隧道出口超前地质预报方案

1、新建铁路张家口至唐山ZTSG-4标台上隧道超前地质预测预报方案编 制：复 核： 审 批： 中铁三局集团桥隧分公司张唐项目部2011年4月1日目 录1、工程概况12超前地质预报组织机构及职责23、超前地质预测、预报总体方案34、地质超前预报时间安排55、地质预报主要设备66、超前地质预报工艺和操作要点67、超前地质预报成果128、其它13隧道超前地质预测预报方案1.工程概况1.1工程概述 台上隧道位于河北省承德市丰宁县境内。隧道采用单洞双线方案，隧道进口里程DK249+932，出口里程DK251+450，全长1518m，地面高程间于559-728m之间。 1.2.工程地质台上隧道进口施工里程DK

2、249+928DK251+450,共1518m。其中包括级围岩，级围岩，级围岩，级围岩。1）地层岩性燕山山脉中低山区地形起伏较大，部分地段山势陡峭，地表部分地段基岩裸露，粉质粘土、卵石土、片麻岩。2）地质构造沿线经过山地和沟谷，线路经过的地区地质构造复杂。1.3.水文地质1）地表水沿线地表水较丰富，主要来自大气降水、山泉水。2）地下水沿线地下水按赋存的介质分为孔隙潜水、基岩裂隙水及构造裂隙水。3）水质区内地表水和地下水多属重碳酸-钙型水，水质一般较好，对混凝土一般不具侵蚀性，大多地段可供生活饮用和一般工程用水。1.4.不良地质及特殊地质1）不良地质沿线区域范围发育的不良地质类型主要有铁矿及采空

3、区、滑坡、顺层、岩溶、地震液化及活动断裂、有害气体等。1.5.超前地质预测、预报的重要性施工中通过超前地质预报，掌握施工工作面前方工程地质、水文地质情况，为施工提供可靠有效的地质资料。通过超前地质预报，预测可能引发隧道地质灾害的不良地质体位置、规模和性质，并根据地质预报成果，提出相应的技术措施与可行性建议，降低地质灾害发生机率，确保隧道工程施工人员和设备的安全，进而提高经济效益。2、超前地质预报组织机构及职责桥隧一队成立超前地质预报领导组，配置物探、水文、地质、试验专业人员并配备预测、预报设备和仪器，进行超前地质预报工作，有效地对前方不良地质做出准确预报，保证施工生产的安全和正常进行。职责分工

4、如下：超前地质预报组组长(由总工程师任组长)：全面负责超前地质预报工作；超前地质预报组副组长(由技术主任副组长)：组织安排各工区超前地质预报小组各项工作，并及时了解现场及各小组的反馈情况;超前地质小组组长（由工区技术负责人任组长）：负责所属管段的超前地质预报工作；组织安排工程地质、水文地质、物探及试验等专业组成人员进行超前地质预报日常工作；工程地质人员：负责隧道的地质结构、岩性分析，并对前方地质特征做出推断；水文地质人员：负责水文地质分析，并对前方水文地质特征做出推断；物探专业人员：负责物探测试分析工作；试验专业人员：负责岩、土、水样的测试、试验工作。3.超前地质预测、预报总体方案3.1预测、

5、预报原则将超前地质预报纳入施工工序，做到先探测、后施工，不探测，不施工。探测时采用长短距离结合，多种探测方法优势互补。3.2预测、预报总体方案隧道的超前地质预报工作在施工过程中应积极开展多种方式、方法相结合的长短期超前地质预测预报和施工地质灾害的监控、预警工作，并依据超前地质预报数据、开挖揭示的地质情况和监控量测数据，修改完善围岩分级，施工地质工作必须指派经验丰富的专业地质人员负责，针对隧道的超前地质预报工作，各超前地质预报小组要做好以下几个方面的工作：（1）地质调查：采用地质调查法进行地质超前预测预报，包括地表补充地质调查，全隧道开挖工作面地质素描和全洞洞身地质素描。（2）在主要的断层破碎带

