隧道超前地质预报的方法

隧道超前地质预报方法中交路桥科技有限企业隧道超前地质预报的方法第1页主要内容：2地质素描3地质超前预报常见方法隧道超前地质预报1初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第2页一、工程地质调查测绘1.工程地质技术规范总要求（1）查明隧道经过地段地形、地貌、地层、

岩性、结构。（2）查明隧道是否经过煤层、膨胀性地层及

有害矿体等。（3）查明不良地质、特殊地质对隧道经过

影响，尤其是对洞口位置及边坡、仰坡影响，提出工程办法意见。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第3页（4）查明隧道附近井、泉分布情况，并

分析隧道地域水文地质条件，判断

地下水类型、水质及补给起源等内容。（5）对于深埋隧道，应做隧道地温升温预测。（6）综合分析岩性、结构、地下水等相关地

质测绘、勘测、测试结果，分段确定隧

道围岩级别。（7）在隧道洞口需要接长明洞地段，应查

明明洞基地工程地质条件。（8）查明横洞、平行导坑、斜井、竖井等

工程地质条件。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第4页成昆铁路“一线天”周围地形地貌第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第5页2.地形地貌调查主要是查明隧道经过地段山体自然情况。隧道平面图第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第6页3.地层、岩性调查

要查明隧道经过地段地层时代、地

层程序、地层岩性及岩性改变，查明地层接触关系。4.地质结构调查

调查重点是褶皱、断层、节理、侵入体或岩脉等。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第7页5.水文地质调查

隧道所在地段及其附近井泉点分布、泉水类型及其与其它地质结构关系，主要含水层隔水层岩性分布，河流、小溪等分布对地下水影响；在岩溶发育区，还要调查岩溶漏斗，暗河进口及其出口等。6.滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查

主要查明不良地质是否存在及其性质，存在位置及其范围，以及其对隧道施工和隧道本身影响。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第8页隧洞口道发生岩崩滑坡第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第9页隧道山石滚落第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第10页7.地温测定

地温对隧道施工，尤其是对深埋隧道施工有很大影响，所以隧道工程地质勘测要进行低温测试，为施工单位提供低温资料。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第11页二、勘测、测试工作要求（一）工程地质技术规范对勘探测试工作总要求1.钻孔布置

钻孔数量不宜小于2~3个；长度大于3000m隧道，有条件时，每500~700m钻一孔，钻孔布置在隧道中线外6~8m处，必要时也可在中线上布孔。2.钻探深度

钻探深度应到达路肩设计高程以下2~3m，碰到溶洞、暗河及其它不良地质时，应适当加深。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第12页3.钻探过程中碰到地下水，应做好水位统计和观察工作，探明含水层位置和厚度，并取样做水质分析，判明对混凝土侵蚀性。4.为了解隧道经过岩、土力学性质，应取代表样品进行试验。5.对有害矿体和气体，应取样做定性、定量分析。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第13页（二）勘探阶段及其工作要求1.初测要求

长隧道、专长隧道、多线隧道、工程地质条件复杂隧道以及需做代表性设计隧道，应编制隧道路线方案工程地质纵断面图，分段提供隧道围岩分级。

水文地质、工程地质条件较复杂，长度超出m控制线路方案越岭隧道，应充分利用卫片、航片判释，作大面积地质测绘。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第14页2.定测要求

