隧道超前地质预报方案

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1、秦安隧道超前地质预测预报实施方案一、编制依据隧道超前地质预测预报方案是依据客运专线铁路隧道工程质量验收暂行标准（铁建设【2005】160）、项目部实施性施工组织、铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105）。二、隧道工程概况秦安隧道全长4905.3m，隧道进口里程为DK813+500,出口里程为DK818+405.3。隧道全部位于半径为R-8700m的曲线上。隧道内纵坡为“人”字坡，坡度依次为：3/1150m、19.5/2450m、-3/1305.3m。隧道设置2个辅助坑道：1号斜井和2号横洞，均位于线路的右侧；1#斜井与线路相交于DK814+000,2#横洞与线路相交于DK815

2、+120。隧道内设综合洞室24处，其中电力照明箱变设备洞室4处，无线基站洞室4处，洞室单侧间距500m。我工区承建里程为DK813+500DK816+143，共计2643m，隧道进口采用斜切式洞门。本隧道均采用复合式衬砌，初期支护采用喷锚支护，喷混凝土采用湿喷工艺。进出口均采用1:1.25斜切式洞门。V级明洞103m，V级衬砌1100m，IV级衬砌1543m。按照新奥法的施工原理进行方案制订和组织施工。明洞衬砌段采用明挖法施工；本隧道正洞级围岩地段主要采用三台阶法；级围岩一般地段采用三台阶法，并设置临时横撑，级新黄土特浅埋地段采用三台阶法施工，并设临时仰拱，级围岩下穿滑坡段采用双侧壁导坑法施工

3、。三、隧道地质概况隧道位于天水市秦安县，隧道地处天礼盆地低中山丘陵区西北部，地面高程一般为12281620m，相对高差300m400m，通过区地形起伏较大，沟深坡陡，隧道进口端DK813+500DK814+430段下穿王家墩滑坡前缘。地表为第四系黏质黄土覆盖，隧道洞身主要为第三系泥岩、震旦系下统变质岩、华力西期花岗岩；在隧道进口端DK813+500DK814+450段隧道洞身位于葫芦河的一、二阶地的第四系松散层中。表层为第四系黏质黄土，厚度约为1058m，淡黄色，粉土颗粒为主，土质较均匀，局部夹有第三系泥岩的岩屑、碎块。第三系泥岩棕红色、褐色、浅灰色，成分以粘土矿物为主，泥质结构，层状构造，节

4、理裂隙发育，泥质轻微胶结，根据SZ-15深孔钻探揭示，第三系泥岩中局部夹薄层砂岩，成岩作用差，岩质较软弱，遇水易软化，强风化厚520m。本地区属中温带半湿润大陆性季风气候。四季分明，春秋适宜，夏热多雨，冬寒干燥。年平均气温11.3，最冷月平均气温-3，极端最高气温37.9，极端最低气温-18.9，年平均降水量448.8mm，年平均蒸发量1436.0mm，年平均大风（8级）日数3.0天。土壤最大冻土深度统计值56cm。四、隧道地质复杂程度分级根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，地质分级可分为4级。复杂：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性

5、良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等。较复杂：存在中、小型突水突泥隐患的地段，物探有较大异常的地段，断裂带等。中等复杂：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。简单:非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性较小。秦安隧道根据设计说明地质分级为复杂。五、实施超前地质预报的目的保证隧道的顺利施工；避免地下水发育地段突水、突泥灾害的发生；防止地表水、地下水流失，破坏当地生态环境，确保施工安全。六、超前地质预报的内容及具体预报方法、

6、技术要求、预报工作量1.超前地质预报内容（1）地面预报在施工过程中，根据设计提供的地质勘探资料，对重点地段地表开展可控源音频大地电磁法（V5）为主的综合物探，沿隧道轴线绘制纵向剖面图和在构造强烈发育地段布置横向剖面图；同时进行地表补充地质测绘，采取构造面内充填物和地表代表性岩样，并将样品在室内做对比分析和物探资料分析整理。（2）洞内预报施工中加强断裂破碎带的超前地质预报工作，采用开挖掌子面地质素描、超前钻孔并辅以TSP203、探地雷达等物探手段进行综合预测。对软岩塑性变形进行超前预报，根据超前预报及有关监测结果及时变更施工方案。2. 超前地质预报方法及预报工作量湖州隧道一般地段超前地质预报项目