6、、宽大节理密集带、喷出岩接触带及其它接触带的前方100m，根据现场开挖具体情况，采用地震波反射法超前地质预报系统或同等性能的仪器（采用TSP203地质超前预报系统进行长距离宏观控制）进行不少于两次探测，每次探测距离不小于100m。在超前地质预报异常带的前方30m掌子面中上部采用超前冲击水平钻孔验证，钻孔深度应超过异常带不少于10m,钻孔深度不小于60m，必要时在地质复杂地段，采用回旋取芯鉴定断面破碎带的物质成分及岩土强度。富水构造应安装孔口管、阀门和水压表对其涌水地段的孔隙水压、水量进行监控量测。（3）在预测可能出现岩爆地段应布置地应力和围岩应力、应变测试断面，地应力测试采用应力解除法。在预测

7、高应力区，根据现场开挖的具体情况，布置2个地应力测试断面，每个测试断面分别在拱顶、两侧边墙布置3个测试点进行地应力测量，地应力测试采用孔壁应力解除法实测地应力大小和方向，钻孔直径91mm，孔深15-20m。地质超前预报计划安排表地质预报项目单位测量频率TSP203探测次每100m进行一次红外探水次每20m进行一次超前水平地质探孔次有异常时进行（23）孔地质素描隧道延米每次开挖后进行超前地质预报主要项目、内容 项目预报主要内容主要方法/仪器重点预报地段常规预报围岩级别岩性特征，节理、裂隙发育特征和岩体结构特征地质素描法，TSP203 岩石破碎带地下水赋存状态涌水量大小、水压力、变化规律，环境水文

8、地质特征红外线探水法；超前地质钻孔，测流计，红外线探水仪，压力计富水地段异常预报破碎带位置、规模、破碎程度及宽度、充填情况TSP203，超前地质钻孔，地质素描法岩石破碎带富水地段大小、位置，充填情况、与水关系TSP203，超前地质钻孔 裂隙水、地下水发育地段4.地质超前预报时间安排地质超前预报是隧道施工中的一个重要环节，作为一项工序纳入隧道施工中去。根据地质超前预报工作量、预测频率及每次开挖支护循环进尺，可以推算每循环各项地质预报所需时间。各种超前预测预报每次使用时间表见表4每循环各分项地质预报使用时间表 序号预报项目每循环使用时间（min）1地质素描102TGP地质预报603红外仪探水154

9、超前水平钻孔探测2405.地质预报主要设备超前地质预报主要设备配见下表：超前地质预报主要设备配置表 序号设备名称型号数量1超前预报仪TSP2031套2红外探水仪HY-3031台3水平钻机DK-1501套4地质罗盘仪1套6.超前地质预报工艺流程和操作要点超前地质预报采用科学的方法；主要用地质分析法、地质物探法和超前水平钻孔法。三种方法有机结合，综合应用，相互印证，从不同方面发现异常、揭示异常情况，组成地质超前预报完整的技术体系，达到判断准确。6.1.地质分析方法地质分析法有地质调查和隧道开挖面地质素描两种方法。地质调查：对地貌、地质进行调查与地质推理相结合的方法有针对性的补充地质资料。补充地质资

10、料的主要内容包括：不同岩性、地层在隧道地表的出露及接触关系，岩层产状及变化情况；构造在隧道地表的出露、分布、性质、变化规律及产状变化；地表岩溶发育情况和分布规律。地质调查方法：地质预报组人员根据建立的标准地层剖面，结合地质岩性变化规律，确定各岩层层序、产状、厚度、位置。对地质构造进行跟踪调查后，展开有针对性的地质调会，详细核对勘察设计资料，为地质预报做好基础工作。隧道开挖面地质素描：地质预报人员对隧道开挖面的地质状况作如实的调查和编录，采集必要的数据，具体包括：开挖面地层、岩性、构造节理发育程度及开挖面渗水、水的来源流量等。受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录。地质素描方法和预报成果见下表。

11、 地质素描方法和预报成果 序号方法形成成果1用罗盘仪，洞内观察等方法，实测岩层产状、节理产状、微构造产状、断层层面产状等资料，采取分段测绘。分析岩体各种参数，对开挖面地质评价，绘制常规地质预报展示图和分段地质预报书。2绘制标准地层剖面和岩层位预报预测软弱岩层的位置，围岩稳定情况，提出施工措施建议。3观察开挖面断层及微构造出露情况、量测岩层产状分析断层、微构造产出的规律和在开挖面的部位、构造走向与隧道轴线关系，作出地质预报图。6.2.物探法6.2.1.TSP203超前地质预报系统及使用方法TSP203仪器系统可以进行隧道地质超前预报，检测施工未发现的隧道病害（如隧底岩溶）、检测围岩的弹性波速度、

