超前地质预报作业指导书

1、新建铁路蒙西至华中地区铁路煤运通道工程MHSS-3标段隧道工程 编号:MHSS-3-ZY01 超前地质预报作业指导书 单位: 中铁隧道集团XX公司 MHSS-3标段项目经理部 编制: 审核: 批准: 20_年5月12日发布 20_年5月13日实施目 次1.适用范围- 1 -2. 作业准备- 1 -2.1内业技术准备- 1 -2.2 外业技术准备- 1 -3.技术要求- 1 -4.施工程序与工艺流程- 2 -4.1施工程序- 2 -4工艺流程- 2 -5.施工要求- 2 -5.1施工准备- 2 -5.2施工工艺- 2 -5.2.1地质素描- 3 -5.2.2 TSP探测- 4 -5.2.3 地质

2、雷达- 6 -5.2.4 红外线探测- 8 -5.2.5 超前钻孔- 9 -5.2.6加深炮孔- 11 -5.2.7综合地质预报- 11 -5.3成果资料- 12 -6.劳动组织- 13 -7.材料要求- 14 -8.设备机具配置- 14 -9.质量控制及检验- 14 -9.1质量控制- 14 -9.2质量检验- 15 -10.安全及环保要求- 17 -10.1安全要求- 17 -10.2环保要求- 18 -1.适用范围适用于蒙华铁路MHSS-3标段中条山隧道。2. 作业准备2.1内业技术准备在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，参照施工设计文件、指导性施工组织设

3、计、相关的图纸，熟悉以下规范、标准、条例。(1)铁路隧道超前地质预报技术指南。(2)铁路隧道工程施工技术指南(TZ204-2008)。(3)民用爆炸物品安全管理条例(4)国家、行业相关标准、规范、规程、指南。超前地质预报人员经过专业培训，接受项目技术交底，考核合格后上岗。2.2外业技术准备收集隧道地质条件，隧道埋深，围岩级别等资料。由专业工程师确认人员、设备、材料、机具、作业环境满足作业需求。3.技术要求(1)超前地质预报工作必须由专业技术强的地质、物探技术人员施做。(2)配置先进的超前地质预报设备，保证精确预报，满足施工需求。(3)及时出具超前地质预报报告，为优化设计提供依据，指导现场施工。

4、(4)纳入工序管理，每循环进行地质素描，按要求进行地质预报。4.施工程序与工艺流程4.1施工程序地质预报信息分析上报隧道开挖。4工艺流程超前地质预报工艺流程图见图4.1。5.施工要求5.1施工准备(1)专业超前地质预报人员到场。(2)机具设备状态完好，满足施做需求。(3)地质预报施做方案明确。5.2施工工艺结合中条山隧道的地质条件，超前地质预报工作采用由面到点、长短结合、地面调查与洞内预报相结合、定性与定量相结合的方法，确保预报的准确性。地质调查、素描TSP探测红外探测加深炮孔超前钻孔探测收集、分析、上报确定施工方案隧道施工正常异常地质雷达图4.1 超前地质预报工作流程图5.2.1地质素描(1

5、)在隧道开挖后及时记录掌子面地质情况，每循环施做。描述地层地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度；断层破碎带的宽度、成分、胶结程度、含水情况以及与隧道的关系；节理裂隙的特征、组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度，节理面的起伏情况及节理裂隙的组合状况；地应力、岩溶、膨胀岩等对隧道的影响；出水点位置、水量、水压、水温、水色、悬浮物(泥砂等)测定；地质环境(地层、构造、岩溶、暗河等)的关系；与地表相关气象、水文观测；洞内涌水与地表径流、降雨的关系；必要时进行水样分析。(2)根据地质素描得到地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质特征等，判定围岩完整性和围岩分级，结

6、合勘察和地质调查取得的地质资料预测隧道前方地质情况。(3)对拱顶和左右边墙进行素描、数码摄像，绘制地质展示图(60m/张)。5.2.2 TSP探测(1)测线布置接收器孔位置:在隧道边墙，距离掌子面大约50m。数量:2个，隧道左、右边墙各一个。直径:43-45mm/孔深2m。布置:沿轴径向，用环氧树脂固结，向上倾斜10°左右。高度:离地面约1.2m。炮孔位置:隧道边墙。第一个炮孔离接收器20m，其余炮孔间距为1.5m。数量:24个。直径:38mm/孔深1.5m。布置:沿轴径向，向下倾斜10-20°。高度:离地面约1.2m。(2)数据采集与分析TSP探测超前地质预报系统分为洞内

