01地质超前预报施工工艺

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1、地质超前预报施工工艺地质超前预报施工工艺1 前言1.1工艺概况超前地质预报技术出现在上个世纪中后期，是工程地质的一个分支。随着铁路、公路隧道设计长度、自然埋深增加等因素的影响，地质条件越趋复杂，隧道施工中遇到的问题也会相应地增多，不可预料的地质灾害如突泥、突水、塌方等成为困绕工程施工的主要难题。近十几年来，隧道施工技术已经有了很大的发展，为了保证在隧道施工时的安全和高效，超前地质预报工作显得越来越重要。要保证隧道施工的顺利进行，关键是要预防隧道施工中的地质灾害。因此，根据隧道隧洞开挖面前方隐伏断层及破碎带、岩溶规模准确定位和评价，采取准确而有效的防治工作，不仅可以减少隧道塌方、突泥等灾害的发生

2、、加快施工进度，而且可以为施工单位节约大量成本，显著提高经济效益。它既可以产生巨大的经济效益，又具有广泛的社会效益。施工资料提供了较详细的地质资料。但由于隧道深埋地下，工程岩体地质条件复杂多变，限于目前地质勘探技术水平，要求在勘察阶段就准确无误的探明工程岩体的状态、特征，并预测预报可能引发的隧道地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质是极其困难的，尤其是复杂岩溶地区，受岩性、地层组合、构造、地貌等因素的控制，岩溶发育复杂多变、大小不定，形态各异，给早期勘察工作带来更大困难。这些问题的解决，必须依靠在施工中开展深入细致的施工地质调查和地质超前预报工作。（1） 通过地质预报，报告施工面前方工程地质、

3、水文地质情况，为隧道动态设计提供可靠有效的地质资料，进一步修正、完善设计，优化设计方案；（2） 通过地质调查，预报、预测可能引发的隧道地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质，并据地质预报的成果，提出相应的技术措施与可行性建议，降低地质灾害发生的机率，确保隧道工程施工人员和设备的安全，进而提高经济效益。石林隧道工程地质条件非常复杂，需要在设计文件提供的地质勘探数据基础上做进一步的地质调查，并进行综合地质预测预报。在此基础上，制定了施工阶段的工艺实施细则云桂铁路石林隧道地质超前预报实施细则，作为隧道施工阶段综合地质超前预测预报工作的指导原则，以TSP203超前地质预测预报系统进行长期预测预报，以地

4、质雷达、红外线探水、掌子面地质编录为短距离进行预报，以超前探孔、涌水量实测作验证预报，实行长距离地质预报和中短距离地质预报相结合的综合超前地质预报技术。1.2工艺原理1.2.1地震反射波法（TSP）工作原理、方法图1 TSP探测原理地层或断层入射波前反射波前震源检波器检波器隧道TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点（通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点）用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异接口（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来（图1），一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过TSPwin软件处理

5、，便可了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等）、位置及规模。1.2.2电磁反射波法（地质雷达）工作原理、方法地质雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波，当其遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图2)。图2 地质雷达基本原理示意图电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间T，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H： (1)式中，V是电磁波在介质中的

6、传播速度，其大小由下式表示： (2)式中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0108m/s；为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： (3)反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度越小；频率越高，穿透深度越小。1.2.3红外探测工作原理、方法在地层中，由于地层每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，场就有密度、能量、方向等信息，岩层在向外部发射红外辐射的同时，必然把它内部的地质

7、信息传递出来。干燥无水的地层和含水地层所发射的红外辐射场强度不同，因此根据岩层红外辐射场强的变化值就可以确定地表浅层是否存在隐伏的含水体。红外探测技术就是根据这一原理，根据红外辐射场的变化，提前确定水、瓦斯等隐蔽灾害源的存在。2 工艺特点2.1 地震反射波法（TSP）特点通过超前地质预报，能够及时地了解掌子面前方的地质情况，为隧道施工和及时合理地调整支护参数提供依据，有效地控制地质灾害的发生，确保支撑隧道的岩石牢固可靠和施工质量，改善施工安全，赢得施工时间，降低施工成本，提高隧道掘进速度，降低施工风险降。系统特点如下：（1）预报范围从100m到150m；（2）操作简单，对工作环境无要求，成果丰

8、富，对施工过程无防碍；（3）2小时内完成隧道内量测准备工作，正常情况下一次量测采集数据时间为60分钟；（4）对不良地质体的地质性质判断一般较准确，分辨率可达到1m，预报的距离误差小于10%，对地质体规模识别准确度达85%以上；（5）通过专业的WIN分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理、评估工作等。2.2 电磁反射波法（地质雷达）特点电磁反射波法（地质雷达），能够预测隧道施工中的不良和特殊地质问题，分辨率高，精度高，预报距离一般在25米左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率100MHz；采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高；采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了

