DB42T 561-2009公路隧道施工地质预报技术规程

前言 1 13总则 14术语与符号 25一般规定 3 67地质调绘 68物探 8 10超前导洞 附藻C(资料性附录)隧道施工地质预报方法对比 附录D(资料性附录)隧道内临近不良地质体的前兆特征 附藻E(资料性附录)开挖工作面地质编录表 附录F(资料性附录)隧道地质信息综合记录图表 附录G(资料性附录)TGP设备隧道施工地质预报实施方法 附录班(资料性附录)TSP设备隧道施工地质预报实施方法 附濕Ⅱ(资料性附录)TRT设备隧道施工地质预报实施方法 附素K(资料性附录)地质超前钻探柱状图 条文说明 2以地质为基础，多种探测手段相结合，综合分析、预测隧道开挖工作面前方围岩特征及不良地质根据隧道勘察资料和隧道施工过程中揭示的地质特征，通过地层层序、分界线、产状及构造线的地下和地表相关性分析、不良地质体与隧道几何参数的相关性分析、临近不良地根据地质体内部的各种物性差异，借助仪器对其天然场或人工场的分布与变化特征进行观测，通根据勘探对象的不同物理性质，采取两种或两种以上有效的物探方法进行探利用人工激发的弹性波(地震波)或声波在不同波阻抗地质体中所产生的反射波特性来预报隧道借助空间探测雷达原理，使用仪器向被探测物体发射高频脉冲电磁波，通过利用已开挖洞身围岩散发的红外辐射场差异，探测隧道前方及周围地质体3Vs横波速度。DB-—-分贝。 5般规定a)对隧道开挖工作面前方及周围可能存在的地质灾害提出预测、预报，并提出规避风险的合理a)隧道涌(突)水灾害；45.0.5施工地质预报应主要探测下列内容：a)断层及其影响带和结构面密集带的位置、规模和性质；b)软弱夹层(含煤层)的位置、规模及其性质；c)岩溶发育位置、规模及其性质；d)不同岩性间的接触界面与位置；e)采、废弃矿巷分布及其与隧道的空间关系；f)不同风化程度的岩性分界位置；g)隧道涌(突)水(泥)的位置；h)岩爆的可能性与区域；i)其它不良地质体(带)的分布位置。5.0.6施工地质预报实施单位应配备必要的专业人员和仪器设备，且仪器设备的性能满足预报的要求，并对预报成果的真实性负责。5.0.7施工地质预报分为短距离预报、中距离预报及长距离预报，预报距离的划分及其预报方法选择应符合下列规定：a)短距离预报：预报长度3m～6m,宜采用地质调绘、地质雷达法、短距离地质超前钻探等；b)中距离预报：预报长度6m～30m,宜采用地质调绘、地质雷达法、中距离地质超前钻探等；c)长距离预报：预报长度30m～150m,宜采用弹性波反射法及长距离地质超前钻探等。5.0.8隧道施工地质预报宜按图1所示的工作流程进行。隧道施工地质预报实施图1隧道施工地质预报工作流程图5.0.9隧道施工具有下列条件之一时均应全程实施施工地质预报，预报方法选择见表1:a)特长及长大隧道：c)推测存在大断层、大涌水涌泥、岩爆、废弃矿巷(井)、有害气体突出等严重工程地质灾害d)全部或者大部分通过可溶岩，特别是强溶岩地层的隧道；e)因地形、地貌等客观条件限制，前期勘察精度不足的隧道。隧道类型必做项日选做项目1特长及长大隧道地质条件复杂中、长距离地质超前钻探2水下隧道3推断存在大断层，大涌水涵泥，岩爆、废弃矿巷(并)、有害气体突出等严弹性波反射法(如遇可燃、易爆气休与粉尘必须选用非炸药震源类型的弹性波反射法)水文监测4全部或者大部分通过的隧道水文监测5因地形、地貌等客观条件限制，前期勘察精度不足的隧道水文监测中、长距离地质超前钻探c)发现重大地质异常(如岩溶、突泥、突水、较大的破碎带等),立即提交。