隧道超前地质综合预报系统的研发-课件1

1、隧道超前地质综合预报系统的研发发表人：马空军中铁四局四公司吉草高速B20标隧道施工QC小组二一年四月隧道超前地质综合预报系统的研发目 录1、QC小组简介2、课题研发背景3、课题选择理由4、确定目标5、提出各种方案并确定最佳方案6、制定对策7、对策实施8、效果确认9、标准化10、总结与展望目 录1、QC小组简介一、QC小组简介一、QC小组简介二、课题研发背景-国际国内形势目前，全世界地下工程与隧道施工水平的发展仍然受工程地质条件和水文地质条件的巨大影响。由于围岩地质及水文条件复杂，围岩状况异常、突变现象经常发生，一直以来是地下工程与隧道施工安全、质量、进度、效益的巨大隐患，受到社会各界的高度关注

2、和深入研究。根据国内外实践经验和理论研究证明，超前地质预报可以为施工安全质量、地质分析判别、支护变更设计、工程进度效益提供必要依据和保障。近年来，我国在超前地质预报技术的引进、消化、吸收、总结和创新过程中取得了不小成绩，但仍然有以下问题亟待改善： （1）超前地质预报技术的应用还不够广泛，方法不够有效、操作不够规范、水平不够专业； （2）超前地质预报技术有待进一步研发。工程实践中遇到比较复杂的地质问题时预报效果及准确度不佳。特别是涉及岩溶、裂隙水、岩性变化分界问题时,预报准确性很低，甚至有时会出现误判，耽误了施工进度和降低工程效益。二、课题研发背景-国际国内形势目前，全世界地下工程与隧二、课题研

3、发背景-工程项目概况我标段卧牛山隧道为双线四车道分离式公路隧道，左线隧道长750米，最大埋深87米，起止里程为：LK299+010LK299+760；右线隧道长766米，最大埋深89米，起止里程为：RK298+973RK299+739。隧道洞身穿越、级围岩，基岩以全风化弱风化花岗岩为主，地下水位均在洞顶以上，岩体基本质量影响因素主要为地下水。其中、级围岩段节理发育较发育，呈碎块状，裂隙丰富，岩体强度很低，稳定性差，成洞困难，且有囊状强风化岩体区域，易发生塌方；、级围岩段节理不甚发育发育，基本稳定，局部易发生塌方或可能有掉块和小塌方。 因此，塌方的预防与处理是卧牛山隧道施工技术和管理的重点和难点

4、。 二、课题研发背景-工程项目概况我标段卧牛山隧道为双线四三、课题选择理由（一）施工安全、进度、效益要求 1、吉林省大部分地区地势平缓，已建和在建公路、铁路工程中隧道工程的比例相对很少，地方政府及业主、监理单位缺乏足够的隧道施工经验和常识，只对隧道施工安全事故、安全隐患提心吊胆。 2、业主在施工承包合同文本和多次正式会议中明确：隧道发生塌方尽管是很平常的事，但不是正常的事；因塌方导致的损失和处理塌方的所有费用均由施工单位自行承担，施工中必须按有关规范严格做好超前地质预报和监控量测工作。 3、在公司和经理部高度重视和大力支持下，吉草高速公路卧牛山隧道在整个施工过程中，一直按有关规范、连续进行隧道

5、超前地质预报，具有课题开发的可行性。三、课题选择理由（一）施工安全、进度、效益要求三、课题选择理由（二）问题的提出1、在卧牛山隧道施工过程中，如何预防和避免出现塌方事故，既是施工安全管理、进度控制、效益保证的关键，也是展示企业品牌和技术水平的机会。2、我QC小组成员原拟采用超前地质钻探、掌子面地质素描、超前炮孔等常规方法进行隧道超前地质预报，但是以上方法通过以往实践经验证明：其预测准确性、预测长度和避免工序干扰方面远远不够。3、值得一提的是：经过多渠道统计，以上超前地质预报常规方法的准确性仅为30%-50%。因此，这些常规方法在隧道施工安全保障性、可操作性方面远远不够。三、课题选择理由（二）问