不论是普通隧道、长大隧道或者地质复杂隧道，均应进行单独工程地质勘测工作，编制单独供点图表资料。第1节初步勘探搜集资料隧道超前地质预报的方法第15页第2节地质素描一、作业准备二、现场素描三、掌子面地质素描统计表基本内容四、地质素描示例隧道超前地质预报的方法第16页一、作业准备1.1内业技术准备1）熟悉了解已经有勘察资料，掌握掌子面所处地段地层岩性、结构特征、不良地质及水文地质特征；2）熟悉了解其它预报伎俩探测结果，分析判断掌子面所处地段工程地质与水文地质特征可能出现差异（与勘察结果比较）1.2外业技术准备准备好洞内素描所需要工具：外业包、罗盘、地质锤、笔记本、数码相机等。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第17页二、现场素描应对掌子面及掌子面附近开挖段进行详细观察。首先从岩性、岩体完整性、出水量大小等方面进行大范围、前后左右对比，宏观把握地层岩性等改变。对于地层颜色、软硬程度、节理裂隙发育情况、出水量与周围岩体发生显著差异部位，进行重点详细观察，经过手触、锤击、采集样本详细观察查明差异性质，分析造成差异原因。地质素描应统计以下信息：1）工程地质信息2）水文地质信息3）影像信息第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第18页1）工程地质信息（1）地层岩性：描述地层时代、岩性、产状、层间结合程度、风化程度等。（2）地质结构：描述褶皱、断层、节理裂隙特征等。断层发育位置、产状、性质、破碎带宽度、物质成份、含水情况以及与隧道关系；褶皱性质、形态、地层完整程度等；节理裂隙组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征，分析组合特征、判断岩体完整程度。（3）岩溶：描述岩溶规模、形态、位置、所属地层和结构部位，充填物成份、状态，以及岩溶展布空间关系。（4）塌方：应统计塌方部位、方式与规模及其随时间改变特征，并分析产生塌方地质原因及其对继续掘进影响。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第19页2）水文地质信息出水段落及范围、出水形态及出水量大小（渗水、滴水、滴水成线、股水（涌水）、暗河）。必要时进行地表相关气象、水文观察，判断洞内涌水与地表径流、降雨关系。3）影像信息隧道内主要和具代表性地质现象应进行摄影或录像。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第20页四、掌子面地质素描统计表基本内容4.1、掌子面状态1）填写内容：稳定、正面掉块、正面挤出、正面不能自稳、其它。2）填写依据：现场观察并依据表《隧道围岩分类》正确填写4.2、毛开挖状态1）填写内容：自稳、随时间松弛、掉块、自稳困难、要及时支护、要超前支护、其它。2）填写依据：现场观察并依据表《隧道围岩分类》正确填写第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第21页4.3、风化程度1）填写内容：微风化、弱风化、强风化、全风化、其它。2）填写依据：依据下表《风化程度分级表》正确填写。风化程度分级表第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第22页4.4、裂隙宽度（mm）1）填写内容：密闭节理、微张节理、张开节理、宽长节理、其它。2）填写依据:依据下表《节理宽度分级表》正确填写。节理宽度分级表裂隙形态填写内容：密集、部分张开、开口、夹有粘土、其它。充填有软弱介质节理如实填写。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第23页4.5、涌水状态1）填写内容：无水、渗水、整体湿润、涌出或喷出、尤其大。2）填写依据：依据下表《地下水状态分级表》正确填写。

地下水状态分级表注：隧道延米地下水涌出量大于1.5m³/d地段进行注浆堵水。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第24页4.6、描述基本内容1)围岩级别划分:按设计填写。2)岩性:地层时代及岩性;风化程度。3)地质结构:褶皱、断层、节理裂隙特征；岩溶；塌方等。a褶皱、断层、节理裂隙特征①褶皱岩层在形成时，普通是水平。岩层在结构运动作用下，因受力而发生弯曲，一个弯曲称褶曲，假如发生是一系列波状弯曲变形，就叫褶皱。要描述褶皱性质、形态、地层完整程度等。②断层岩层或岩体在结构运动影响下发生破裂，若破裂面两侧岩体沿破裂面发生了显著相对位移，这种结构就称为断层。断层要描述断层发育位置、产状、性质、破碎带宽度、物质成份、含水情况以及与隧道关系。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第25页③节理裂隙岩石受力作用形成破裂面或裂纹，称为节理，它是破裂面两侧岩石没有发生显著位移一个结构。节理裂隙要描述节理裂隙组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征，分析组合特征、判断岩体完整程度。节理裂隙描述首先应依据其产状特征进行分组归类，普通产状差异不大节理应划分为一组。对于成组出现节理，应示意性地标示在图纸上，图纸采取节理倾角应为换算视倾角，标注产状为真实产状，图示节理间距应能表明其真实发育程度（即不一样发育程度节理组，在图纸上显示节理间距应不一样）。对于零星发育节理应作为随机节理描述，贯通性好、对岩体稳定性影响大随机节理（包含岩脉）应重点描述，并按其实际出露位置标示在图纸上。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第26页第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第27页第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第28页第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第29页b岩溶

