隧道及地下工程超前地质预报技术介绍

隧道及地下工程超前地质预报技术介绍1国内外历史及现状1.1超前地质预报的重要性突泥、突水是隧道建设中的主要工程地质问题，甚至为制约隧道建设工期及能否安全运营的关键。如雅砻（long）江锦屏二级电站地质探洞施工曾三次遇到特大规模的高压涌水，其中探洞3948m处突水射程达35～37m，流量0.61m3/s，，冲毁施工设施，疏干地表岩溶大泉，致使使用该泉水发电的电站关闭；衡广复线大瑶山隧道（14.295km）涌突水，冲毁施工设施，淹没竖井，延误建设工期，引发地表岩溶塌陷、水源枯竭、居民生产、生活用水困难等一系列的环境地质问题；衡广复线南岭隧道，施工时地表水通过岩溶裂隙下渗，多次发生涌水突泥，导致地表塌陷、井水枯竭、河水断流；2006年1月2l日10时50分，宜万铁路马鹿箐隧道出口平导PDK255+978.1，即距洞口3152m处的掌子面拱顶突发透水事故，15分钟内涌水量达18×104m3，造成重大人员伤亡和经济损失；2005年12月22日14时许四川都江堰至汶川高速公路董家山隧道发生瓦斯爆炸事故，造成44人死亡，11人受伤；日本东海道干线旧丹拿隧道（长7.84Km）1981年开工后曾6次遇到大规模高压涌突水，最大一次达3.3m3/s，水头高达1.4Mpa，贯通时总涌水量达l.63m3/s，致使该隧道建设工期达16年之久；日本的万之濑（1ai）川引水隧道（8.2km），在施工中出现严重涌突水，最大水量2.4m3/s，水头压力高达1.45MPa，致使5次改变施工方案，延误工期近2年；1992年竣工的辛普伦双孔单线隧道是穿越阿尔卑斯山的第四座特长隧道，施工期间发生的特大规模涌水，涌水量达13.4m3/s，水温高达47～56℃；前苏联的贝阿铁路北穆隧道（长13.5km），最大涌水量达60×104m3/d。这些工程事例表明岩溶和涌突水给工程本身和周围环境造成极大的危害。准确预报施工前方地质条件是隧道建设的迫切需要，是确定工程对策、工程措施的关键，是工程施工安全的前提，是控制和合理运用工程投资的重要因素。1.2超前地质预报发展的历史及现状超前地质预报近年来在我国成为一热点技术，隧道及地下工程界对此非常重视。国外早在二十世纪四、五十年代就开展了隧道施工超前地质预报工作，日、法、英、前苏联、德、美等早己将其列为隧道工程建设必须开展的工作。我国自六、七十年代修建成昆铁路线时开始开展此项工作。八十年代以来，国内外隧道施工超前地质预报技术得到了长足的发展，尽管如此，还没有哪一种仪器和设备能解决所有的地质问题，预报理论与技术仍需完善，仪器和设器仍需不断更新改进。直列现在，我国还未有一部国家、地方、部门专门关于超前地质预报方面的规范，仍属于半科研半生产性质的技术，大家在工程实践中仍是探索着前进。2005年中铁隧道集团主编的行业规范《客运专线铁路工程隧道施工技术规范》第一次将超前地质预报技术作为专门章节列入，现正在送审之中，尚未发行，我院负责该章节的编写；2005年我院编写的《岩溶地区隧道超前地质预测预报工法》通过集团公司级评审，鉴定为集团公司级工法；受铁道部的委托，我院正在编写《铁路隧道超前地质预报技术指南》，尽管时间很紧，压力很大，我们作为一种荣誉任务要尽全力编写好，不仅要体现出我院的水平，还要体现出我国在超前地质预报方面的发展水平。很多人在问，目前经常采用的预报手段到底有哪些、原理是什么、有哪些优缺点、适用范围如何、在工程中该如何选择、准确度怎样?带着这些问题，今天与大家共同探讨。2超前地质预报的目的、任务及工作内容2.1超前地质预报的目的及任务1进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，进而指导工程施工的顺利进行；2降低地质灾害发生的机率；3为设计变更提供地质依据；4为编制竣工文件提供地质资料。