卧龙隧道超前地质预报方案.docx
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卧龙隧道超前地质预报方案
新建铁路宁杭客运专线卧龙一号、卧龙二号隧道
超前地质预报施工作业指导书
编号:
受控号:
编制:
复核:
审核:
批准:
有效状态:
有效
中铁四局宁杭客运专线第六分项目部
二〇〇九年五月
目录
1编制依据2
2编制目的3
3工程概况3
4工程特点3
5超前地质预报方案4
5.1地质预测预报工作的组织管理机构4
5.2超前地质预报施工方法6
5.2.1超前钻探及地质素描6
5.2.2TSP203超前地质预报系统7
5.2.2.1TSP203系统预报原理7
5.2.2.2TSP203系统预报施工工艺7
6安全保证措施10
1编制依据
1、卧龙一、二号隧道施工图、本地区工程地质及水文地质资料及相关现场地质勘探资料。
2、工地现场调查报告。
3、《铁路隧道超前地质预报技术指南》〔铁建设(2008)105号〕。
2编制目的
为卧龙一、二号隧道的地质预报工作提供指导,确保卧龙一、二号隧道能安全、高效的完成施工。
3工程概况
宁杭客专卧龙一、二号隧道位于溧水县东屏镇卧龙湖风景区东侧,卧龙一号隧道中心里程DK40+793.5,隧道全长183米,卧龙二号隧道中心里程DK41+052.5,隧道全长193米。
两座隧道均为浅埋短隧道,隧道最大埋深卧龙一号隧道仅38米,卧龙二号仅为34米。
两座隧道均位于直线上,隧道纵坡为单面上坡,坡度为6.5‰。
坡长2750m;本隧道设计最大净宽为13.3m,净高为9.08m,最大开挖断面为154m2。
两隧道全隧为V级围岩,隧道进、出口设计为长管棚注浆预支护,暗洞采用双侧壁导坑法施工,洞身防水为一级,设置防水板,施工缝设计中埋式膨胀止水带及橡胶止水条。
隧道内铺设无砟轨道,采用GRTSⅡ型板式无砟轨道。
卧龙一、二号你隧道处于低山丘陵区,自然坡度约30°,最大相对高差约53m,山上植被茂盛,多为松树及灌木。
地下水主要为基岩裂隙水,富水性差异很大,一般储水条件较差,仅在岩石节理裂隙中含水,而在断层破碎带、灰岩岩溶发育带等储水条件好的地段,水量相对丰富。
地下水对混凝土无侵蚀性。
4工程特点
1、隧道埋深浅,最大埋深有34米,特别是洞口覆土厚度仅3~5米。
易产生垮塌。
2、隧道开挖断面及跨度大,最大跨度14.86米,开挖断面达154平方,挖控制隧道变形及坍塌难度大。
3、地质结构复杂,围岩级别差,地层岩性的变化、地下水发育、破碎带等不可预见性大。
施工风险高。
5超前地质预报方案
卧龙隧道地质结构复杂,围岩级别较差,为准确地了解掌握地层岩性的变化、地下水的发育等地质特征,我工区主要采用地震波法TSP203系统和超前水平地质钻探相结合。
总的预报思路为:
采用TSP203地质超前预报系统进行长距离宏观控制,加大超前水平钻探的力度,坚持掌子面地质素描工作,努力掌握围岩地质变化规律,力争把发生地质灾害的机率降为最低。
地质预测预报是工程施工的一部分,通过准确的预报可以有效的减小不良地质体对施工安全、进度的影响,因此我工区将采用中长期和短期预报相结合的方法进行,并和施工方案方法的选用充分结合,充分发挥信息化施工的特点。
利用设计勘察提供的地质信息资料,进行综合全面分析后用于指导施工。
5.1地质预测预报工作的组织管理机构
