11隧道超前地质预报作业指导书.docx

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1、超前地质预报作业指导书1、适用范围适用于新建北京至沈阳客运专线XXX标内娘盘山隧道(DK504+010-DK504+775)、大金沟隧道(DK511+300-DK512+180)的超前地质预报。2、超前地质预报的重要性在隧道工程修建过程中，由于前方地质情况不明，常常出现各种险情，例如塌方、涌水、岩爆、泥石流等地质灾害，这些问题的发生严重影响工程的进展，增加工程的造价,有时甚至会产生重大的事故。为了进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行；降低地质灾害发生的几率和危害程度，为预防隧道涌水、突泥(石)等灾害性事故及时提供信息，以指导施工单位高效安全施工，保证工期

2、和质量，避免事故损失，节约投资；并为正确选择施工方法、支护措施，优化工程设计及施工方案提供地质依据。因此在隧道施工过程中应对全隧道开展超前地质预报工作，并将其纳入正常的施工工序管理。3超前地质预报方法3.1地面地质调查地面地质调查或复查，可分为重点复查和全面调查两类。前者适用于地质勘察工作做得较好、精度较高的隧道，主要是少数长大隧道；后者适用于地质勘察工作做得较差、设计图纸与施工实践不符或严重不符的隧道，主要是占大多数的中长、中小隧道。地质调查(复查)的工作方法，不外穿越调查法和追索调查法两种。具体调查方法和工作步骤，则视调查对象而定。主要地质调查(复查)对象划分：(1)地层地质岩层层序、特殊

3、岩层(2)构造地质断层、破碎带、背斜、向斜(3)岩溶地质溶洞、暗河、岩溶陷落柱(4)瓦斯地质煤系地层调查(5)水文地质汇水区、泻水区、泉水分布隧道施工中需要的地面地质调查主要是地层地面地质调查和断层地面地质调查，下面分别说明两种地质调查的技术和工作方法3.2掌子面编录推测法主要是通过掌子面已揭露地质体（岩层、不良地质体等）进行观测与编录，对掌子面前方一定范围内可能出现的地质体及位置，对掌子面实见地质体向掌子面前方延伸情况进行有依据地推断。主要分为岩层及层位推断法、条带状地质体涉及隧道长度推断法和不规则地质体涉及隧道长度推断法三种。3.2.1岩层及层位推测法这是应用地表地质调查所取得的地表岩层层

4、序的规律和地表、地下（隧道）岩层层序基本对应出现的原理，在确认隧道掌子面揭露的岩层与地表某岩层为同一的前提下，推断掌子面前方一定范围内，将出现什么岩层和出现在什么位置。这种方法的关键技术是要依据掌子面揭露岩层的组成、结构构造特征、特殊标志等因素对该层岩石给予准确定名，确认它位于地表岩层层序中的位置和对应的层位。工作方法和步骤如下：对掌子面已揭露出的岩层进行地质编录（观测岩石的矿物成份、结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状；测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度；将该岩层与实测地层剖面图和地层柱状图相对比，确定其在地层（岩层）层序中的位置和对应的岩层

5、；依据实测地层剖面图和柱状图的岩层层序，结合TSP-202仪器探测的结果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的岩层和在隧道中的里程（位置）。3.2.2条带状地质体涉及隧道长度推断法条带状地质体包括断层破碎带、各类围岩。推断其涉及隧道长度的实质是：利用掌子面揭露地质体的产状，单壁始见位置和地面地质调查法、长期（长距离）超前地质预报成果得出的该地质体厚度（宽度）资料,经过一系列的三角函数运算，求得该条带状地质体在两壁上下和拱顶的边界位置。其中的关键技术是要把地质体的真倾角换算成隧道剖面上的视倾角。3.2.3不规则地质体涉及隧道长度推断法不规则地质体，包括岩溶陷落柱、溶洞、暗河、淤

