铁路隧道工程超前地质预报施工方法及工艺

铁路隧道工程超前地质预报施工方法及工艺按照《铁路隧道超前地质预报技术指南》要求，隧道应对软弱夹层、物探异常带、岩体破碎带、富水的岩层分界面、富水地层中的裂隙水等发育情况进行预测预报，并将超前地质预测预报纳入施工工序。隧道采用TSP203地质预报系统、地质素描、地质雷达、红外线探测和超前地质钻探等综合地质预报技术，预测开挖工作面前方一定范围内的工程地质信息，以便及时调整隧道施工方案，指导隧道安全施工，避免发生地质灾害。其预报组合见图2-2.3-4。掌子面掌子面原地质资料的地质构造带范围综合超前地质探测的地质构造带范围围岩较好地段已开挖段（进行地质效核，以便提高综合超前地质预报准确率）岩层变化段未开挖地段图2-2.3-4综合超前地质预报示意图超前地质预报工作由各施工队技术室具体负责，主要资源配置见表2-2.3-4。超前地质预报施工流程见图2-2.3-5。表2-2.3-4超前地质预报主要设备配置表序号设备名称数量1TSP203超前预报仪1套2SIR－3000型地质雷达1台3红外探水仪1台4RPD-150C型全液压钻机（超前水平地质钻机）1台施工准备施工准备制定预报方案预报分级研究地质资料地质分析长距离预报物探法深孔水平探测地质综合判断施工建议施工方案选择隧道施工地质素描下循环预报项目技术决策预报验证反馈加深炮孔探测红外探测超前水平钻孔地质雷达异常段正常段异常段地质预报报告中长距离预报短距离预报地质素描图2-2.3-5超前地质预报施工流程图⑴地质预报计划施工过程中必须将超前地质预报纳入施工工序管理，做到先探测、后施工，不探测不施工。地质超前预报计划见表2-2.3-5。表2-2.3-5地质超前预报计划表实施计划总的思路是：长期预报和短期预报相结合，采用TSP203超前地质预报系统进行长距离宏观控制，红外探水连续实施，地质雷达进一步强化、补充和验证，加大超前水平钻探和孔内数码成像的力度，加强常规地质综合分析，根据地质预报结果，经专业人员进行分析研究后，拟定相应对策以指导施工。多管齐下，力争把发生地质灾害的机率降至最低。⑵预报方法①地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。②TSP203地震（声）波由特定点上的小规模爆破产生，并由电子传感器接收。当地震波遇到岩石强度变化大（如物理特性和岩石类型的变化、破碎带、破裂区、陷穴的出现）的界面时，在绕射点处部分射波的能量被反射回来。反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。TSP203系统特别适用于高分辩率的隧道折射地震（微地震）勘探，以及断裂和岩石强度降低地带的监测。TSP203系统理论上可预测150～300m的距离。③地质雷达预报应用电磁波反射原理进行探测。通过测定与含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体，如含水的地层、岩性界面等。采用TSP203地震反射波法进行中长距离(100m)较大的岩性结构变化情况的预报，采用探地质雷达进行短距离(30～40m以内)的精细岩性结构变化情况的预报。作为TSP203超前地质预报的补充，在高水压地段对TSP203预报的异常点，比如确定异常体的规模、性质、危害等有困难时采用地质雷达作为补充手段。④红外探水红外探水每20m测量一次。红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。⑤超前水平钻探超前钻探是隧道施工期超前地质预测预报最直接、最有效的方法，也是对其他探测手段成果的验证和补充。通过钻孔钻进速度测试和对钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水等诸方面的资料。预报一般为单孔，孔深一般30～50m，必要时也可以钻100m以上的孔，采用地质钻机接杆钻孔。为防止遇高压水时突水失控，开孔采用φ120钻头，孔内放入3.0m长的φ108钢管做为孔口管，孔口管伸出掌子面50cm，孔壁间用环氧树脂加水泥浆锚固，孔口管伸出部分安封闭装置，并与注浆泵联接，以便遇高压水时及时封堵并注浆。钻孔时作业平台要求平稳、牢固，钻机施工时不晃动。施钻过程中，由地质工程师详细记录钻速、水质、水量变化情况，并对岩芯进