隧道超前地质预报实施手册

隧道超前地质预报实施手册1.总则为规范隧道地质预报技术工作，提高地质预报水平，保证隧道工程质量和施工安全，制定本作业指导书。隧道超前地质预报的目的进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行；降低地质灾害发生的机率和危害程度；为优化工程设计提供地质依据；为编制竣工文件提供地质资料。隧道超前地质预报的内容隧洞施工超前地质预报的内容包括：地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报；地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱带等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报；地下水的预测预报，特别是对岩溶管道及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报；围岩类别及其稳定性预报，预报掌子面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议

等。1.3隧道超前地质预报的工作程序1.4隧道超前地质预报的方法1地质调查分析法在收集设计和区域地质资料、隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描工作的基础上， 根据地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图分析进行地质预报；物探方法包括弹性波反射法（TGP206超前地质预报系统）电磁波反射法（SIR20地质雷达）等；超前钻探法主要指加深炮孔探测，有必要时亦可进行超前地质钻探探测；超前导坑预报法在隧道设有平行导坑、正洞超前导坑，或双线隧道间距较小，且其中一洞超前掘进时采用此法进行预报。预报结果的信息传递机制超前地质预报的根本宗旨是为施工提供掌子面前地质条件建议，减小施工地质灾害发生的几率，降低施工风险，为安全施工提供保证。这就要求每次预报信息要及时地传递到施工、监控等各方。根据各种预报手段的不同，预报结果的信息传递方式与时效要求有所不同：地质调查法（包括超前导坑法）进行预报时，根据现场地质状况进行初步分析评价后，若判断没有重大不良地质隐患，可以在现场直接给施工方提供口头建议，不必提交正式的预报报告，但应在工作日志上做好相应记录，以备日后问责；如果现场调查发现有较大不良地质隐患，应立即通知施工单位暂停或减慢施工进度施工、安排进行超前钻探验证，并在24h内出具地质法预报报告，详细分析分析不良地质的性质、分布位置、规模以及对隧道施工的危害程度，并提出施工处治建议。地质雷达预报距离较短，且雷达测试原始数据经简单处理以后即可较为直观地反映前方地质状况。因此，在现场测试完成后，有雷达图像解译经验的测试人员应在现场给施工单位提供前方地质情况的简要说明，并提供相关施工建议。如发现工作面前方有较明显不良地质体分布，宜叫停施工或建议施工方加深炮孔进行超前钻探探测加以验证。每一次测试后均应出具一份正式的地质雷达超期预报报告，以地质预报简报的形式在测试后24h内提交到相关各方。TGP测试由于其预报距离长、原始数据直观性差、物探结果解译较为耗费时间，一般不要求现场对前方地质状况进行判断，TGP预报报告一般也不要求必须在短时间内出具，但一般宜在测试后48小时内出具预报报告，最迟不宜超过3天。超前钻探预报一般在重大物探异常段或成灾地质隐患段实施，实施超前钻探要求在施工方停工条件下进行，且在钻探报告未出具前，施工方不得重新开工。为减小对施工时间的暂用，完成钻探后应快速处理资料，编制超前钻探报告，报告宜在24h内提交，最迟不超过2天。1.6经验总结与提高由于隧道工程地质条件的复杂性和不确定性、各种地质预报手段的局限性，隧道地质超前预报不可能做到百分之百准确。进行超前地质预报应进行预报结果和实际开挖结果对比分析，发现不符时应认真总结分析原因，及时改进后期预报方案，不断提高预报质量。2.前期工作2.1资料收集实施超前地质预报应全面了解隧址区地质情况，分析和掌握存在的主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围等，了解和核实设计关于隧道地质复杂程度的分级、超前预报方案的内容。隧道超前地质预报前期工作应收集的相关资料主要包括：隧道工程地质勘察报告；隧道施工设计图；隧道工程地质平面图；隧道工程地质纵断面图；5隧道场区小比例尺地形图（1：20000或1：50000）；隧址区区域地质资料；隧址区工程地质、水文地质资料；隧道场区卫星图像；隧道勘探（钻探、坑探、槽探、物探）、试验（岩石物理力学试验、钻孔水文地质试验、岩体原位测试）资料等。2.2现场地质踏勘2.2.1目的进一步熟悉隧道所处地质环境。通过前期的资料收集等准备工作，可以初步对整个隧道工程所处地质环境有一个宏观把握，还需深入现场，进一步直观了解现场地质情况和核实已有资料。进行补充地质调查。由于勘测设计阶段地质工作精度所限，其地质预估评价仅仅是对隧道所处地质背景的宏观把握，而施工地质超前预报要求对微观的地质情况进行预测，这就要求更细致的地质工作。在已有资料的基础上，通过补充地质调查，是确定隧道施工期地质预报重点段，减小预报盲目性、使预报具有较强针对性的重要保证。2.2.2准备工作人员配备：现场踏勘要求有两名及以上工作人员参加，且其中必须至少有一名现场地质预报人员和一名地质工程师。资料：1：2000地形图（亦可用设计单位提供的1：2000隧道工程地质平面图代替）、隧道工程地质平面图、隧址区地层岩性等相关资料。3工具：地质包、地质罗盘、地质锤、放大镜、手持GPS、数码相机等。踏勘地质调查的主要内容不同岩性、地层在隧道地表的出露接触关系，岩层产状及其变化，特别是标志层的识别和确认；断层、褶皱、节理密集带等构造在隧道地表的出露、分布、性质、规模及其产状变化；地表水分布发育情况；泉水出露位置、水文特征分布规律；地表岩溶发育位置、规模及分布规律；软弱夹层在地表的出露位置、规模及产状变化；矿道走向、展布、高程、涌水、坍塌及其在三维空间上与隧道的关系。现场地质踏勘的工作方法现场地质踏勘需在收集和详细了解隧址区域地质、隧道勘察设计等资料的基础上，制定明确的踏勘任务计划书，在专业地质技术员的组织下开展工作实地踏勘主要沿隧道地表中线，宜按之字形路线穿插线路中线的方式进行，调查中线两边各200m范围内地表地质情况，如地质情况复杂或隧道埋深较大，可适当加宽调查范围。踏勘的主要工作是核实勘察阶段的地质资料，在代表性地质露头点进行地质照相。要着重复查勘查阶段较大范围未作地质观测点的地段。如发现勘察阶段地质资料与设计不符或有遗漏时，应在平面图（或工程地质平面图）上表明其位置，作地质观测点，绘制观测点信手剖面，进行详细地质观察与记录，并采集相关影像资料。新开挖的施工便道一般均有良好的地质露头，便道与隧道轴线平面位置较近时，可以沿便道进行补充地质调查，通过作图分析法得到较为详细的隧道地质剖面图，这对地表覆盖层较厚的隧道尤为重要。隧道施工超前地质预报踏勘报告实地踏勘后，要及时整理踏勘资料，将采集的地质照片归档，整理地质观测点资料，并编制隧道施工超前地质预报踏勘报告。踏勘报告应以隧道工程地质勘察报告为蓝本，综述隧道工程地质、水文地质概况，着重阐述勘察资料的不符和遗漏之处；对隧道施工可能遇到的不良地质进行分析，并提供相应施工建议；进行隧道工程地质分段，分析各分段的地质特点和可能遇到的不良地质类型及其几率，为编制隧道超前预报分段工作安排计划提供依据。隧道施工超前地质预报踏勘报告应包括以下内容：工程概况工程地质及水文地质条件隧道施工主要地质问题分析隧道工程地质分段隧道施工超前地质预报技术路线超前地质预报实施大纲在资料收集整理和现场地质踏勘完成以后，地质预报人员应对隧道所处地质环境及隧道各段的大致地质情况有清晰的认识，对隧道各工程地质分段的地质预报工作有详细具体的安排。