6、题的提出三、课题选择理由（三）确定课题 1、本着“安全第一、信誉至上”施工管理理念，为满足业主关于隧道施工安全、质量、工期和信誉的要求，经理部决定在卧牛山隧道施工中必须高效、准确、及时、连续进行超前地质预报。 2、我们QC小组成员积极接受挑战，在选用我国现有超前地质预报技术和方法的前提下，希望研发出一套“隧道超前地质综合预报系统”，将超前地质预报的预测准确度提高到70%及以上。我们选定课题为：隧道超前地质综合预报系统研发三、课题选择理由（三）确定课题隧道超前地质综合预报系统研发 并制定了研发进度计划图： 并制定了研发进度计划图： 四、确定目标（一）课题目标： 1、在不影响工期的合同前提下，及时

7、准确地查清卧牛山隧道开挖工作面前方工程地质与水文地质条件，有效降低隧道地质灾害发生的机率，预防和避免掌子面出现塌方事故造成不必要的损失。 2、研发“隧道超前地质综合预报系统”，将隧道超前地质预报的预测准确度提高到70%及以上。（二）目标值： 1、实现卧牛山隧道掌子面出现塌方小于3次，人员0伤亡，机械0损坏。 2、“隧道超前地质综合预报系统”预测准确度70%。四、确定目标（一）课题目标：五、提出各种方案并确定最佳方案（一）方案的提出 2009年4月25日至30日，我QC小组成员通过各种渠道，查询并整理出包括多种超前地质预报方法的系统图（详见下页），为 “隧道超前地质综合预报系统”研发方案的提出奠

8、定了理论基础和方法论。 由于受各种条件的限制，本系统图中每种预报方法都有各自的优缺点，我们只能有选择性地将它们中的两种或多种方法组合在一起，构成“隧道超前地质综合预报系统”，使它们各自扬长避短、各显神通。五、提出各种方案并确定最佳方案（一）方案的提出超前地质预报方法的系统图 隧 道超前地质预报方法破坏法非破坏法（物探法）地 质分析法超前平行导坑法超前水平钻孔法声测法电测法波反射法电磁波反射法（地质雷达法、红外探测法）地震波反射法（TSP法等）超前地质预报方法的系统图 隧 道破坏法非破坏法地 质超前五、提出各种方案并确定最佳方案（一）方案的提出 由于受各种条件的限制，系统图中每种预报方法都有各自

9、的优缺点，我们只能有选择性地将它们中的两种或多种方法组合在一起，构成“隧道超前地质综合预报系统”，使它们各自扬长避短、各显神通。 通过采用“排除法”，我们QC小组成员初步选择了以下几种相对适合的方法作为“隧道超前地质综合预报系统”的组合因子：地质分析法、超前水平钻孔法、地质雷达探测法、隧道地震波预报法（简称：TSP）。五、提出各种方案并确定最佳方案（一）方案的提出同时，我们QC小组成员运用“头脑风暴法”提出以下几种组合方案：A地质分析法+超前水平钻孔法；B地质分析法+超前水平钻孔法+地质雷达探测法；C地质分析法+超前水平钻孔法+隧道地震波预报法（TSP法）；D地质分析法+地质雷达探测法+隧道地

10、震波预报法（TSP法）。同时，我们QC小组成员运用“头脑风暴法”提出以下几种组合方案五、提出各种方案并确定最佳方案（二）方案的比选-1五、提出各种方案并确定最佳方案（二）方案的比选-1五、提出各种方案并确定最佳方案（二）方案的比选-2注：本表程度从大到小分级：高（大）、较高（大）、较低（小）、低（小或无）。最佳方案五、提出各种方案并确定最佳方案（二）方案的比选-2注：本表（三）确定最佳方案 经过对各种组合方案进行认真对比分析后，我们QC小组确定选择： 适用范围最广、预报距离最长、安全性最高、对施工干扰性最低、最具有经济性、准确性和高效性的最佳组合方案 “地质分析法+地质雷达探测法+隧道地震波预

11、报法（TSP）”。 从而，构成“隧道超前地质综合预报系统”。（三）确定最佳方案 经过对各种组合方案进行认真对比分析六、制定对策选定最佳方案后，我们QC小组成员根据实际情况，讨论确定了“隧道超前地质综合预报系统实施流程图”。隧道超前地质综合预报系统实施专业化小组设置专业仪器配备地质理论知识和仪器操作方法学习隧道超前地质综合预报系统现场探测综合预报系统实施成果、方法总结是否成功？不成功成功六、制定对策选定最佳方案后，我们QC小组成员根据实际情况，讨六、制定对策同时，我们QC小组成员根据流程图，认真制定了相应的研发对策。详见以下隧道超前地质综合预报系统研发对策表。六、制定对策同时，我们QC小组成员根

