地质超前预报

1、 查明掌子面前方的地质构造、围岩性状、查明掌子面前方的地质构造、围岩性状、结构面发育特征，特别是结构面发育特征，特别是溶洞、断层、各类溶洞、断层、各类破碎带、岩体含水情况破碎带、岩体含水情况，以便提前、及时、，以便提前、及时、合理地制定安全施工进度、修正施工方案，合理地制定安全施工进度、修正施工方案，确保施工安全、加快施工进度确保施工安全、加快施工进度。定量准确的超前地质预报，是隧道施工地质界尚未定量准确的超前地质预报，是隧道施工地质界尚未攻克的技术难题。攻克的技术难题。在国外，瑞士、日本等发达国家进行隧道在国外，瑞士、日本等发达国家进行隧道( (特别是铁特别是铁路、公路隧道路、公路隧道) )

2、修建过程中，隧道施工地质工作都是非修建过程中，隧道施工地质工作都是非常重要的、不可缺少的工序。常重要的、不可缺少的工序。目前在隧道施工期间采用的超前地质预报方法从专目前在隧道施工期间采用的超前地质预报方法从专业技术方面可分为业技术方面可分为地质法和物探法地质法和物探法两大类。两大类。p 一、地质法一、地质法1. 1. 超前导坑法超前导坑法超前导坑法可分为超前平行导坑和超前正洞导坑。超前导坑法可分为超前平行导坑和超前正洞导坑。u超前平行导坑超前平行导坑平行导坑的布置平行于正洞，断面小而且和正洞之平行导坑的布置平行于正洞，断面小而且和正洞之间有一定的距离，在施工过程中对导坑中遇到的构造、间有一定的

3、距离，在施工过程中对导坑中遇到的构造、结构面或地下水等情况作地质素描图，通过做结构面或地下水等情况作地质素描图，通过做地质素地质素描图描图对正洞的地质条件进行预报。对正洞的地质条件进行预报。(2)(2)超前正洞导坑超前正洞导坑正洞导坑正洞导坑布置在正洞中，其作用与平行导坑相比，布置在正洞中，其作用与平行导坑相比，效果更好。效果更好。但是采用超前导坑法进行预报也有缺陷：一是成本但是采用超前导坑法进行预报也有缺陷：一是成本太高，有时需要全洞进行平导开挖；二是在构造复太高，有时需要全洞进行平导开挖；二是在构造复杂地区准确度不高。杂地区准确度不高。 2 2超前钻孔法超前钻孔法超前钻孔法是在超前钻孔法是

4、在隧道掌子面隧道掌子面上进行钻孔，以探明隧上进行钻孔，以探明隧道开挖面前方的地质情况的一种方法。道开挖面前方的地质情况的一种方法。钻孔的数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。钻孔的数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。液压钻孔台车钻进时液压钻孔台车钻进时, ,在掌子面范围内布置在掌子面范围内布置2 24 4个个钻孔钻孔, ,孔深孔深5m,5m,用秒表计时用秒表计时, ,记录钻进各进尺段所用时记录钻进各进尺段所用时间长短来判别软弱围岩和不良地质构造的位置。间长短来判别软弱围岩和不良地质构造的位置。超前地质钻孔法适用于隧道开挖面前方地质情况复超前地质钻孔法适用于隧道开挖面前方地质情况复杂、且又有地

5、下水出露的情况。该方法既能探明隧道杂、且又有地下水出露的情况。该方法既能探明隧道开挖面前方的开挖面前方的地质情况地质情况，且探孔又能起到，且探孔又能起到排水作用排水作用。其缺点是：其缺点是：在复杂地质条件下预报效果较差，很在复杂地质条件下预报效果较差，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，特别是与隧道轴线平行的结构面，其预报无反映；特别是与隧道轴线平行的结构面，其预报无反映；钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来。钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来。3.3.地面地质调查地面地质调查 地质调查可分为地质调查可分为重点复查和全面调查重点复查和全面

6、调查两类。两类。u前者适用于地质勘察工作做得较好、精度较高的长前者适用于地质勘察工作做得较好、精度较高的长大隧道大隧道; ;u后者适用于地质勘察工作做得较差、设计图纸与施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工实践不符或严重不符的隧道, ,主要是占大多数的中长、主要是占大多数的中长、中小隧道。中小隧道。u地质调查的工作方法地质调查的工作方法, ,不外穿越调查法和追索调查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两种。具体调查方法和工作步骤, ,则视调查对象而定。则视调查对象而定。主要调查对象划分如表主要调查对象划分如表1 1所示。所示。表表 1 4