在进场开展洞内地质预报工作前，应编制隧道超前地质预报实施大纲。为便于日后工作的开展，预报大纲应在与现场监控项目负责人沟通协商后编制，其主要内容应包括：编制依据工程概况地质概况工程地质分段实施超前地质预报的目的超前地质预报方案、分段预报内容及具体预报方法、技术要求、预报工作量超前地质预报工艺流程及操作要点超前地质预报组织机构设置及投入的人力、设备资源质量要求成果资料编制的内容与要求，包括成果验证与技术总结工作制度，包括与监理、勘察设计、建设单位的联系制度，地质预报成果报告提交的时限，信息传递方式等12安全措施13其它需说明问题3.地质调查法地质调查法是根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等，利用常规的地质理论、地质作图和趋势分析等，推测开挖工作面前方可能揭示地质情况的一种超前地质预报方法，地质调查法是最基本、最重要的地质超前预报手段。地质调查法的适用条件地质调查法适用于各种地质条件下的隧道超前预报，主要通过地表补充地质调查和洞内地质跟踪调查两种方式进行。地表补充地质调查地表补充地质调查一般在超前地质预报地质踏勘阶段完成，其具体内容和工作方式可参考2.2节相关叙述。隧道施工洞内地质跟踪调查隧道施工洞内地质跟踪调查是隧道超前地质预报最基本的手段，同时也是隧道监控量测的必测项目。地质预报人员应与现场监控人员相互配合，做好洞内地质跟踪调查工作。洞内地质调查目的确认和修正围岩级别，确认隧道施工中隧道结构物的稳定性，同时确保施工的经济型，合理指导施工。进行地质法预报。将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，为采用地质分析法预报和综合地质分析法进行超前预报提供基础地质资料。提供隧道竣工地质资料。通过洞内地质调查，对隧道设计地质资料进行补充和完善，为隧道运营阶段隧道病害整治提供可靠、完整的隧道地质资料。积累经验和资料。通过对比设计地质情况和实际地质情况，分析勘察阶段地质工作的不足，为改进今后相似地质条件下勘察设计阶段地质工作提供依据。同时也为改进超前地质预报工作提供依据。仪器设备进行洞内跟踪地质调查需配备的工具有：地质罗盘、地质锤、放大镜、皮尺、数码相机等。工作方式跟据调查部位的不同，洞内地质跟踪调查分为掌子面地质素描和边墙地质调查两种方式。掌子面地质素描：随施工进度的开展，对开挖工作面连续进行的地质观察描述，是现场地质跟踪调查的主要方式。一般所说的现场地质跟踪调查就是指掌子面地质跟踪调查。边墙地质调查：是对掌子面地质素描的补充，主要沿隧道毛洞边墙进行，目的在于进一步复核隧道施工所揭露地层地质情况，为后期隧道施工地质剖面图的编制提供更详细的资料。无论掌子面地质素描还是边墙地质调查，其具体工作内容都反映在现场地质跟踪调查表上。洞内地质调查主要内容根据隧道所处地质环境的不同，洞内地质调查主要包括下列内容：1地层时代、岩性描述，岩石风化程度、层间结合程度、岩体结构面状态等。2描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等。断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系；节理的组数、产状、间距、填充物、延伸长度、张开度及节理面特征、力学性质，分析组合特征，判断岩体完整程度。软弱层、煤层、含膏岩层、膨胀岩等特殊地层的性质、产状、厚度、与隧道轴线位置关系，分析其对隧道施工的影响及其影响范围。临空面涌滴水位置确定，涌滴水量测定或估算，围岩的透水性，地下水活动对隧道围岩的稳定性影响，必要时还需做水质简分析、进行涌水与地表气象相关分析等。高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩心等现象。特殊地质现象描述。如岩溶的规模、形态、位置、所属地层和构造部位，填充物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系；岩脉穿插带、蚀变带、地层不整合带的分布、规模以及岩体形态、风化破碎情况；塌方的部位、方式与规模及其随时间的变化特征并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进影响；施工揭穿矿巷位置、矿巷形状、充填物情况；有害气体、高地温及放射源存在情况等等。围岩的稳定特征及支护情况。记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式及初期支护后变形的情况。发生围岩失稳或变形加大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等。进行隧道施工围岩分级。采集观察面影像资料。洞内地质跟踪调查实施掌子面地质素描是隧道洞内地质调查的主要工作方式，掌子面地质素描一般要求每2〜3个施工循环做一次，平均每10米一次，在地质条件变化较大地段宜增加观察频次和提高现场工作的精度，并根据需要进行边墙地质调查。掌子面地质素描宜在每次爆破开挖后5小时内进行，在施工现场完成地质跟踪调查表的填写，绘制掌子面地质素描图，并根据需要进行现场地质情况拍照。现场工作时应注意下列几个方面的问题：现场工作条件要求1现场工作最好在施工单位完成出渣，进行毛洞危岩清理后，在喷锚施工前进行（特殊情况下在初支完成后进行），进行边墙地质调查必须在初期支护施作前进行；2现场调查时掌子面前最好有施工台车保护，以保证工作人员安全，同时也便于上架对掌子面中上部进行观察。岩层产状量测弄清岩层层位关系是洞内跟踪地质调查的首要工作，这对于隧址区内发育有褶皱或隧道穿越多套地层时尤为重要。现场进行结构面产状量测时应注意区分岩体层面和节理面，可以根据岩层微层理和岩层面的连续性判定岩体层面，或根据设计单位提供的该段岩层产状，用反推的方法大致判断岩层层面。现场产状量测时需准确快速，尽量避免较长时间在围岩状态不稳定掌子面附近工作。长大结构面的观察对于岩体结构面发育地段，应加强对结构面产状、延伸长度、间距、结构面性质等的观测，各量测数据应足够精确可靠，便于分析围岩块体的稳定性。当观察面上出现明显的贯通观察面的长大节理（亦称小断层）时，应引起现场工作人员的重视，这类长大节理往往对围岩的稳定有重要影响。一般来说，这类贯通性长大节理延伸长、节理面光滑且多张开，在与其它节理面组合下常将岩体切割成较大块的楔形体，这种楔形块体的稳定性受结构面产状及其组合形式的控制，在结构面呈不利组合时，个别楔形体可能脱离周边岩块的夹持而脱落，发生拱顶或掌子面掉块或坍塌，危及现场施工人员安全。勘察设计阶段和施工过程中的物探预报一般均较难发现这类长大节理和判定围岩的稳定性，必须加强施工现场地质调查，并在必要时进行块体稳定性分析评价。临近不良地质体前兆标志临近断层破碎带的标志：a节理组数急剧增加；b岩层牵引褶曲的出现；c岩石强度明显降低；d压碎岩、碎裂岩、断层角砾岩等的出现；e临近富水断层前断层下盘泥岩、页岩等隔水岩层明显湿化、软化，或出现淋水和其他涌突水现象。临近大型溶洞水体或暗河的前兆标志：a裂隙、溶隙间出现较多的铁染锈或粘土（需结合断面埋深分析，浅埋段不适用）；b岩层明显湿化、软化，或出现淋水现象；c小溶洞出现频率增加，且多有水流、河砂或水流痕迹；d炮眼等钻孔涌水量激增，且夹有泥沙或小砾石；e钻孔中冒凉风或有水流声。大规模塌方的前兆标志：a拱顶岩石开裂，裂缝旁有岩石粉喷出或洞内无故尘土飞扬；b初支开裂掉块、支撑拱架变形或发声响；c拱顶岩石掉块或裂缝逐渐扩大；d干燥围岩突然涌水瓦斯突出前兆标志：a开挖工作面地层压力增大，鼓底，深部岩层的破裂声明显，掉砟，支护变形严重；b瓦斯浓度突然增大或忽高忽低，工作面温度降低，闷人，有异味；c煤层结构变化明显，层理紊乱，由硬变软，厚度与倾角发生变化，煤由湿变干，光泽暗淡，煤层顶底板出现断裂、波状起伏等；d钻孔时有夹钻、顶钻、顶水、喷孔等动力现象；e工作面发出瓦斯强涌出嘶嘶声，同时带有粉尘；f工作面有移动感。