超前地质预报施工方案.docx
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超前地质预报施工方案
第一章工程概况及重难点
1
1.1工程概况1
1.2
工程重、难点1
2.1编制依据1
2.1.1相关技术规范、标准1
2.1.2大洋站〜青岛北站区间设计文件1
2.1.3详勘地质报告成果资料2
2.2编制范围2
第三章地质预报的目的2
第四章隧道超前地质预报方案制定原则2
4.1分级原则2
4.2适用原则4
4.3连续及全覆盖原则4
4.4
第五章地质概况
4
动态管理原则4
5.1地层岩性4
5.1.1第四系4
5.1.2基岩4
5.2地质构造4
5.2.1区域地质构造4
5.2.2近场区地质构造4
5.3不良地质作用与特殊性岩土4
5.3.1不良地质作用4
5.3.2特殊性岩土5
5.4水文地质条件5
5.4.1地下水类型及赋存状态5
5.4.2地下水补给5
5.4.3岩土体渗透性5
第六章超前地质预报方案5
6.1超前地质预报方案5
6.1.1隧道左线预报方案6
6.1.2隧道右线预报方案6
6.1.3预计超前预报工作量6
6.2超前地质预报实施流程6
第七章超前地质预报技术要求7
7.1TSP超前地质预报7
7.2.1预报原理7
7.2.2设备8
7.2.3测线布置8
7.2.4数据采集与分析9
7.2地质雷达超前探测10
7.3红外线探水11
7.4超前地质探孔11
第八章资料整理、成果分析及报告编写12
8.1资料整理12
8.1.1资料整理必须遵循全面性、科学性、及时性和针对性的原则12
8.1.2资料整理的内容12
8.2成果分析13
8.3报告编写13
第九章成果资料提交13
9.1即时报告14
9.2日常报告14
9.3最终报告14
第十章施工超前地质预报组织机构以及设备、人员配置14
10.1项目组织机构14
10.2超前预报主要人员配置14
10.3机械配备和仪器的配置14
第十一章工期及质量安全保证措施15
11.1工期的保证措施15
11.1.1超前地质预报工期目标15
11.1.2各预报手段作业安排及预报时间15
11.1.3工期保证措施16
11.2质量保证措施16
11.2.1质量目标与管理体系16
11.2.2质量管理制度17
11.2.3质量保证措施17
11.3安全保证措施18
11.3.1安全管理目标18
11.3.2安全管理制度18
11.3.3安全保证措施19
11.3.4安全防范措施20
第十二章环境保护措施20
第十三章安全应急预案21
13.1应急组织机构框图21
13.2抢险应急小组22
13.2.1小组成员22
13.2.2抢险组织机构各项职责22
13.3应急响应22
13.3.1事故分级22
13.3.2分级响应23
13.3.3响应程序23
13.4应急物资储备及管理24
13.5应急人员培训25
13.6应急演练25
13.7专项应急救援预案26
13.7.1防伤害应急预案26
13.7.2防触电应急预案26
13.7.3防机械伤害应急预案27
13.7.5管线破坏应急预案28
13.7.6区间暗挖塌方应急预案28
13.7.7隧道涌水突泥应急预案29
13.7.7.1局部涌水突泥应急预案29
13.7.7.2特大涌水突泥应急预案30
13.7.8停电应急预案31
第一章工程概况及重难点
1.1工程概况
1.2工程重、难点
第二章编制依据及范围
2.1编制依据
2.1.1相关技术规范、标准
隧道超前地质预报方案编制主要依据隧道勘察、设计相关规范及标准。
《岩土工程勘察规范》(GB50021-20012009版)
《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)
《公路土工试验规程》(JTGE40—2007)
《公路工程地质勘察规范》(JTGC20-2011)
《铁路隧道超前地质预报技术规程》(Q/CR9217-2015)
《铁路工程岩土分类标准》(TB10012-2007)
《铁路工程不良地质勘察规程》(TB10027-2012)
《铁路工程特殊岩土勘察规程》(TB10038-2012)
《铁路工程地质钻探规程》(TB10014-2012)
《铁路工程物理勘探规范》(TB10013-2010)
《铁路工程水文地质勘察规程》(TB10049-2014)
《铁路工程岩石试验规程》(TB10115-1998)
《铁路工程水质分析规程》(TB10104-2003)
《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006)
《建筑抗震设计规范》(2008修订版)(GB50011-2001)