7、.掌子面编录掌子面编录主要是通过掌子面已揭露地质体主要是通过掌子面已揭露地质体(岩层、不良地质岩层、不良地质体等体等)进行进行观测与编录观测与编录,对掌子面前方一定范围内可能对掌子面前方一定范围内可能出现的地质体及位置及掌子面实见地质体向掌子面前出现的地质体及位置及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。方延伸情况进行有依据地推断。对掌子面进行地质素描是对开挖面的地质情况如实对掌子面进行地质素描是对开挖面的地质情况如实而准确的反映。而准确的反映。u在施工循环过程中在施工循环过程中, 爆破后或出碴后打眼装药前即爆破后或出碴后打眼装药前即可对隧道开挖工作面进行地质素描。可对隧道开挖工

8、作面进行地质素描。u正洞地质素描的优点是正洞地质素描的优点是不占用施工时间不占用施工时间，设备简单，设备简单，不干扰施工，出结果快，预报的效果好，而且为整个不干扰施工，出结果快，预报的效果好，而且为整个隧道提供了隧道提供了完整的地质资料完整的地质资料；缺点是对与隧道夹角较；缺点是对与隧道夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报。大而又向前倾的结构面容易产生漏报。u掌子面编录主要内容包括以下五个：掌子面编录主要内容包括以下五个：u（1）岩性）岩性:是最基本的地质资料。主要描述岩石名是最基本的地质资料。主要描述岩石名称、颜色、结构、构造、矿物成分、风化程度等。称、颜色、结构、构造、矿物成分、风化程度

9、等。u（2）贯穿性节理）贯穿性节理:是造成块体塌方的主要原因之一。是造成块体塌方的主要原因之一。主要描述节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面主要描述节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征特征(光滑、粗糙、起伏不平光滑、粗糙、起伏不平)、出露位置等。、出露位置等。u（3）岩脉）岩脉:岩脉侵入的位置往往是地壳的薄弱点。岩脉侵入的位置往往是地壳的薄弱点。主要描述岩脉的岩性主要描述岩脉的岩性,出露位置、宽度、接触关系、破出露位置、宽度、接触关系、破碎情况、风化程度等。碎情况、风化程度等。u（4 4）断层：是地壳上主要的构造痕迹）断层：是地壳上主要的构造痕迹, ,它的形成、特性及它的形成、特性及规

10、模决定地区地质构造复杂程度规模决定地区地质构造复杂程度, ,对隧道施工影响极大对隧道施工影响极大, ,是是开挖时发生塌方的主要地质原因之一。开挖时发生塌方的主要地质原因之一。u针对断层而言，主要描述针对断层而言，主要描述断层位置、产状、断层破碎带宽断层位置、产状、断层破碎带宽度及构造类型、断层性质度及构造类型、断层性质及其与其它断层的关系、派生节及其与其它断层的关系、派生节理产状、密度及充填物等。理产状、密度及充填物等。u断层露头作图法对断层露头作图法对结构面向开挖后方倾斜结构面向开挖后方倾斜的断层预报效果的断层预报效果较好，因为断层先在隧道底出露，对岩体稳定性影响不大较好，因为断层先在隧道底

11、出露，对岩体稳定性影响不大时就可以发现；时就可以发现；u对于向掌子面前方倾斜的结构面因为先在顶部出现，预报对于向掌子面前方倾斜的结构面因为先在顶部出现，预报时效果相对较差。时效果相对较差。u（5）地下水：水增加了隧道施工难度。地层渗水影响喷射）地下水：水增加了隧道施工难度。地层渗水影响喷射混凝土的质量；若在断层带内岩体破碎，或节理被次生粘土混凝土的质量；若在断层带内岩体破碎，或节理被次生粘土充填地段有水，则会大大降低围岩的自稳能力，增加坍塌的充填地段有水，则会大大降低围岩的自稳能力，增加坍塌的可能。可能。u主要描述主要描述出水点位置及其与断层和节理的关系出水点位置及其与断层和节理的关系、出水状

12、态出水状态(滴、流、涌滴、流、涌)、水味、水色、水温、出水点附近有无沉淀物等。、水味、水色、水温、出水点附近有无沉淀物等。同时了解水对混凝土的侵蚀性。同时了解水对混凝土的侵蚀性。u对于地下水与地表水可能存在水力联系的地方进行了地下水对于地下水与地表水可能存在水力联系的地方进行了地下水动态观测，提前确定施工中的排水措施，以防止造成涌水事动态观测，提前确定施工中的排水措施，以防止造成涌水事故。故。5.5.临近前兆预测法临近前兆预测法 很多不良地质体很多不良地质体( (如断层破碎带、暗河、老窖水如断层破碎带、暗河、老窖水等等) )和某些地质灾害和某些地质灾害( (如煤和瓦斯突出如煤和瓦斯突出) )都