现场地质跟踪调查表填写说明1“洞轴走向”栏应填写掌子面掘进方向，可通过量测隧道平面图上对应里程的线路方向获得，但应注意与线路走向的区别，入口端掘进时洞轴走向与线路走向相同，出口端掘进时与线路走向相差180°。2岩性特征部分中“岩层”栏填写隧道围岩岩石名称，可参考地勘报告，对于互层状岩石，应根据勘察报告中对各分层岩性特征的描述进行合理地鉴别定名；“产状”栏宜根据现场实际量测结果进行填写，不能照搬勘察报告结果；“岩石坚硬程度”栏宜根据勘察报告对岩石硬度的描述，并结合现场敲击试验进行确定，见表3.1。岩体结构部分中“岩体结构”栏是对观察面围岩状况的整体直观定性描述，岩体结构类型受岩层厚度、节理裂隙发育程度等因素影响，其分类应与表中这几项的描述一致，也应与采集的掌子面照片反映内容一致；“节理”栏中需在现场量测节理产状、间距、延伸长度等，应注意对节理面粗糙度、充填胶结情况的观察。辅助修正指标部分中“初始地应力状况”栏是指隧道开挖前围岩中的应力状态，由隧道埋深产生的自重地应力、构造地应力两部分构成。其中构造地应力受区域构造运动的影响，在勘察报告中无特别说明的情况下填“低构造应力”此时初始地应力的整体评价主要受隧道埋深影响， 一般当隧道埋深小于800m属低地应力，大于800m属高地应力；极高地应力一般受构造应力控制，受构造应力控制的高初始地应力一般在勘察阶段需进行专题研究。在有高地应力影响的隧道施工过程中，显示高地应力的标志有岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩心等现象。5根据岩性特征、岩体结构特征对隧道围岩进行初步分级，其中需考虑岩体主要结构面产状及与隧道轴线夹角关系对围岩分级的影响，然后使用辅助修正指标进行最终评价，其具体评价方法见公路勘察规范。6现场照片与掌子面素描部分由两栏构成，即掌子面地质素描和地质照片。每次洞内地质调查均需对观察面进行地质素描，地质素描应突出不良地质界面、不良地质体、不良地质现象在观察面的分布位置、规模，并进行相关说明；同时应采集一定数量地质照片，照片应按标准的格式命名（详见 3.361节），在表格中填写照片记录编号，并对照相内容进行简要说明。表3.1岩石坚硬程度定性划分名称定性鉴定代表性岩石硬质岩坚硬岩锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应未风化-微风化的；花岗岩、正长岩、闪长岩、玄武岩、辉绿岩、女山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的板岩、石英砂岩、硅质石灰岩等较坚硬岩锤击声较清脆，有回弹，稍震手，较难击碎；浸水后，有轻微吸水反应1•弱风化的坚硬岩；2•未风化—微风化的；熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙岳胶结的砂岩等软质岩较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出印象1•强风化的坚硬岩；2•弱风化的较坚硬岩；3.未风化〜微风化的：凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等软岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开1•强风化的坚硬岩；2•弱风化—强风化的较坚硬岩；3•弱风化的较软岩；4•未风化的泥岩等极软岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，手捏团1.全风化的各种岩石；2•各种半成岩336应提交资料洞内地质跟踪调查的具体内容包括现场地质跟踪调查表的填写和后期隧道施工地质剖面图的编制，其所应提交资料包括原始资料和隧道施工揭露地质图两部分。原始资料洞内地质调查在现场采集的原始资料包括两部分，一是现场地质跟踪调查表（附录3），另外就是现场地质情况照片。1隧道施工洞内地质调查需完成现场地质跟踪调查表格的填写， 表格主要内容包括现场地质情况说明和观察面地质素描。现场地质条件调查表的填写需在工作现场完成，要求字迹工整，用语规范，填写内容真实可靠。表格中“现场围岩岩体分级”这一栏，是对现场围岩岩体质量的总体评价，可根据公路勘察规范关于隧道围岩分级的相关要求进行分析评价。2每一次掌子面（边墙）现场地质调察均应采集一定量的现场地质情况照片，具体数量根据观察面地质条件而定，若观察面各部位围岩地质条件一致，可取一张代表性照片即可，否则应采集多组照片，尽量还原掌子面真实地质情况。所有照片均应以“隧道名首字母+进出口首字母+掌子面里程+编号”形式进行编号，例如：GS-JK-YK106+890-3，并以“观察日期+掌子面里程”建立文件夹将同一观察面所有照片归档。在现场地质描述表格中的照片栏，需按照片编号对各照片照相位置、所反应主要地质内容进行概括性说明。隧道施工地质图隧道施工地质展示图(附录4)：要着重突出施工过程中揭露的不良地质体(带)的分布位置与规模，围岩级别变更的位置、变更长度、变更围岩级别，隧道塌方、涌水等地质灾害的位置、规模以及工程处理措施等。隧道施工地质剖面图:即隧道施工所揭露的实际地层剖面图，根据掌子面地质素描进行绘制，采用与隧道地质勘察报告中地质纵断面图相同的比例尺，以便于与设计进行对比和累计资料。3.4地质法预报报告地质法地质超前预报应编制地质调查法预报报告，报告主要内容包括：工程概况；工程地质与水文地质条件；施工进度情况；相关资料。主要包括：开挖工作面地质素描隧道洞身地质展示图，比例为1:100〜1:500地层分界线以及地质构造线隧道内和地表相关性分析预报图，比例尺根据需要确定地质复杂地段纵横断面图，比例尺1:100〜1:500(5)地质监测与测试资料(6)相关影像资料结合勘察资料、补充地表地质调查资料，根据洞内跟踪地质调查、超前钻探、超前导坑所揭露地质体的性质、分布位置、产状、规模分析其与隧道的相对位置关系，评价其对隧道施工的影响；预报结论与施工建议4.物探法4.1弹性波反射法弹性波反射法是利用人工激发的地震波、声波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面前方地质情况的一种物探方法，它包括地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法等方法。在实际工作中，地震波法的应用相对普遍和成熟。TGP206超前地质预报系统采用的就是地震波方法。适用条件弹性波反射法适用于划分地层界线、查找地质构造、查找较大的不良地质体的厚度和范围，尤其适用于对断层、构造破碎带的探测，但应符合下列要求：探测对象与相邻介质应存在较明显的波阻抗差异并具有足以被探测的规模；断层等构造面或岩性界面的倾角应大于35°，构造走向与隧道轴线的夹角应大于45°。隧道埋深较浅（h<0.58L，h为隧道底板埋深，L为有效预报距离）时，不宜采用TGP法进行预报。TGP206隧道地质超前预报系统简介TGP206隧道地质超前预报系统包括仪器设备、配件和处理软件三部分。主要是利用在隧道围岩内以排列方式激发的弹性波，在向三维空间传播的过程中，遇到岩体弹性阻抗界面，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，这种反射回波通过预先埋置在隧道围岩内的检波装置接收下来。处理系统锁定掌子面前方一定角度范围，提取反射回波并对其旅行的时间、传播的衰减、以及相位的变化等进行分析，进而对隧道掌子面前方的岩体地质条件做出预报和判断，为施工措施和施工设计方案提供预报资料。4.1.3观测系统设计每次TGP预报之前应根据现场地质、施工等情况合理地进行TGP预报观测系统的设计。所谓TGP预报观测系统，是指场测试点位布置要求，即接收孔和激发炮孔在隧道左右边墙的位置，以及相关的造孔要求。