由于地质体的多样性和预测仪器的局限性,难免发生超前预报的误差,隧道地质条件复杂,为了使地质预测预报系统工作的顺利开展,并能够及时反馈指导施工,我项目部组织了以项目总工为负责人的地质预测预报组,请设计、监理单位及局有关专家参与的顾问组,并根据各种方法特点组织了2个专业小组和地质综合分析小组,参见下图(地质预测预报组织机构图)。
地质预测预报组织机构图
地质工作需密切配合、协作,及时反馈和分析,为信息化设计和信息化施工提供有力支持和保障。
施工地质超前预测预报组将各项预报资料和数据及时反馈到设计单位和监理单位,为提出围岩变更意见,修改支护参数,修改施工方法奠定基础。
尤其是针对可能出现大的或水头突水突泥的地段,做到综合超前预测预报,预处理、早处理。
地质综合分析小组组成见下表。
地质综合分析小组组成表
专业名称
职称
人员数量
负责工作
隧道专业
高级工程师
1
综合小组组长
物探专业
高级工程师
1
负责物探方法的运用
地质专业
高级工程师
1
对地质构造分析研究
水文地质专业
高级工程师
1
对地下水分布规律研究
隧道专业
工程师
1
资料分析处理
中长期系统预报的小组负责中长距离地质预测预报,确定掘进前方较明显地质异常的位置、规模,可能对施工的影响;短期预报小组作好跟踪地质观测,现场的量测工作,结合中长期预报结果,对近距离地质情况做出预报,它包括对前期预报的校核和补充。
地质综合分析小组根据各个小组的成果,综合归纳分析,最后根据多种预报方法的结果做出最终预报结果,提出施工建议,并上报项目总工,再经总工程师审核后,向现场施工工区发地质预测预报通知书,为合理调整施工方案方法奠定基础。
预报小组人员组成见下表。
预报小组人员组成表
序号
预测预报方法
总
人
数
小组成员
组长
(技术负责人)
采集
人员
分析
处理
资料
整理
1
TSP地震组
8
1
4
2
1
2
超前水平钻探组
9
1
5
2
1
5.2超前地质预报施工方法
我工区主要采用超前钻探配合地质素描和TSP203超前地质预报系统相结合对卧龙一、二号隧道进行超前地质预报工作。
5.2.1超前钻探及地质素描
在开挖爆破和支护完成后,采用水平钻机对未开挖岩体进行钻探,通过岩芯来判断开挖岩石的信息,借助于传感器设备,通过钻速、钻进压力、扭距等判断前方岩体的特性,并可以通过加入了钻孔声波、水压力等技术,预测涌水量和涌水压力,能够较为完整准确的揭示地质状况,并且在孔口可以进行有害气体的监测。
隧道开挖过程中坚持做好地质素描工作,记录好围岩节理、裂隙及地下水发育情况,岩层走向倾向。
通过对超前钻探的长度、水压力、钻机扭距、施钻压力的记录,并对岩芯地质情况的编录,结合地质素描情况,充分掌握前方地质体的特点和地质信息参数,通过地质预报组成员分析研究,确定施工方法及支护参数是否需要变更,达到施工安全。
5.2.2TSP203超前地质预报系统
5.2.2.1TSP203系统预报原理
采用TSP203系统,在远离掌子面端一个钻孔中设一定量检波器,近端设数个孔放炸药爆炸作震源,采用高爆炸药和专用仪器,对爆破地震波在不同地质岩层中的反射波进行接收,通过对反射波的解读分析,判断掌子面前方一定距离的地质体变化。
TSP203地质超前预报系统是利用波的反射原理进行地质预测预报。
测试时,通过爆破产生地震波,地震波在隧洞周围的岩体内传播,当遇到一地震界面时,如断层、破碎带、溶洞,大的节理面等,一部分地震波就被反射回来,反射波经过一段时间后到达传感器被记录仪接收,然后经专门的分析软件进行处理,就得到清晰的反射波图像。
通过对反射波特征的分析,如发射与反射之间的时间差、相位差、反射信号强弱、纵波与横波的比率等就可以确定隧道前方及周围区域地质构造的位置和特性。