《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)。
2.1.2区间设计文件
针对本隧道存在的断层构造发育、岩体种类繁多、岩性界面形态复杂的特点,结合本隧道水下施工的特点,将施工超前地质预报作为一道施工工序纳入设计,设计按照“安全第一、预防为主”的原则制定,即超前地质预报采用以地质分析为主,长距离宏观预报与短距离精确预报相结合、超前探孔与物探相结合、多种物探方法相互补充验证、定性与定量相结合的综合超前预报方案,具体方案如下:
(1)TSP超前探测:
全程进行TSP超前探测,对断层破碎带、裂隙发育带、岩性界面处进行重点探测。
(2)红外探水:
采用红外探水仪探测,对隧道海域段进行水文探测。
(3)地质雷达探测法:
地质雷达通过向地层中发射宽带、高频电磁波,并对所接收到的反射波进行一系列处理,精确地测定出电磁脉冲传播到目标物并反射回来的时间,由此来确定目标物的深度和位置等,探测距离较短,尤其对断层破碎带探测较为有效。
在区间隧道重点地段,根据现场实际需要布置。
(4)超前地质探孔:
通过钻孔直观的了解前方地质、水文情况。
2.1.3详勘地质报告成果资料
详见详勘阶段地质勘查报告。
2.2编制范围
编制范围为青岛市地铁8号线大洋站至青岛北站区间,具体里程见表2-1:
表2-1区间里程表
编号
隧道名称
起迄桩号
长度
(m
工程地质概况
各级围岩长度(m
IV
V
1
隧道右线
YDK38+895.06
3869
微〜中风化流纹岩、安山岩、凝灰岩,强〜中风化泥质粉砂岩、角砾岩,硬塑粉质粘土,软塑淤泥质土
2141.5
622.5
1105
YDK42+764
2
隧道左线
ZDK38+895.06
3875
2141.4
629.2
1104.4
ZDK42*770.69
第三章地质预报的目的
(1)进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题,进而指导隧道施工的顺利进行,减少隧道施工的盲目性;
(2)降低隧道施工地质灾害发生的几率,保证隧道施工安全;
(3)为隧道动态设计和信息化施工提供基础资料,使隧道设计施工更科学、安全和快捷;
(4)为编制竣工文件提供地质资料,为隧道长期安全运营提供基础资料。
第四章隧道超前地质预报方案制定原则
4.1分级原则
根据隧道的工程地质与水文地质条件,就地质因素对隧道施工影响程度及其诱发环境问题的程度等,分段对隧道进行地质复杂程度评价与分级。
不同级别的地段、不同的地质问题采取不同的预报方法组合。
4-1
隧道地质复杂程度分为很复杂、复杂、中等复杂和简单四级,具体分级方法见表
隧道地质复杂程度分级方法表4-1
\复杂程\度
\分\级影响'\因素\
很复杂
复杂
中等复杂
简单
地质复杂程度
(
含物探异常
)
岩溶发育程度
强烈发育,以大型暗河、廊道、较大规模溶洞、竖井和落水洞为主,地下洞穴系统基本形成
中等发育,沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀,中小型串珠状洞穴发育,地下洞穴系统未形成,有小型暗河或集中径流
弱发育,沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴,裂隙连通性差,少见集中径流,常有裂隙水流
微弱发育,以裂隙状岩溶或溶孔为主,裂隙不连通,裂隙透水性差
涌水
涌泥
程度
特大型涌突水(涌水量>
looooomVd)、大型涌突水(涌水量
ioooo〜iooooo
m/d)、突泥,咼水压
大型涌突水(涌水量iooo〜ioooomVd)、突泥
中型涌水(涌水量ioo〜
looonVd)、涌泥
小型涌水(涌水量vlooni/d),涌突水可能性极小
断层稳定程度
大型断层破碎带、自稳能力差、富水,可能引起大型失稳坍塌
中型断层带,软弱,中〜弱富水,可能引起中型坍塌
中小型断层,弱富水,可能引起小型坍塌
中小型断层,无水,掉块
地应力
影响程度
极咼应力(Rc/(Tmaxv4),开挖过程中硬质岩时有岩爆发生,有岩块弹出;软质岩岩芯常有饼化现象,岩体有剥离,位移极为显著
高应力(R/Tma=4〜7),开挖过程中硬质岩可能出现岩爆,岩体有剥离和掉块现象;软质岩岩芯时有饼化现象,岩体位移显著
瓦斯
影响
程度
瓦斯突出:
瓦斯压力P>o.74Mpa,瓦斯放散初速度