9、信噪比和图像显示性能。（1）操作简单，对工作环境无要求，对施工过程无防碍； （2）正常情况下一次量测采集数据时间为30分钟；（3）对不良地质体的地质性质判断一般精度较高，分辨率可达到20cm，预报的距离误差小于10%，对地质体规模识别准确度达85%以上；（4）通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。2.3 红外探测法特点采用红外探测技术，应用HY303红外探测仪可完成对地下水体、瓦斯和天然气等不良地质体的预报、探测工作，具体作用如下：（1） 地下水体的分布探测掘进过程中对前方探测，可了解前方20-30m范围内，是否存在含水构造；对顶板上方探测，可了解上覆地

10、层或第四系冲积含水层的富水状态；对底板下方探测，可确定下方灰岩中的富水段，潜伏水体，以预防滞后突水；对两旁外侧探测，可确定两旁外侧是否则存在隐伏水体或含水构造。（2） 使用的HY303红外探测仪具有以下特点：HY303红外探测仪，是红外探测技术中的先进仪器之一，它具有体积小，重量轻，便于携带，操作简便的特点，同时具有探水、探火、探瓦斯构造的多种功能；作为一种新的防灾探测技术，可实现对顶板上方、底板下方、两旁外侧、掌子面前方进行全面探测，并将探测数据通过专用软件实现快速成图。2.4 超前钻探法特点超前水平钻法为物理探测，预报结果直观、准确，操作简单，但需要占用开挖时间，且费用较大。当配合物探等其

11、他探测手段进行综合地质分析时，预报效果好；在非可溶岩地段一孔基本可以反映全部的地质情况，但是在可溶岩地段，有时候一孔之见并不能完全反映前方地质情况，尤其是岩溶隧道，岩溶隧道需要布置3-5孔水平和斜孔超前钻探，钻探比较浪费时间，而且不经济，但实际指导价值非常高。2.5 地质素描特点地质素描是地质调查中最直观的方式，仅需通过观察、配合尺量、记录描述，无须专业器械；观察描述时间短，不影响施工进度和时间，通过归纳、总结，可有效预报岩层变化。但也具有局限性和变化性，如：受局部范围和主观判断因素影响大；地域变化、岩层变化也会对初期判断产生影响。因此，地质素描需要积累较为长时间的观察资料，并在提出预报的情况

12、下不断进行总结和修正。3 适用范围3.1地震反射波法（TSP）适用范围该法适用于复杂地质的公路、铁路等隧道工程施工，用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围；对于钻设接收器孔和炮孔无法成孔的特殊隧道不适用。3.2 电磁反射波法（地质雷达）适用范围地质雷达适用于对断层及其影响带、溶洞、崆区、裂隙发育带、软弱夹层，以及地下水、混凝土衬砌、地下管线等的预测预报,适用距离一般为30m以内；但是对于表层介质为高导体的情况不适用，例如：表面铺设有钢板，周边有电磁干扰等。3.3红外探水适用范围在地层中，各种介质体的红外辐射场强要有一定的差异，也就是说要有一定的温差，根据红外辐射场的变化，提

13、前确定水、瓦斯等隐蔽灾害源的存在；不适用于岩体各介质温差不大的隧道。3.4超前钻探适用范围适用于所有隧道不良地质探测，特别是对涌水、涌泥、涌气、断层产状、岩溶洞体分布等的探测，探测深度一般为3050m。3.5地质素描适用范围适用于各种开挖方法的隧道，简单快捷。4 主要引用标准高速铁路隧道工程施工质量验收标准（TB 10753-2010）铁路隧道施工规范（TB10204-2002）铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105号）铁路工程物理勘探规程（TB10013-2004）岩土工程勘察规范（GB50021-2001）云桂铁路石林隧道地质超前预报实施细则云桂铁路石林隧道相关设计图纸以及相关

14、施工资料。5 施工方法综合地质超前预测预报是一门综合性的学科，随着综合地质超前预报各种技术和设备的不断更新，超前地质预报的应用会越来越广，通过多种手段、多种方法的互相融合、互相印证，这样才可以提高预报的准确度。为了减少隧道施工过程中的盲目性，避免隧道施工过程中可能诱发的重大的不良地质或灾害地质的发生，综合地质超前预报必须成为隧道施工的一个重要组成部分，施工阶段将地质超前预报纳入正常施工的工序中，作为一道非常重要的施工工艺去施做。施工时，根据设计文件中提供的地质资料，有针对性地提出超前地质预报方法，编制相应的“地质超前预报方案”，明确所需预报仪器设备的种类，掌握所需仪器设备的来源。如果有多种检测

