隧道施工安全技术(超前地质预报).docx

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1、一、超前地质预报概述1超前地质预报的定义隧道超前地质预报是一项复杂的系统性工作，是设计阶段地质勘察的补充和延伸，是保证隧道施工安全的重要环节和重要技术手段。其主要工作是在分析既有地质资料的基础上,采用地质调查、物探、超前地质钻探、超前导坑等手段，对隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件以及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等进行探测、分析、判释，并做出预报和提出技术建议。避免或减少由于地质不明所造成的工程事故以及由此带来的不必要的人力、物力、财力浪费。2.超前地质预报主要目的(1)进一步探明隧道开挖学子面前方的工程地质及水文地质情况，指导工程顺利进行；(2)降低地质灾害发生的概率和危害

2、程度；为优化工程设计提供地质依据；为编制竣工文件提供地质资料。3 .超前地质预报的主要内容地层岩性预报，包括对地层岩性、软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土体等的预测预报。地质构造预报，包括对断层、节理密集带、褶皱等影响岩体完整性的构造等的预测预报。不良地质条件预报，包括对岩溶、采空区、人工洞室、瓦斯等的预测预报。地下水状况预报，特别是对岩溶管道水及断层、裂隙水等发育情况进行预测预报。对围岩级别变化的判断。4 .超前地质预报方法超前地质预报方法有：地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导坑预报法。隧道超前地质预报实施前，根据隧道工程地质与水文地质条件、隧道地质复杂程度，对隧道进行分段，针对不同地质

3、情况，选择不同的方法和手段。一般采用一种或多种预报方法相互验证来提高预报的准确性。二、超前地质预报方法一一地质调查法1、地质调查法地质调查法是根据隧道已有勘察资料，利用地质罗盘、地质锤、放大镜、数码相机或摄像机等工具，通过踏勘、现场调查，开展地表补充地质调查和隧道内地质素描，经过地层层序对比、地层分界线及构造线在地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等，推测开挖学子面前方可能揭示的地质情况的一种超前地质预报方法。2、隧道地表补充地质调查对已有地质勘察成果的熟悉、核查和确认。地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系，特别是对标志层的熟悉和确认。断层、

4、褶皱、节理密集带等地质构造在隧道地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况。地表岩溶发育位置、规模及分布规律。（5）煤层、石膏、膨胀岩、含石油天然气、含放射性物质等特殊地层在地表的出露位置、宽度及其产状变化情况。（6）人为坑洞位置、走向、高程等，分析其与隧道等空间关系。（7）根据隧道地表补充地质调查结果，结合设计文件、资料和图纸，核实和修正超前地质预报重点区段。3.隧道内地质素描隧道内地质素描是将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表,隧道内地质素描包括以下主要内容：工程地质地层岩性、地质构造、岩溶、特殊地层、人为坑洞、地应力

5、、塌方以及有害气体及放射性危害源的存在情况。(2)水文地质地下水的分布、水质分析、出水点和地层岩性、地表相关气象水文观测，必要时应建立涌突水点地质档案。围岩稳定性特征及支护情况记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式以及初期支护后的变化情况。发生围岩失稳或变形较大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等。(4)围岩分级核查和确认隧道围岩分级。影像隧道内重要的和具代表性的地质现象应进行拍照和录像。4、地质调查法工作要求(1)隧道地表补充地质调查应在洞内超前地质预报前进行，并在洞内超前地质预报实施过程中根据需要随时补充，做好现场记录，并及时整理。(2)地质素描图

6、应采用现场绘制草图、室内及时誉清的方式完成，实时记录现场实际揭露情况。地质素描原始记录、图、表应及时整理。隧道地表补充地质调查和洞内地质素描资料应及时补充绘制在隧道工程地质平面图和纵断面图上。(4)采集的标本应及时整理。三、超前地质预报方法一一超前钻探法1、超前钻探法超前地质钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行水平钻探获取开挖前方地质信息的一种超前地质预报方法。在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段必须采用。超前地质钻探主要采用冲击钻和回转取芯钻，为提高预报准确率和钻探速度、减少占用开挖工作面的时间，通常两者交替使用。冲击钻：不能取芯样，可通过冲击

