中铁二十局成贵铁路7标隧道超前地质预报专项方案定稿

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1、新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段CGZQSG-7标段 隧道工程超前地质预报专项施工方案编制：审核：批准：中铁二十局集团成贵铁路项目经理部二一四年三月目 录1.编制依据12.适用范围13.工程概况24.地形地貌55.地质复杂程度分级66.超前地质预报的目的及主要内容87.超前地质预报的总体预报方案88.超前地质预报的方法109.超前地质预报工艺流程2610.组织机构、人员及设备3011.质量要求3112.安全措施3413.成果资料3614.超前地质预报工作制度3815.地质预报成果的验证及技术总结要求3916.其他需要说明的问题4017.附件41中铁二十局集团成贵铁路CGZQSG-7标隧道工程超

2、前地质预报专项施工方案1. 编制依据1.1本标段施工合同文件；1.2铁路工程物理勘探规范（TB10013-2010）；1.3铁路工程基本作业施工安全技术规程（TB10301-2009）；1.4铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304-2009）；1.5高速铁路隧道工程施工技术指南（铁建设2010241号）；1.6铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105号）；1.7关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知（铁建设2010120号）1.8铁路隧道风险评估与管理暂行规定（铁建设2007200号）1.9新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段CGZQSG-7标施工图及相

3、关设计资料；1.10现场勘察收集到的地形、地质、气象和其它地区性条件等资料；1.11集团公司近年来铁路客运专线类似施工经验、施工工法、科技成果；1.12我单位为完成本工程投入的施工管理、专业技术人员及机械设备等资源。2 .适用范围成贵铁路CGZQSG-7标段内10座暗挖隧道，即：黄陵坡隧道、杨家咀隧道、兴隆坪隧道、玛瑙山隧道、黄桷湾隧道、马家沟隧道、银盘坡隧道、中项山隧道、赶场坝隧道、猫鲁寺隧道。3 .工程概况本标段处于四川省宜宾市长宁县、江安县和兴文县境内，自D2K176+315DK217+684.586，线路全长41.37km，管段内包含暗挖隧道10座，共计18.447km，占本标段线路总

4、长的44.6%，其中猫鲁寺出口有一段2102米的平导，猫鲁寺隧道和兴隆坪隧道为高瓦斯隧道，其余为低瓦斯隧道或有瓦斯或其它有害气体溢出可能。成贵铁路CGZQSG-7标隧道统计见表1（附后），各隧道设计概括如下：黄陵坡隧道：总长1560米。隧道位于宜宾市长宁县黄陵坡，为川南红层丘陵地貌，黄陵坡隧道岩性主要是泥岩和砂岩，属于低瓦斯隧道；测段地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40S。围岩砂岩泥岩较软弱，岩层产状较平缓，节理裂隙发育，隧道开挖后，拱顶围岩稳定性差，易发生掉块、坍塌、冒顶现象，最大埋深127m,地下水中等发育。洞身多处浅埋，尤其DK181+700沟槽内，厚0-14米，

5、该处设计标高至地表仅11米，为VI级围岩。隧道洞身泥岩所占比例很大，且局部弱膨胀性，遇水易软化。为VII度地震区，工程地质条件较差。杨家咀隧道：总长310米。隧道位于宜宾市长宁镇、老翁镇分界处杨家咀，为川南红层丘陵地貌。测段地震动峰值加速度为0.10g。地震动反应谱特征周期为0.40S。隧道最大埋深25米，基岩为软质岩且节理裂隙发育，施工中支护不及时可能引起洞内坍方、冒顶。兴隆坪隧道：总长2803米。隧道位于宜宾市老翁镇百香坡村至学堂湾，为川南红层丘陵地貌，测段地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40S。兴隆坪隧道属于高瓦斯隧道。,围岩砂岩泥岩较软弱，岩层产状较平缓，节理裂

6、隙发育，隧道开挖后，拱顶围岩稳定性差，易发生掉块、坍塌现象。进口仰坡顺层。洞身最大埋深60米，D2K185+340-D2K185+540为隧道浅埋段，埋深1-18米，D2K187+390-D2K187+440为隧道浅埋段，埋深8-20米，且沟槽内多为水田，岩层裂隙发育，隧道涌水量较大，VII度地震区。总体来说，隧道工程地质条件差。玛瑙山隧道：总长3010米。位于宜宾市江安县底蓬镇柏杨坪村至大井镇黄桷湾，为低山丘陵地貌，测段地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35S。属于低瓦斯隧道。DK194+900DK195+100,坡面上分布有大块砂岩，砂岩夹泥岩砖红色，块体大小以1-2

7、米为主。隧道最大埋深250米。隧道岩层产状较平缓，节理裂隙发育，隧道开挖后，拱顶围岩稳定性差，易发生掉块、坍塌、冒顶现象。黄桷湾：总长550米。隧道位于宜宾市江安县底蓬镇推推湾，为川南红层丘陵地貌。隧道进出口岩层缓倾角，节理裂隙发育，地下水较发育，隧道顶板稳定性差。隧道大部分浅埋，最大埋深35米，最小埋深10米，岩层层理产状较平缓，节理裂隙发育，隧道开挖后，拱顶围岩稳定性差，易发生掉块、坍塌、变形。隧道洞身工程地质条件较差。马家沟隧道：总长390米。隧道位于宜宾市江安县大井镇马家沟村，为川南红层丘陵地貌。测段地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35S，沿线场地土类型为中硬土