具体的观测系统设计要求如下：1激发炮孔在隧道洞壁同一侧沿直线布设，一般距离掌子面5〜10米布设第一个激发孔，而后等间距布设，间距一般为1.5〜2米。软岩岩体波速低选择1.5米，硬岩岩体波速高选择2米；接收孔布设在激发炮孔的后方(以面向掌子面为前进方向)，接收孔与最近的激发孔的距离一般为20米左右，该距离与预报距离有关：该距离长则预报距离长，该距离短则预报距离短。一般接收孔为左右洞壁对称布设，以同侧孔采集数据为主，对侧孔采集数据作为参考。接收孔与激发孔的布设方式见图4.1。激发扎接收1VVVVVVVVYWVVVVVVVVYVVYV■掘进方向图1.1布孔示意图2激发孔在隧洞侧壁的位置可参考但不限于下列原则:一般情况，对于高速公路分离式隧道，右线隧洞炮孔布置于右侧(里程方向，下同)，左线隧洞布置于左侧。对于傍山隧道，当隧道轴线离山体侧坡较近时，炮孔宜布置在远离侧坡一侧;（3）在初步确定探测目标体产状的条件下，炮孔宜布置在离目标体结构面较近的一侧。4.1.4现场测试现场数据采集工作按下列步骤进行：根据准备阶段设计的观测系统，确定所有接收点和炮点的位置，并作出相应标识，通知施工单位钻孔。绑制炸药。为消除雷管起爆延时的影响，TGP206超前地质预报系统数据采集采用触发线炸断式触发方式，这就要求将触发回路线绑在炸药上，这一工作应在现场完成。检查炮孔质量，具体注意以下方面：（1）检查孔位、孔深、孔径、钻孔倾角等情况。一般情况下，钻孔位置不应偏离设定的位置，特殊情况下，以设定的位置为圆心，可在半径0.2m的范围内位移。不合格的钻孔应重钻；（2）检查孔身平直顺畅度，确保耦合剂、探头或炸药能放置到位。如遇坍孔或孔内清渣不干净，应立即重新钻孔或再次清渣；（3）在不稳定的岩层中钻炮孔时，宜采用一定的措施进行钻孔护壁，防止坍孔，可采用外径孔径与孔径相匹配的薄壁塑料管或PVC管插入钻孔。安装信号接收探头及炸药。利用专用工具将黄油耦合剂注入到接收孔的孔底，注入黄油的长度以30〜35cm为宜。采用专用工具将接收探头定向推入到接收孔的孔底，使接收探头在接收孔底部与钻孔岩体密切耦合。在推入的过程中要保证探头推进器不转动，保持接收探头的定位槽朝向上方；将炸药推至孔底，回路线引出至激发孔口外，将回路线的两端与触发信号连接电缆相连，引至仪器主机的触发插座，然后在孔内灌满水等待激发。推送炸药的工作需由专业的炮工完成，回路线和电雷管线要做好绝缘处理，以免激发电压损坏仪器。在推送炸药过程中应注意防止绑在炸药上的触发回路线滑脱。从减震箱内取出仪器，摆放仪器，注意避开滴漏水和易掉块的地段。打开仪器，连接电缆线，开机，进行参数设置。完成上述工作后即可通知爆破员操作起爆器先充电，爆破员充电完毕后回报操作员，仪器操作员要再监视仪器是否在等待采集状态，同时在激发孔附近无安全隐患和隧道内无大的机械噪音条件下，通知爆破员起爆。炮点激震后仪器开始采集，采样结束后即将采集记录显示在屏幕上，点击保存记录。激发放炮要严格按照国家的安全规程操作，由持有炮工证的专业人员完成激发放炮工作。完成24炮的数据采集后，关闭仪器，收拾仪器和相关设备装箱。对于外设的其它设备要擦干净后装箱。注意检查不要遗漏设备器材。同时应做好隧道掌子面、激发孔、接收孔的里程桩号以及相关数据采集参数设置的记录。进行洞内地质调查，着重进行岩层产状量测以及不良地质前兆标志的观察。现场数据采集注意事项1安全采集数据用的炸药和雷管必须由持有爆破证的专业人员领用，爆破作业必须有专业爆破工操作。非专业人员严禁从事爆破作业。2TGP地震波原始记录质量要求（1）干扰背景不应影响初至时间的读取和波形的对比；（2）反射波同向轴必须清晰；（3）不工作道应小于20%，且不连续出现。预报距离（1）在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般每次预报距离应为 100m左右，不宜超过150m；在岩体完整的硬质岩地层每次可以预报120〜180m,但不宜超过200m。（2）原则上两次TGP预报段落搭接长度不小于10m,对于地质情况复杂地段,搭接长度应适当增大（3）隧道位于曲线上时，预报距离不宜太长。减小干扰波措施（1）TGP现场数据采集时应尽可能隧道内其它震动产生的地震波、声波的干扰，采集数据时宜要求施工方暂停洞内所有施工活动，对于双线隧道，相邻洞内的施工也应暂停。（2）信号接收孔必须用专用的橡皮塞塞紧，防止隧道内声波传入接收孔内。6现场采集数据质量要求应符合下列要求：通过检查显示地震道的特征进行数据质量控制。（1）在每一炮数据记录后，应显示所记录的地震道，据此对记录的质量进行控制。（2）用直达波的传播时间来检查放炮点的位置是否正确，以及使用的雷管是否合适。（3）根据信号能量，检查信号是否过强或过弱。若直达波信号过强或过弱，应将炸药量适当减小或增加。（4）根据初至波信号特性控制数据采集质量，若初至后出现鸣振，表明接收器单元没有与围岩耦合好，这样应重新进行探头安装。（5）根据每一炮记录特征，了解存在的噪音干扰，必要时应切断干扰源，同时也可检查封堵接收孔的效果。（6）对记录质量不合格的，应重新装炸药补炮，接收和记录合格的地震道。数据处理处理内容及步骤TGP数据处理使用TGPwin2.0处理系统进行，数据处理主要包括以下三大步骤：1、采集记录编排预处理。包括载入编排记录、手动自动相关拾取校正、三分量道集记录处理、通道波干扰清除、整理老记录；2、绕射波归位处理。进行地震波的纵横波分离和纵、横波速度的拾取，由程序进行纵横波分离计算以及向前预测成图。该过程的核心是识别纵波和横波的直达波，其识别要点如下：纵波直达波（初至波）的判断条件是：一般条件下地震波未到时记录为直线，地震波来到时记录幅度跳起，把直线与跳起的交点成为地震波的初至。横波直达波的特征有：1）横波的幅度远大于纵波；2）横波同相轴与纵波同相轴随传播距离增加成喇叭状分开；3）横波到达的初始相位与纵波初至的相位反相；4）横波初始波与纵波的尾波发生干涉现象。3、反射波极化处理。通过数据输入、波形拾取，由程序计算所得成果图判断构造的产状。成果资料TGP原始数据经处理后，应形成以下资料：1、记录编排与预处理后的地震波三分量原始采集图2、纵横波偏移归位成果图3、衰减成果图4、纵横波速对比图5、同侧、对侧位图对比图和三波形位图对比图6、构造产状图预报报告进行TGP隧道超前地质预报测试后，应编制相应预报报告，报告主要内容包括：隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等；方法原理及仪器设备；现场数据采集系统的设计、采集方法、数据质量等；数据处理所采用软件及处理流程、参数选择说明、处理成果及质量等；资料分析与判释。根据波速图、频谱图、深度偏移剖面图、反射波分析成果显示图、物探成果地质解释剖面或平面图，结合勘察报告、补充地表地质调查、区域地质资料、开挖揭露地质情况等，综合分析进行地质判释；结论及建议。提出开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，预报不良地质体存在的位置及相应的施工风险，提供施工应对措施及下一步地质预报工作的安排；其它需说明的问题。4.2电磁波反射法电磁波反射法主要用地质雷达进行探测。地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中传播及反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法。适用条件地质雷达主要用于岩溶探测，亦可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体的探测。并应符合下列要求：探测目标体与周边介质间应存在明显介电常数差异，差异越大反射信号越明显；探测目标体应具有足以被探测的规模；不能探测极高电导屏蔽层下的目标体；SIR-20地质雷达系统简介SIR-20是美国劳雷公司（GSSI）生产的高速地质雷达透视系统。SIR-20地质雷达系统配有标准的GSSI天线，能被用于各种应用领域，来解决复杂的地下探测问题和构造探测问题。