铁路项目隧道超前地质预报施工作业指导书.docx

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1、京沈客运专线（辽宁段）TJT标隧道工程编号：04010303超前地质预报施工作业指导书中国路桥工程有限责任公司京沈客运专线辽宁段TJ-I标项目经理部2014年4月15日发布1、适用范围本作业指导书适用于京沈客运专线辽宁段TJ-I标三棱山隧道正洞及斜井超前地质预报作业施工。2、技术要求2.1 三棱山隧道正洞及斜井超前地质预报实施方案为：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地质雷达法、红外探测法及超前水平地质钻探进行预报。2.2 编制超前地质预报实施大纲，并按建设单位审批的方案组织施工预报的实施，及时向建设

2、、设计、监理单位等相关各方提供预报成果。2.3 超前地质预测预报工作采用多种手段互相验证，各工作阶段互补，并按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的方法来保证预报准确性。3、预报目的(1)进一步查清隧道开挖工作而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，为制定施工方案和措施提供可靠的参数；(2)降低地质灾害发生的机率和危害程度，为隧道安全施工，避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害，从而为不受或少受损失奠定基础，为隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险创造条件；(3)为优化工程设计提供地质依据。准确的地质预报可以减少施工中的盲目性，减少事故发生率，减少很多不必要的安

3、全措施，从而降低工程投资，并为编制竣工文件提供地质资料。4、超前地质预报的内容及工作方法4.1 超前地质预报的内容超前地质预报内容包括隧道所在地区地质分析与宏观地质预报、隧道洞身不良地质及灾害地质预报和重大施工地质灾害临警预报。(1)隧道所在地区地质分析与宏观地质预报：主要预报开挖面前方的围岩级别和稳定性，及时修改设计，调整支护类型，预报洞内涌水量大小和变化规律以及对环境地质与工程的影响。（2）不良地质及灾害地质的预报：主要预报开挖面前方岩性变化和不良地质的范围、规模、性质，以及突水、突泥、坍塌、岩爆、有害气体等灾害地质的发生概率，提出施工预防措施。预报断层的位置、宽度、产状、性质、破碎带物质

4、状态、冲水情况、稳定程度等，提出施工对策。（3）重大施工地质灾害临警预报：针对开挖面前方有可能引发的大规模突水、突泥、坍塌、冒顶、变形等重大地质建立临警预报系统，主要预报隧道洞身所通过的深大富水断裂、富水向斜核部、富水砂层、软土、极软岩、煤系地层等,评判其危害程度，提出施工对策。4.2 超前地质预报的方法根据设计提供的三棱山隧道正洞及斜井工程地质资料，洞身开挖超前地质预报拟采用的方法及实施长度分别见表1及表2。表1三棱山隧道正洞及斜井超前地质预报工作方法表（见附后）表2三棱山隧道超前地质预报实施长度（或数量表）预报工作方法实施长度或数量备注地质调查法掌子面素描8888m地面补充地质调查18千平

5、超前钻探法超前地质钻探800m加深炮孔探测44450m物探方法地震波反射法（TSP）8890m地质雷达200m红外探测300m（1）地震波反射法：使用美国西斯陆地质工程公司生产的TRT6000地质超前预报系统，在隧道进洞40m开始进行连续预报，根据岩体、土层情况，每IoOm15Om作一次预报，前后两次重叠长度不小于IOnb直至全隧贯通。（2）地质雷达法：采用意大利生产的RIS探地雷达对隧道开挖前方可能存在的断层、破碎带及重要物探异常段进行补充预报，天线频率为40MHz,预报长度为40m,分两次进行，每次25m,前后两次重叠长度为Iom。（3）红外探测：采用红外探水仪对隧道开挖前方赋存的地下水情

6、况进行补充预报，每开挖1530m,对开挖面施作一次红外线探测技术，两次重叠不小于3mO（4）超前地质钻探：采用意大利产C6超前水平地质钻机队对隧道开挖前方可能存在的断层、破碎带及重要物探异常段进行补充预报，预报长度为30m,两次钻孔重叠长度不小于3m。（5）短距离超前地质钻孔（加长炮孔）：在隧道开挖掘进施工中，每循环作业运用钻具进行长5m的超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测。（6）掌子面素描：重点调查地层、岩性在隧道的出露及接触关系，特别是标志层的熟悉和确认。5、施工工艺流程超前地质预报施工工艺流程见图1所示图1超前地质预报施工工艺流程6、施工工艺6.1 研究既有资料，制定方案首先研究既有

7、区域地质，工程地质资料，必要时到地表测绘，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。通过对既有资料的分析和把握，制定预报方案，针对不同地段的地质情况采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节约有效预报资源的目的。6.2 利用工作面地质素描预报地质素描在隧道施工全过程中进行，包括正洞、斜井，其主要内容包括：6.2.1工程地质（1）地层岩性，包括地层年代、岩性、岩体产状。（2）断层，包括断层的性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，并进行断层带岩体稳定性的评价。（3）节理，包括节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征、力学性质、分析其组合特征、判断岩体的完整程度。（4）岩溶，包括岩溶的

8、规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。（5）塌方，应记录塌方部位、方式、规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的原因。6.2.2水文地质（1）出水点位置、出水状态、水量、水压、水文、颜色、泥沙含量测定，必要时进行长时间观测。（2）水质分析，判定水对建筑材料的腐蚀性。（3）出水点和地层岩性、构造、岩溶、暗河等的关系分析。（4）必要时进行相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流关系。（5）必要时建立涌水点地质档案。6.2.3摄像和影像对隧道内重要的和具有代表性的地质现象进行摄像和录像。结合上述各方面的资料的收集，综合分析开挖掌子面和洞身周边围岩的岩性、