66施工地质预报实施方案编制6.0.1施工地质预报实施单位应根据前期勘察设计资料提出总体实施方案及分段实施方案，当隧道施工过程中揭示地质条件与方案不符时，应及时调整实施方案，6.0.2公路隧道施工地质预报实施方案的主要内容应包括：a)施工地质预报的目的、方法原理、实施技术；b)分析隧道工程地质及水文地质条件，重点说明隧道施工存在的主要地质问题及地质灾害风险；c)编写分段方案，分段预报的具体实施内容，选择适当的预报方法，明确各种预报方法的具体d)施工地质预报组织机构设置及拟投入的人力、设备资源；e)相关单位的配合要求；f)施工地质预报工作安全措施；g)施工地质预报工作量、占用开挖工作面的时间；h)地质预报成果报告的提交时限及方式；i)其它需要说明的问题。7地质调绘7.1基本规定应在隧道施工地质预报全过程中进行地质调绘工作，具体流程如图2所示：水文测试水文测试岩土测试地层分界线及构造线地下和地表相关性分析开挖工作面和洞身的地质编录调查人工坑洞与隧道的空间关系调查岩溶发育状况调查特殊地层状况调查隧址区地质构造特征初步判断特殊地质构造位置了解隧道围岩特征收集前期隧道勘察设计资料图2地质调绘预报流程图7.2勘察设计资料的收集与分析勘察设计资料的收集与分析应包括下列主要内容：a)收集并熟悉前期隧道勘察设计资料：c)初步判断特殊地质构造在隧道轴线上的分布位层、不良构造与隧道的相互关系及因隧道施工可能发生的地质灾害，提b)调查分析断层、褶铍、节理密集带等地质构造在隧道地表c)隧道内临近不良地质体的前兆特征(见附录D);一次地质编录，其它地段地质编录间隔不超过10m;c)地质编录图式、图例、比例、用语应统；8c)隧道洞身地质编录展视图，比例宜为1:500～1:2000;h)隧道施工围岩分级建议，围岩分级应符合JTGD70—2004《公路隧道设计规范》第3章第3.68物探8.1.3物探法施工地质预报的工作流程如下图3所示：b)物探法施工地质预报的测点、测线的隧道里程桩号，空间分98.1.粤物探数据处理、资料解释和图件应符合下列规定：)物探资料的数据处理应采用真实有效的原始资料，b)物探资料解释推断应充分结合物探工作范围内的地质、设计和施工资料，综合分析和研究各a)在泥质和软弱破碎地层或岩溶发育区，每次预报10m～15m;b)在岩体完整的硬质岩地层，每次预报20m～30m。8.2.3采用地质雷达法进行连续预报时，前后两次重叠长度不宜小于5m。a)天线选择：当地质条件复杂时，应选择两种及以上不同频率的天线，当多个频率的天线均能b)测线布置：在探测过程中采用两横两竖或一横三竖的布线方式，如下图4所示(图中隧道截面上的虚线为雷达测线布置示意线);测线布置应以有效探测工作面地质特征为原则。测线上的岩体表面应相对平整，无障碍，且天线易于移动；探测过程中，应保持工作天线的b)导洞预报正洞平面简图，比例为1:100～1:500;c)导洞地质展视图，比例为1:100～1:500;向比例为1:100～1:500,纵向比例为1:200～1:2000。(资料性附录)湖北省公路隧道建设中常见的地质灾害类型有：隧道涌(突)水(泥)、岩溶、构造破碎带、断层、围岩变形及失稳破坏、岩爆、有害气体等。隧道开挖时易发生围岩大变形、B.1隧道涌(突)水灾害道在穿越构造破碎带、断层时，易导致涌水甚至突水(泥)灾害。