2.2超前地质预报的主要工作内容1地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报；2地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；3不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体、高地应力等发育情况的预测预报；4地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层等的预测预报。3超前地质预报的主要手段3.1超前地质预报方法的分类超前地质预报的方法主要包括：1地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。2超前导坑预报法，包括平行导坑法、正洞导坑法；3超前钻探预报法，包括深孔水平钻探、5～8m加深炮孔探测及孔内摄影；4物探方法，包括TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、陆地声纳法、负视速度法、地质雷达、红外探测、单孔和跨孔CT等。3.2各种主要预报手段3.2.1地质分析法3.2.1.1地质素描法1、原理利用地质理论和作图法，将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件的预测预报。2、优缺点该方法设备简单（地质罗盘）、操作方便、不占用隧道施工时间，提交资料及时，且能为整座隧道提供完整的地质资料，费用低，但对与隧道交角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报，对操作人员地质知识水平要求较高，一般要求地质专业人员来完成。3.2.1.2地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法用已开挖隧道段地层分界线及构造线在地表的反映预报尚未开挖段隧道地质条件，预报距离长，施工有充分准备时间，不干扰施工，工作可由专业地质人员完成。（层序、层厚、标志层）3.2.1.3地质投影作图法利用地表观测到的断层、岩脉等产状，投影作图给出该断层、岩脉在洞轴上出现的位置。超前地质预报的主要手段地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质投影作图法3.2.2超前导坑预报法3.2.2.1平行导坑法平行导坑法是在隧道正洞左边或右边一定距离开挖一个平行的断面较小的导坑，以导坑中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。平行导坑的作用很多（如排水、减压放水、改善通风条件、增加工作面及探明地质条件等），地质预报只是其中用途之一，一般只是当设计图纸中有平导设计的才采用该法，因其费用极为昂贵。正洞导坑法是在隧道正洞中某个部位开挖一个断面较小的导坑以探明地质情况的方法。该方法较平行导坑法更直接、更准确。正洞导坑可作为隧道施工工法的一种，既开挖了隧道，又探明了地质。3.2.3超前钻探预报法3.2.3.1深孔水平钻探1、原理超前地质钻孔是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种超前预报方式。下图是某隧道复杂地段水平铺孔布设力式图，钻孔纳入了施工工序，每30m一个循环，纯钻时间5～9小时，辅助时间1~2小时，干扰施工时间6~11小时（约7～13％）。（仰角、伏角、外插角）（根据需要可有多种不同的布置方式和钻孔个数）2、优缺点优点：①可比较直观地告诉我们钻孔所经过部位的地层岩性、岩体完整程度、裂隙度、溶洞大小、有没有水以及可测水压高低等。②煤系地层可进行孔内煤与瓦斯参数测定，采取适宜防治措施，防治煤与瓦斯突出危险性。（《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120一2002））③与物探方法相比，它具有直观性、客观性，不存在物探手段经常发生的多解性、不确定性。缺点：费用高、占用隧道施工时间长，且资料只是一孔之见。