15、仪器或设备可供选择时，可优先选用易于获得的、使用成本较低的仪器设备做为常用预测预报方法，其它仪器设备做为辅助、印证手段。在进行地质预报时，结合实际地质素描，对仪器设备获得的结果进行修正，以避免岩溶溶腔突然出现对隧道掘进造成的危害。示例：一般岩溶地区的溶腔开挖揭示出来之前，在地质素描中都有明显的特征；1、对于干型充填溶洞，表现为岩体颜色有差异、风化程度有变化、岩体裂隙之间有夹泥层、钻探或敲击声音清脆等，这种溶洞的危害不大，但是后续施工中要注意安全；2、对于由水或泥混合物充填型溶洞，表现为岩体颜色有差异、风化程度有变化、岩体裂隙之间有夹泥层并有出水或滴水现象、钻探或敲击声音清脆等；在岩溶区当掌子面

16、岩体发生变化时要立即修正预报结果，采取综合地质预报方法综合验证预报结论，确保不发生突发灾害的情况下方可进行掘进。根据现场预报结果，实施动态的调整或修正围岩级别、设计参数及施工方法，正确指导施工，使施工快速、安全、经济、合理。6 工艺流程及操作要点图3 综合地质超前预报工艺流程图6.1 地震反射波法TSP6.1.1 工艺流程图TSP探测基础资料收集隧道设计资料隧道勘察资料区域地质资料野外地质踏勘深度偏移剖面2D成果（剖面）岩石力学参数 地质预报报告 1、掌子面前方围岩工程地质条件岩性及其强度节理（裂隙）断层破碎带岩溶围岩类别水文地质条件含水2、施工建议掌子面地质描述工程地质情况水文地质情况跟踪对

17、比及信息反馈预报的准确性预报误差原因分析经验总结改进措施数据采集数据预处理结果评估图4 TSP工艺流程图6.1.2操作要点操作要点：1）根据岩层的走向、倾向和隧道的夹角，在夹角为锐角一侧布置探测观测系统；2）严格按照观测系统设计参数做好现场钻孔准备工作，接收器和炮点高度位置应在同一平面和高度上，尤其是深度和角度必须严格控制，并严格要求测设各项观测参数，为后期建模提供准确数据，在隧道现场，根据设计的观测系统，将所有接受器孔和炮孔的位置，用红油漆并做出相应的标识并进行编号，防止放炮顺序错乱；3）炮孔炸药的药量选择，要求现场首先做炮孔能量测试试验，根据地震波能量传播呈指数衰减，然后确定单孔装药量（一

18、般装药量50g200g），并确保炮孔能够很好打到水封的效果，切实提高信噪比；4）接收器孔套管必须和岩体耦合在一起，确保接收到不失真的地震波数据；5)采集数据的过程中严禁各种机械震动，确保接收到信噪比较高的地震波数据；6)软件后处理要求正确填写建模参数，11步的软件后处理地震波处理计算参数要求填写正确，并对处理解析结果和现场已开挖地段进行反演比对；7）根据设计地质概况和地震波后处理的各项岩石力学参数，综合分析得出预报结论。6.1.3观测系统设计要求表1 TSP观测系统设计接 收(检波) 器 孔炮 孔数量1个，隧道左边墙1个24个, 位于隧道左边墙直径4245mm钻头钻孔3238mm钻头钻孔深度2

19、m1.5m定向垂直隧道轴向，上倾510垂直隧道轴向，下倾1020高度离隧底高1.3m离隧底高1.3m位置距离掌子面55m第1个炮点离同侧检波器20m，炮点距1.5m掌子面55米20米mm米米米炮孔S1 S2 S3 S23 S24隧道轴TA检波器R1图5 TSP观测系统平面示意图6.1.4数据的处理和整理对采集的资料及时进行选择多种参数进行多次处理，并对比分析各次处理结果，求得合理的结论。提交以下资料：TSP现场数据记录表；纵、横波原始波形记录。对数和算术坐标的频谱分布图至少两种参数的：带通预波结果，Radon变换结果，PS波分离结果，极度偏移图，二维结果图，岩石参数表。纵横波速度曲线和密度，泊