7、由地质雷达、超前水平钻孔、地质素描组成。地质雷达探测距离2030m，超前钻孔孔径50mm，钻孔长度30m，近距离验证物探成果。湖州隧道断层破碎带、岩性接触带、节理密集带、物探低速异常带特殊地段超前地质预报项目由TSP、超前水平钻眼、地质素描组成。特殊地段前方100米TSP进行连续不少于2次探测，探测距离不小于100米，两次预报重复长度不小于10米，在超前地质预报异常带前方30米掌子面采用超前钻探进行验证，超过异常带不少于10米。（1）超前地质探测与预报方法TSP203超前地质预报系统TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质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

8、。它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点，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，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的信号也就越强。返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，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。TSP203地质预报系统现场测试示意见图2。TSP203地质预报系统实际操作中有如下特点：适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况；距离长，能预测掌子面前1

9、00m200m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大；对施工干扰小，可在施工间隙进行，即使专门安排时间，也不过一小图2 TSP203地质预报系统现场测试示意图时左右；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。采用专用处理软件，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。将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置，计算机自动绘出弹形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。但也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要采用其他预报手段来补充和完善。数据处理流程见图3。数据设置带通滤

10、波初至波拾取提取处理能量平衡品质因素估算反射波拾取P、S波分离速度分析时深转换反射界面抽取图3 数据处理流程图探地雷达地质雷达探测（Ground Penetrating Radar简称GPR）采用电磁波反射原理探测浅层地层的划分、岩溶、空洞、不均匀体的检测。仪器将发射天线和接收天线集于一体，具有快速、无损、连续检测、实时显示等特点，但在掌子面有水的情况下不宜使用。作为TSP203地质预报系统的补充，在TSP203预报异常点，在确定异常体的规模、性质、危害性有困难时，采用探地雷达作为补充手段，短距离进一步探测前方30m内的地质情况。同时利用探地雷达对隧道洞底和两侧的溶洞发育及岩体破碎情况进行探测

11、。超前钻孔探测“物探先行，钻探验证”，超前钻探是一种传统而可靠的工程地质探测方法，针对本隧道围岩特点，拟采用超前钻探方法进行探测，以超前水平岩芯钻探为主，辅以浅孔钻探。超前水平岩芯钻探可根据需要探测和了解隧道开挖前方几米、几十米乃至上百米范围内围岩的工程地质情况；通过钻孔了解和释放影响隧道掘进施工的地下水；通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层和断层破碎带进行准确定位；直接采取岩芯样进行各种抗压强度试验，获取岩石物理力学性质参数。为节约施工时间和减少经费，对地质情况稳定、岩性坚硬完整且变化小的地段可酌情减少超前水平岩芯钻探工作量，在钻进过程中，尽可能避免钻头偏移，导致探测结果发生误差。根

12、据岩石的坚硬程度，调整钻机转速和钻压，坚硬岩石采用较低钻压。超前钻探方法是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定断层的规模和产状。实际施工中用喷距代替射速进行预报，施作程序如下：暂时封闭水量较小的探孔，只留一个喷距最远的测量其喷距离(如完全封闭有困难，可尽量堵塞，减小其流量)；把实测喷距换算成标准条件下的喷距。即高出水平面1m(y=1)时的喷距；根据换算后的喷距，对涌水量进行预报。一般喷距小于5m，流量小于100400m3/h为小型突水，可加大探孔长度，试挖前进；喷距91

13、2m，流量400m3/h以上为中型突水，应停止施工，探明情况；喷距12m以上，为大型突水，应立即停止施工，探明情况，从速处理。七、超前地质预报的工艺流程见图4超前地质预测预报流程图八、超前地质探测与预报组织机构及职责成立专业的超前地质组织机构（见图5超前地质预测预报组织机构图），配置物探、水文、地质、试验专业工程师并配备先进的预测、预报设备，进行超前地质预报工作。职责分工如下：项目总工程师任组长：全面负责综合测试与超前地质预报工作，直接向项目经理负责；隧道技术组组长任副组长：组织工程地质、水文地质、物探及试验等专业组成人员进行超前地质预报日常工作；工程地质：负责隧道工程的地质超前预报和调绘、监