13、有临近前都有临近前兆。施工地质工作者正是依据这些前兆的出现兆。施工地质工作者正是依据这些前兆的出现, ,紧紧密结合地面调查、长期密结合地面调查、长期( (长距离长距离) )超前预报的成果和超前预报的成果和短期短期( (短距离短距离) )仪器探测的成果仪器探测的成果, ,预测掌子面前方不预测掌子面前方不良地质的位置、规模良地质的位置、规模, ,预测地质灾害出现的可能性。预测地质灾害出现的可能性。几种临近前兆：几种临近前兆： 1)1)断层破碎带临近前兆断层破碎带临近前兆节理组数的急剧增加节理组数的急剧增加。临。临近断层破碎带时近断层破碎带时, ,节理组数可能多达节理组数可能多达6 61212组组;

14、 ;出现出现牵牵引褶曲和牵引褶皱引褶曲和牵引褶皱; ;有时会出现由弧形节理组成的小有时会出现由弧形节理组成的小型施卷构造或旋转节理型施卷构造或旋转节理; ;岩石强度明显降低岩石强度明显降低。逆断层。逆断层为主的断层破碎带附近会出现压裂岩和破碎岩为主的断层破碎带附近会出现压裂岩和破碎岩, ,多数多数情况下情况下, ,特别是上盘会出现夹泥裂岩。特别是上盘会出现夹泥裂岩。2)暗河临近前兆大量出现暗河临近前兆大量出现含有泥砂的小溶洞含有泥砂的小溶洞；钻孔；钻孔中的中的涌水量剧增，且夹有泥砂和小砾石涌水量剧增，且夹有泥砂和小砾石。为确保超。为确保超前预报的准确性，在施工时要及时发现这类前兆，前预报的准确

15、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，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，做出短期经综合分析，做出短期(短距离短距离)超前预报或地质灾害超前预报或地质灾害可能发生的警报。可能发生的警报。n 1.水平声波剖面预测法水平声波剖面预测法(HSP法法) HSP法的基本原理是：向岩体中辐射一定频率法的基本原理是：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，时，声波将发生折射、反射，频谱特征频谱特征发生变化发生变化,通通过过探测反射波信号探测反射波信号，求

16、得其传播特征后，便可了解，求得其传播特征后，便可了解前方的岩体特征。前方的岩体特征。 n2. 地质雷达预测法地质雷达预测法 地质雷达方法是一种用于探测地下介质分布的广谱地质雷达方法是一种用于探测地下介质分布的广谱(11)电磁技术。地质雷达用电磁技术。地质雷达用1个天线发射高个天线发射高频电磁波，另频电磁波，另1个天线接收来自地下介质界面的个天线接收来自地下介质界面的反射波反射波。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信号

17、或彩色线迹信号，并以时间剖面显示信号转换成模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面显示出来。出来。 n3 3声波测试声波测试 声波对裂隙反应很敏感，遇到声波对裂隙反应很敏感，遇到裂隙裂隙即发生介面效应即发生介面效应（反射、折射和绕射），耗损波能，波形变复杂，波速减（反射、折射和绕射），耗损波能，波形变复杂，波速减缓，此外，声波速度的大小还和岩体强度有关。缓，此外，声波速度的大小还和岩体强度有关。 声波测试方法有多种，主要有岩面测试和孔内测试声波测试方法有多种，主要有岩面测试和孔内测试两种，其中孔内测试又分为单孔和双孔测试两种。两种，其中孔内测试又分为单孔和双孔测试两种。岩面测试是在岩面测试是在已开

18、挖地段已开挖地段进行的，由于隧道开挖放炮进行的，由于隧道开挖放炮形成许多张裂隙，所测波速形成许多张裂隙，所测波速表面岩石比实际岩体的波速表面岩石比实际岩体的波速略偏低略偏低。孔内测试分单孔和双孔两种。单孔测试是把发射源和孔内测试分单孔和双孔两种。单孔测试是把发射源和接收器放在同一孔内，但只能测到钻孔周围一倍波长左接收器放在同一孔内，但只能测到钻孔周围一倍波长左右范围内的地质情况。双孔测试是把发射源和接收器放右范围内的地质情况。双孔测试是把发射源和接收器放在不同的钻孔内，测试两孔之间的岩体波速。在不同的钻孔内，测试两孔之间的岩体波速。n4红外探测红外探测 所有物体都发射出不可见的红外线能量，这能量的所有物体都发射出不可见的红外线能量，这能量的大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当隧道掌子面前方及周边介质单的物质和它的表面状况。当隧道掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当前面存在一时，所测得的红外场为正常场，当前面存在隐伏含水构隐伏含水构造或有水造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而时，他们所产生的场强