（理论上讲，由于溶洞发育的复杂性、多变性，几个钻孔也难100％地把掌子面前方的管道岩溶提前揭露预报出来。）3.2.3.2加深炮孔探测该方法是利用风钻或掘岩台车在隧道掌子面钻水平小孔径的浅孔获取地质信息的一种方法，它是（岩溶发育区）对深孔水平钻探的一种重要补充，因其数量较多，有时效果是非常明显的。与深孔水平钻探相比，它具有设备简单、操作方便、赞用低、占用隧道施工时间短，可与爆破孔同时施作，只不过其深度较爆破孔深2～6m而已。这样，风钻探测深度总是超前每循环爆破进尺2～6m，保证施工安全。缺点是孔浅，且不能取岩芯。3.2.3.3孔内摄影目前用的比较少，中科院武汉岩土研究所在这方面经验比较丰富一点。3.2.4物探方法（包括TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、负视速度法、地质雷达、红外探测、单孔和跨孔CT等）3.2.4.1TSP隧道地震波反射法TSP202（TSP203）超前地质预报系统是专门为隧道与地下工程超前地质预报研制开发的设备，它为方便快捷地预报掌子面前方100~350m（围岩完整时可粗略预报掌子面前方500m以上）范围内的地质情况提供了一种强有力的方法和工具。l、预报原理（可以放一录像）TSP202（TSP203）超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体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的。它是在掌子面后方边墙上一定范围内布置一排爆破点．依此进行微弱爆破，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时，比如有断层或岩层变化，信号的一部分被返回。界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放大。根据信号返同的时间和方向，通过专用数据处理软件处理就可以得到岩体强度变化界面的位置及方位。2、优缺点及适用范围①适用范围广适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。②预报距离长能预报掌子面前方100～350m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大。③对隧道施工干扰小它可在隧道施工间隙进行，即使专门安排此项工作，也不过30分钟左右。④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。它设计了一套专用处理软件，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。④将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，就可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质体相对于隧道的空间位置，计算机就会自动绘出弹性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。⑤预报准确性其预报地质体距离掌子面的位置是根据24个爆破孔与接收器之间的弹性波速度的平均值和地质体反射波到达接收器的时间来确定的，由于弹性波速度的差异而导致地质体预报位置与实际情况有所差异。⑥预报精度它所能反映出的地质体的宽度是根据采样间隔和岩体弹性波速度来确定的，如采样间隔取80μs，弹性波速度为5000m/s，则能预报出的地质体的宽度为0.4m。⑦预报断层、弱硬岩接触面等面状结构反射信号较为明显，而预报溶洞等点状地质体则不尽如人意，因其预报原理和计算模型是以平面为计算依据，对小型溶洞反映不明显。3.2.4.2HSF声波反射法该方法是利用声波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接收反射信号，根据波的传播、反射理论计算判释隧道掌子面前方反射界面（断层破碎带、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离来进行预报。