B.1.2隧道涌(突)水灾害类型包括：a)揭穿型涌(突)水：隧道施工揭穿含水构造(体),直接导致隧道洞内涌水灾害的发生；b)突破型涌(突)水：隧道周边与含水构造(体)间隔岩体厚度过薄或者含水构造(体)水压c)间歇性涌(突)水：由于涌水速度的降低，涌水中携带的泥沙沉积培寒涌水管道，当通道地B.1.3以下条件易引起隧道涌(突)水灾害：a)充水岩溶(洞穴、溶管及地下暗河等);c)充水废弃矿巷(井);B.1.4隧道涌(突)水预报宜采用的技术方法：以上断层交汇的位置(侵蚀性地下水的有利通道);主要节理裂隙的宽度、间距、延伸c)地表补充物探e)地质超前钻探修正物探异常成果图；绘制隐伏岩溶预测图，比例为1:100～1:500。B.3.1当隧道临近软岩地层(软弱爽层)、含水地层、节理裂隙发育地层、断层破碎带、含大范围充填物的岩溶腔体、废弃矿巷(井)等位置时，易发生围岩大变形、失稳破环。对围岩人变形、失稳破B.4.3初始应力和采用切向应力与单轴抗压强度之比的经验判断，常被用来进行岩爆的预测。但是地应力是岩爆的必要条件，不是岩爆的充分条件。一般采用以下两种经验判断：L作环境围而定几乎不占用隧道施工时间盾构施工无法开展隧道洞内地质调绘物擦(炸药震源)报需在隧道边墙上钻孔，炸药爆破激震，现场测试时间约2小时探测期间作业现场需清场(非炸药震源)主要对破碎带、软弱夹层、含水区域位置进行预报间内布置传感器，现探测期间需停止其它震动主要对断层、含水地层、软弱夹层、岩溶位置预报钟测线附近不得有金属管线、大型钢构、强电磁十扰等钟场不得有其它热量辐射源占用隧道开挖工作面作业范围受隧道限制需停止隧道施工，耗时最长，费用最高受隧道开挖工作面限制e)临近富水断层前断层下盘(如泥岩、页岩等)隔水岩层明显湿化、软化，或出现淋水和其它涌(突)水现象。(资料性附录)开挖工作面地质编录表隧滤名称：里程桩号：表格编号：序号编录项目1宽度高度2正面挤出正面不稳3随时松弛、掉块自稳困难，需及时支护需超前支护45中风化6密度(条/米)7张开度(mm)58宽张充填物：钙(硅)质9随机、方形整体湿润涌出或喷出突水支护段)外观附图掘进方向掘进方向隧道名称：纵向比例尺：横向比例尺：表格编号：展示图记录内容包括：施工揭示地层岩性特征、施工揭示围岩构造特征、施工揭(资料性附录)b)激发孔之间的距离约为1.5m,如果工作洞段小于54.5m时，可小d)激发孔距开挖工作面应大于5m;撰收孔内放置接收传感器，每个接收传感器探头(简称“接收探头”)均可接收X、Y、Z三个分量的弹性液，接收传感器三分量包括：纵波(V波)、水平横波(Vs波)和垂直横波(Vs波),三分量a)接收孔应选择在岩体相对完整地地段布置，以提高相同(一般采用40mm钻头钻进)。接收孔和激发孔终孔结束时，要进行冲孔，以保证孔的有孔内与岩体采用黄油耦合密切耦合。安装接收探头之前，首先利用专接收探头分别通过连接电缆与主机相连，将接收到的弹性波(地震波)信号送至TGP主机。G.2.1接收系统收的方式。多个检波器接收的方式有利于资料的综合对比，具有上输入采集参数，依次激发每个激发孔内的电雷管与炸药，通过接收探头接收弹性波信号，保存在主图G.3数据处理流程图G.3.2数据处理方法a)记录编排现场采集的记录输入记录编排后，根据激发炮位的排序编排成为纵波(V,波)、水平横波(Vs波)和垂直横波(Vs波)三种波型的激发排列记录，三个不同分量采集三种波型。b)采集参数输入采集参数的输入包括：等激发孔间距、非等激发孔间距、激发孔与接收在同壁、激发孔与接收孔不在同侧等。c)接收幅度调整激发孔的激发条件不一定相同造成激发能量差异，处理软件应具有道间均衡的功能。d)非正常地震道的处理一般遇到的接收非正常现象是触发时间出现异常，直达波旅行时间明显小于左右道，这是先爆炸后触发引起的故障现象。这种非正常现象表现为初至波和同相轴异常，处理的依据是建立在大多数地震道正常的基础上，方法是调整道时间下移或上移，移动量的控制一般是采用首波初至与左右道初至连线对齐。