8、，场地类别为II类，设计地震分组为第一组。隧道岩层层理产状较平缓，节理裂隙发育，地下水较发育，隧道顶板稳定性差，隧道大部分浅埋，最大埋深55m。银盘坡隧道：总长1739米。隧道位于宜宾市江安县大井镇银盘坡，为川南红层丘陵地貌，测段地震动峰值加速度为0.05g。地震动反应谱特征周期为0.35S。隧道岩层层理产状较平缓，节理裂隙发育，地下水发育，隧道顶板稳定性差，可能发生掉块、坍塌、变形问题，出口右侧开挖顺层，为低瓦斯隧道。DK201+880-DK202+000最小埋深约14米，DK202+490-DK202+540最小埋深约为16米。中项山隧道：总长3632米。隧道位于江安县仁和乡中项山，为低山

9、，丘陵地貌，测段地震动峰值加速度为0.05g。地震动反应谱特征周期为0.35S。属于低瓦斯隧道。围岩泥质砂岩夹泥岩，岩层缓倾，岩质较软弱，节理裂隙发育，隧道开挖后，拱顶围岩稳定性差，易发生掉块、坍塌，冒顶现象。洞身最大埋深约395米，工程地质条件一般。赶场坝隧道：总长148米。隧道位于宜宾市五星乡赶场坝，为川南红层丘陵地貌，测段地震动峰值加速度为0.05g。地震动反应谱特征周期为0.35S。围岩泥质砂岩夹泥岩，岩层缓倾，岩质较软弱，节理裂隙发育，隧道开挖后，拱顶围岩稳定性差，易发生掉块、坍塌，冒顶现象。洞身最大埋深22米，右侧开挖顺层，工程地质条件较差。猫鲁寺隧道：总长4295米。隧道位于宜宾

10、市兴文县莲花镇水栏村至麒麟坡，为低山、丘陵地貌。测段地震动峰值加速度为0.05g。地震动反应谱特征周期为0.35S。根据测气结果，结合隧道深埋和岩性综合分析，隧道里程D1K215+100D1K216+900(对应平导里程D1K215+000-D1K216+910)段为高瓦斯，其余段综合判定为低瓦斯；隧道最大埋深192米；出口平导里程PD1K217+672PD1K215+570,长2102米。猫鲁寺隧道在D1K213+720D1K213+758段下穿公路，加强地面沉降观测。4 . 地形地貌沿线主要为低山、丘陵地貌，地形起伏较大，隧址区地表多为树林、旱地、水田，基岩多出露。隧道最大埋深395m。4

11、.1气象特征沿线气候属亚热带湿润季风气候。气象特征见表2。表2 气象特征表项 目长 宁兴 文气温（）年平均18.017.6极端最高40.041.8最低-1.4-2.7最热月平均26.926.7最冷月平均7.87.5最大月平均日较差7.99.2湿度相对（%）年平均8183月最大9292月最小6060降雨量（mm）年平均1028.61185.7年最大1462.41569.8年最小704.4825.8日最大221.9172.1最大24小时降雨量221.9172.1蒸发量（ml）年平均865.21008.9年最大1224.61299.2其他年平均日照时间（天）180173年平均雾天日数（天）1720最

12、大积雪深（cm）414年平均暴雷日数（天）3537年平均雾日数（天）17204.2地层岩性本标段沿线第四系广布，基岩主要为二迭系株鲁罗系沉积岩。沿线地层出露较完全，主要以“红层”砂、泥岩为主，上覆表土01.0m,以粉质粘土为主。4.3地质构造本标段通过区域地质构造复杂，处于川黔南北向构造带及北东向构造带交接复合部位。北东向构造体系：分布于宜宾贵阳一带，处于古蔺山字形、黔西山字形构造带及北东向构造带交接复合部位，断裂、褶曲发育，不同时期的断层互相交叉切割，断层密集，岩体破碎。南北向构造体系：分布于乐山宜宾、兴文一带，以褶曲发育为主，呈线状弧形特征，断裂不甚发育。4.4水文地质情况本标段沿线跨越的

13、主要河流均属于长江水系。地表水以河流为主，地下水以第四系松散砂卵砾石层为主，含水量丰富，可溶岩中的岩溶水及砂泥岩中的基岩裂隙水次之，其中岩溶水较为丰富，暗河、岩溶泉十分发育。大部分地表水对混凝土无侵蚀性，部分地段地表水及含煤层、石膏、岩盐及铁矿等地层中的地下水一般具有侵蚀性。4.5不良地质与特殊岩土本标段地层岩性以“红层”砂、泥岩为主，构造以南北向弧形褶皱为主，主要不良地质为砂、泥岩风化差异造成的边坡稳定性问题，发育顺层、危岩落石、滑坡、有害气体、放射性异常等不良地质。标段内沿线存在的特殊岩土主要是软土、松软土、红黏土、膨胀性岩土、人工弃填土等，次外还有石膏、盐溶角砾岩等。特殊岩土和不良地质主

14、要为瓦斯，猫鲁寺隧道推测有采空区。5.地质复杂程度分级铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105号）中地质复杂程度分级见表3。表3 地质复杂程度分级复杂程度分级影响因素复 杂较复杂中等复杂简 单地质复杂程度（含物探异常）岩溶发育程度强烈发育，以大型暗河、廊道、较大规模溶洞、竖井和冷水洞为主，地下洞穴系统基本形成中等发育，沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀，中小型串珠状洞穴发育，地下洞穴系统未形成，有小型暗河或集中径流弱发育，沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴，裂隙连通性差，少见集中径流，常有裂隙水流微弱发育，以裂隙状岩溶或溶孔为主，裂隙不连通，裂隙透水性差涌水涌泥程度特大型涌突

