象。

当点测时，点距宜为0.2～0.5m，在异常区域至少有3～5个测点表现出异常。

一般雷达测线在掌子面上呈“＃”字形布置。

现场工作应符合下列规定：

⑴当剖面布置隧洞、陡壁、边墙等处时，应按工程图的要求，同时绘制测线分布的截面图。

⑵应详细查验测区内及附近电磁干扰情况和干扰源位置、特性，并记录班报。

⑶现场测量时，应清除天线和天线电缆附近的金属物，支撑天线的器材应用绝缘材料，并与承载的车架和天线操作员保持一定距离，天线操作员应将沿线的情况进行记录或报主机操作员。

同时，操作员应保持对雷达显示器的不间断监视，发现异常情况，应立即报现场投术负责并进行班报记录。

⑷检查工作应均匀分布在不同测线段，重点选择在主要异常地段或质量可疑地段。

检查工作量不得少于总工作量的5%～20%。

预报范围要求：

一般预报距离为10-35m，在地质情况同复杂地段，为提高精度，按平均每次预报25m考虑。

4.注意事项

现场数据采集主要是在掌子面上进行，采集前应对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合。

掌子面不能被极高电导屏蔽层如金属板等覆盖，探测工作区内不能有大范围的金属构件或无线电发射频源等较强的人工电磁波干扰。

采用屏蔽天线进行测试。

一般应采取连续观测方式。

成果解译时注意电磁波的强反射带，跟踪同相轴的间断、弯曲和分叉现象。

2.2.3综合地质分析

综合地质分析中，常规地质预报是地质预报的基础，只有通过勘察和地质调查才能从区域范围内了解隧道通过的地层岩性、对隧道施工影响较大的地质构造、不良地质及地下水特征，再通过地质素描将勘察和地质调查得到的地质信息投影到隧道中，达到细化和补充的作用，但是常规的地质预报是用已开挖揭露的地质信息来推测前方的地质情况，只能定性推测，无法达到定量。

在此基础上通过TSP、红外探水和地质雷达等手段预报，取得掌子面前方的异常信息及异常信息的位置，结合常规地质预报已得到的地质信息，来解释掌子面前方可能存在的地质问题，从而达到量化效果，但是TSP、红外探水和地质雷达等物探方法存在多解性，加上地质条件的千变万化，往往只能提供异常区可能存在的地质问题。

所以我们在异常区域内实施超前水平探孔，来直接验证异常区内的地质情况。

这样的一种立体的、综合的地质预报方法为隧道施工提供了更准确的地质资料，同时也为隧道施工中突发性地质灾害建立预警预报机制，为隧道施工提供更安全的保障。

其具体任务如下：

（1）、根据对以上超前地质预报结果，综合分析掌子面围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，判断掌子面前方围岩的工程地质、水文地质特征，并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。