12、据流程图，认真制定了相应七、对策实施针对隧道超前地质综合预报系统研发对策表所制定的对策，相应措施的实施如下：实施一：专业化小组设置、专业仪器配备A.积极争取公司及经理部领导的支持 本课题受到公司领导的高度关注，设立QC研发小组，安排公司地质专业工程师进行跟踪指导，并同意根据研发课题的需要，随时向公司申请调配新购的意大利IDS公司生产的RIS-K2型探地雷达，同时可以根据需要及时向集团公司申请调配瑞士安伯格公司生产的TSP-200型隧道地震波预报仪器。经理部领导也拨付资金购买了地质罗盘、钢卷尺等工具。七、对策实施针对隧道超前地质综合预报系统研发对策表所制定专业仪器配备 RIS-K2型探地雷达 T

13、SP-200型仪器 专业仪器配备 RIS-K2型探地雷达 B.合理设置研发活动基金和奖励条例为激发和保持经理部技术人员、现场施工人员加入QC小组活动中来，促进QC科研课题的正常开展，经理部专门设置了QC小组活动基金；为带动QC小组成员的科研积极性，确保科研课题能够尽快取得成果，QC小组专门制定了QC科研课题奖励条例，将奖励条例已写入经理部施工技术管理办法，并已红头文件的形式下发给经理部全体员工。实施效果： 1、经理部QC小组两天内迅速成立，核心成员共8人，现场配合人员10人。 2、经理部QC小组从无到有，每月拥有3000元的活动资金，经常与公司和集团公司超前地质预报负责人保持联系、沟通和交流。

14、 3、经理部QC小组活动正常开展，得到现场施工队伍的拥护和欢迎，“隧道超前地质综合预报”研发过程基本不影响施工工序和进度。B.合理设置研发活动基金和奖励条例为激发和保持经理部技术人员实施二：理论知识培训和仪器操作练习A.组长、副组长加强自身学习，鼓励组员参与培训讨论 1、QC小组组长、副组长带领组员查阅地质理论知识、学习超前地质预报仪器使用说明书、熟悉隧道设计图纸、掌握超前地质综合预报系统的实施办法。 2、激发和鼓励小组成员参与知识培训、操作方法学习和实施步骤讨论等。B.严格执行考核和奖罚制度 1、当QC小组成员参加培训和学习后，经理部将不定期对小组成员进行内业、外业考核，并根据考核成绩进行适

15、当的奖罚。 2、在QC小组研发活动期间，小组成员不得出现无故迟到、早退、缺席等违反活动纪律的行为，否则，经理部将对其进行相应的处罚。实施效果： QC小组全体成员都掌握了地质理论知识和隧道超前地质综合预报系统的原理，对课题的研发打下了坚实的理论基础和智力基础。实施二：理论知识培训和仪器操作练习A.组长、副组长加强自身学实施三：超前地质综合预报系统现场探测A.制定卧牛山隧道超前地质预报计划 根据隧道原设计纵断面图和地质勘查报告，综合分析隧道围岩地质状况和分布规律,制定卧牛山隧道超前地质预报计划。 1、卧牛山隧道左洞超前地质预报计划表实施三：超前地质综合预报系统现场探测A.制定卧牛山隧道超前地实施三

16、：超前地质综合预报系统现场探测A.制定卧牛山隧道超前地质预报计划 2、卧牛山隧道右洞超前地质预报计划表实施三：超前地质综合预报系统现场探测A.制定卧牛山隧道超前地B.根据人员水平、设备性能、系统特征进行合理调整1、根据QC小组讨论研究决定： 刘功大负责超前地质综合预报系统的总体实施组织安排； 马空军并负责TSP探测方法的具体实施； 吴袁华负责地质雷达超前预报的具体实施； 李铁义负责地质分析法预报具体实施。2、鉴于TSP200每次探测距离为200300m、RIS-K2型地质雷达每次探测距离为2030m、地质分析法每次探测距离为25m，必须综合安排超前地质预报的方式、时间。具体安排如下： a.在隧