14、测以及测试、图4 超前地质预测预报流程图试验资料的分析、研究，提出施工措施建议；水文地质：负责水文地质调绘、测试及隧道涌水量的预测与环境水文地质评价；物探专业：负责物探测试工作；试验专业：负责岩、土、水样的测试、试验工作施工中积极协调组长：总工程师副组长：隧道技术组组长工 程 地 质水 文 地 质试 验 专 业物 探 专 业图5超前地质预测预报组织机构图配合设计单位做好综合地质超前预报工作。九、质量要求1.地质素描开挖工作面地质素描，主要描述工作面立面围岩状况，应随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段应每开挖循环进行一次素描，其他一般地段不超过10m

15、进行一次素描。2.超前钻探超前钻探一般地段采用充击钻，可根据冲击器的响声、钻速及其变化、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、岩体完整度、溶洞、暗河及地下水发育情况等。特殊地层如溶洞、断层破碎带等采用回旋取芯钻。超前钻探钻孔孔径50mm，钻孔长度30m，两次预报重复长度不小于10米。断层、节理密集带或其他破碎富水地层每循环可钻一孔，富水岩溶发育区每循环宜钻35个孔，揭示岩溶时应适当增加。3.物探法（1）TSP203地质预报系统沿隧道边墙轴向布置观测排列，各检波点偏离观测排列中心轴线不得大于0.3m。检波距一般为25m，检波器宜安置于12m深的浅孔中。排列

16、长度L=(n-1)X,其中n为记录道数，X为检波距，排列长度20m。炮检距d2(L+h)/(v/vG-1),其中v、vG分别为有效波与干扰波速度，h为开挖工作面至反射界面的距离，L为观测排列长度。边墙钻眼深度12m，钻孔应向下倾斜3045，注水做耦合剂。（2）地质雷达探测时应在隧道开挖工作面上一般布设两条测线（一条水平一条垂直），测线上每2530设一测点，必要时可布设多条测线。记录测线在隧道中的准确位置及测线间的几何关系。检波器应与岩面耦合，用手按紧，一般情况下每一测点应测23次作垂直叠加。探测前应在隧道边墙测岩体波速。十、安全措施1.超前地质预报人员应认真学习、执行隧道施工安全规程，超前钻探

17、人员还应认真学习、执行钻探安全技术操作规程。新参加人员上岗前，必须经过安全生产教育，具有安全生产基本知识，并应在班长或技术熟练人员的指导下工作。2.隧道超前地质预报实施过程中应积极识别各种安全危险源，保障人员和机械设备的安全。3.进入隧道工作必须穿戴合体的工作服（天然气、瓦斯隧道严禁穿着易于产生静电的服装）、防护靴、安全帽和防尘（防毒）口罩等防护用品。4.严禁上班前和工作中饮酒。5.地质预报工作必须在现场找顶作业结束（必要时初期支护）后进行，开始工作前应观测操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探开挖工作面附近是否还有危石存在，确保预报人员的安全。6.高处作业时作业台架必须安设牢固，台架周围

18、应设置防护栏，凡患有高血压、心脏病等不适应高处作业者不得上架作业。7.当隧道岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物时，必须严格执行国家现行的煤矿安全规程、铁路瓦斯隧道技术规范等的有关规定。超前地质预报工作应采用防爆型的仪器、设备。当采用非防爆型时，在仪器设备及操作空间20m范围内瓦斯浓度必须小于1%。超前钻探必须采用水循环钻或湿式钻孔，严禁携带火源进洞。8.弹性波反射法超前地质预报现场采集数据使用的炸药和雷管必须由持有爆破证的专人领用，爆破作业必须由专业爆破工操作。非专业人员严禁从事爆破作业。9.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，并应经常检测，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。10.钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙等伤人。11.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。