其原理与TSP相一致，现场采集信号时要求没有其它震动源。HSP可以预报掌子面前力50～100m，还可用于利用超前平导对正洞未开挖段地质情况的预报。3.2.4.3红外探测l、基本原理：红外探测属广义遥感技术，它建立在红外辐射场的基础上。地球上一切物质，每时每刻都在向外部辐射红外电磁波，并形成红外辐射场。物质在向外部发射红外辐射的同时，必然会把它内部的信息传递出来，因而根据场的变化，即探测曲线上所出现的异常，提前发现隐蔽的灾害实体，从而预防灾害的发生。红外辐射场理论应用于隧道地质预报中，就是，当隧道外围空间和掘进前方存在隐伏水体或含水构造时，隐伏水体或含水构造产生的异常场就要叠加到正常场上，使隧道内的正常场产生畸变，根据拱顶、隧底、边墙、掌子面探测曲线、测量数据的变化就能确定隐伏水体或含水构造所在空间方位。如右图是某隧道某里程掌子面的探测结果图，据此图可判定掌子面前方存在含水构造。2、优缺点及适用范围优点：仪器小巧轻便．操作简单，可实现全空间全方位探测，能预测隧道外围空间及掘进面前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造．基本不占用隧道施工时间，资料分析简沽、快述、直观。缺点：它只能告诉探测点前方30m范围内有没有水，至于水量大小、水体宽度及具体位置等则难以说清，也就是说目前红外探测只限于定性阶段。适用范围：适用于任何地层中定性判断探测点前方“有没有水”及水体存在方位。3.2.4.4地质雷达1、预报原理地质雷达采用的是时间域脉冲雷达，其理论基础为高频电磁波理论。工作方式是以宽频带短脉冲的高频电磁波的反射来探测目的体。雷达系统向被探测物发射电磁脉冲，电磁脉冲穿过介质表面，碰到目标物或不同介质之间的界面而被反射同来，根据电磁波的双程走时的长短差别，确定探测目标的形态及属性，结合工程地质理论分析达到对埋藏目标（地质体）的探测与判断。2、优缺点及适用范围①目前国内还没有为隧道超前地质预报而专门设计制作的地质雷达，仪器密封性差．洞内不易防水、防潮、防尘，易造成仪器损坏，特别是没有专门的天线，操作起来费时费力，且效果不好。②探测距离太短，一次只能探测5～30m，与目前隧道每天开挖接近10～20m的速度极不匹配。③隧道内的环境条件与地质雷达的理论基础一半无限空间不吻合，加之洞内钢拱架、钢筋网、锚杆、钢轨等金属构件的影响，探测结果一般不太理想。④就目前的技术水平而言，地质雷达采用高频率的天线作为隧道砼衬砌质量无损检测的手段仍是比较合适的。⑤地质雷达在地表探测5～30m范围内的地下地层或地质异常体（溶洞、土洞、断裂、空隙等）反射信号还是比较明显的，也是一种比较理想的手段；灰岩地区隧道铺底前采用中～低频率的天线作为探明隧底隐伏岩溶洞穴的手段仍是大家经常采用的。⑥岩溶重点发育地段，有时也用地质雷达对掌子面前方和边墙外侧岩溶洞穴进行探测。3.2.4.5陆地声纳法l、预报原理陆地声纳法是“极小偏移距高频宽带弹性波反射连续剖面法”的简化俗称，其基本原理也是地震反射法。它是在隧道掌子面上用锤击方式产生弹性波，并在激震点旁用检波器接收。弹性波向掌子面前方传播，遇到断层、大节理、岩脉、溶洞及其它不良地质界面会产生反射，由检波器接收到这些反射波，就能反映前方的不连续面。2、优缺点①仪器为国产设备，价格便宜，工作费用较低。②仪器设备轻便，采用锤击方式（而不是爆炸方式）激发震波，操作简单。③现场总施测时问30～50分钟。④实践认为每次预报80～100m是比较合理的。3.2.4.6跨孔声波CT成像法跨孔声波CT是通过探测成像确定钻孔间岩体结构等情况，借助医学界x射线断层扫描的基本原理，结合岩土的物理力学性质的相关分析，采用射线走时和振幅来重构岩土内部声速值及衰减系数的场分布，通过像素、色谱、立体网络的综合展示，达到直观反映岩石（体）内部结构图像（如岩溶洞穴的位置、规模及充填特性等）之目的。