17、道左、右洞口起点里程必须采用地质雷达提前探测30m； b.在隧道暗洞起点里程必须采用TSP200和地质雷达各自进行探测，并进行探测结果综合对比分析； c.进入洞身后，隧道每隔290米进行一次TSP200探测，搭接10米；每隔25米进行一次地质雷达探测，搭接5米； d.隧道地质分析在每循环开挖前进行。B.根据人员水平、设备性能、系统特征进行合理调整1、根据QCC.操作过程必须准确、规范、有序，避免负面因素影响1、预报操作人员要熟记仪器操作规程、重要环节，要搞清每一步操作的意义和作用，能够创新式总结操作经验、方法，及时纠正或完善操作步骤。2、预报操作人员要熟练操作仪器，有效提高预报准确性，缩短预报

18、工序时间，为施工工序节约时间和成本。3、预报操作人员要熟悉综合预报系统中每种方法的局限性和干扰因素，能够在探测开始前、探测过程中、探测结束后分别对其弊端和干扰因素进行减弱或消除，确保探测过程顺利有效、探测数据真实准确，杜绝出现预报返工现象。如：在地质雷达探测前，尽量使探测区域及其附近不存放大功率、大吨位的机械设备；在TSP探测前，信号接收孔、发射孔的管壁与孔壁要充分接触，尽量避免该处出现较大量的信号衰减和干扰。 C.操作过程必须准确、规范、有序，避免负面因素影响1、预报操D.对超前地质预报结果进行详细记录和认真对比分析 1、在每次地质分析预报探测前，技术人员要准确测量并划定探测起点里程，做好探

19、测里程、日期、时间和掌子面围岩状况记录，通过地质罗盘、钢卷尺等工具测定岩层、节理、断层的产状，确定裂隙水流量大小，拍摄掌子面红外照片；每次开挖前都要进行现场实际地质分析预测。2、在首次进行TSP长距离探测时，同时采用地质雷达首次同里程开始探测。在测量过程规范、数据真实可靠、精度符合要求且无较大干扰因素的前提下，通过仪器采集数据和软件分析处理数据，对掌子面前方探测范围内的围岩状况进行分段详细描述，预测岩层、节理、断层的产状、裂隙大小、发育程度、有无裂隙水及水量大小，判断某位置是否有断层或者囊状强风化、全风化岩体出现，是否存在瓦斯和突水、突泥等自然灾害，预测最小长度单位为0.51m；3、在TSP某

20、次探测距离范围内，采用地质雷达分段探测，每次以25m30m为探测长度，每次探测搭接5m；每次用地质雷达探测数据分析预测出的结果要立即与TSP及地质分析法的预测结果同里程对照，找出存在相同或不同预测结果的原因，以确定岩层发展规律，总结地质探测的相关经验。4、隧道超前地质综合预报系统实施过程中预测准确率的对比分析表如下：左右洞TSP地质雷达地质分析法综合预报系统综合系统准确率左洞探测结果3次21次362次362次72.93%吻合1次吻合10次吻合253次吻合264次右洞探测结果3次23355次355次70.70%吻合2次吻合10次吻合239次吻合251次准确率50.00%45.45%67.22%7

21、1.83%平均准确率71.83%D.对超前地质预报结果进行详细记录和认真对比分析 1、在每次E.超前地质预报工序纳入正式施工工序 1、超前地质预报小组长与施工班长必须保持密切联系，小组长和施工班长都必须高度重视超前地质预报工作的必要性、连续性、准确性。2、当每次将施工至计划探测里程时，施工班长及时通知小组长安排技术人员进行探测预报，做好探测记录，在下道工序开始前半个小时必须出具探测报告给施工班长，以便班组进行必要的施工准备和调整。3、施工班长要在每次地质预报前调整工序和人员机械安排，为地质预报工序提高足够且合理的时间，将超前地质预报作为隧道施工过程的重要工序。实施效果： 1、目前，卧牛山隧道已贯通，通过以上几项实施措施整个施工期间掌子面仅出现2次塌方，且实现了人员0伤亡、机械0损坏