△p>io,煤的坚固性系数f 高瓦斯: 全工区的瓦斯涌出量》o.5m/min 低瓦斯: 全工区的瓦斯涌出量vo.5m/min 无 地质因素对隧道施工影响程度 危及施工安全,可能造成重大安全事故 存在安全隐患 可能存在安全问题 局部可能存在安全问题 诱发环境问题的程 可能造成重大环 施工、防治不当,可能诱发一般环 特殊情况下可能出现一般环境问 无 度 境灾害 境问题 题 4.2适用原则 隧道施工超前地质预报方法有多种,特别是物探方法,种类繁多,目前还没有任何一种物探方法能够适用于所有不良地质的探测。 隧道施工超前地质预报方案设计应针对不同隧道存在的不同地质问题,选择适用的预报方法,特别在物探方法的选择方面,应通过一种或多种物探方法的有效组合,发挥不同物探方法的优势,以达到预报目的。 4.3连续及全覆盖原则 隧道施工超前地质预报应该覆盖全隧道,隧道各段落的预报可依据其地质条件复杂程度选用不同的地质预报方法及手段,但整个隧道的超前地质预报工作应遵循连续预报的原则,即应避免地质条件差时重视开展超前地质预报工作,地质条件好时忽视超前地质预报工作的做法。 4.4动态管理原则 隧道施工超前地质预报方案设计依据的基础地质资料是区域地质资料及隧道勘察成果资料等,隧道施工过程中隧道的工程地质条件与水文地质条件可能会发生一定的变化。 隧道施工超前地质预报方案应依据变化的地质条件进行实时调整,调整的内容包括预报方法及手段的调整、预报工作量的调整等。 第五章地质概况 5.1地层岩性 场区第四系厚度0.00〜38.40m,主要由第四系全新统人工填土层(Qml)、海积层(Q。 、洪冲积层(Qal+pl)及上更新统洪冲积层(Q3al+pl)组成。 基岩为白垩系青山群流纹岩、安山岩、凝灰岩和王氏群泥质砂岩及火山角砾岩等。 受断裂影响,部分地段揭露砂土状〜块状碎裂岩、糜棱岩等构造岩。 现按地质年代由新到老、标准地层层序自上而下分述如下: 5.1.1第四系 5.1.2基岩 5.2地质构造 5.2.1区域地质构造 5.2.2近场区地质构造 5.3不良地质作用与特殊性岩土 5.3.1不良地质作用 (1)地震液化 2)软土震陷 5.3.2 特殊性岩土 1)人工填土 2)软土 3)风化岩 4)构造破碎带 5.4 水文地质条件 5.4.1 地下水类型及赋存状态 5.4.2 地下水补给 5.4.3 岩土体渗透性 第六章超前地质预报方案 6.1超前地质预报方案 在研究隧道已有的地质资料(区域地质资料、隧道勘察资料及其他专项评估报告等)的基础上,进行隧道风险因素分析识别,识别隧道主要的地质风险因素,即隧道施工存在的主要不良地质及特殊地质现象,以及这些不良地质及特殊地质的具体分布段落。 依据识别出的地质风险因素,进行隧道地质复杂程度分级,明确隧道施工超前地质预报选用的手段及方法,以及各种手段、方法应用的具体段落部位、施做频次、前后搭接长度、工作量大小等。 针对隧道施工存在的地质问题,并依据其复杂程度,结合设计要求,本次开展超前地质预报方法主要采用地质素描、TSP地质雷达、红外探测和超前地质探孔等方法,采 用长距离宏观预报与短距离准确预报相结合,地质方法与物探方法、钻探方法相结合,多种物探方法相结合的综合预报方法,开展多层次、多手段的超前地质预报。 具体方案如下: (1)TSP超前探测: 对隧道全程进行探测,重点探测隧道围岩的完整程度、地下水发育情况等,根据地层情况每次预报长度100〜150m前后两次预报搭接长度不小于10m (2)地质雷达: 在TSF长距离探测的基础上,采用地质雷达进行短距离精确探测,每次预报长度15〜30m,两次搭接不少于5m (3)红外探水: 对隧道海域段及陆域段地下水丰富的洞段进行探测,重点探测地下 水发育情况,掌握掌子面前方的富水情况,每次预报长度30m前后搭接长度不小于5m (4)超前地质探孔: 在隧道断面上方设3个©90超前地质探孔,对隧道全程进行探测,直观探测前方地层及地下水发育情况,掌握掌子面地质情况,每次预报长度30m前 后搭接长度不小于5m 具体工作方法如下: 6.1.1隧道左线预报方案 表6-1隧道左线预报方案 隧道里程段 综合围岩分级 全段米取的预报方案 ZDK38+895.06A ZDK42+770.69 川〜V TSP203红外探水、地质雷达、超前地质探孔 6.1.2隧道右线预报方案 表6-2隧道右线预报方案 隧道里程段 综合围岩分级 全段米取的预报方案 YDK38+895.06AYDK42+764 川〜V TSP203红外探水、地质雷达、超前地质探孔 6.1.3预计超前预报工作量 表6-3计划工作量 隧道名称 预报长度(m 红外探测 TSP 地质雷达 地质钻孔 隧道左线 2537 3875 3875 3875 隧道右线 2537 3869 3869 3869 合计 5074 7744 7744 7744 6.2超前地质预报实施流程 隧道施工超前地质预报工作采用长短结合、上下对照、定性与定量相结合,多方法、多频次相互印证的原则,进行综合施工超前地质预报,以提高重点地段预报的质量和精度综合施工超前地质预报流程图见图6-1: 图6-1综合超前地质预报工艺流程图 第七章超前地质预报技术要求 7.1TSP超前地质预报 TSP203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上在这个领域最先进的设备,它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况,弥补传统地质预报方法只能定性预报无法定量预报的缺陷。 