专用处理软件：声波CT探测的物理前提是：具不同物性差异的介质，声波在其内部的传播速度不同。该方法通过密集对穿的测试方式，计算并模拟测试剖面内部的物性差异情况，结合现场地质分析，从而达到对测试剖面范围内的地质体进行直观的三维图像描述。3.2.4.7数码成像技术l、原理这是一项具有高科技含最和发展前景的技术一信息技术在地下工程中的具体应用。它可利用掌子面超前钻孔或隧洞已开挖段坑壁的画象情报，用计算机数值处理等方法，进行相关处理，就能进行施工阶段围岩级别的判定、掌子面前方地质情况预测。2、优缺点该方法设备简单，仅仅需要一台或几台较高分辨率的数码相机及相应的附属配件。该项技术在我国尚处于引进研究阶段。3.2.5其它3.2.5.1声监测法岩石受力过程中出现的微破坏会在岩体中引起自然声振动，随着岩体破坏程度的发展，到将要破坏的短时间内，这种声响会增大，单位时间内的声响次数也会增加。据研究，顶板冒落前还发出一系列人耳听不见的声音一超声波，如果这种声响频率越来越大，接着急剧变小，顶板就有马上冒落的危险。根据岩石产生微破坏会在岩体中引起声振动及冒顶前声响频度产生异常变化的原理，采用仪器去监收或监听这类声振动，据以预报岩体发生破坏的可能性和时间，以便及时采取安全措施的方法叫做声监测法。这种方法利用压电效应灵敏的材料做成接收换能器（声响探头），将其放在钻孔中或直接粘贴在顶板上，它能将岩体中微弱的声振动转换成电信号，经电子放大器放大而为观测人员直接听到或进行自记，以监测岩体中声响的异常变化。声监测法对声发射活动比较显著的坚硬脆性岩石效果较好，而对软弱岩石不太理想。3.2.5.2声探测法通过人工发出声波或超声波，测量它在岩体或岩石试件中传播速度、相位、振幅、频率等的变化，用以确定岩石力学性质、岩体应力等的方法称为声探测法。目前用声探测法可确定岩石的弹性模量，确定岩体的裂隙性（破坏程度）和破裂带范围，当应力与声速有固定关系的情况下，还可根据声速测定岩体应力。目前声探测法比较成功的是用于测动弹性模量和破裂带范围。4工艺流程及操作要点4.1研究既有有资料，制定定预报方案案首先，研究既有有区域地质质、工程地质资资料，必要要时到地表表补充测绘绘，以达到到对整个地区地地质情况有有一个比较较全面和深深刻的认识识，地形地地貌、地层层岩性、地地质构造、不不良地质及及特殊地质质、地下水发育情情况、隧道道的主要工工程地质问题等等，通过对对这些资料料的分析和和把握，制制定预报预预案，针对对不同地段段的地质情情况进行地地质预报重重要性分级级，不同级别的地地段采取不不同的预报报手段，以以达到既预预报准确又又节省有限限预报资源源的目的。根据地质灾害对对隧道施工工安全的危危害程度，分分为以下四四级：A级：存在重大地地质灾害隐隐患的地段，如如大型暗河河系统，可可溶岩与非非可溶岩接接触带，软弱、破破碎、富水水、导水性性良好的地地层和大型型断层破碎碎带，特殊殊地质地段段，重大物物探异常地地段，可能能产生大型型、特大型型突水突泥泥地段，诱诱发重大环环境地质灾灾害的地段段以及高地地应力、瓦瓦斯、天然然气问题严严重的地段段以及人为为坑洞等。B级：中、小型突突水突泥地地段，较大物探探异常地段段，断裂带带等。C级：水文地质条条件较好的的碳酸盐岩岩及碎屑岩岩地段、小小型断层破破碎带，发发生突水突突泥的可能性较较小。D级：非可溶岩地地段，发生生突水突泥泥的可能性性极小。根据不同的地质质灾害分级级，针对不不同类型的地地质问题，选选择不同的的方法和手手段开展超超前地质预预报。不同地质灾害地地段的预报报方式为：：A级预报：采用地地质分析法法、TSP隧道地震震波反射法法、HSP声波反射射法、地质质雷达、红红外探测、超超前水平钻钻探等手段段进行综合合预报。首首先以地质质分析法进进行长距离离预测预报报，然后采采用中长距距离TSP或HSP和一种或或几种短距距离物探方方法相结合合进行预报报，同时进进行多孔超超前钻探探探查。B级预报：采用地地质分析法法、TSP或HSP，辅以红红外探测、地地质雷达，进进行必要的的超前水平平钻孔。