12、划分围岩级别等。TSP203地质超前预报系统的工作原理是利用在隧道围岩内以排列方式激发弹性波，在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射回波被隧道围岩内的检波装置接收下来，通过数据处理，从中拾取掌子面前方的反射波信息，达到预报的目的，它可对前方200m内岩层发育情况做出准确预报。在本隧施工中，设计异常段及施工中发现异常段按每200m探测一次，特殊地质段应适当加密探测频率。超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质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。它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排

13、爆破点，进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的信号也就越强。返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，就得到岩体强度变化界面的位置及方位。地质预报系统实际操作中有如下特点：适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况；距离长，能预测掌子面前200m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大；对施工干扰小，可在施工间隙进行，即使专门安排时

14、间，只需要一小时左右；提交资料及时，在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。采用专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置，计算机自动绘出弹形波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。但也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要采用其他预报手段来补充和完善。数据处理流程见图。 电子计算机数据处理系统图其他加强施工支护及施工防护其它绘图机和有限元解分析的对比预测变形量解析资料存档主电子计算机现场量测 资料存档地表下沉净空便位拱顶下沉围岩变位锚

15、杆应力（现场）地表下沉图、随时间变化图净空变位及变位速度随时间变化图拱顶下沉随时间变化图围岩变位随时间变化图锚杆、喷混凝土应力随时间变化图及其它取出资料一览表打印机系统作业布置图6.2.2.红外线探水红外线探水每20m测量一次。红外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。红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。超前防水预测预报：了解掘进前方20m30m范围内，是否存在隐伏水体、是否存在含水断层和溶洞、是否存在含水破碎带。每次防水超前探测预报15分钟。向隧道上方探测、下方探测是确保掘进工程安全不可缺少的一环

16、，其根本原因在于上方或下方都存在承压隐伏水或含水构造，一旦在卸压时岩溶水涌入隧道，将会造成重大灾害。向隧道两壁外侧探测：其目的是了解支承顶板的两个侧壁外缘是否存在空洞，是否存在威胁隧道安全的含水构造。其作用有两个：一是确保当前施工安全，二是确保使用期间不出问题。防滞后突水探测：在灰岩地层中，掘进隧道时，虽然当时后方不突水，但不等于以后不突水，因为当掘进破坏地层结构后，隧道外围的承压水，将会突破薄弱地段压入卸压区。根据探测曲线特征判断含水构造或含水体的潜在危害。红外探水方法：红外探测属非接触探测，在隧道壁上来定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。定好探点后扣动扳机，就可在仪器屏幕上读取

17、探测值。具体做法如下：进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m点距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进断面处。在掘进断面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每迂回到一个顺序号，就站到隧道中央，分别用仪器的激光器打出的红色班使之落到左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器扳机分别读取探测值，并做好记录。然后转入下一序号点，直至全部探完。探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、两壁探测曲线。6.3.超前水平钻探“物探先行，钻探验证”，超前钻探是一种传统而可靠的工程地质探测方法，具有研判准确，直观的优点。针对隧道围岩特点，采用超前钻探方法进行

18、探测，以超前水平岩芯钻探为主，辅以浅孔钻探。前水平岩芯钻探可根据需要探测和了解隧道开挖前方几米、几十米乃至上百米范围内围岩的工程地质情况；通过钻孔了解和释放影响隧道掘进施工的地下水；通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层进行准确定位；直接采取岩芯样进行各种抗压强度试验，获取岩石物理力学性质参数。超前钻探方法是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定岩层的规模和产状。此方法要求在探孔揭露之前，岩体能承受管道水的压力而保持稳定。因此在临近突水地段，多打一些超前探孔，并改放小炮，避免工作面出现冲溃现象，喷距应比较稳定。（在开挖钻孔作业时，可将部分眼孔加深810m，作为辅助超前探测，辅助超前探孔数量在施工中可根据实际地质情况酌情增减）。超前地质探孔布置见图2图2 超前地质探孔布置图7.超前地质预报成果7.1分段地质预报成果表根据施工进展情况，结合地质条件，分段提出预报成果。在预报完成24小时内，将预报成果报监理单位。预报成果表格式见附表1。7.2隧道贯通后提供的资料7.2.1原始资料地质素描，现场各种观测调绘记录，岩石物理力学试验图表，岩性鉴定、水质分析报告