15、水（涌水量100000m3/d）、大型涌突水（涌水量10000100000m3/d）、突泥，高水压特大型涌突水（涌水量100010000m3/d）、突泥中型涌水（涌水量1001000m3/d）、涌泥小型涌水（涌水量100 m3/d），涌突水可能性极小断层稳定程度大型断层破碎带、自稳能力差、富水，可能引起大型失稳坍塌中型断层带，软弱，中弱富水，可能引起中型坍塌中小型断层，弱富水，可能引起小型坍塌中小型断层，无水，掉块地应力影响程度极高应力（Rc/max4），开挖过程中硬质岩时有岩爆发生，有岩块弹出；软质岩岩芯常有饼化现象，岩体有剥离，位移极为显著高应力（Rc/max47），开挖过程中硬质岩可能出

16、现岩爆，岩体有剥离和掉块现象；软质岩岩芯时有饼化现象，岩体位移显著瓦斯影响程度瓦斯突出：瓦斯压力P0.74MPa，瓦斯放散初速度P10，煤的坚固性系数f0.5，煤的破坏类型为类及以上高瓦斯：全工区的瓦斯涌出量0.5 m3/min低瓦斯：全工区的瓦斯涌出量0.5 m3/min无地质因素对隧道施工影响程度危及施工安全，可能造成重大安全事故存在安全隐患可能存在安全问题局部可能存在安全问题诱发环境问题的程度可能造成重大环境灾害施工、防治不当，可能诱发一般环境问题特殊情况下可能出现一般环境问题无根据表3描述，结合设计情况，判定我标段10座暗挖隧道的地质复杂程度情况：兴隆坪隧道和猫鲁寺隧道为较复杂，其余8

17、座为中等复杂。6. 超前地质预报的目的及主要内容6.1 超前地质预报目的采取合理的预报方法，进一步查清隧道掌子面前方的工程地质与水文地质条件，探测瓦斯溢出情况，及时调整施工方法和支护措施，以有效地防止塌方、突水、突泥、瓦斯爆炸等意外事故发生，同时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。6.2 超前地质预报的主要内容（1）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；（2）地质构造预测预报，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）不良地质预测预报，特别是岩溶、物探类异常带、高地应力、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预

18、报；（4）地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中裂隙水等发育情况的预测预报。7.超前地质预报的总体预报方案 结合本标段隧道的特点，参照铁路隧道超前地质预报技术指南，本标段隧道超前地质预报以地质调查法为基础，采用超前钻探、物探、超前导坑相结合的综合超前地质预报方法，用宏观指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报、微观预报验证宏观预报、中短距离预报验证长距离预报的工作思路，开展本隧道的超前地质预报工作，使用的主要预报方法为地质调查法、物探法、超前钻探法和超前导坑预报法。综合超前地质预报配套模式如图1所示。超前地质钻孔TSP203超前地质预报隧道沿线地质调查地质雷达、红

19、外探水图1 综合地质预报配套模式示意超前地质预报程序如下：7.1 在地质调查法的基础上，开展弹性波反射（如TSP）法预报工作。7.2 在物探法预报工作结束后，对物探异常段落进行超前钻探（超前地质钻探、加深炮孔）法预报和验证工作。需要注意的是在施工过程中应遵循动态设计原则，根据具体的地质情况，及时调整超前地质预报方法和技术。中铁二十局集团成贵铁路CGZQSG-7标隧道超前地质预报设计情况统计见表4（附后）。另，根据关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知（铁建设2010120号文）和高速铁路隧道工程施工技术指南（铁建设2010241号）之规定，施工图阶段经评估为高风险和

20、极高风险的软弱围岩及不良地质隧道，超前地质预报工作应由设计单位负责组织实施。我标段兴隆坪隧道和猫鲁寺隧道超前地质预报工作由本项目设计院负责组织实施，其余暗挖隧道由我集团公司自行组织实施，配备专业地质工程师3人，分工负责各隧道口。8.超前地质预报的方法超前地质预报是隧道施工中的一个重要环节，应作为一项工序纳入隧道施工中。在接到监理或施工单位相关人员通知后，预报人员保证在48小时内到场并进行相关测试。超前地质预报的野外作业时间安排宜在立架或爆破出渣完成并经排险后进行。8.1地震反射波法8.1.1研究既有资料认真收集隧道设计资料、区域地质资料、工程地质资料等，通过对以上资料的分析，以达到对整个地区地

21、质情况有一个比较全面了解的目的。8.1.2 TSP203测量系统的布置和量测根据隧道内岩层的走向确定炮孔布置在左边墙或右边墙位置，从掌子面附近的边墙位置开始布置第一个激发孔，以后每间距1.5m处布置下一个激发孔，激发孔向下倾斜20，孔深为1.5m，连续布置24个激发孔。在第24个激发孔朝着洞口的方向量测1520m，分别在左右边墙的位置布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm，深度为2m。激发孔与接收孔基本保持在同一个高度上。待孔全部钻好后，对孔间距进行量测并与隧道里程关联。接收器孔和炮孔相关参数见表5，TSP203测量系统布置、接收器孔和炮孔平面分布与横断面如图2、3所示。表5 接收器孔和炮孔

22、相关参数项目接收器孔炮 孔数量2个，位于隧道左右边墙（各1个），位置对称24个，位于构造走向与隧道轴向交角为锐角的一侧边墙，第一个炮孔靠近掌子面直径50mm4550mm深度2m1.5m定向垂直隧道边墙，向上倾斜510垂直隧道边墙，向下倾斜20(便于用水充填炮孔)高度距地面（隧底）高1m距地面（隧底）高1m位置距开挖工作面约55m第1个炮孔距同侧接收器孔1520m，炮孔间距1.5m图2 TSP203测量系统布置上倾510)(上倾5101m接收器孔接收器孔横断面（接收器孔）)1m炮孔横断面(炮孔，在左或右侧)下倾102020工作面55m接收孔115m炮孔S1 S2 S3 S23 S24隧道轴线接收