当当发现局部部地段工程程地质条件件较复杂时时，按A级要求实实施。C级预报：以地质质分析法为为主。对重重要的地质质（层）界面、断断层或物探探异常地段段可采用TSP进行探测测，必要时时采用红外外探测和超超前水平钻钻孔。D级预报：采用地地质分析法法。4.2长距离预预报长距离预报主要要采用地质质分析法，根根据地面测测绘和其它它基础资料料对隧道通通过区的地地质界线、地地层岩性、地地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行长距离、宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示的情况进行不断的修正。地质分析法，包包括地质素素描法、地地层分界线及构造造线地下和和地表相关关性分析法法、地质作作图法等。地质分析法，应应编制资料料：l、掌子面素描图图2、隧道与导坑地地质展示图图3、导坑预报正洞洞平面图4、地层分界线及及构造线隧隧道内和地地表相关性分析析预报图5、特殊地段纵、横横断曲图6、各种监测和测试试资料7、有关摄影和影像像资料8、隧道竣工工程地地质纵断面面图4.3中长距离预预报中长距离预报是是在长距离预预报的基础础上采用TSSP或HSP、深孔水水平钻探等对掌掌子面前方方30～200m范围内内的地质情情况作进一一步的预报报，如溶洞洞、暗河的位置、规规模、充填填情况等作作较为详细细的预报。在在复杂地段应应增加TSP或HSP预报次数数，TSP每次预报报有效长度度100m左右，需需连续预报报时前后两两次应重叠10m以上，HSP每次预报报有效长度度应在50m左右，连连续预报时时前后两次次重叠长度度应大于10m，以便前后两次重复地地段对比分分析，另随随着预报距距离的增大大，地质异异常带的位位置和宽度度误差也在在增大。TSP隧道地震震波反射法法预报应编编制探测报报告，内容容包括探测测工作概况况、地质解解译结果、分分析处理波波形图、频频谱图、深深度偏移剖剖面图、二二维成果显显示图及岩岩体物理力力学参数表表。HSP声波反射射法预报应应编制探测测报告，内内容包括探探测工作概概况、地质质解译结果果、原始记记录波形图图、经过处处理用于解解释的波形形曲线。4.4短距离预报短距离预报是在在中长距离离预报的基基础上采用用掌子面素素描、红外外探测、地地质雷达和和超前钻孔孔等方法进进行预报，比比如掌子面面前方30m范围内有有无水、在在哪个方位位有水、掌掌子面处地地层岩性、地地质构造及及岩溶发育情情况等，对对以上判断断可能有突突泥、突水水和其它有有害地质情情况的地段段进行钻孔孔验证。4.4.1地质质素描随开挖及时进行行，地层岩岩性变化点、构构造发育部部位、岩溶溶发育带附附近应每开开挖循环进进行一次素素描，其他地地段也应每每10~200m进行一次次素描，进进行掌子面面编录，结结合地面地地质体投射射，预报前前方的地质质情况。地质素描包括正正洞、平导导和辅助导导坑洞壁及掌子丽丽素描，其其主要内容容包括：（1）工程地质1）地层岩性，包括括地层时代代、岩性、岩岩体产状等等；2）断层，包括断层层性质、位位置、产状状、破碎带带宽度及构构造岩划分分，并进行行断层带岩岩体的稳定定性评价。3）节理，包括节理理产状、密密度、宽度度、延伸情情况、节理理面特征、力力学性质，分分析组合特特征、判断断岩体完整整程度；4）岩溶，包括岩溶溶规模、形形态、位置、所属属地层和构构造部位，充充填物成分分、状态，以以及岩溶展展布的空间关系。5）塌方，应记录塌塌方部位、方式与规模模及其随时时间的变化化特征，并并分析产生生塌方的地地质原因。（2）水文地质1）出水点位置、出出水状态、水水量、水压、水水温、颜色色、泥砂含含量测定，必必要时进行行长期观测测；2）水质分析，判定定水对建筑筑利料的腐腐蚀性；3）出水点和地层岩岩性、构造造、岩溶、暗暗河等的关关系分析；；4）必要时进行地表表相关气象象、水文观观测，判断断洞内涌水水与地表径径流、降雨雨的关系；；5）必要时应建立涌涌突水点地地质档案。