SIR-20地质雷达系统主要由电源、主机、便携式计算机、雷达天线以及连接电缆线等部分组成。相应于不同的工程应用领域，SIR-20雷达系统配备了不同频率的天线，天线频率越高，探测分辨率越高，但相应探测深度越浅。进行隧道超前地质预报，多采用低频天线。进行地质预报采用的天线频率有100MHz和40MNZ两种。前者为屏蔽天线，有效探测深度一般在20〜30m左右，其具有分辨率相对较高、受外界干扰较小的优点，进行雷达地质预报主要采用该频率天线，缺点是探测距离短，经济性较差；后者为非屏蔽天线，有效探测深度可达40〜50m,经济效益较好，但其分辨率相对较低，且较易受外界干扰，在地质条件相对简单且洞内干扰因素较少时可采用该频率天线进行探测。4.2.3准备工作资料收集现场测试前，应调查测区的工作环境、收集相关的地质、地球物理、钻探资料，初步了解背景场（围岩）的特性，目标体的深度、几何形态、电性。电池波速标定根据隧道各工程地质分段，通过试验确定介电常数、选择雷达天线的工作频率，每一工程地质分段宜至少进行一次介电常数的标定试验。现场介电常数标定可以采用下列方法：（1）根据验证结果进行异常目标体深度修正，反推介电常数，在下次预报时采用；（2）对于分离式隧道，若左右洞中线间距在30m以内时，可在后进隧洞掌子面侧壁向相邻隧洞方向扫描，通过先进洞侧壁位置确定介电常数。4.2.4现场测试进入隧道开始现场工作时，应首先观察工作段环境、安全情况，选择雷达主机摆放位置，注意避开危岩块体和滴水、积水地段；检查掌子面的平整度，必要时要求施工单位予以整平；进行掌子面地质素描，采集数码照片。根据现场地质条件和掌子面开挖方式布置测线，测线布设方式宜根据地质情况确定，并应符合下列要求：（1）测线布设应综合考虑现场施测工作条件，应将测线布置于天线容易到达的位置。测线应尽量避开电磁干扰源和凹凸不平、不利于天线移动的掌子面部位；（2）地质条件相对简单的非岩溶隧道，主要进行构造破碎带、断层、含水地层探测时宜采用十字形测线布设方式，现场测试条件较差时亦可采用单测线方式；（3）岩溶隧道预报测线宜按网格方式布设，现场测试条件较差时亦可采用平行双测线方式或十字形布设方式，不宜采用单测线方式。各种测线的具体布置方式见图4.2。用红漆在掌子面测线上每隔1m打上一个标记，测量时在对应漆标出打标（连续测量方式）或在每一个漆标位置进行点测。连接仪器——开机——参数设定——进行现场测试，并根据数据采集中的干扰变化和效果及时调整工作参数。详细的仪器连接及参数设定步骤参见《SIR-20地质雷达操作手册》。进行参数设定时可参照表4.1、4.2。数据存储文件命名应按“项目名”+“隧道名”建立文件夹，按“隧道名”+“测试时间”建立子文件夹，再按“项目名首字母”+“-”+“隧道名首字母”+“进、出口首字母”+“左、右线首字母”+“测试掌子面里程数字”+“-”+“测线编号”（如XRX-GSJY107010-1）建立文件，并存储文件。

au b"\111/1 /[|| 1111"—■ 1 —」c" dI"图4.2雷达测线布设方式5按下“Home”键进行掌子面扫描，当采用连续测量方式时，由两名现场工作人员举持天线在测线上匀速移动，当天线移动到漆标位置时，测试人员按下键手动打标，完成测线扫描后，按下“Ins”键保存数据完成测试；采用点测方式时，现场工作人员将天线紧贴在测线上漆标处保持不动，测试人员连续 10次（亦可采用其它数值，以满足后期数据处理要求为准）按下“Home”键进行扫描纪录，然后将天线贴到下一漆标位置进行相同操作，直至完成测线上所有漆标点的测试，最后按下“Ins”键保存数据完成测试。表4.1常见材料介电常数及电磁波速参考值材料介电值速度（毫米/纳秒）空气1300水（淡）8133:水（咸）8133 H极地雪1.4-3194-252极地冰3-3.15168: 温带冰3.2167 n纯冰3.2167淡水湖冰4150海冰2.5-878-157 1永冻土1-8106-300沿岸砂（干燥）1095

砂（干燥）3-6120-170砂（湿的）25-3055-60r粉沙（湿的）1095粘土（湿）8-1586-110粘土土壤（干）3173沼泽1286农业耕地1577畜牧土地1383r“平均土壤”1675花岗岩5-8106-120石灰岩7-9100-113—白云岩6.8-8106-115 「玄武岩（湿）8106泥岩（湿）7113砂岩（湿）6112「煤4-5134-150石英4.3145混凝土6-855-112 :沥青3-5134-173聚氯乙烯3173表4.2不同频率天线参数设定参考值天线频率（MHz）采样频率（sean/s）采样道数采样时窗（ns）增益点数100601024300〜400540302048300〜40055测试完毕后查看记录，分析异常情况及出现位置，重点异常区应重复观测,重复性较差时应查明原因。6填写现场测试记录表格。4.2.5注意事项1隧址区内不应有较强的电磁波干扰；现场测试时应清除或避开测线附近的金属物等电磁干扰物；不能清除或避开时应在记录中注明并标出位置。2优先选择连续测量的方式，不能连续测量或连续测量效果不好时可采用点测。每一测线至少进行两次扫描，以便分析比较物探时间剖面的一致性，一致性不好时宜增加扫描次数并分析原因。支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作员应与工作天线保持相对固定的位置。测线上天线经过的表面应相对平整，无障碍，且天线易于移动；测试过程中应保持天线的平面与探测面基本平行，距离相对一致。地质雷达探测质量检查的记录与原探测记录应具有良好的重复性，波形一致，异常没有明显位移。地质雷达在较完整岩体地段预报距离宜在30m以内，岩体较破碎或岩溶发育段其有效探测长度应根据雷达波形判断。为提高预报准确度，进行雷达探测时，必须做好掌子面地质调查工作，尤其注意一些临近不良地质体的标志（详见节）。现场测试时，保存记录的文件夹名不宜过长，过长可能导致天线参数不能正常调用，无法进行数据采集，一般宜控制在8个字符以内。内业数据处理时再将文件按4.2.4节第三条要求进行命名归档。数据处理雷达探测的原始数据必须经过一定处理才能用于地质解译。一般情况下，为检验时间剖面的一致性，同一条测线应进行两次以上的扫描，数据处理时应通过对比分析，选择反射信息丰富、目标体信号明显、干扰波少的文件记录进行处理，并备份为原始资料。处理内容及步骤原始雷达数据需经过一定处理才能用于分析和解译，雷达数据的处理使用Radan6.6软件进行。地质预报雷达数据处理一般包括以下过程：记录标记归一化采用连测方式进行探测，一般每米扫描数都不太均匀，资料处理的第一步就是做标记的归一化处理，使每米扫描数相同。电磁波速标定与分析电磁波速的分析与选取关系到深度解释的问题，是一项非常重要的工作。由于地质体本身性质的复杂性，不同地层岩性、同一岩性不同构造发育程度、含水状况差异等都会造成探测段落介质电磁性质的差异。进行数据处理时，可以参考经验介电常数与电磁波速的经验值，根据不同工程地质分段进行的介电常数、电磁波速标定试验结果，结合洞内地质调查情况，合理地设定介电常数。并根据预报结果验证情况，在下次预报时及时进行调整。水平与垂直滤波地质雷达资料中的水平波特别发育，它产生于仪器本身，即使将天线朝向天空，也会记录到回波，这回波不是来自天空，而是来自于控制器、馈线、天线的相互作用，是难以避免的，水平波具有时间相等的特点。水平滤波过程就是将相邻一定数量的扫描线求平均，再与个别扫描线相比较，即可消除水平波。水平滤波中选择的扫描线数越大，滤波效果越小，相反选取的扫描线数越小、滤除水平波的效果越明显，但如果水平滤波扫描线取的太少可能会滤掉一些缓变界面信号。因而在进行水平滤波时，要根据对象进行试验、调整，以求最佳效果，一般情况下可先选取10〜100条扫描线开始尝试。垂直滤波的目的是为了消除杂散波的干扰，这些杂散波是来自于外源，不是天线自身发出的，频率不在雷达天线频带内。