23、孔2接收器孔和炮孔平面分布1.5m岩层图3接收器孔和炮孔平面分布与横断面8.1.3 TSP203测量的野外实施（1）埋设地震波信息接收探头TSP203测量过程中需要将接收器探头埋设在钢套管中，而钢套管则通过双组分环氧树脂或锚固剂与围岩紧紧耦合在一起。以便于接收由激发孔激发的地震波信号。（2）药包的埋设每一个激发孔中需要通过小药量炸药人工激发地震波信号。需要说明的是雷管必须采用瞬发电雷管，炸药采用乳化炸药。放炮前需要对激发孔中灌水，起到使爆破产生的能量能尽量在围岩中传播并压制灰尘和消焰的目的。（3）数据采集待准备工作就绪后，就可以采集数据。在噪音监测模式下如发现周边环境的噪音低，可以进行数据采集

24、作业并开始放炮。此时起爆器产生的电信号一方面去触发电雷管引爆药包，另一方面给仪器一个信号以打开里边的数据传输通道。通过药包的爆破，所产生的地震波信号很快会被接收探头所接收到并记录下来。依次下去，直到24个激发孔全部放炮完毕为止。(4）数据处理将现场采集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成。 数据库编辑现场采集的数据和定义观测系统。 处理对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理。 计算反射界面在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vs

25、。vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质，根据vp和vs值可直接计算动力学参数，即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比d，计算式如下：Ed=vs2（3vp2-4vs2）/（vp2-vs2）Gd=vs2d=（vp2-2vs2）/2（vp2-vs2）其中，为围岩的密度。根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。(5）资料解释根据TSP法的原理和工作经验，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合地震波速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。解释原则如下

26、所述： 泊松比高说明有流体存在，纵波波速低说明有裂隙存在； S波反射能量强，P波反射能量弱，说明有流体存在； S波反射能量弱，P波反射能量强，说明有裂隙存在； 反射波为正相位时，说明围岩由软弱岩层进入坚硬岩层； 反射波为负相位时，说明围岩由坚硬岩层进入软弱岩层； 当泊松比大于0.28或VP/VS突然增大时，前方地质情况为有水或围岩较破碎； 当静态杨氏模量大于30时，石质坚硬，反之，石质较软； 当反射界面较多且静态杨氏模量和泊松比变化频繁，幅度较大时，围岩为破碎带，若为负反射振幅时，围岩为软弱破碎带。8.1.4 TSP203法所需的时间（1）清理激发孔、接收孔的时间：20分钟；（2）埋设地震波信

27、息接收探头时间：20分钟；（3）药包的埋设时间：30分钟；（4）放炮及数据采集的时间：40分钟；（5）清理爆破后现场的时间：10分钟。因此，一次TSP203测量系统的总时间为120分钟。8.2 地质雷达法8.2.1 测线的布置采用地质雷达法进行超前地质预报时在隧道掌子面上布置测线位置，在有条件的情况下采用连续测量模式进行，当现场条件不允许时采用点测的方法对前方的地质情况进行探测。地质雷达超前预测测线如图4所示。图4 地质雷达超前预报测线8.2.2 数据采集当测线位置确定后，连接仪器各部件并开机检查现场是否有干扰源的存在。如存在干扰源则应采取措施清除。在无干扰的情况下，则可以开始数据的采集工作。

28、在地质雷达的数据采集过程中尚应注意以下事宜：测网密度、天线间距和天线移动速度应反映出探测对象的异常，测线宜采用十字或网格形式布设并采用连续测量的方式，不能连续测量的地段可采用点测。数据采集过程中，支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员应与工作天线保持相对固定的位置。地质雷达（GPR）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，异常没有明显的位移。在发现有重点异常的区域应重复观测，重复性较差时应查明原因。参与解释的雷达剖面要清晰，解释前应做编辑、滤波、增益等处理。情况较复杂时还应进行道分析、FK滤波、正常时差校正、褶积、速度分析、消除背景干扰等处理。8.2.3 资料处理及解释

29、地质雷达的资料处理采用“RADAN FOR WINDOWS NT”软件包对原始数据进行处理。其处理流程为：数据传输文件编辑水平均衡数字滤波零点归位偏移处理能量均衡时深转换文件注释输出雷达深度剖面图。将雷达深度剖面图作为资料解释的基本图件。根据雷达深度剖面图上的反射波组、强能量团块分布和双曲线等特征，对掌子面前方的地质情况做出判断。8.2.4 地质雷达法所需的时间(1）布置测线位置的时间：5分钟；(2）调试仪器参数时间：5分钟；(3）实体数据采集时间：20分钟；因此，一次地质雷达法探测所需的总时间为30分钟。8.3 红外探测法8.3.1 测线的布置及数据采集红外探测宜从开挖工作面开始，沿着一个边

30、墙向洞口方向以25米点间距标出探测序号图，标出5060米长的范围。标定顺序号的目的有两项：一是给出探测者探测时的站位，二是绘制图件时能给出直角坐标系横坐标的里程。在具体探测时操作者站在一个顺序号旁侧的隧道中，用仪器的激光指向器射出的红色斑点，按顺时针方向，分别指向左边墙、左拱腰、拱顶、右拱腰、右边墙和隧底中线，与此同时此6条探测曲线在该处的探测值就探测完毕。然后走到下一个顺序号，照此探测，直至全部探测顺序号上不同方位的应探测数据全部探完。将全部数据输入计算机，可分别绘出左边墙探测曲线、左拱腰探测曲线、拱顶探测曲线、右拱腰探测曲线、右边墙探测曲线和隧底中线探测曲线。红外探水沿隧道轴向探测断面、每