6、泥带等，其涉及隧道长度目前只能依据导洞中始见点的位置（或推测始见点的位置）和地质体的大约轮廓以及长期（长距离）超前预报的成果，作近似的推测。3.3地质前兆定量预测法地质前兆定量预测法即断层参数预测法，它是一种超前预报隧道断层及其与隧道断层相关的不良地质（溶洞、暗河、淤泥带等）的地质学方法23o其原理是根据断层形成的力学机制和地应力能量释放形式的基本理论，推断断层断距和断层破碎带的厚度必然与断层影响带和其所有组分宽度和强度之间有着事物本质上的联系，它们的相互关系可以用数学公式加以表达。依据断层参数预测法的原理，岩石强度降低带的开始点，恰好与I1节理带第In个密集带的开始点相吻合或位置接近；所以，

7、隧道断层预报的关键技术就是I1节理带第In带的辨认和始见点的确定。3.3.1辨认I1节理第HI带是所有I1节理集中带中最明显的一个带，它距第H带和第IV带都有一段明显的里程,孤立出现;它的强度（数量、间距和长度等）均明显大于第II带；第山带的中间，常有小断层（仍属于I1节理第In带组分）出现，而第I带和第II带基本无小断层；与第11带相比，它常按比例出现在固定的位置上，而第11带的位置是变化的；有些断层可以没有第IV带（甚至没有第II带）；但是，决不会没有第HI带；个别情况下，某些断层的I1节理集中带，无论I、II、山、IV带,均以小断层出现。3.3.2始见点的确定在I1节理第In带中，若无小

8、断层出现（大多数应如此），则以第In带中的首次见到的第一条节理的中点对应位置作为始见点的里程；若第In带中偶尔出现小断层时（一般只有一条），则以小断层的中点对应的位置作为始见点的里程；有时第山带的第一条节理规模非常小（与其他第山带中内的I1节理相比较），只有2030cm长，且十分不明显；则以第山带内很明显的、至少长度大于Im的首先见到的I1节理中点对应位置，作为始见点的里程。3.4水平声波剖面预测法（HSP法）HSP法的基本原理是：向岩体中辐射一定频率的声波，当声波传播路径中存在两种不同介质界面时，声波将发生折射、反射，频谱特征发生变化,通过探测反射波信号，求得其传播特征后，便可了解前方的岩体

9、特征。其实质是:将发射源、接收换能器布置在隧道两侧的浅孔内，发射、接收位置均在平行与隧道底面的同一水平面上,即构成一“水平声波剖面”；在该剖面内向空间激发并接收振动（声波）信号；采用时域、频域中的时差、频差与地质相结合的方法确定反射面的空间方位并“投影”到该剖面上，从而确定反射面的出露里程及性质。探测时，利用钻孔台车在打完掌子面炮眼后，在掌子面后方一定距离（2m左右）的隧道两侧底部分别打若干个测试孔（612个），孔深13m下倾2040,孔间距视探测距离大小按13m布置。将发射源及接收换能器分别置于测试孔内，测孔充水作为耦合剂，发射孔孔底采用雷管或电火花作震源，发射及接收孔孔口均采用棉纱等堵塞，

10、防止空气中的声波干扰。此外还有其它变通布置方式，视具体探测的难易程度而有所变化。探测工作在开挖工作面装炸药的同时进行，因而不占用开挖工作面的工作时间。上述布置方式由于其脱离了开挖工作面，对施工干扰小，而且将发射源及接收换能器置于浅孔中，且有以下明显的优点：便于使发射波位于直达波、面波延续相位之外，因而反射波不易受直达波、面波干扰,记录面貌清晰，提高了信噪比，同时反射波时域同相轴、频域频差“同相轴”明显；记录的直达波、面波、侧面波皆呈双曲线形态，反射波形态与掌子面上反射形态类似，图像直观,便于识别反射波；避开了开挖松动带的影响，减少了高频衰减，十分有利于提高频率较高的声波反射法的探测距离和精度；

11、钻孔增加了测试布置的横向宽度，从而提高了对前方反射面的空间定位精度;采用了较高的主频（13kHz）,提高了分辨率。3.5临近前兆预测法很多不良地质体（如断层破碎带、暗河、老窖水等）和某些地质灾害（如煤和瓦斯突出）都有临近前兆。施工地质工作者正是依据这些前兆的出现，紧密结合地面调查、长期（长距离）超前预报的成果和短期（短距离）仪器探测的成果，预测掌子面前方不良地质的位置、规模，预测地质灾害出现的可能性。几种临近前兆断层破碎带临近前兆节理组数的急剧增加。临近断层破碎带时，节理组数可能多达612组；出现牵引褶曲和牵引褶皱；有时会出现由弧形节理组成的小型施卷构造或旋转节理；岩石强度明显降低。逆断层为主