描述岩溶规模、形态、位置、所属地层和结构部位，充填物成份、状态，以及岩溶展布空间关系。

c塌方

应统计塌方部位、方式与规模及其随时间改变特征，并分析产生塌方地质原因及其对继续掘进影响。四、地质素描示例**隧道出口：掌子面地层岩性为燕山期花岗岩，肉红色为主，局部锈黄色，粗粒结构，块状结构，节剪发育（3组），以结构型和风化型为主，节理面较光滑，微张型，结合性普通，多为泥质和岩屑充填；因为受节理切割，围岩完整性较差，呈块状-次块状，拱顶及两侧拱脚呈碎快状镶嵌结构；掌子面以潮湿为主，拱部渗水。拱部至两侧拱脚附近极易掉块，施工时应注意，应确保人员安全及施工质量。第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第30页地质素描图第2节地质素描隧道超前地质预报的方法第31页一、地质超前预报内容地质超前预报内容包含：1.隧道所在地域地质分析与宏观地质预报；主要是预报开挖面前方围岩级别和稳定性；调整支护类型2.隧道洞身不良地质及灾害地质预报；主要是预报开挖面前方岩性改变和不良地质体情况（范围、规模、性质及突水、突泥、坍塌、岩爆等）3.重大施工地质灾害临警预报。建立前方可能引发大规模突水、突泥坍塌等重大地质灾害临警预报系统第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第32页二、地质超前预报方法（一）地质分析法（二）超前平行导坑预报法（三）超前水平钻孔法（四）物理探测法（五）特殊灾害地质预测方法第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第33页（一）地质分析法地质调查与推断是隧道地质超前预报最基本方法。对地质资料进行调查分析与推断，观察洞内涌水量改变。

特点：可随时进行，不干扰施工。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第34页（二）超前平行导坑预报法在隧道内或附近开挖一平行小断面导坑，对地质情况进行统计分析，依据地质理论预测工程地质及水文条件，以及可能发生地质灾害位置、性质、规模，并提出防治办法意见。特点：预报精度高，但成本较高，影响施工。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第35页秦岭隧道平行导坑（被封堵）隧道超前地质预报的方法第36页隧道超前地质预报的方法第37页（三）超前水平钻孔法用钻探设备向前方钻孔，获取地址资料。

特点：钻孔有难度（方向、工艺），影响施工。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第38页（四）物理探测法物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断间接方法。1.TSP超前预报系统2.地质雷达法3.红外探水法特点：快速，超前探测距离大，对施工干扰相对小；但准确预测技术难度大，存在一定不足。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第39页1、TSP超前地质预报1、介绍 TSP（TunnelSeismicPredicting)，即隧道地震波预报法；当前各种地震波反射法(TSP203，TGP,TRT,TSP24等)皆可认为是TSP超前地质预报，然以TSP203为代表，甚至特指。

TSP203隧道地质超前预报系统，由瑞士安伯格企业生产，国内由昆明西普瑞格科技有限企业代理，专业应用于隧道工程地质超前预报。 其经过激发并三分量接收地震波，依据反射波旅行时间差异，求取地震波在围岩中速度，围岩Q值，泊松比等，以预报隧道掌子面前方0～150m范围地层、结构、应力及含水情况。 当前，被广泛应用于铁路与公路隧道工程中。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第40页TSP超前地质预报第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第41页TSP超前地质预报第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第42页2、TSP结果材料