31、个断面测点、掌子面测点布置示意如图57所示。图5 沿隧道轴向探测断面布置示意左拱腰左边墙右边墙右拱腰拱顶隧底中线图6 每个断面测点布置示意 图7 掌子面测点布置示意8.3.2 工作原理依据探测数据绘制沿隧道轴向的探测曲线，如果开挖工作面前方存在储水构造，在靠近开挖工作面一端曲线会下降或上升，开挖工作面探测数据最大离散差值应超过正常情况下的差值；但是应该注意以下两种情况：若开挖工作面附近几十米都存在地下水，在开挖工作面端探测曲线发生明显的上升或下降趋势时，则可能表明开挖工作面前方不存在地下水；若地下水在开挖工作面后方探测范围内、前方整个空间都发育，各部位的探测曲线则比较平缓，开挖工作面探测数据最

32、大离散差值也较小，因此资料不会显示异常。7.3.3 红外探测法所需的时间(1）布置测线位置的时间：15分钟；(2）实体数据采集时间：25分钟；因此，一次红外探测法所需的总时间为40分钟。7.4 超前钻探法图8 超前地质钻探工艺流程测量定位水文地质试验测量定位机械就位及安装钻进岩芯整理岩芯鉴定瓦斯、涌水测定岩芯存储资料整理及文整预测预报与印证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。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必须采用。超前地质钻探工艺流程如图8

33、所示。（1）超前地质钻探主要采用冲击钻和回转取芯钻，二者应合理搭配使用，提高预报准确率和钻探速度，减少占用开挖工作面的时间。 一般地段采用冲击钻。冲击钻不能取芯，但可通过冲击器的响声、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、岩体完整程度、溶洞、暗河及地下水发育情况等。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。（2）超前地质钻探应符合下列技术要求在地质调查法和物探法超前预报的基础

34、上，对发现的不良地质体、物探异常点进行超前钻探，进行定量化探查。加深炮孔探测：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，炮孔深度不小于5米。加深炮孔（5孔、10孔）断面布置示意如图9、10所示。 图9 加深炮孔5断面布置示意（5孔）图10 加深炮孔断面布置示意（10孔）超前钻孔探测：利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息。一般探测孔25米一个循环，单孔深度为30米左右，前后两次相邻探测孔之间的搭接长度为5米。当有异常情况时，结合预测结果判释，可加密钻孔或加深部分炮孔。超前探测钻孔（3孔、6孔）断面布置示意如图11、12所示。图11 超前探测钻孔断面布置示意（3孔）图1

35、2 超前探测钻孔断面布置示意（6孔）A、正洞孔数及相关要求本标段隧道开挖过程中可能遇到瓦斯及其它有害气体溢出，采用加深炮孔法5孔及必要的超前钻孔进行超前地质预报工作。加深炮孔每个断面5孔，若探测有瓦斯则在炮眼附近采用76钻孔，长度不小于30m，并在溢出孔附近设置瓦斯检测点，以定量检测瓦斯参数，必要时根据瓦斯检测结果调整瓦斯处理措施。断层破碎带探测遇水时，须有一孔进行水压、水量的检测，同时须有一孔取芯了解断层带物质成分。B、猫鲁寺隧道平导孔数及相关要求猫鲁寺隧道地层为含煤或炭质页岩地层，线路中心右侧120170m即为大湾煤矿矿权区，右侧1300m即为大湾煤矿开采边界，隧道开挖过程中可能遇到瓦斯及

36、其它有害气体溢出，采用加深炮孔法3孔及必要的超前钻孔进行超前地质预报工作。加深炮孔每个断面3孔，若探测有瓦斯则在炮眼附近采用76钻孔，长度不小于30m，并在溢出孔附近设置瓦斯检测点，以定量检测瓦斯参数，必要时根据瓦斯检测结果调整瓦斯处理措施。（3）超前地质钻探应符合下列工作要求实施超前地质钻探的人员应经技术培训和考核，经考核合格后方可上岗。钻探前地质技术人员应进行技术、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、振动、卡钻位置、突进里程、冲击器声音的变化等。超前钻探过程中应及时鉴定

37、岩芯、岩粉，判定岩石名称，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，重要工程钻探过程监理应进行旁站。在富水地段进行超前钻探时必须采取防突措施；测探孔内水压时，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即可测得水压。应加强钻进设备的维修与保养，使钻机处于良好状态；强化协调和管理，各方应积极配合，减少和缩短施钻时间。（4）钻孔质量控制可采取下列措施A、采用系统的钻探程序测量布孔：施钻前按孔位位置用经纬仪准确测量放线，将开孔孔位用红油漆标注在开挖工作面上。设备就位：孔位布好后，设备就位，接通各动力电源和供风、供水管路。安装电路要由专

38、业电工操作，确保安全，供风管路要连接紧密，无漏气现象。对正孔位，固定钻机：将钻具前段对准开挖工作面上的孔位，调整钻机方位，将钻机固定牢固。开孔、安装孔口管：孔口管必须安设牢固。成孔验收：施钻满足设计要求，经现场技术人员确认签收后方可停钻终孔。B、控制钻进方向钻机定位完毕后，对钻机进行加固，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的松动情况，及时调整固定。对钻具的导向装置尽可能加长，并且选用刚度较强的钻杆，从而提高钻具的刚度，减少钻具的下沉量。不得使用弯曲钻具。当岩层由软变硬时应采用慢速、轻压钻进一定深度后，改用硬岩层的钻进参数。钻进中应减少换径次数。本