9、结构、构造和地下水情况，判断开挖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方案。根据开挖面围岩的工程地质、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。根据开挖段及开挖面水文地质情况，提出注浆止水方案的建议。地质素描的技术要求：（1）素描必须现场进行，不得补记；（2）素描一律采用写实方法，记录方式、比例、图例应统一；（3）素描不占用开挖时间，最好在扒渣工作完成后钻车就位前进行，因为此时浮渣都已被清理掉，信息比较真实。资料分析：通过目测记录和对数码像机所取得的掌子面图像，进行分析，得到地质断面图，并提出岩性、裂隙、含水等地质信息。6. 3地震波反射

10、法7. 3.1方法原理TRT6000地质超前预报系统是利用地震波的反射原理进行地质预报。预报时，通过锤击或激震器产生地震波，当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来（图2）,一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面和岩体内不连续界面。反射地震信号被高敏度地震信号传感器接收，通过信号处理和分析，用来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水带等）、位置及规模。正常入射到边界的反射系射系感案强斗PNrI+pM式中R为反射系数，P为岩层的密度，V为地震波在岩层中的传播速度。地震波从种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系数为正

11、；反之，反射系数为负。实际卜.反射物位置的确定需要很多震源-传感器定义的椭球图2TRT探测原理8. 3.2数据采集进隧道40m开始，根据岩体、土层情况，每IOOm150m作一次预报，采用TRT6000地质超前预报系统进行连续预报，连续预报时，前后两次重叠长度不小于10m,直至全隧贯通。测试时安装10个传感器，拱顶2个，左、右边墙各2个，左、右拱腰各2个；锤击震源点共计12个，靠近掌子面的两边墙上各6个。勘测范围：隧道中心线左右各20m,高度为40m,长度为150m。挖掘和爆破法掘进隧道掌子面检波器隧道平面图图3震源及传感器的典型布置示意图9. 3.3现场检测环境条件要求现场检测时，施工单位应停

12、止施工，隧道内不应存在其他震动干扰，隧道必须具备检测条件（未排烟、排险、出渣等情况视为不具备检测条件）。隧道内应具备照明和冲击钻使用的电源。10. 3.4预报工作要求（1）向委外单位提供隧道设计文件、资料和图纸及其他必要的工程资料（如施工记录、洞内地质调查和掌子面地质素描等资料）。（2）检测过程中提供下列配合：a、预报检测前应进行除渣、排烟、排险，使现场具备检测条件。b、提供测量仪器及测量人员。需要对各震源点和信号接收点及掌子面中心点进行坐标测量，并换算成里程坐标。c、810磅重大锤（作为震源激发装置）、红色油漆（对激发点和接收点进行标记）。d、冲击钻（需钻直径8mm、深约50mm的小孔固定传

13、感器）。e台车（不具备条件的现场，在安全得到保证时可以使用铲车或挖掘机）。f、技术人员1名（要求熟悉隧道内情况，并在隧道内全程协助试验）、工人2名（辅助检测作业，其他工人需暂时离开隧道）。g、电源和照明设施。(3)在检测过程中必须停止施工。(4)检测过程中，现场技术人员和施工人员不得催促试验人员不合理加快试验速度，以免影响采集到的数据质量。(5)由于预报仪器精密、贵重，且重量较大，现场应提供减震好的车辆接送，以免对设备造成不必要的损坏。6.4地质雷达6.4.1方法原理地质雷达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，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法。可用

14、于岩溶探测，也可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体的探测。地质雷达法基本原理是：雷达发射天线向地下连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体(介电常数和电导率不同)时即发生反射波和透射波。接收天线接收反射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成实时的时间剖面。根据纪录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质。如图4所示。GPR发射器GPR接收器图4探地雷达原理图6.4.2数据采集测试时，根据掌子面的具体情况，采用两横两竖、两横三竖或一横三竖的布线方式（见图5）。可根据现场情况灵活布

15、置测线，其原则就是尽可能靠近掌子面轴心位置，使测线距离尽可能长、尽可能多地采集数据，以备后期数据的分析处理。横向布线时，将测绳沿测线方向固定在测线两个端点上，测绳上每隔IOCm画有分度线，天线位于起始位置时，用打点器采集35道波形，天线沿测线前进时，每次移动IOCm,停稳后，用打点器采集35道波形，直到测完全部测线（每条测线建立一个采集文件），见图6。图6横向测设示意图竖向检测时，将两根画有分度线的测绳分别绑在（IN）天线的两端（如图）,将天线吊起到测线上端，并沿测线向下移动，每前进10cm,停稳后，用打点器采集35道波形，直到测完全部测线（每条测线建立一个采集文件）。见图7。6.4.3现场操作方法（1）操作人员46人。其中2人负责固定测绳（横向检测时），1人现场记录，2人负责天线的移动，1人负责地质雷达仪器的操控。（2）横向行走时：移动天线者沿地面、钻机台架的平台或钢支撑从隧道的一端走向另一端。一测线测绳前进方向I1图7竖向测设示意图纵向行走时：采用悬吊式作业方法，利用绳索绑定天线，并吊至测线的上端,由两位操作人员同步收放。如果采用自上向下探测，则下方为