（3）摄像和影像隧道内重要的和和具代表性性的地质现现象如溶洞洞、暗河等等应进行摄摄像或录像像。4.4.2红外外探测原则上可以定性性预报掌子子面前方330m范围围内有无地地下水，因其体积积小、操作作方便、数数据直观、不不占用施工工时间，可以以20m预报报一次，前前后两次重重叠长度110m，以以增加对比比分析。红红外探测预预报应编制制探测报告告，内容包包括探测工工作概况、地地质解译结结果、掌子子面探测数数据图、左左右边墙及及拱顶三条条测线的探测曲线线图。4.4.3超前前地质钻探探超前水平钻孔，需需要时施做做，一般每每循环30~400m；断层层、节理密密集带或其其它破碎富富水地层每每循环可只只钻一孔；岩溶溶发育区每每循环3～5个孔，当当钻到溶洞洞时可适当当增加，并并可采用地地质雷达及及其它物探探手段进行行精细探测测，以满足足溶洞处理理所需资料料为原则；；也可进行行深孔钻探探，比如每每循环钻100～150mm，但随着钻钻孔深度的的增加，钻钻具下垂加加大，孔位位易偏离设设计值；岩溶地段段钻孔应终终孔于隧道道开挖轮廓廓线以外5～10m；孔孔口按计算算应安设一一定长度的的孔口管，并安安设闸阀，揭揭露大量地地下水时及时时关闭闸阀阀，使地下下水始终处处于可控状状态，以便便有时间制定和和采取有效效处理措施施；连续预预报时前后后两循环钻钻孔应重叠叠5~8m；煤层层超前探测测钻孔按《铁铁路瓦斯隧隧道技术规规范》（TBl00120~~20022）执行；为为减少粉尘尘污染，保保护操作人人员身心健健康，应采采用水循环环钻；若钻钻孔主要是是探测有无无地下水时时，为提高高钻进速度度，减少工工序时间，可可采用冲击击钻，特殊地段段应采用回回转取芯钻钻，以便对对岩心进行行鉴定。超超前水平钻钻探预报应应编制探测测报告，内内容包括工工作概况、钻钻孔探测结结果、钻孔孔综合柱状状图。4.4.4加深深炮孔探测测由于隧道开挖炮炮眼数量较较多，且风钻或掘岩台车打打眼比较方方便，在每每循环掌予予面对其中中的几个炮炮眼加深至至5～8m作为预预报探测孔孔，实践证证明会收到到较好的效效果，可探探明掌子面面前方地质质情况，使使掌子面前前方总有33~5m以上的岩盘盘，避免或或减少隧道道突泥、突突水事故的的发生。4.4.5地质质雷达目前地质雷达用用于地质预预报主要在在岩溶发育育地区探测溶溶洞，在非非岩溶地区区很少用于于地质预报报。在岩溶发育区原原则上应连连续重叠式预报报，但因每每次预报距距离较短为为5～30m，预报准准确度不太太高约30％，且占占用施工时时间较长，一般在很可能能有溶洞的的地段探测测溶洞的发发育部位、规规模大小、走走向等，称称之为精细细预报。地地质雷达法法预报应编制制探测报告告，内容包包括探测工工作概况、地地质解译结果、测线线布置图（表表）、探测剖剖面图、采采集及解释释参数。4.5地质综合判判析地质综台判析是是综合超前前地质预报报方法的中中枢，它对对以上所采采用的各种种预报手段段获得的资资料进行归归纳、分析析、对比，提提出最终预预报结论和和工程措施建建议，指导导施工。综综合分析探探测报告，内内容包括工工作概况、采用的各种种预报手段段及预报结结果、相互互印证情况况、综合分分析预报结结论、施工工方法和施施工技术建建议。超前地质预报的的结果应体体现出及时时性，有异异常情况时时应及时通通知决策部部门和施工工单位，及及时采取措措施，使溶溶洞、暗河河、断层破破碎带等不不良地质体体始终处于于可控状态态；在预报报前方地质质情况正常常的情况下下，亦应将预报结结果及时通通知决策部部门和施工工单位，使使其安排正正常施工工工序，组织织正常施工工生产。5材料超前地质预报主主要是通过过仪器、设设备、观察察分析判断断掌子面前前方的地质质情况，所所用新型材材料较少。TSPP202或TSP2203采用爆速速大于60000m/s的烈性炸炸药效果较好，比比如黑索金金、TNTT炸药。