39、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、仰俯角等措施控制下沉量在设计要求的范围内，达到技术要求的精度。C、准确鉴定岩性及其分布位置。（5）超前钻探钻进中应防止地下水突出，可采取安设孔口管和控制闸阀等措施，确保工作人员和机械设备的安全，同是应使地下水处于可控状态。在富水区实施超前地质预报钻孔作业，必须先安设孔口管，并将孔口管固定牢固，装上控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方可继续钻进。特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。当地下水压力大于一定数值时，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。富水区隧道超前地质钻探时，发现岩壁松软

40、、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，并派人监督水情。当发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。孔口管锚固可采用环氧树脂、锚固剂，亦可采用快凝高强度膨胀的浆液锚固，锚固长度宜为1.52.0m，孔口管外端应露出工作面0.20.3m，用以安装高压球阀。（6）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，必要时应附以钻孔布置图、代表性岩芯照片等。超前地质钻孔由地质技术人员进行地质编录和孔内必要的测试后，整理得到超前探孔成果，内容如下：钻孔柱状图，描述地层、岩性、节理裂隙特征，记录钻孔过程中有

41、价值的信息，提出围岩完整性评价；记录出水位置，进行孔内水量、水压、水温等测试，预测隧道涌水；记录孔内排出的浆液、煤屑变化情况；编写钻探报告。8.5 加深炮孔探测法在需要做加深炮孔探测法的地段，在每个循环中使炮孔深度不小于5米，以便在临近不良地质体时能及时发现前方存在的不良地质情况。8.6 地质调查法地质调查分为隧道地表补充地质调查和洞内地质素描两部分。8.6.1 隧道地表补充地质调查时间计划地表地质调查在实施洞内地质预报前进行，计划在进行洞内预报前两周内实施并完成初步成果图的总结。在后期开展预报工作中根据洞内地质的变化情况，应再适时补充地表地质调查。人员安排地表补充调查参加人员为项目负责人、技

42、术负责人、全体地质工程师。完成内容第一，对已有地质勘察成果进行熟悉、核查和确认；第二，调查地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系，特别是对标志地层的熟悉和确认；第三，断层、褶皱、节理密集带等地质构造在地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况；第四，地表岩溶发育位置、规模及其分布规律；第五，煤层、石膏、膨胀岩等特殊地层在隧道地表的出露位置、宽度及其产状变化情况；第六，人为坑洞位置、走向、高程等，分析其与隧道的空间关系。成果及结论完成地质调查预报报告，根据隧道地表补充地质调查结果，结合设计文件、资料和图纸，核实和修正超前地质预报重点区段。8.6.2 洞内地质素描时间安排隧道正洞及辅助坑道内地质素描

43、随隧道及辅助坑道的开挖及时进行，贯穿地质预报工作的始终。对岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段每开挖1个施工循环进行一次地质素描，其它一般地段跟据地质变化情况适当延长。人员安排洞内地质素描现场参加人员为各驻地地质工程师。完成内容洞内地质调查包括开挖面地质素描和洞身地质素描，主要开展以下工作：第一，辅助坑道洞内地层、岩性的划分和描述；核对包括地层岩性、断层构造等在内的主要地质界线在隧道洞身的实际位置；进一步确定各断带及其主、次断层(包括影响带)的位置、产状，断层带的物质组成、宽度、富水程度及工程性质。第二，对洞壁岩体主要结构面(断层、层理及节理、裂隙等)进行定性及定量统计量测

44、，查明主要结构面的产状、性质、延伸长度、张开宽度、粗糙程度、蚀变情况、密度、地下水及充填情况等，并分析优势结构面对围岩稳定性的影响。第三，对岩体受构造影响程度、节理发育程度、岩体完整程度、富水程度及围岩稳定状态等进行详细编录，据此对围岩级别及其他地质参数进行修正，并提出有针对性的支护、衬砌或超前加固措施意见。第四，对重点地段，如断层破碎带、节理密集带、岩性接触带、地下水富集带、高地应力区、岩性变化频繁或软硬相间及掌子面地质情况与地面地质调查出入较大等重点地段进行核对和详细的调查与分析评价。成果及结论主要完成开挖面地质素描图、洞身地质展示图绘制、地层分界线及构造线隧道内和地表相关性预报图、地质复

45、杂地段纵断面图和其它一些相关资料。9.超前地质预报工艺流程本标段地质预报工艺、隧道周边隐伏岩溶及采空区探测流程具体情况如图13、14所示。开 始水平超前钻孔法红外地下水探测法按不同探测方法相互验证，判断断层破碎、岩溶、采空区、含水构造等的规模及位置修正、完善施工方案及抢险措施，准备物资、设备验证中程预报的准确度验证远程预报的准确度制定预报方案中程30100m近程030m地震波法及影响范围 判断不良地质构造的位置按原施工组织设计施工长程100m以上地质调查法超前钻孔法地质雷达法准确测定断层、破碎带、岩溶、采空区、含水构造的位置实施施工方案有信息反馈分段采用 有无进一步采用 有瓦 斯监 测图13