12、的断层破碎带附近会出现压裂岩和破碎岩，多数情况下，特别是上盘会出现夹泥裂岩。暗河临近前兆大量出现含有泥砂的小溶洞；钻孔中的涌水量剧增，且夹有泥砂和小砾石。为确保超前预报的准确性，在施工时要及时发现这类前兆，并做到细致观测、编录。结合其它的超前预报成果，经综合分析,做出短期（短距离）超前预报或地质灾害可能发生的警报。3. 6地质雷达预测法地质雷达方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（IMHZIGHz）电磁技术。地质雷达用1个天线发射高频电磁波，另1个天线接收来自地下介质界面的反射波。地质雷达的雷达接收机利用分时采样原理和数据组合方式把天线接收到的信号转换成数字信号；主机系统再将数字信号转换成模拟

13、信号或彩色线迹信号，并以时间剖面显示出来。剖面的横坐标为连续测量时水平测线的走距（m）,纵坐标为反射波的双程走时（ms）0这样通过对接收到的反射波进行分析就可推断地下地质情况。地质预报主要的探测内容为：地下水、断层及其影响带等对施工不利的地质情况。这些不利的介质与完好基岩的相对介电常数均有较大差异，为采用地质雷达对隧道掌子面前方进行地质预报提供了良好的地球物理基础。探测距离短是地质雷达最主要的缺点。由于测线长度有限,一般只有24m,而探测目标却大多在20m以远,探测目标长度往往大于测线长度，这样就只能探测到目标的一部分或一个点。但对于那些距掌子面较近的岩洞洞穴、富水区等不良地质体的探测，地质雷

14、达仍有其独到之处,而且它还能够进行三维空间探测，分辨率高（Im）。3.7TSP物探测试TSP202超前地质预报系统是由瑞士莱卡公司与安百格测量技术公司合作开发的隧道及地下工程探测设备和探测技术。基本原理是人工制造一系列有规则排列的轻微震源，形成地震源断面。这些震源发出的地震波遇到地层层面、节理面,特别是断层破碎带界面和溶洞、暗河、岩溶陷落柱，淤泥带等不良地质界面时，将产生反射波；这些反射波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向均与相关界面的性质，产状密切相关。依据上述原理，TSP-202系统设置了反射波数据采集系统和分析系统两大部分。反射波采集系统由传感器和记录仪组成。传感器设有多种超灵敏

15、的加速传真器，它在计算机的监控下，将反射波数据传输给记录仪，经微机处理后，储存起来。储存的反射波数据传输给分析系统后，电脑将进行复杂的数学计算，最后形成反映相关界面的影像点图和隧道剖面、平面图，并显示在屏幕上，供分析人员解译。单纯的TSP-202解译包括影像图解和隧道平剖面图解译。解译技术是TSP-202实现超前地质预报的最关键技术，也是难度最大的技术。它一方面要求解译人员具有丰富的解译经验，另一方面，也是更重要方面，要求解译人员具有丰富的地质实践经验。高水平的TSP-202解译必须与地面地质调查、隧道内的地质前兆定量预测法紧密结合才能达到。根据本隧道地质情况，存在的风险主要是塌方危害，施工超

16、前地质预报可采用掌子面地质素描和地面地质调查，结合物探方法（如地震波反射法）进行预测预报。预报结果要提出隧道地层岩性、岩体结构、赋水情况、风化破碎带位置和物探异常区，指导施工，做到风险早发现、早处置。在地质调查法的基础上，采用地震波反射法进行中长、长距离探测，再采用加深炮孔探测进行短距离预报，断层及重要物探异常段补充短距离物探红外探测法及超前水平地质钻探进行预报。详见表如下：地震波反射法掌子面地质素描法全隧贯通全隧贯通4、质量控制及检验4. 1质量验收规范及指南高速铁路隧道工程施工技术指南高速铁路隧道工程质量验收标准4. 2主控项目4.1.1 洞身开挖前必须进行超前地质预报。检查数量：施工单位开挖前进行检查，监理单位见证检验。检查方法：