处理后的记录有利于反射回波同相轴的对比分析。e)回波提取检波器接收到的波既有激发孔激发的直达波，又有来自各方面的反射波。来自开挖工作面前方岩体中的反射回波是预报的有效波，因此应记录全貌的地震信息中，把由隧道工作面前方反射的回波提取出来，作为处理的另一个重要环节。在隧道中放炮会产生弹性波，弹性波既在隧道岩体中传播，同时外泄到隧道内产生“管道波”,该“管道波”的传播速度近似于空气中传播的声波速度。这种“管道波”的振动能量较强，其视速度近似空气的声波速度。这种“管道波”对于较远距离的反射回波形成严重千扰，处理时应予以切除，否则会形成诸多反射界面的假相。偏移计算是建立在反射回波基础上，统计诸多反射界面在倾角、截距等方面的相关性，确定h)绕射波相关拾取偏移i)地质界面产状的提取离的弹性波(地震波)信号。处理后得到地质界面产状、反射波极性符号、反射点的位置、以j)隧道围岩估算速度参数的提取d)相关预报成果图件包括原始地震波记录、深度偏移与衰减曲线、评估围岩的弹性波速度分布e)预报的分析、结论与建议：开挖工作面前方围岩地质特征预测结论；围作面作面(资料性附录)ISP设备应根据潜在的地层走向确定观测系统及接收器套管(钢管)和激发孔的位置。除特殊情况a)接收孔可布置1～2个(接收孔1、接收孔2);c)激发孔之间的距离约为1.5m,如果工作洞段小于54.5m时，可小于1.)激发孔距开挖工作面应大于5m; (与隧道轴平行)方向延伸，坐标原点(0点)在参考点的位置。当接收器和激发点在隧道的右边墙上L激发孔1～2个，布置在隧道左右两边墙，如果只布置1个接收孔，则应布置在与激发孔同侧能少于18个38mm(20mm~~45mm)/1.5m(最浅0.8m-最深2.0m),每个激发孔深度应保持一致径向隧道轴；向上倾斜5～10°径向隧道轴；向下倾斜大约15°~20°(为方使水封堵孔I1)并与降道边墙垂直与接收孔相同mm距接收孔最近的激发孔大约20m(最小15m)激发孔之间间隔1.5m(最大2.0m)每个接收探头内均有X、Y、Z三个分量的检波器，三分量检波器有利于纵波(V波)、横波(Vs波)和横波(Vs波)的接收，有利于处理工作中纵横波的提取和分离。应使用足量的环氧树脂充填接收器孔。如果孔的直径不超过45ma在用环氧树脂安装套管前，用套管检查接收器孔是否平直及其大小是否合灌满水后进行激发。为防止信号放大器输入的非线性或过载，第一5000mV,故建议将前3炮使用的炸药量减少50%。如果由于炸药提前装入而不能减少药量，那么可以在该激发孔进行二次放炮，开始记录并检查是否过载。按照操作手册连接好各项设备(接收探头、采集主机，笔记本电脑，触发线),开始激发弹性波(地震波)。在激发弹性波时，为保证安全操作，应遵循以下步骤：e)保存弹性波(地震波)采集数据，重新开始新的激发。隧道施工地质预报资料的处理与解释借助软件完成。(资料性附录)TRT设备隧道施工地质预报实施方法作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等),位置及规模。正常入射到边界的反射系中心控制系统包括：地震仪(主计算机)、数据传输基站，触发传感器。图1.1TRT传感器布设俯瞰图A2:传感器点(无线)s1::震源点图1.2TRT传感器布设横截面图1.3.2无线传输模块安装与坐标测量安装传感器及无线传输模块；然后测量震源点与传感器点绝对坐标(大地坐标)或者相对坐标。坐标测量记录表参见表I.1。