6机具设备7劳动组织超前地质预报的的产品为文文字、图表表报告，属属技术服务务行列，所所需人员主主要为地质质、物探专专业技术人人员、钻探探技术工人人，地质、物物探人员可可以同时兼兼顾地质分分析、红外外探测、TSP2202或TSP2203仪器的探测测、钻孔岩岩芯、岩粉粉的鉴定及及孔内情况况的监测，但但这需要复复合型专业人才才，一般情情况下若几几样预报手手段同时进进行，还需需要各负其其责。8安全措旋1、TSP202或或TSP2203现场采集集数据使用用灵敏度很很高的高爆爆速炸药，危危险性较大大，应由专专业爆破工工操作。2、钻机使用高压压风、高压压水，管路路应连接安安设牢固，并并应经常检检查，防止止管接头脱脱落、管路路爆裂高压风风水伤人；；高压电路接线线应由专业业电工操作作，一般人人员不得操操作。3、进洞应带好安安全帽、穿穿防高压电电的雨靴，注注意操作空空间上方、周周围有无安安全隐患，特别别是钻探掌子面面附近是否否还有危石石存在。4、若岩体中含有有煤层瓦斯斯、石油天然气等等易燃易爆爆物，应采采用水循环环钻，且勿勿干钻，电电机、照明明设备、开开关及其他他机械设备备也应采用用防爆型，且且不得携带带烟火进洞洞。5、为便于控制超超前钻孔揭揭露岩溶水时的水流及及采取措施，孔孔口应安设孔孔口管和闸闸阀，但孔孔口管必须须安设牢固固，防止水水压将孔口口管冲出伤伤人。6、钻孔时，钻机机前方安设设挡板，防防止泥沙冲冲出伤人。9预报实例9.1地质概况圆梁山深埋特长长隧道是新新建铁路重重庆至怀化化线关键控控制性工程，全长11.0668km，最大埋埋深约780m，设贯通平平行导坑，预预留二线线位。因其地质条条件极为复复杂，二十世纪纪六十年代代曾被地质质、隧道专专家称为隧道修修建的禁区区。该隧道道穿越乌江与沅江江水系分水水岭毛坝一一圆梁山地区，为为中、低山山深切河谷谷地貌；地质质构造异常常复杂，隧隧道穿越的的主要地质质构造为毛毛坝向斜和和桐麻岭背背斜及其伴伴生或次生生断裂等构构造。毛坝坝向斜为两两翼高凸、中中间低洼的槽槽状地貌，四周被志留系泥页岩及粉砂岩所围限顶托的二叠系及三叠系碳酸盐岩构成的紧密向斜；向斜核部的空间形态呈长舟形状，南北长65Km，东西宽2～3.5Km；平面形态呈“S”状；桐麻岭背斜为中间高耸，两翼倾斜的条带状山脉。主要地质问题为，该隧道存在毛坝向斜段岩溶及大规模高压涌（突）水、冷水河浅埋段存在较大规模的河水渗漏、背斜段断层带岩溶及较大规模涌（突）水、硬质岩岩爆与软质岩大变形、局部石油天然气与煤层瓦斯等灾害性重大工程地质问题。9.2地质预报概况圆粱山隧道超前前地质预报报做了大量量工作，它它是我国建建设史上第第一座进行行系统超前前地质预报报的隧道，包包括正洞、平平导、迂回回导坑、泄泄水洞在内内共完成如如下工作量量：地质素素描248557.57m，TSP2202预报61次，红外探测570次，地质质雷达222773mm，超前钻钻探744776.8m/2324孔、其中中深孔135222.7m/240孔，HSP实验性探探测4次，跨孔CT法探测1次，通过过地质作图图法平导预预报正洞、泄水洞96次。现择择其两例说说明如下。9.3实例一圆圆梁山隧道道深埋充填填性一号溶溶洞圆粱山隧道深埋埋充填性一一号溶洞处处于岩溶高高压富水区区，超前地地质钻探纳纳入了每循循环必须进进行的预报报手段之列列。（1）一号溶洞平导段段的地质预预报、探测测情况①平导掌子面PDDK3544+2444.5处红外探探测数据及及曲线见下下图。由图图可知，掌掌子面上9个测点的的数据最大大值为675，最小值值为661，其差值值为14，超过允允许的安全全差值10，因而判定掌掌子面前方方有储水构构造；从拱拱顶、左边边墙、右边边墙红外探探测曲线变变化趋势也也可判定前方方存在含水水构造。②在平导PDK3354+2244.5掌子面采采用MK-5型钻机进进行超前钻钻探作业，共共钻四孔，孔孔位布置如如左图所示示。l#孔钻进到18~288m、3#孔钻进到17~288m、4#孔钻进到17~211m及24~288m时，表表现为钻机机稍施压力力便有较大大进尺，同同时可观察察到黄褐色色淤泥顺钻钻杆流出，内内含岩屑，换换钻具取岩岩心鉴定为为溶洞填充充物。钻探探中涌水量量约为35~550m3/h。③PDK354++256～+406段