7、器的响声、钻速变化、岩粉及颜色、钻杆振动、冲洗液流失变化等粗略探明岩性、岩石强度、岩体完整程度、溶洞、暗河及地下水发育情况等。由于钻进速度快、耗时少，一般情况下多采用冲击钻。PI转取芯钻：可取芯样，鉴定准确可靠，地层变化里程可准确确定。由于钻进速度慢、耗时多，一般只在特殊地层、特殊目的地段使用。如煤系地层、溶洞及断层破碎带物质成分的鉴定、岩土强度试验取芯等。2、超前地质钻探钻孔要求孔数断层、节理密集带或其他破碎富水地层每循环可只钻一孔。富水岩溶发育区每循环宜钻35个孔，揭示岩溶时，应适当增加，以满足安全施工和溶洞处理所需资料为原则。煤层瓦斯地层，先在距煤层1520m（垂距）的工作面钻1个超前钻

8、孔,初步探明煤层位置，在距初探煤层位置Iom（垂距）开挖工作面，钻3个以上超前钻孔。孔深不同地段不同目的钻孔应采用不同的钻孔深度。钻探过程中应进行动态控制和管理，根据钻孔情况可适时调整钻孔深度，以达到预报目的为原则；煤层瓦斯超前钻孔深度应根据探测煤层情况确定。在需连续钻探时，前后两循环钻孔应重叠58m。（3）孔径钻孔直径应满足钻探取芯、取样和孔内测试的要求。钻孔布置钻孔起孔位置一般位于开挖面中下部。多个钻孔时，可在开挖面下部两侧和拱部位置。两侧和拱部钻孔的终孔位置一般需位于隧道开挖轮廓线以外，富水岩溶发育区超前钻探应终孔于隧道开挖轮廓线以外58m.,3、加深炮孔探测钻孔要求加深炮孔探测是利用局

9、部炮孔加深凿孔过程获取地质信息的一种方法。探测炮孔孔深较设计爆破孔（或爆破循环进尺）深3m以上。孔数、孔位应根据开挖断面大小和地质复杂程度确定。钻到溶洞和岩溶水及其他不良地质时，应视情况采用超前地质钻探和其他探测手段继续探测。4、超前地质钻探技术要求实施超前地质钻探的人员应经技术培训和考核，经考核合格后方可上岗。钻探前地质技术人员应进行技术、质量交底。钻探过程中应有专业地质工程师跟班。应做好钻探记录，包括钻孔位置、开孔时间、终孔时间、孔探、钻进压力、钻进速度随钻孔深度变化等。(5)及时鉴定岩芯、岩粉，判定岩石名称，对于断层带、溶洞填充物、煤层、代表性岩土等应拍摄照片备查，并选择代表性岩芯整理保

10、存。在富水地段进行超前钻探时必须采取防突措施，并测定水压。(7)应编制探测报告，内容包括工作概况、钻孔探测结果、钻孔柱状图，必要时应附钻孔布置图、代表性岩芯照片等。四、超前导坑预报法、物探法1 .超前导坑预报法超前导坑预报法是将超前导坑中揭示的地质情况，通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法。超前导坑预报法可分为平行超前导坑法和正洞超前导坑法。线间距较小的隧道可互为平行导坑，以先行开挖的隧道预报后开挖的隧道地质条件。根据超前导坑揭露的地质情况推测隧道未开挖地段地质条件，预报内容主要包括：地层岩性、地质构造的分布位置及范围等。岩溶的发育分布位置、规模、形态、充填情况及其展布情况。采空区及废弃