7、数据采集和室内分析处理两大部分。洞内数据采集洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三部分组成。TSP 探测洞内数据采集示意图，见图5.1。施做时按照“钻孔安装接收器装药连线起爆接收信号拆线、清理设备”的程序进行。室内计算机分析处理采集的TSP数据，通过TSPwin软件进行处理。TSPwin软件处理流程通过“数据设置带通滤波初至拾取拾取处理炮能量均衡Q估计反射波提取P-S波分离速度分析深度偏移提取反射层”11个主要步骤进行速度分析，将反射信号的传播时间转换为距离，探明反射层在探测范围内的2D或3D空间分布，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。图5.1 TSP 探测洞

8、内数据采集示意图提交资料室内分析处理在24小时内完成并提交正式成果报告，报告包括工作概况，探测的方法、设备及原理，测线布置。对测试结果分析，并出具成果报告。报告包括现场数据记录表、岩石参数曲线图、二维结果图、岩石参数表等内容。(3)预报范围一般预报距离为100-150m，采用连续重叠式预报，每次搭接不小于10m。5.2.3 地质雷达(1)预报方法掌子面超前探测测线布置根据TSP预报结果确定，一般布置三条测线(两横一竖)，每次测长30m，循环搭接5m。雷达原理示意图见图5.2。 隧底探测正洞可溶岩段，隧底布置3条纵向测线(左、中、右)，探测深度10m。图5.2 雷达原理示意图(2)施工工序衔接掌

9、子面前方探测，数据采集前对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面有较好的耦合，移走掌子面附近其他的金属物体。隧底探测时，隧底浮渣要清除。(3)成果资料对数据进行必要的处理(如编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等)后，导出时间剖面。在时间剖面中标出探测对象的反射波组，确定反射体的形态和规模。解释确定反射体的位置、形态，推断其充填情况。必要时制作模型进行反演解析。然后提交测线布置图、原始记录、时间剖面、解析参数和解析结果等资料。5.2.4 红外线探测(1)现场数据采集在隧道的拱顶和两侧边墙的中部各布置一条测线，点距5m。掌子面均匀布置9个测点，发现异常后加密测点，并分析异常的可

10、能原因，如因喷浆、照明灯等干扰，异常数据删除、重测。 每次探测对岩体的裂隙发育情况和隧道壁渗水情况进行详细记录。红外线探测效果图，见图5.3。(2)资料提交红外超前探测报告必须附对掌子面及三条测线探测的红外场强值曲线图及探测数据表。(3)探测范围红外探测每循环探测30m，循环搭接不小于5m。图5.3 红外线探测效果图5.2.5 超前钻孔(1)钻进方式采用矿研180钻机冲击钻进。钻进效果见图5.4。必要时采用取芯钻进。(2)钻孔数量及深度超前地质钻孔的位置、孔深、数量等，由地质人员根据其他预报手段获得的成果结合掌子面附近的地质情况综合分析确定。钻孔布置示意见图5.5。钻孔深度一般3060m。以探

11、明前方地层完整性、断层、岩溶及地下水发育情况。图5.4 钻进效果图123112图5.5 钻孔布置示意图施钻深度满足设计要求并经现场技术人员确定签认后方可停钻。循环预报搭接长度为35m岩盘，以此做安全储备及止浆岩盘。(3)资料提交超前地质钻孔由地质技术人员进行地质编录和孔内必要的测试。整理得到超前钻孔成果，成果内容包括:钻孔柱状图，描述地层、岩性、节理裂隙特征，记录钻孔过程中有价值的信息，提出围岩完整性评价。记录出水位置，进行孔内水量、水压、水温等测试，预测隧道涌水量。(4)编写钻探报告。5.2.6加深炮孔每循环施做，沿开挖洞身周边均匀布置。根据地质复杂程度，正洞每循环57个，辅助坑道每循环35

12、个，孔深超过开挖进尺35m。相邻两循环加深炮孔的位置适当错开。利用风钻进行加深钻孔，孔径3040mm。钻孔完成后及时向现场管理人员反馈信息，有异常报告至现场主要管理人员、经理部总工，并报监理、设计院、晋豫指挥部采取措施。5.2.7综合地质预报以常规地质预报为基础，通过勘察和地质调查从区域范围内了解隧道通过地层的岩性、对隧道施工影响较大的地质构造、不良地质及地下水特征，采用地质素描将勘察和地质调查得到的地质信息投影到隧道中，对超前地质预报进行细化和补充。通过TSP等物探手段，取得掌子面前方的异常信息及异常信息的位置，结合常规地质预报已得到的地质信息，来解释掌子面前方可能存在的地质问题，从而达到量