它不仅可以及时地为隧道施工变更施工工艺提供依据,而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性,为隧道施工提供施工更安全保障,减少人员和设备的损伤,同时也就带来很大的经济效益。 TSP203每次可探测100〜200m为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报,每开挖100m预报一次,重叠部分(不小于10m对比分析,每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。 7.2.1预报原理 TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体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的,TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射 法。 地震波在设计的震源点(通常在隧道的左或右边墙,大约24个炮点)用小量炸药激 发产生,当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带和岩性变化等)时,一部分 地震信号反射回来,一部分信号透射进入前方介质。 反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收,数据通过TSPwin软件处理,就可以了解隧道工作面前方不良地质体的性质 (软弱带、破碎带、断层、含水等)和位置及规模。 原理示意图见图7-1 图7-1TSP203原理示意图 722设备 采用TSP203plus超前地质预报系统,系统主要组成: (1)记录单元: 12道,24位A/D转换,采样间隔62.5卩s和125卩S,最大记录长度为1808.5ms,动态范围120dBo (2)接收器(检波器): 三分量加速度地震检波器,灵敏度为1000mV/g±5%频率范围为0.5〜5000Hz共振频率9000Hz横向灵敏度〉1%操作温度0°C〜65C。 (3)TSPwin软件: 数据采集和处理集于一体。 设备全图见图7-2。 图7-2TSP设备全图 7.2.3测线布置 (1)接收器孔 位置: 在隧道边墙(面对掌子面),距离掌子面大约50m 数量: 2个,隧道左、右边墙各一个。 直径: ©43-45mm孔深2m 布置: 沿轴径向,用环氧树脂固结,向上倾斜10°左右。 咼度: 离地面1m (2)炮孔 位置: 在隧道的右边墙。 第一个炮孔离接收器16m其余炮孔间距为1.5m。 数量: 24个直径: 38mm孔深1.5m。 布置: 沿轴径向,向下倾斜10-20。 (激发时水封填炮孔)。 高度: 离地面约1m 7.2.4数据采集与分析 TSP203超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大部分。 (1)洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大部分组成。 洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器、放炮接收信号等过程。 具体的洞内部分采集见图7-3。 图7-3TSP203洞内数据采集部分示意图 (2)室内计算机分析处理 采集的TSP数据,通过TSPwin软件进行处理。 TSPwin软件处理流程包括11个主要步骤,即: 数据设置一带通滤波一初至拾取一拾取处理一炮能量均衡一Q估计一反射波提取fP-S波分离f速度分析f深度偏移f提取反射层。 通过速度分析,可以将反射信号的传播时间转换为距离(深度),可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置,并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体质。 (3)提交资料 室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告,报告一般包括: 成果资料、现场数据记录表、岩石参数曲线图(横坐标为里程)、二维结果图(横坐标为里程)及岩石参数表。 7.2地质雷达超前探测 作为TSP203超前地质预报的补充,在地质条件复杂的地段,使用地质雷达进行超前探测,对TSP探测的资料进行有效的对比,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,以提高重点地段预报的质量和精度。 (1)有效探测距离: 地质雷达的有效探测距离在完整岩石地段约30m在发育地段根据雷达波形判定。 两次预报的重复长度5m左右。 (2)仪器要求: 用于超前地质预报的地质雷达天线使用中心频率为100MHZ勺低频屏蔽天线。 (3)现场数据的采集: 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,在掌子面附近应没有其它的金属物体。 雷达测线在掌子面上呈“井"字形布置,测线长度根据天线长度决定,在有限的掌子面上尽可能的长。 采用两种不同中心频率的天线在相同的测线上重复观测,一般应采取连续观测方式。 应充分利用避车洞或超前钻探揭露的地质界面等有利地段求取地层的相对介电常数和电磁波速度。 (4)资料整理和处理要求: 雷达记录应清晰,反射波形、同相轴明显,不合格的记录应重测。 对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理如: 编辑、滤波、增益、褶积、道分 析、速度分析和消除背景干扰等,求得时间剖面。 在时间剖面中应标出探测对象的反射波组,确定反射体的形态和规模。 解释确定反射体的位置、形态,推断其充填情况。 必要时应制作模型进行反演解释。 (5)使用的仪器为瑞典的RAMAC/GP型地质雷达。 (6)提交资料: 室内计算机分析处理一般在12小时内完成并报告有关部门。 资料整理和处理要求: 雷达记录应清晰,反射波形、同相轴明显,不合格的记录应重测。 对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理,如: 编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等,求得时间剖面。 在时间剖面中应标出探测对象的反射波组,确定反射体的形态和规模。 解释确定反射体的位置、形态,推断其充填情况。 必要时应制作模型进行反演解析。 提交以下资料: 测线布置图;原始记录;时间剖面;解析参数和解析结果。 7.3红外线探水 (1)基本原理在隧道中,围岩每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波,并形成红外辐射场,场有密度、能量、方向等信息,岩层在向外部发射红外辐射的同时,必然会把它内部的地质信息传递出来。 干燥无水的地层和含水地层发射强度不同的红外辐射,红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度,根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。 (2)现场数据采集 1在施工隧道的隧顶和两侧边墙的中部各布置一条测线,5m点距,发现异常后加密测 点,并初步分析异常的可能原因,如因喷浆、照明灯等干扰影响应与删除,并重测。 2在掌子面上均匀布置9个测点,发现异常后加密测点,并初步分析异常的可能原因,如因喷浆、放炮、照明灯等干扰影响应予删除,并重测。 3每次探测应对岩体的裂隙发育情况和隧道壁渗水情况进行详细记录。 (3)资料整理探测完成后应提供红外探测预报报告,内容包括: 工作概况、地质解译结果、掌子面探测数据图、左右边墙及拱顶等测线的探测曲线图等。 (4)红外线探水的探测范围 红外探测每循环可探测30m为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报,两次探测应重复5m。 (5)使用的仪器 使用的仪器为煤炭科学研究院唐山分院生产的HW-304红外线探测仪。 7.4超前地质探孔 (1)基本原理 在掌子面设3个©90超前地质探孔,通过钻孔直观地了解前方的地质、水文情况,确保隧道施工安全。 (2)现场数据采集 掌子面设3个©90超前地质探孔,每次钻30m搭接5m。 (3)资料整理 探测完成后应提供报告,内容包括: 工作概况、地质解译结果等。 (4)使用的仪器 采用地质钻机进行钻孔。 第八章资料整理、成果分析及报告编写 8.1资料整理 资料整理是隧
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