有时为了区分不同的地质体，选取不同的频带，都要用到垂直滤波。垂直滤波时一种数学变换，有时会带来较大的失真，滤波的频带越窄，失真越大，应用中要认真选取方法和参数。因为雷达天线的发射与接收都设定了带宽，也就是说雷达信号本身已经过滤波，所以一般资料处理中的垂直滤波处理改善并不明显。增益调节与显示选择增益调节与显示方式选择是雷达资料处理最有效的手段，它可使图像目标更加清晰，易于识别，有时比其他方法都有效。增益调节主要是调节增益点的数目，同时也就改变了增益点的位置，使用自动增益可以使信号得到清晰显示。一般对50ns长的记录选择3-4点增益比较合适，100ns以上的记录选择4-5点增益，400ns以上的记录可选择5-6点增益。显示选择包括两个层次的选择，一个层次是选择显示方式，另一个层次是选择显示模版。可供选择的显示方式有波形、变面积、能量谱显示方式，其中能量谱的显示效果更好一些。具体的显示模版选择应结合地质情况进行，对于中〜厚层互层状差异性岩体、溶洞、断层带、覆盖层与基岩分界面等，由于其具有明显反射界面，宜采用能量谱的显示方式，同时可采用波形显示进行更细致的界面反射特征分析；而对于破碎带、裂隙富水带等无明显反射界面但反射较强时，采用变面积显示方式效果更好。显示模版包含不同的色彩配比，而更重要的是能量反差大小及变换关系的配比，这种配比组合形成几十种模版，根据不同对象，选择适合的模版，可达到显示的目的。例如要显示空洞，可选择反差大的模版，只将能量较强的信号显现出来，中等和弱的信号被忽略，可突出空洞的形态。成果资料雷达探测原始数据经处理后，应形成以下资料：测线典型时间剖面图（能量谱灰度图、变面积图），即以测线长为横轴、电磁波双程走时为纵轴的雷达波形图像，它反映了掌子面前方通过测线且与洞轴走向平行的剖面内的地质信息。掌子面上的每一条测线均应有与之对应的时间剖面图；单点波形图，在出现异常的位置，应选择代表性的单点电磁波形图进行波形、频谱分析。单点波的选择以反射信号清晰、特征明显为原则，单点波形图的数量根据实际需要确定，无明显异常时可以缺失。雷达图像解译将雷达探测成果图所表达的信息解译成相关的地质现象是雷达法地质预报的核心。雷达图像解译，应以雷达探测图像为基础，结合掌子面已揭露地质状况和场区地质条件综合分析，使用地质语言进行解译。基本方法雷达图像解译宜先采用能量谱法、变面积法观察分析异常出现位置，大致判断异常所表达的地质信息，然后在异常特征位置进行单点波形分析，根据反射波形、频谱特征等判断反射体性质。雷达波相识别要点反射波的振幅与方向界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强，从反射振幅上可以判定两侧介质的性质；波从介电常数小的介质进入介电常数大的介质（即从光疏介质到光密介质，或从高速介质进入低速介质）时，反射系数为负，反射波振幅反向。反之，从介电常数大的介质进入介电常数小的介质时，反射波振幅与入射波同向。这是判定界面两侧介质性质与属性的又一条依据：如从空气中进入土层或混凝土时，反射振幅反向。从混凝土后边的脱空区再反射回来时，反射波不反向，结果脱空区的反射与混凝土表面的反射正好相反。如果混凝土后边充水，波从该界面反射也发生反向，与表面反射波相同，而且反射振幅较大。混凝土中的钢筋波速近乎为零，反射自然反向，而且反射振幅特别强。因而，反射波的振幅和方向特征是雷达波判别的重要依据。反射波的频谱特征不同介质有不同的内部结构特征，内部反射波的高、低频率特征明显不同，这可以作为区分不同物质界面的依据。如混凝土与岩层相比，比较均质，没有岩石内部结构复杂，因而围岩中内反射波明显，特别是高频波丰富。而混凝土内部反射波较少，只是有缺陷的地方才有反射。又如，表面松散土电磁性质比较均匀，反射波较弱；强风化层中矿物按深度分布，垂向电磁差异较大，呈现低频大振幅连续反射；其下的基岩中呈现高频弱振幅反射，从频谱特征可以清楚地将各层分开；围岩中的含水带也表现出低频高振幅的反射特征，易于识别；节理带、断裂带结构破碎，内部反射和散射多，在相应走时位置表现为高频密纹反射。但由于破碎带的散射和吸收作用，从更深部位反射回来的后续能量变弱，信号表现为平静区。反射波同向轴形态特征雷达记录资料中，同一连续界面的反射信号形成同向轴，依据同向轴的时间、形态、强弱、方向正反等进行解释判断是地质解释最重要的基础。同向轴的形态与埋藏的物理面形态并非完全一致，特别是边缘的反射效应，使得边缘形态有较大的差异。对于孤立的埋设物，其反射的同向轴为一开口向下的抛物线，有限平板界面反射的同向轴中部为平板，两端各为半支开口向下的抛物线。典型地质体雷达波形完整岩体节理很少发育的厚层整体状岩体反射较弱，多呈现高频特征，反射杂乱，无同向轴，电磁波衰减慢，深部信号清晰；层状岩体或裂隙一般发育的岩体内部散射多，反射波较明显，杂乱反射为主，高频波丰富，电磁波衰减较慢，深部信号较明显，浅部信号可能出现与岩层面产状一致的同向反射轴。2破碎带节理带、断裂带结构破碎，内部反射和散射多，在相应走时位置表现为高频密纹反射，反射波振幅大。由于破碎带的散射和吸收作用，电磁波衰减快，从更深部位反射回来的后续能量变弱，信号表现为平静区。3含水体含水层为电磁波低速层，与相邻不含水地层波阻抗差异大，因此反射振幅很大，且含水体内反射波多以低频为主，无二次反射；含水体最先到的反射振相与表面反射相同。5空洞第一个特点是反射波特别强，因为空气与岩土、混凝土介质的介电常数差异明显，反射系数大概在0.4〜0.5之间；第二个特点是多次波很发育，电磁波在空洞中多次反射，接收到的反射波持续很长时间；第三个特征是空洞最先到的反射振相与表面反射相反，因为空洞处电磁波是从低速介质进入高速介质，而在表面是从高速介质进入低速介质；小规模的管状、孤立空洞，反射的同向轴为一开口向下的抛物线。预报报告采用地质雷达进行超前地质预报，应编制超前地质预报报告，报告主要内容包括：工程、地质概况；预报原理、仪器设备等；探测工作概况，包括测线布置、现场参数设置等；掌子面地质情况；探测结果分析，根据探测时间剖面图、波形图，结合掌子面揭露地质状况及区域地质构造等进行地质解译；结论和建议：提出开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，预报潜在不良地质体的位置及规模，并对施工风险进行评价。判定围岩级别，有必要时提供变更设计意见。超前钻探法5.1超前地质钻探超前地质钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法。适用条件超前地质钻探法适用于各种地质条件下的隧道超前地质预报，在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段宜与业主、施工方协商采用。钻进方式超前地质钻探主要采用冲击钻和回转取芯钻两种钻进方式，二者合理搭配使用，可以提高预报的准确率和钻探速度，减少占用开挖工作面时间。一般地段采用冲击钻。冲击钻不能取芯，但可以通过冲击器的响声、钻速及变化、岩粉、卡钻情况、钻杆震动情况、冲洗液的颜色及流量变化等粗略探明岩性、岩石强度、岩体完整程度、溶洞、暗河以及地下水发育情况。复杂地质地段采用回转取芯钻。回转取芯钻岩芯鉴定准确可靠，地层变化里程可准确确定，一般只在特殊地层、特殊目的地段、需要精确判定的情况下使用。比如煤层取芯及试验、溶洞及断层破碎带物质成分的鉴定、岩土强度试验取芯等。技术要求孔数断层、节理密集带或其它破碎富水地层没循环可只钻一个孔；2富水岩溶发育区每循环宜钻3〜5个孔，揭示岩溶时，应适当增加，以满足安全施工和溶洞处理为原则；煤层瓦斯预报钻孔要求应符合节相关规定。孔深不同地段不同目的的钻孔应采用不同的钻孔深度，一般单循环最优钻进深度在30m左右；钻探过程中应进行动态控制和管理，根据钻孔情况可适时调整钻孔深度，以达到预报目的为原则；煤层瓦斯超前钻孔深度应符合节相关规定；3在需连续钻探时，一般每循环可钻30〜50m,必要时也可钻100m以上的深孔；连续预报时前后两循环钻孔应重叠5〜8m。