11、矿巷与隧道的空间关系。有害气体及放射性危害源的分布层位。涌泥、突水及高地应力现象出现的隧道里程段。其他可以预报的内容。2、物探法物探法包括弹性波反射法、电磁波反射法(地质雷达探测)、瞬变电磁法、高分辨率直流电法、红外探测等。其中弹性波反射法是利用人工激发的地震波声波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面前方地质情况的一种物探方法，它包括地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和极小偏移距高频反射连续剖面法等方法，目前最为常用的为地震波反射法。物探法包括弹性波反射法、电磁波反射法（地质雷达探测）、瞬变电磁法、高分辨率直流电法、红外探测等。其中弹性波反射法是利用人工激发的地震波、声

12、波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面前方地质情况的一种物探方法，目前最常用的为地震波反射法。地震波反射法1.1 探测原理地震波反射法是通过小药量爆破所产生的地震波信号在隧道开挖工作面前方不同岩层中以球面波的形式、以不同的速度传播，在地质界面处被反射，并被高精度的接收器接收。通过后处理软件得到各种围岩构造界面、地层界面与隧道轴线相交所呈现的角度及与掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、动泊松比等参数以供参考。进一步分析隧道前方围岩性质、节理裂隙密集带分布、软弱岩层及含水状况等。此方法适用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。1.2 探测仪器隧道地

13、震波反射法通常采用TGP或TSP隧道超前地质预报系统，其由主机、检波器（探头）、信号线及后处理软件组成。13探测方法1.4 数据分析与解释准确输入现场采集参数。(2)剔除不合格的地震道，只有合格的才能参与处理。根据预报长度选择恰当的时间窗口。数据解释，对围岩级别进行判定和评估。1.5 预报距离地震波反射法连续预报时前后预报距离宜重叠IOm以上。预报距离应符合下列要求:在软弱破碎地层或岩溶发育区，每次预报距离宜为IoOm左右。在岩体完整的硬质岩地层每次预报距离宜为15Om内。隧道位于曲线上时，应根据曲线半径大小，按上述原则合理确定预报距离。(2)电磁波反射法2.1 探测原理电磁波反射法超前地质预

14、报主要采用地质雷达法,地质雷达法探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射，根据传播速度、反射走时和波形特征进行超前地质预报的一种物探方法。地质雷达法用于探测浅部地层、岩溶、空洞、不均匀体，具有快速、无损伤、可连续可单点方式探测、实时显示等特点。2.2 探测仪器2.3 数据分析与解释参与数据分析与解释的雷达剖面应清晰。数据分析包括编辑、滤波、增益等处理。(3)数据解释应结合地质情况、电性特征、探测体的性质和几何特征综合分析。2.4预报距离地质雷达工作天线频率越低，波长越大，能量衰减越慢，预报距离就越大，但相应的分辨率会降低。此外预报距离还取决于介质的衰减系数、接收器的信噪比和灵敏度

15、、发射器发射功率、系统总增益、目标的反射系数、几何形状及其产状等。因此地质雷达法在一般地段预报距离宜控制在30m以内，在岩溶发育地段的有效预报长度则应根据雷达波形判定。连续预报时前后两次重叠长度宜在5m以上。五、监控量测概述1监控量测定义隧道施工监控量测是指在隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护衬砌变形、受力状态的监测。2、监控量测的目的(1)确保安全：根据量测信息，预警险情，以便及时采取措施，避免事故。指导施工：了解隧道围岩及支护变形发展趋势，对围岩稳定性作出判断、预测隧道围岩最终稳定时间，以安排合理的施工顺序和二次衬砌施作时机。(3)修正设计：检验施工预设计，调整支护参数和施工方法，使设计和施工更经济、合理。积累资料：已有工程的量测结果可以直接应用到后续同类围岩中，也为其他类似工程积累参考资料。3、施工监控量测内容监控量测的内容较多，通常分为必测项目和选测项目两类。必测项目是施工过程中经常性的量测项目，通过对围岩及支护状态的观察、变形观测，判断围岩稳定性。这类量测项目方法简单、量测密度大、可靠性高，对监视围岩稳定、指导设计、施工有巨大作用。