（2）、将掌子面出现的结构面，通过几何作图进行预报。

通过作图确定隧道拱顶、边墙不稳定块体规模，提出锚固意见。

（3）、根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。

（4）、根据开挖段及掌子面水文地质情况，提出注浆止水方案的建议。

3.质量检测方案

3.1检测方法及原理

地质雷达主机通过天线在隧道衬砌表面向内部发射频率为数百兆赫的电磁波。

当电磁波遇到不同媒质的界面时便会发生反射与透射,反射波返回衬砌表面，被接收天线所接收。

此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程旅行时

。

因为电磁波在衬砌内的传播速度V可由已知衬砌厚度点测定出来，所以可由深度D=V·

/2式求出反射面的深度即衬砌厚度。

此外，根据雷达图像上发射波的强弱、频率特征及变化情况，确定衬砌背后是否存在脱空。

地质雷达衬砌检测原理示意图

在地质雷达法勘探中，电磁波通常被近似为均匀平面波。

其传播速度在高阻媒质中取决于媒质的相对介电常数

，即：

V=C／

式中：

C=0.3m/ns

为媒质的相对介电常数

电磁波传播在遇到不同媒质界面时，其反射系数为：

R=（

－

）／（

＋

）

由此可知，电磁波的发射系数取决于界面两边媒质的相对介电常数的差异，差异越大，反射系数越大。

对于隧道衬砌检测，涉及的主要媒质为：

混凝土、钢筋、空气、水、粘土和围岩，其物性差异见下表：

介质物性差异表

媒质

电导率

介电常数

（相对值）

电磁波速度

（m/ns）

空气

0

1

0.3

水

10-4～3×10-2

81

0.033

花岗岩（干）

10-8

5

0.15

灰岩（干）

10-9

7

0.11

灰岩（湿）

2.5×10-2

8～10

0.11～0.095

粘土（湿）

10-1～1

8～12

0.11～0.087

混凝土

10-9～10-8

6～15

0.12～0.077

钢筋

∞

∞

从表中可以看出，隧道内所涉及的这几种媒质物性均有差异，会形成反射，这种差异正是地质雷达法检测的基本前提条件。

4.质量保证措施

4.1项目部管理措施

项目工作严格按照有关规范、标准以及施工图设计文件进行，质量达到《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）的标准，以确保隧道工程施工的安全，并根据量测信息进行及时反馈，优化设计。

具体保证超前预报质量的措施如下:

1）各项目在实施过程中必须严格遵守相应的规程和规范。

2）建立质量保证体系，实行项目负责制，项目技术负责人对项目进行多级检查、监督；强化质量意识，提高全员、全过程的质量管理，加强岗位培训，全面提高施工人员的综合业务水平包括：

a）所有人员必须严格遵守项目部制定的各项管理规定，遵守岗位责任制，服从工作分工与安排，认真做好各项目的工作，按时完成任务。

b）项目部每周日召开内部工作会议，对本周工作进行总结，对工作中出现的技术问题进行磋商和讨论。

c）项目部每月对组长和组员进行一次业务考核，对考核不合格者首先脱离岗位，限期整改。

d）项目部每季度对工作技术、质量进行自我检查评估，并向业主通报。

e）项目部随时接受业主和监理对技术工作和质量的监督、检查，并对业主和监理的要求进行认真总结和改进。

f）项目负责人必须按业主代表的要求及标准文件的规定及时上报报表，通报工作的进度情况；

g）组长必须主动与所测对象的有关方面取得联系，争取对方的配合和支持，如确有困难出现应及时通知项目负责人。

h）技术负责人负责组织各组进行数据的核查、资料整编、初步分析和成果。

i）检测数据均现场检查、室内复核后方可上报；如发现监测数据异常，应立即复测，并检查监测仪器、方法及计算过程，确认无误后，立即上报给业主、监理及单位主管，以便采取措施。

j）严禁在工作中弄虚作假，项目部将对造成工作质量问题的责任人处以行政和经济处罚，造成严重后果的，将上报有关方面追究责任。

组员之间必须加强团结、互相配合，提高办事工作效率，以促进超前地质预报工作的顺利进行，对影响工作进度的人员将采取经济处罚的措施；

4.2超前地质预报工作管理措施

1）重视人员培训，重视前期资料的掌握，分析本工程最可能出现的不良地质灾害的类型及其地段和部位，提前防范。

2）要充分了解各种物探方法的优缺点和适用性，合理地选择探测方法，必要时综合采用不同物探技术进行相互验证。

不要迷信仪器，应充分认识物探结果的多解性，要重视物探和地质调查的综合解释，重视掌子面地质调查、素描和地质分析，结合地质资料，反复分析处理，得到与地质现状最吻合的解释。

3）采用区域地质分析并结合地区经验，推测最可能的不良地质灾害并圈定可能出现的地段和部位；在掌子面逼近时综合采用各种物探方法来探测并预报，开挖后重视地质调查，验证预报结果，从而不断总结经验，建立本地区物探资料解释的标准剖面，提高预报的可靠性和准确率。

4）每次测试完成后，应检查仪器、仪表，作好保养和保管工作；

5）未经同意不得将超前地质预报数据向外界泄露；

6）尊重超前地质预报过程中所接触的有关单位人员，秉公办事，礼貌待人；

7）注意个人工作安全，加强责任心，防止意外事故的发生。

8）随时根据实际情况和业主要求，调整监测、检测工作方案，积极探索新技术，合理利用新方法。

5.超前地质预报工作流程

隧道施工超前地质预报工作流程如下：

1）资料收集、勘察成果整理分析、熟悉设计文件、资料和图纸。

2）补充地质调查。

3）洞内地质调查和掌子面地质素描。

4）物探方法的选择和现场实施掌子面探测。

5）探测成果分析。

6）隧道工程岩体分级。

7）预报报告的内容及报告的提交。

通过资料收集、勘察成果整理分析、熟悉设计文件、资料和图纸和补充地质调查，确定隧道施工超前地质预报重点段，减少