孔径钻孔直径应满足钻探取芯、取样和孔内测试要求，并应符合《公路工程地质勘察规范》JTJ064-98关于勘探钻孔的规定；煤层瓦斯超前钻探孔径应符合744.1节相关规定。钻孔实施钻探前预报地质技术员应对钻探人员进行技术、质量交底。超前钻探过程中应在现场做好钻探记录，包括钻孔位置、开孔时间、终孔时间、孔深、钻进压力、钻进速度随钻孔深度变化情况、冲洗液颜色和流量变化、涌砂、空洞、震动、卡钻位置、突进里程、冲击声音变化等。超前钻探过程中应及时鉴定岩粉、岩芯，判别岩石名称，对于断层带、溶洞填充物、煤层、代表性岩土等应拍摄照片备查，并选择代表性岩芯整理保存，重要的钻探过程监理应进行旁站。在富水地段进行超期钻探时必须采取防突措施；测钻孔内水压时，需安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，压力表读数稳定一段时间后方可进行测量。钻孔质量控制措施钻探程序严格按照“测量布孔——设备就位——对正孔位——开孔、安装孔口管——钻进——成孔验收”的程序施钻。控制钻进方向钻机定为完毕后，对钻机进行基座加固，使钻机在钻进过程中位置不偏移，做到钻孔完毕钻机位置不变。在钻进过程中应定期检查机器松动情况，及时调整固定。对钻具的导向装置尽可能加长，并选择刚度较强的钻杆，减小钻具的下沉量。不得使用弯曲钻具。当岩层由软变硬时应采取慢速、轻压钻进一定深度后，再改用硬岩层的钻进参数。钻进中应减少换径次数。本循环钻孔完毕后，根据测量结果总结出钻具的下沉量，下一循环钻探时通过调整孔深、仰俯角等控制下沉量在设计要求的范围之内，达到技术要求的精度。安全措施钻机使用的高压风、高压水的各连接部件均应采用符合要求的高压配件，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂高压风、水伤人；高压电路接线应由专业电工操作。钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔轴的后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑泥沙等伤人。为便于控制超前钻孔揭露大量地下水时的水流及采取措施，孔口应安设孔口管和闸阀，且孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。孔口管可采用环氧树脂、锚固剂等进行锚固，锚固长度宜为1.5〜2.0m,孔口管外端应路出工作面0.2〜0.3m，以安装高压球阀。当地下水压大于一定数值时，应在孔口管上焊接法兰盘，并用锚杆将法兰盘固定在岩壁上。在富水隧道钻探过程中，发现岩壁松软、片帮或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，立即上报有关部门，并派人检测水情。当发现情况危急，必须立即撤离所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。超前钻探探测报告超前钻探法应编制探测报告，内容包括：工作概况；钻孔探测结果；钻孔柱状图；钻孔布置图、岩性照片等。5.2加深炮孔探测加深炮孔探测时利用风钻或凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔获取地质信息的一种方法。适用条件加深炮孔探测适用于各种地质条件下隧道的超前地质探测，尤其适用于岩溶发育区。技术要求孔深应较爆破孔（或循环进尺）深3m以上；孔径宜与爆破孔相同；孔数、孔位应根据开挖面大小和现场地质情况确定；加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施。加深炮孔探测实施加深炮孔探测应在超前地质预报人员的指导下，参照设计相关要求，由施工单位组织实施；地质预报人员应对施工单位加深炮孔探测工作进行技术交底，对加深炮孔孔位布置、炮孔深度等提出具体技术要求；在富水岩溶区，每循环必须按要求认真实施加深炮孔探测，发现异常情况应及时反馈信息，严禁盲目装药放炮；钻到溶洞和岩溶水时，应视情况采用地质钻探和其它探测手段，查明情况，确保施工安全，为变更设计提供依据；揭示异常情况的钻孔资料应作为技术资料保存。超前导坑预报法超前导坑法是以超前导坑中揭示的地质情况，通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法。超前导坑法可分为平行超前导坑法和正洞超前导坑法。间距较小的分离式隧道可互为平行导坑，以先开挖的隧道预报后开挖隧道的地质条件。6.1适用条件超前导坑法预报是地质法地质预报的一种形式，适用于各种地质条件。但须在有超前导洞或平行导洞的隧道中才能使用，对于分离式小间距隧道、联拱隧道也较为适用。超前导坑法预报内容根据超前导坑与隧道位置关系按一定比例作超前导坑预报隧道地质平面图，由超前导坑地质情况推测未开挖地段隧道地质条件，预报主要内容包括：1地层岩性、地质构造的分布位置、范围等；岩溶发育分布的位置、规模形态、充填情况及展布情况；在采及废弃矿巷与隧道的空间关系；有害气体及放射性危害源分布层位；涌泥突水及高地应力现象出现的隧道里程段；其它可以预报的内容。6.3工作实施超前导坑预报宜按下列步骤开展工作：1获取导洞、正洞施工里程位置信息，大致了解两者掌子面相对位置关系；导洞洞内地质跟踪调查，具体操作方法见3.3.5节；必要时进行导洞物探探测；资料整理，地质作图分析；编制超前导坑预报报告。6.4注意事项超前导坑预报法对煤层、断层、地层分界线等面状结构面预报比较准确，对岩溶预报有可能预报不准，在岩溶发育可能性较大的地段可利用地质雷达、钻探等手段向正洞探测预报。隧道中出现的涌泥、突水、瓦斯爆炸等地质灾害在超前导坑施工中同样会发生，必须引起足够重视。超前导坑开挖过程中应做好超前地质预报，可采用地质调查法、物探、钻探等方法，防止导坑地质灾害的发生。6.5应提交资料超前导坑法地质预报应编制下列预报资料：1地质调查法预报报告；2采用的各种物探预报方法探测报告；超前钻探法探测报告；4导坑地质展示图，比例1:100〜1:500;5导坑正洞预报报告，包括导坑预报平面简图，比例 1:100〜1:500。导坑竣工工程地质纵断面图，包括地层岩性、褶曲、断裂的分布与产状，破碎带及坍塌和变形地段的位置、性质及规模，地下水出露位置、水质、水量，分段围岩级别等，横向比例尺1:500〜1:5000，竖向比例尺1:200〜1:5000。常见不良地质体预报的实施7.1断层预报主要任务探明断层的性质、产状、富水情况、在隧道中的分布位置、断层破碎带的规模、物质组成等，并分析其对隧道的危害程度。预报方法以地质调查法为基础，以弹性波反射法探测为主要手段，必要时采用超前钻探进行验证。当隧道施工接近规模较大的断层时，多具有明显的前兆（见节），可通过地表补充地质调查、洞内地质调查、地表与地下构造相关性分析、断层趋势分析等手段预报断层的分布位置。断层破碎带与周围介质多存在明显的物性差异，可采用弹性波反射法探测破碎带的位置及分布范围。断层为面状结构面，可采用超前钻探法较准确预报其位置、宽度、物质组成及地下水发育情况等。断层预报的一般步骤根据区域地质资料、工程地质平面图与纵断面图以及地质踏勘补充地质调查资料，进一步核实断层的性质、产状、位置与规模等。2采用弹性波反射法确定断层在隧道内的大致位置和宽度，分析断层的水文地质特征、岩体质量状况，根据需要，采用地质雷达法进一步探测断层带地下水发育情况、围岩破碎程度。必要时采用超前钻探预报断层的确切位置和规模、破碎带的物质组成及地下水的发育情况等。采用隧道内地质素描、断层趋势分析等手段预报断层的分布位置，进行地质综合判析，提交地质综合分析报告。7.2岩溶预报主要任务探明岩溶在隧道内的分布位置、规模、填充情况以及岩溶水的发育情况，分析其对隧道的危害程度。预报方法以地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报，并应采用宏观预报指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报的方法进行。