a)安装传感器要求：1)传感器应布置在完全凝固的初期支护上，支护与围岩间不应存在空隙；2)传感器安装具体方法：先使用冲击电钻在选定的传感器点钻深度5cm的小孔，然后在传感器上涂抹耦合剂，将传感器上的连接棒(连接棒直径比电钻钻头略小)插入小孔中，使得传感器与隧道侧壁紧密结合。安装好所有的传感器，并等待耦合剂完全凝固，粘合紧密后才能进行弹性波数据采集工作。耦合剂应采用快速凝固胶结的材料，如补漏剂、快速锚固剂等。b)选择震源原则；1)震源点靠近工作面，布置在左右边墙上：2)距开挖工作面最近的一组震源点离工作面约2m~~5m,视开挖工作面情况确定；3)震源点应选择支护完全凝固成型的部位，或者直接布置在稳定围岩上；4)震源点不应少于12个。c)坐标测量误差应小于5cm。对设备正确连接后，打开计算机，运行采集程序，要求每个传感器及无线传输模块都运行正常才能开展预报工作。隧道名称：表格编号：传感器坐标记录(单位：cm)XYZ数据文件名震源坐标记录(单位：cm)XYZ预报实施情况：开挖工作面地质编录：工作面圆心点起始圆心点注，测量采用大地坐标或者相对坐标。注2:工作面圆心点即为现工作面与隧道地面中心线交点，注3,起始圆心点即为距工作面最远一组传感器截面与隧道地面中心线交点。坐标数据录入应准确无误，按照相应数据格式(见表I.1)录入处理程序中。b)成像图展示分为以下角度：左侧视图、右侧视图、俯瞰图、仰视图、三维成像视图。俯瞰图，仰视图、三维成像视图);f)结论与建议：开挖工作面前方围岩地质特征预测结论；围岩分级建议与评价；相应施工措施避道名称；(资料性附录)开挖工作面里程桩号：表格编号：横向12345行数1234max.差隧道名称：开挖工作面里程桩号：表格编号：隧道断面位置行数123456789(资料性附录)地质超前钻探柱状图孔口桩号：孔口位置：钻孔角度：图表编号：地层时代层庭雄号分层厚度柱状图(比例尺)出水(m)出水量水压力其它3总则 4术语与符号 5一般规定 6施工地质预报实施方案编制 7地质调绘 8物探 9地质超前钻探 3.0.1本规程针对湖北省内的公路隧道而编写。在隧道施工过程中，各3.0.母“施工地质预报实施单位”在本规程中指在隧道内及周边进行施工地质预报的助察单位。施工3.0.7本规程作为湖北省内的地方性行业标准实行，若与现行国家有关规范、文件相冲突，应以国家质预报仪器设备均以此为原理而研制，如TSP、TGP、TRT、TST等或者类似的名称，这1)地层岩性：描述地层时代、岩性、颜色、层厚、层间结合程度、围岩风2)围岩地质构造：描述褶皱、断层、破碎带、节理裂隙特征、岩层产状等。断层的位置、3)结构面裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理裂隙面特征、力学4)岩溶：描述岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩5)特殊地层：煤层、含膏岩层、膨胀岩和含黄铁矿层等特殊岩土体或薄弱敏感地层应单独7)地应力：包括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8)塌方：应记录塌方部位、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水性以及地下水活动对围岩稳定性的影响，必要时进行长期观测。