46、地质预报工艺流程图隧道开挖掌子面地质描述是否存在可溶岩或采空地段物探（TSP法），风枪普查，辅以钎探是否存在岩溶或采空区异物探（地质雷达法）是否存在雷达异常钻探、物探（跨孔电磁波或弹性波层析成像法）完成岩溶或采空区工点勘察报告确定处理方案，对岩溶进行处理二衬施作成环不进行隐伏岩溶及采空区探测否探测结束，完成风枪探测说明否达探测说明否是是图14 隧道周边隐伏岩溶及采空区探测流程图隧道含煤地层地段施工方法（揭煤防突作业流程如图15所示）：（1）含煤地层地段应采用地震波、反射法等物探手段进行前方岩层界面预报定位，并采用3个76超前水平钻孔（13号孔）并取岩芯进行验证，验证孔每25m一循环，30m/孔

47、，搭接5m。（2）当超前物探及验证孔确认有煤时，增加不少于3个76超前钻孔（46号孔），进一步确认煤层厚度，煤层位置、岩体破碎程度，每25m一循环，每孔长30m，搭接5m。（3）当超前水平钻孔确认煤层厚度、位置后，根据探测情况，若煤层厚度大于0.3m或有瓦斯溢出时，则应按瓦斯防治措施的要求开展以下工作：距煤层垂距10m处，施作超前探测孔，并详细记录岩芯资料，确定煤层厚度、倾角、走向及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性，掌握并收集探孔施作过程中的瓦斯动力现象；距煤层垂距5m时施作一组预测孔（每组不少于5孔），按防治煤与瓦斯突出规定进行煤与瓦斯突出危险性预测，如具有煤与瓦斯突出危险性则须施作排放

48、孔进行排放处理，处理措施详见揭煤防突专项设计。其余按铁路瓦斯隧道技术规范、煤矿安全规程、防治煤与瓦斯突出规定等规范相关要求办理。（4）加强施工通风和瓦斯的监测，并采用喷雾洒水等防尘措施。（5）施工期间建立瓦斯监测、报警和施工通风系统，稀释和排出洞内瓦斯，防治瓦斯积聚。隧道施工中防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s，由掘进面风管出风口向背离工作面方向延伸20m以上范围，回风速不应小于0.25m/s。6、施工单位应配备一定数量防爆型空气射流器或局扇，当检测到局部瓦斯积聚处瓦斯浓度超标时，及时开启引排瓦斯。编制实施性防突设计实施防突措施放突措施效果检验物探超前钻孔探测孔预测孔煤系地层段实施煤系地层段实

49、施每层煤实施每层煤实施按瓦斯监测流程煤与瓦斯突出危险性预测无突出危险有突出危险有效无效安 全 措 施揭煤补救措施图15 揭煤防突作业流程10.组织机构、人员及设备为了确保隧道超前地质预报能顺利、有序开展，及时准确指导施工，项目部设一个超前地质预报作业队，队长兼技术负责人一名，专业工程师3名。项目部同时成立超前地质预报领导小组。（1）领导小组组织成员情况组 长：王国良副组长：任高峰组 员：杨延勇 刘王平 涂宏华 石雪峰 朱清利 候来民（2）人员职责王国良：全面负责本标段的超前地质预报工作；任高峰：具体负责本标段的超前地质预报工作；杨延勇、涂宏华、候来民：负责一、四分部的超前地质预报的具体实施工作

50、及资料的收集工作；刘王平、石雪峰、朱清利：负责二、三分部的超前地质预报的具体实施工作及资料的收集工作；（3）主要设备（见表6）表6 超前地质预报主要设备配备序号名称型号数量产地1TSP203plus1台瑞士2红外探水HW-3041台中国3地质雷达（GPR）SIR-30001台美国4瞬变电磁仪（TEM）TERRA1台澳大利亚5越野车三菱1台中国6雷达天线100MHz1个美国7数码相机三星2部中国8笔记本电脑IBM3台美国9水平钻机ZYG-150 4台中国10钻机ZT-3010台中国11地质罗盘及地质锤2套中国11.质量要求11.1 弹性波反射法（TSP）（1）干扰背景不应影响初至时间的读取和波形

51、的对比；（2）反射波同相轴必须清晰；（3）不工作道应小于20%，且不连续出现；（4）弹性波反射法（TSP）质量检查记录与原观测记录的同相轴应有较好的重复性和波形相似性。11.2 地质雷达法（1）参与解释的雷达剖面清晰；（2）解释前宜做编辑、滤波、增益等处理。情况较复杂时还宜进行道分析、FK滤波、正常时差校正、褶积、速度分析、消除背景干扰等处理。（3）结合地质情况、电性特征、探测体的性质和几何特征综合分析。必要时应考虑影响介电常数的各种因素，制作雷达探测的正演和反演模型。11.3 红外探测法（1）探测时间选在爆破及出渣完成后进行；（2）测线布置：全空间全方位探测地下水时，需在拱顶、拱腰、边墙、隧

52、底位置沿隧道轴向布置测线，测点间距一般为5米，发现异常时应加密点距；测线布置从开挖工作面向洞口方向的布置长度通常为60米，不得少于50米。开挖工作面测线布置一般为 4条，每条测线布置6个测点。（3）做好数据记录，并绘制红外探测曲线图。（4）有效预报距离应在30米以内，连续预报时前后两次重叠长度大于5米。（5）当在以下情况时采集的数据视为不合格：仪器已显示电池电压不足，未更换电池而继续采集的数据；开挖工作面炮眼、超前探孔等钻进过程中所采集的数据；喷锚作业后水泥水化热影响明显时所采集的数据；爆破作业后测线范围内温差明显时所采集的数据；测线范围内存在高能热源场时所采集的数据。11.4 超前钻探法11