岩溶预报的一般步骤岩溶是指可溶性岩石受水体及化学溶蚀为主、机械侵蚀和崩塌为辅的地质营力综合作用，以及由此产生的地质现象的统称。由于岩溶发育的复杂性、隐蔽性、不确定性，靠单一的某种预报手段很难满足快速安全施工需要。进行岩溶地质预报，必须多种预报手段、方法相结合，采用地质综合分析的方法，才能取得较为可靠的预报结果，且综合超前地质预报方法中必须包含超前钻探。研究隧址区岩溶发育规律充分收集、分析、利用已有区域地质和工程地质资料，辅以工程地质补充调绘，查明隧址区工程地质与水文地质条件，分析岩溶发育规律，掌握宏观区域地质条件指导超前地质预报工作，应着重查明和分析以下方面的内容：（1）地层岩性：可溶性岩层与非可溶性岩层的分布接触关系，可溶性岩层的成分、结构和溶解性，特别是强可溶性岩（质纯的厚层灰岩、盐岩）的地层层位和展布范围，及其与隧道线路中线的相互关系。（2）地质构造：隧址区的构造类型，褶皱轴的位置、两翼岩层产状、断裂带的位置、规模、性质、产状，特别是两条或两条以上断层交汇的位置；主要节理裂隙的性质、宽度、间距、延伸方向、贯通性及充填情况等；新构造运动的性质、特点等。分析上述构造与岩溶发育的关系及不同构造部位岩溶发育特征和发育程度的差异，划分岩溶发育带；分析上述构造与隧道轴线的相互关系。（3）岩溶地下水：地下水的埋藏、补给、径流和排泄情况、水位动态和水力连通情况，分析隧道受岩溶地下水影响程度。（4）隧道处岩溶垂直分带的部位：根据隧道线路高程、穿越山区地形、地表岩溶发育情况、区域和隧址区侵蚀基准面等，判断隧道处于岩溶垂直分带的部位。（5）岩溶发育的层数：根据岩性、新构造运动和水文地质条件，结合地表测绘，查明岩溶发育的层数与隧道的关系。（6）根据岩溶发育的垂直分带性、隧道高程和地下水季节变化，判断哪些可能与隧道相遇的溶洞、暗河的含水量，或分析哪些不与隧道相遇的有水溶洞或暗河对隧道施工的影响程度。（7）岩溶形态：岩溶形态的类型、位置、大小、分布规律、形成原因与地表水、地下水的联系，以及地表岩溶形态和地下岩溶形态的联系。（8）结合有利于岩溶发育的岩层层位和构造位置，在大小封闭的洼地内、当地河流岸边或其它部位，查明大型溶洞或暗河的入口、出口的位置及高程，并结合可能成为暗河通道的较大断层或较紧闭背斜褶皱的核部位置、产状，推断暗河的大致通道，确定能否与隧道相遇或与隧道的大概空间位置关系。9）根据褶皱轴、断层、节理密集带、可溶岩与非可溶岩接触带、陡倾角可溶岩、质纯厚层可溶性岩层的位置与产状、用地表和地下相关性分析法，分析隧道内可能出现大型溶洞、暗河的位置。洞内地质调查进行隧道内地质素描，根据素描结果，验证、调整隧道工程地质分段和超前地质预报方案。物探探测根据地质条件，采用弹性波反射法（TGP206超前地质预报系统）进行长距离探测，以探明断层等结构面和规模较大、足以被识别岩溶形态；采用地质雷达法进行短距离精细探测，以查明岩溶位置、规模和形态。超前钻探岩溶发育区应进行加深炮孔探测。施工方应在地质预报人员的建议下对可能存在岩溶地段进行加深炮孔探测，其具体技术要求见5.2.2节。对地质复杂、施工风险很高的潜在不良地质段宜进行超前地质钻探。根据隧道工程地质分段、隧道内地质素描、物探异常带进行超前地质钻探，对富水岩溶发育地段，超前地质钻探必须连续重叠式进行。超前钻探揭示岩溶后，应适当加密，必要时采用地质雷达进行短距离精细探测，配合钻探查清岩溶规模及发育特征。综合地质分析预报进行地质综合判析，提交地质综合分析成果报告。各种预报手段的组合不是一成不变的，进行岩溶区隧道超前地质预报应根据地质条件和各种预报手段的优缺点灵活运用，以达到预报目的和解决实际问题为宗旨。隧底隐伏岩溶探测在对洞内地质调查、隧道工程地质分段以及掌子面超前预报结果资料分析的基础上，根据需要对局部岩溶发育段进行隧道底隐伏岩溶洞穴的探测，其具体实施步骤如下：采用综合物探法查明隧底隐伏岩溶洞穴的位置、规模；根据物探资料布置验证钻孔；根据钻探验证结果修订物探成果异常图，作出预测隐伏岩溶图，隐伏岩溶图的比例一般为1:200〜1:500,应标明隐伏岩溶的位置、规模、埋藏深度、类型和验证钻孔。7.3煤层瓦斯预报主要任务探明煤层的分布位置、煤层厚度,测定瓦斯含量、瓦斯压力、涌出量、瓦斯放散初速度、没的坚固性系数等,探明煤的破坏类型,分析判断煤的自燃性、爆炸性、煤与瓦斯突出危险性,评价隧道瓦斯严重程度及对工程的影响,提出技术措施建议等。预报方法煤层瓦斯预报应以地质调查法为基础,以超前钻探法为主,结合多种物探手段进行超前地质预报。煤层瓦斯预报的一般步骤1根据区域地质资料、工程地质勘察报告、工程地质平面图与纵断面图、煤层地表钻探资料和地表补充地质调查,通过地质作图进一步核实煤层的位置与厚度等。2进行物探探测，确定煤层在隧道内的大致位置和厚度进行洞内地质素描，利用地层层序、地层厚度、标志层和岩层产状等，通过作图分析确定煤层的里程位置。接近煤层前，对煤层进行超前钻探，标定各煤层准确位置，掌握其赋存状况及瓦斯状况，并应符合下列规定：在距煤层15〜20m(垂距)处的工作面钻一个超前钻孔，初探煤层位置；在距初探煤层10m(垂距)处的开挖面上钻3个超前钻孔，分别探测开挖工作面前方上部及左右部位煤层位置，并采取煤样及气样进行物理、化学分析和煤层瓦斯参数测定，在现场进行瓦斯及天然气含量、涌出量、压力等测试工作；按各孔见煤、出煤点计算煤层厚度、倾角、倾向走向及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性；(4)掌握并分析钻孔过程中瓦斯动力现象。接煤前应进行瓦斯突出危险性预测，并应符合下列规定：(1)在瓦斯突出工区施工时，应在距煤层垂距5m处的开挖工作面打瓦斯测压孔，或在距煤层垂距不小于3m处的开挖工作面进行突出危险性预测。(2)瓦斯突出危险性预测应从瓦斯压力法、综合指标法、钻屑指标法、钻孔瓦斯涌出初速度法、“R”指标法等两种方法，相互验证。石门揭煤科采用瓦斯压力法、综合指标法或钻屑指标法，煤巷掘进宜采用钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑指标法或“R”指标法。(3)突出危险性预测方法中有任何一项超过临界指标，该工作面即为有瓦斯突出危险工作面。其预测时的临界指标应根据实测数据确定，当无实测数据时，可参照表7.1中所列突出危险性临界值。表7-1突出危险性预测指标临界值序号预测类型预测方法预测指标突出危险性临界值1石门揭煤危险性预测瓦斯压力法P(MPa)0.74综合指标法D0.25K20（无烟煤）、15（其它）钻屑指标法"h2(Pa)160（湿煤）、200（干煤）l/2Ki[mL/(g*min)]0.4（湿煤）、0.5（干煤）2煤巷开挖工作面突出危险性预测钻孔瓦斯涌出初速度法Q4“R”指标法Rm6钻屑指标法"h2(Pa)160（湿煤）、200（干煤）l/2Ki[mL/(g*min)]0.4（湿煤）、0.5（干煤）取大钻屑量（kg/m）6（4）钻孔过程中出现顶钻、夹钻、喷孔等动力现象时，应视该开挖面为突出危险工作面。6综合分析，提交地质综合分析报告。734注意事项煤层瓦斯超前钻孔技术要求1每个钻孔均应穿透煤层并进入顶（底）板不小于 0.5m；2正式钻孔应取完整的岩芯，进入煤层后宜用干钻取样；3各钻孔直径不宜小于76mm；4钻孔过程中应注意观察孔内排除的浆液、煤屑变化情况，并做好记录。安全措施1隧道在煤系地层、压煤地段及其它可能含有瓦斯地层开挖施工时，应加强瓦斯检测，瓦斯浓度超过规定指标时，应立即采取措施，确保安全，并上报有关部门，查明瓦斯来源，分析可能带来的危害程度，制定下一步地质预报工作的方案和措施，并做好瓦斯检测记录存档备查。开挖工作面出现2.2.2节所列瓦斯突出前兆时，应立即报警，停止工作，撤出人员，切断电源，并上报相关部门。煤层瓦斯隧道超前地质预报工作应采用防爆性的仪器、设备。当采用非防爆型