地下水的出露形态分为：渗水、滴水、滴水成线、股水(涌水)、暗河；4)必要时进行地表相关气象、水文观测，收集降雨量、地表流量、隧道涵水量、水压等水a)确定构造线在地表的展布特征(地貌特征、地层的重复和缺失、断层面特征)以及构造线两测7.8地质调绘是施工地质预报的基础性工作，其成果资料可与其它施工地质预报技术的成果联合编制8物探8.1基本规定8.1.1物探是施工地质预报的一个重要手段。物探方法种类多，适用范围广，对施工影响小，具有不8.1.4物探的仪器设备应在性能稳定的条件下才能用于隧道施工地质预报工作，因此对物探仪器设备c)仪器设备工作不正常时，应及时排除故障并经检查正常后才能继续工作。8.1.7物探资料应在物性资料和地质资料齐全的基础上进行定量解释，减少物探资料的多解性，提高a)仪器标定检验记录、仪器检查记录、仪器维修记录、资料b)仪器班报(工程名称，隧址、测线、测点编号，工作单位和操作人员姓名，仪器名称和型号，仪器主要工作技术参数，观测系统主要参数)、爆破记录、观测数据或记录、计算机媒体记录(包括记录文件编号、目录、文件名称或序号)、仪器观测过程中的异常情况记录、重复和检8.1.9采用同一种地质预报方法对一座隧道进行多次预报，除第一次报告内容全面按照规程规8.2地质雷达法a)天线频率序列可选，宜选择屏蔽天线(100MHz～1000MHz);b)系统增益不应小于120DB;f)工作环境温度-10℃~+40℃,湿度≤90%。探测深度(m)天线频率选择(MHz)8.2.3雷达资料解释前应对采集数据进行数据处理1)观测系统布置(测线，天线选择等)适宜，采集方法准确；2)记录信噪比高，雷达波信号清晰；3)测线与雷达采集数据图像对应正确。1)电磁波信号无法分辨；2)信噪比低，干扰波严重影响到预报范围的电磁波。8.3.1弹性波反射法是利用人工激发的地震波或声波b)仪器动态范囿应不小于1200B;仪器的A/D模数转换不应小于18位；仪器噪音折合到输入端不应c)仪器输入应不少于6个通道的信号采集，对于采用多波的仪器应满足不少于两个接收点的三份量弹性波(地震波)采集道；a)被探测地质体与周围介质间经地质调绘推断存在较明显的波阻抗差异并具有足以被探测到的1)在隧道现场，按照预先方案布置观测系统，确定所有接收孔和激发孔的位置，并作出相2)钻孔：按要求钻激发孔和弹性波接收器孔，确保钻孔清洁，能顺利安装炸药及弹性波接3)TSP预报设备使用环氧树脂、锚固剂或加特殊成分的不收缩水泥砂浆作收器套管，在清洁套管内部后，将接收单元插入套管，并应确保接收器的方向正确，用4)TGP、TST等预报设备的接收探头采用黄油耦合。安装接收探头之前，首先利用专用工具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5)将适当份量的炸药装填入激发孔最底部，装填炸药前，用电子倾角测量仪和钢卷尺测定6)在激发前，激发孔应用水或其它介质充填，封住激发孔，用于减少激发干扰，确保激发①设置采集参数：采集参数主要包括采样间隔、采样数、传感器分量(采用X、Y、Z三分量接收);②噪音检查：数据采集前，应对仪器本身及环境的噪音进行检测。仪器工作正常，噪音振幅③数据记录：放炮时，准确填写隧道内放炮记录，在放炮过程中应采用炮序号递增或递减的①在震源激发时，须停止隧道施工作业，特别停止是造成振动干扰的机械运转，保证数据采③根据接收到的弹性波信号能量，检查信号是否过强或过弱。若直达波信号过强或过弱，应1)单炮记录质量评价分为合格、不合格两种。凡有下列缺陷之一的记录，应为不合格数据：2)总体质量评价。当有下列缺陷之一时，为总体质量不合格：①隧道内记录填写混乱，数据记录序号(放炮序号)与激发孔号对应关系不清；②采用非瞬发电雷管激发，或者初至波时间出现无规律波动(延迟);③连续2炮以上(