53、.4.1 孔数（1）正洞孔数要求根据设计，本标段隧道开挖过程中可能遇到瓦斯及其它有害气体溢出，采用加深炮孔法5孔及必要的超前钻孔进行超前地质预报工作。加深炮孔每个断面5孔，若探测有瓦斯则在炮眼附近采用76钻孔，长度不小于30m，并在溢出孔附近设置瓦斯检测点，以定量检测瓦斯参数，必要时根据瓦斯检测结果调整瓦斯处理措施。断层破碎带探测遇水时，须有一孔进行水压、水量的检测，同时须有一孔取芯了解断层带物质成分。（2）平导孔数要求猫鲁寺隧道地层为含煤或炭质页岩地层，线路中心右侧120170m即为大湾煤矿矿权区，右侧1300m即为大湾煤矿开采边界，隧道开挖过程中可能遇到瓦斯及其它有害气体溢出，采用加深炮孔

54、法3孔及必要的超前钻孔进行超前地质预报工作。加深炮孔每个断面3孔，若探测有瓦斯则在炮眼附近采用76钻孔，长度不小于30m，并在溢出孔附近设置瓦斯检测点，以定量检测瓦斯参数，必要时根据瓦斯检测结果调整瓦斯处理措施。11.4.2 孔深加深炮孔探测时炮孔深度不小于5米。超前钻孔探测：一般探测孔25米一个循环，单孔深度为30米左右，前后两次相邻探测孔之间的搭接长度为5米。当有异常情况时，结合预测结果判释，可加密钻孔或加深部分炮孔。11.5加深炮孔探测法加深炮孔探测法的孔数和孔深要求以能探明掌子面前方5米深度范围内有无不良地质体的情况为准。11.6地质调查法（1）隧道地表补充地质调查应在实施洞内超前地质

55、预报前进行，并在洞内超前地质预报实施过程中根据需要随时补充，现场应做好记录，并于当天及时整理。（2）地质素描图应采用现场草图、出洞后及时誊清的方式完成，记录必须在现场根据实际情况记录，不得回忆编制或室内制作。地质素描原始记录、图、表须当天整理。（3）隧道地表补充地质调查和洞内地质素描资料应及时反映在隧道工程地质平面图和纵断面图上，并应分段完善、总结。（4）按要求采集标本，并及时整理。12.安全措施（1）参与人员认真学习、执行隧道施工安全规程，超前钻探人员还应认真学习、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，具有安全生产的基本知识，并在组长或技术熟练人员的指导下工作。（

56、2）在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、防护靴、安全帽和防尘口罩等防护用品。（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后进行，开始工作前应观察操作空间上方、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，保证预报人员的安全。（6）高处作业时作业台车必须安设牢固，台架周围应设置防护栏，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

57、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20米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（TSP）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。（10）钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴后方向站人，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

58、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。（12）以上为一般规定，各工作面需针对具体的情况制定具有针对型的安全措施并严格执行。13.成果资料隧道超前地质预测预报成果资料编制内容包括工程地质概况，探测所采用的方法、探测原理、观测系统的布置、数据处理、成果图和对成果资料的解译情况等。具体如下：13.1 弹性波反射法（TSP）超前地质预报报告应编制下列资料（1）概况：隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等；（2）方法原理及仪器设备：方法原理及采用的仪器型号等；（3）野外数据采集：观测系统、采集方法、数据质量等；（4）数据处理：采用的软

59、件及处理流程、参数选择说明、处理成果及质量等；（5）资料分析与判释：采用地震波反射法时，应附上反射波分析成果显示图、物探成果地质解释剖面或平面图，必要时可附上分析处理波形图、频谱图、深度偏移剖面图及岩体物理力学参数表，以及地质判释、推测的地球物理准则；（6）结论及建议：提出隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，特别是影响隧道施工方案调整、具有安全隐患的地质条件，以及施工过程中应采取的措施等结论和下一步开展地质预报工作的建议。13.2 地质雷达法超前地质预报报告编制下列资料：探测工作概况、采集及解释参数、地质解译结果、测线布置图（表）探测时间剖面图等，其中时间剖面图中应标出地层的反射波位置

60、或探测对象的反射波组。13.3 红外探测法超前地质预报报告编制下列资料：探测工作概况、地质解译结果、开挖工作面探测数据图、左右边墙及拱顶等测线的探测曲线图等。13.4 超前钻探法超前地质预报报告编制下列资料：（1）工作概况、钻孔探测结果、钻孔柱状图；（2）（必要时）附钻孔布置图、代表性岩芯照片。13.5 加深炮孔探测法超前地质预报报告编制下列资料（1）工作概况、钻孔探测结果；（2）(必要时)附钻孔布置图、代表照片。13.6 地质调查法超前地质预报报告编制下列资料（1）地质调查法预报报告；（2）开挖工作面地质素描图，比例尺根据需要确定；（3）隧道洞身地质展视图，比例为1:1001:500；（4）

61、地层分界线及构造线隧道内和地表相关性分析预报图（必要时作），比例尺根据需要确定；（5）特殊地段纵、横断面图，比例为1:1001:500；（6）地质监测与测试资料的整理； （7）有关影像资料的整理14.超前地质预报工作制度（1）根据隧道超前地质预报设计编制超前地质预报实施大纲，报监理审查，建设单位批准后实施。（2）现场预报时，采用物探法、地质调查法、钻探法相结合的预报手段，（其中地质调查法和钻探法由施工单位配制设备并实施），综合各种方法预报成果进行综合判识，提供超前预报地质综合分析成果报告。（3）超前地质预报工作需纳入施工工序，超前预报设备配置必须满足可靠性和高效性的要求，现场实施必须有专业技术人员跟班（TSP预报实施时需派一名持证炮工到现场配合），司钻人员相对固定。确保各项技