5.2.2.2TSP203系统预报施工工艺
采用TSP203系统进行地质预报可预报的距离为80-120m,为隧道的中期地质预测预报。
两个隧道长度均未超过200米,采用TSP203系统在两个隧道进、出口做四次预报即可满足要求。
TSP203主要使用流程如下:
(1)准备工作
TSP203地质超前预报系统测试的工作面是在隧洞的两边墙上,它共需要24个炮孔、2个接收孔。
在距地面约1.0m高的一边墙的水平线上,按间距1.5m、孔深1.5~2.0m、孔径35~38mm、下倾15~20°的标准钻24个炮孔,最后一个炮孔距掌子面0.5m左右。
在距第一个炮孔15~20m处,按孔深2.0m、孔径42~45mm、上倾5~10°的标准在两边墙对称的钻两个接收孔。
钻孔完后,应将传感器套管借助风钻安置在接收孔中。
为节约预报的时间,减少对施工的影响,提高预报的准确性,应提前将已钻好的炮孔接收孔的孔深、倾角、间距测量出来,并作好记录,以备数据处理时用。
此外,每次预报前,还应准备好炸药约3.0kg(最好为高爆速炸药),零延迟电雷管30发,起爆器一只,1000g天平一台,以及直径30mm左右的细杆两根,60m长的软水管一根。
(2)现场数据采集
数据采集前应将所有的线路连接好,并检查仪器工作是否正常,待各项准备工作都作好后,便可以进行数据采集。
数据采集时,为减少噪声对采集数据的影响,工区内应停止其它施工作业,尤其是针对岩体的作业。
在人员分工上,需一人称量炸药,两人装炸药、灌水,一人操作主机。
当炸药是需要防水的炸药时,还需要2~3人用防水袋将炸药封装起来。
数据采集时,首先将称量好的炸药利用细杆装到炮孔底部,然后用水管将炮孔注满水,待装药人员撤离到安全地方后,启动起爆器充电,等充好电后钮动开关,起爆电雷管并引爆炸药,数秒后,传感器就将掌子面前方的反射波信号传输到主机,这样便完成一道数据的采集。
以后,按顺序逐个引爆炮孔中的炸药,直到第24个炮孔(第一个炮孔为距接收孔最近的一个炮孔)。
由于药量小,一个炮孔仅几十克,最多一百多克,且炮孔未封堵,因此爆破不会对边墙产生破坏性影响。
在数据采集过程中,还应根据反射波信号能量的强弱,随时对药量进行调整。
(3)解析手段及解析结果
使用解析软件利用各种滤波器,滤出地震波形中的异常质的同时直接分离出直接波与反射波。
由抽出的直接波算出弹性波速度及围岩的物性值,再由反射波找出反射面。
同时求出在推定为反射面位置的围岩状态变化(硬→软或软→硬)及其相对变化的程度。
通过解析分析,可以得出以下结果:
围岩物性值
---直接P波及直接S波的波形数据;
---围岩弹性波速度VP、VS;
---静弹性系数ES。
反射面状况
---反射波形数据;
---围岩的变化程度
---反射面的位置及方向性。
使用操作方法:
钻激发地震波信号的钻爆孔,通常在介于掌子面和接受传感器的隧洞侧壁上钻24个孔传感器对称地布置在隧洞两侧侧壁2-3m深的位置上,使其处于最佳耦合状态,排除面波干扰,采用高灵敏度、宽频带的传感器接受爆破地震波,同时可接受横波。
测点布置可根据地质条件的变化进行调整,对接受记录的地震波进行分析处理。
6安全保证措施
1、所有地质预报的仪器及设备必须由专人操作及保管,其他人未经允许不得随意摆弄。
2、进行地质预报作业时,进场人员必须佩戴安全帽听从指挥。
3、进行地质预报前,停止掌子面危险作业(如爆破作业)和其他影响地质预报的工作,为地质预报提供较好的工作环境。
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