13、化效果。在异常区域内实施超前水平探孔，直接验证异常区内的地质情况，针对隧道施工突发性地质灾害建立预警预报机制，为隧道施工提供更安全的保障。5.3成果资料(1)即时报告当地质工程师发现地质情况发生变化时，即刻将相关地质信息向工区、项目部、现场监理、设计单位报告，积极参与不良地质地段工程措施的研究，从地质角度提出意见。(2)日常报告每次完成地质预报工作后，对地质素描、超前探孔等资料及时向工区、项目部、现场监理、设计提供。红外探测、TSP、超前钻孔、地质雷达等，两日内将报告上报项目部、监理、设计单位、晋豫指挥部。(3)信息反馈地质预报资料形成后及时报送给监理、设计单位、晋豫指挥部，由晋豫指挥部组织四

14、方会勘，根据报告分析前方地质情况，制定方案。具体如下:根据以上超前地质预报结果，综合分析掌子面围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，判断掌子面前方工程地质、水文地质特征，提出工程措施建议和进一步预报的方案。将掌子面出现的结构面，采用几何作图进行预报。通过作图确定隧道拱顶、边墙不稳定块体规模，提出锚固意见。通过对开挖段围岩的工程地质、水文地质特征预报的验证，提出是否修改预报方法及参数。通过开挖段及掌子面水文地质预报情况，提出注浆止水方案的建议。6.劳动组织根据中条山隧道的实际情况，结合设计超前地质预报方法进行人员配置。超前地质预报人员配置表，见表6.1。表6.1 人员配置表序号工种或职务人数1地质

15、预报组负责人12地质工程师33物探工程师14TSP爆破工25超前钻孔队长16高级钻工127机修工18专职资料员17.材料要求TSP探测采用2#乳化炸药，导爆管引爆，满足火工品要求。8.设备机具配置根据中条山隧道的实际情况，结合设计超前地质预报方法进行设备配置。设备机具配置表，见表8.1。表8.1 仪器设备及型号配置表序号仪器设备及型号数量1TSP超前地质预报仪1台2数码照相机Canon2部3矿研H1801台4HY303、304红外探测仪3台5计算机 4台6打印机 2台7汽车1台8地质罗盘4部9.质量控制及检验9.1质量控制(1)按照设计文件、铁路隧道超前地质预报技术指南、建设单位有关要求及技术

16、交底开展预报工作，使预报质量得到有效的控制，从而切实保证预报的精度和质量。(2)现场采集工作结束后，内业数据分析、处理以及报告编写应及时，成果报告应有编制、复核、审核。(3)把预报、检测结果与实际开挖情况进行比对，不断总结，调整各种参数、方案组合等，对预报做出修正，提高准确性。9.2质量检验(1)地质素描在每炮后及时进行，对掌子面、边墙、拱顶及底板围岩的工程地质及水文地质特征进行详细描述，描述要真实贴切，辅以适当的图形、图片。在开挖满60m后，及时对素描资料进行汇总，并形成展示图。(2)TSP超前探测对炮孔及接收器孔进行测量，其参数满足设计要求；接收器套管安装要耦合完好，尤其是前端口；检测噪音

17、在低于78dB时方可接收数据，接收到的信号要初值明显；曲线隧道预报的终点不能偏离隧道中线30m。TSP数据采集时对每一炮的波幅进行调节，记录不好或存在干扰时应重新放炮。TSP每次探测100150m，采取重叠式预报，保证预报精度。可溶岩发育地段每次预报距离100120m；完整的硬岩每次预报120150m；第三系、第四系地层考虑地震波衰减，控制在100m/次以内。(3)超前钻孔两次循环的超前水平钻探搭接长度不小于5m。钻孔参数见表9.1、9.2、9.3。表9.1 掌子面超前钻孔1孔参数表 孔号水平角(°)竖直角(°)孔深(M)1003060 表9.2 掌子面超前钻孔2孔参数表

18、孔号水平角(°)竖直角(°)孔深(M)1左偏5上仰330602右偏5下俯33060表9.3 掌子面超前钻孔3孔参数表 孔号水平角(°)竖直角(°)孔深(M)1左偏5上仰330602右偏5上仰330603003060(4)地质雷达地质雷达探测距离不超过30m，在岩溶发育地段采用雷达波形判定。两次预报的重复长度不小于5m。现场数据采集在掌子面进行，采集前对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合，掌子面附近不得有其它的金属物体。雷达记录清晰，反射波形、同相轴明显，不合格的记录应重测。对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理(如:编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等)，得出时间剖面。(5)红外探水红外探水探测距离不得超过30m。连续预报时两次探测重复不小于5m。隧底、隧顶和两侧边墙的中部各布置一条测线，点距不超过5m，发现异常后加密测点。掌子面布置34条测线，每条测线布34个测点。10.安全及环保要求10.1安全要求(1)未按规定进行监控量测不得进洞。(2)监控量测出现红色预警未处理时不得继续施工。(3