①三分量原始数据

②反射波频谱分布图 ③反射面提取及偏移图 ④波速、波速比及泊松比曲线 ⑤二维反演结果图 ⑥三维反演结果国 ⑦预报结果报表第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第43页（1）三分量原始数据第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第44页（2）反射波频谱分布图第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第45页（3）反射面提取及偏移图第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第46页（4）

波速、波速比及泊松比曲线第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第47页（5）二维反演结果图第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第48页（6）三维反演结果国第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第49页（7）预报结果报表第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第50页①TSP预报隧道突水下列图为隧道突水段预报数据截图。在图上，方框圈定范围内纵、横波速度均降低，尤其纵波速度下降幅度较大，纵横波速度比增大，泊松比也增大，密度变小。结合相关资料，推断该区域为富水段。经典案例：第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第51页

②TSP预报隧道突泥下面为宜万线云雾山隧道突泥段TSP超前预报数据截图。在左图中，方框圈定范围内有多组P波负相位，反射能量较强；从右图中能够看出，相对应区域内纵、横波速度都有所降低，泊松比等参数增大，密度变小。结合相关资料，推断该区域为软弱地层，含水。经开挖后验证，该段内为含水粘土夹层，并伴有突泥现象发生。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第52页

③TSP预报隧道溶洞下列图为隧道溶腔发育段预报数据截图。前一图为纵波深度偏移图，后一图为其横波深度偏移图。二者相比较，不难看出在所圈定范围内岩体纵波反射波能量远强于横波，另经过二维结果图及其它数据资料，推断该区域内裂隙发育，并伴有溶腔或溶洞。实际开挖后表明，该区域内均为一系列连通或孤立干燥溶腔。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第53页

④TSP预报隧道岩体破碎下列图为某隧道破碎带预报数据截图。在距接收器前方160米左右有一组负相位强反射波（见下列图），结合二维结果图其它资料分析，在该处附近岩体较破碎，岩体稳定性较差。实际开挖证实：在该里程附近有一宽约4米左右破碎带，岩体自稳性极差，屡次发生坍塌。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第54页2、地质雷达法1、原理2、处理问题3、现场实施4、结果提交第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第55页1、地质雷达探测原理 经过发射并接收从各电性界面上反射回来电磁波，依据反射电磁波时间，振幅，频率等单项和组合特征，来取得反射界面深度、形态和属性特征。地质雷达探测原理第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第56页隧道超前地质预报的方法第57页介电性差异，是地质雷达应用基础中心频率干灰岩中速度时窗(ns)波长(cm)纵向分辨率穿透深度100MHz12cm/ns60012030cm1500-3000cm200MHz12cm/ns4006015cm1000-cm250MHz12cm/ns1604812cm600-800cm400MHz12cm/ns100307.5cm200-500cm500MHz12cm/ns60246cm100-300cm900MHz12cm/ns3013.33.3cm70-150cm1000MHz12cm/ns20123cm50-100cm第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第58页2、处理问题 对掌子面前方30米范围内，隧底、边墙和拱部等需做精细探测区域。 诸如，较近范围内岩溶，节理裂隙发育情况，岩层改变（完整性、岩性改变），地层含水或含泥预报。特点： 快捷，方便， 但一次探测距离较近，且受围岩状态影响探测深度 受掌子面附近开挖机械设备、台车、用电等影响。第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第59页3、现场实施地质雷达法地质超前预报测线布置示意图zond-12e探地雷达双通道主机与75M天线第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第60页4、结果提交①地质雷达原始图像②经典灾害图像③解译结果图④明确定量化结论⑤探测汇报(包含隧道背景，上次探测结果验证，此次探测现场参数等)第3节地质超前预报常见方法隧道超前地质预报的方法第61页地质雷达法地质超前预报结果图隧道超前地质预报的方法第62页1掌子面雷达预报隧道岩溶下面为某隧道掌子面雷达预报，从下列图中能够看出，圈定