20、松比曲线和推断解释的地质剖面。极度偏移，二维结果，纵横波速度曲线和密度，泊松比曲线，地质剖面的横坐标一律采用里程。纵横波曲线、密度泊松比曲线、动态杨氏模量曲线以及地质纵、横剖面共享一个2D图幅，需要时可提供不良地质体的3D建模图。6.2 地质雷达法6.2.1工艺流程图 地质雷达预报工艺流程如图6。6.2.2操作要点1）施工准备，地质雷达检测主要是在隧道掌子面上进行，首先需确定好检测方案及测线布置形式等。施做前应对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合，在掌子面附近应没有其它的金属物体，避免影响检测结果的准确性；而且被测体表面不能为高导体。2）仪器连接正确，数据采集参数设置正确（确

21、保视窗长度足够达到探测深度，天线频率选择正确），软件数据后处理基础参数输入正确，滤波参数合理，介电常数正确，必要时可建立2D模型进行反演。3）根据设计地质概况和电磁反射波法后处理的时域剖面，综合分析得出预报结论。6.2.3探测测线布置要求地质雷达用于超前预报的有效探测距离在完整灰岩地段按25m控制，两次预报的重复长度约5m。用于隧底复查时，有效探测深度不小于10m。超前预报的现场数据采集主要是在掌子面上进行，采集前应对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的藕合，在掌子面附近应没有其它的金属物体。雷达测线在掌子面上呈井字形布置，测线长度根据天线长度决定，在有限的掌子面上尽可能的长。采用

22、台阶法开挖时可在上、下台阶各布置一条横测线。如果是两线或三线隧道，应布置多条测线，测线宽度为34m。必要时采用两种不同中心频率的天线在相同的测在线重复观测，测点密度一般为0.2m。隧道复查的现场数据采集，一般应在左、右边墙各布置一条测线，隧底布置两条测线。对于双线或多线隧道，隧底应布置多条测线，线间距以34m为宜。应充分利用避车洞或超前钻探揭露的地质界面等有利地段求取地层的相对介电常数和电磁波速度。雷达探测基础资料收集隧道设计资料隧道勘察资料区域地质资料野外地质踏勘频谱分析深度时域剖面 地质预报报告 1、掌子面前方围岩工程地质条件岩性及其强度节理（裂隙）断层破碎带岩溶围岩类别水文地质条件含水状

23、态2、施工建议掌子面地质描述工程地质情况水文地质情况跟踪对比及信息反馈预报的准确性预报误差原因分析经验总结改进措施数据采集数据预处理结果评估图6 地质雷达探测工艺流程图6.2.4数据的处理和整理雷达记录应清晰，反射波形、同相轴明显，不合格的记录应重测。对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理，如：编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等，求得时间剖面。在时间剖面中应标出探测对象的反射波组，确定反射体的形态和规模。解释确定反射体的位置、形态，推断其充填情况；必要时应制作模型进行反演解释。提交以下成果资料：测线布置图；现场数据记录表，异常处的单支曲线，原始波形剖面，时间剖面；解释

24、参数和解释结果。隧底复查的雷达图件坐标：横-里程，纵-深度。超前预报的雷达图件坐标：横-距离，纵-里程。6.3 红外探测法6.3.1工艺流程图红外探测预报工艺流程如图7。6.3.2操作要点1）施工准备，首先在掌子面布置测线，一般测设红外探测数据要求在放完炮出碴后5H左右进行，要求掌子面岩体温度打到正常值以后测设，避免由于放炮产生的温差而影响探测结果。2）现场探测时要求，红外探测方向对准掌子面线路方向，且为水平状态。3）现在探测时对于掌子面周边的影响因素要做详细记录，例如：风筒布、高压风管、照明设备碘钨灯、喷射混凝土时间等，后处理要讲客观影响因素排除然后进行综合分析，得出预报结论。6.3.3探测

25、测线布置方法1） 隧道周壁测线布置在隧道左边墙、隧顶、右边墙和隧底沿隧道轴向各布置一条测线，对于双线或多线隧道，666=应布置多条测线，测线距5m左右。测线长度2030m，测点距视喷护位置至掌子面的距离选择，25m。发现异常应加密测点。每次探测重复1020m，最后一个测点直抵掌子面，对掌子面前方和侧壁（顶、底）方向作两次读数。2）掌子面测线布置掌子面上的测线平行隧底布置，不少于4条测线，每条测线不少于5个测点，测点距不大于2m。红外探测数据采集数据场强处理场强差值评估掌子面地质描述基础资料收集绘制场强等势图表水文地质情况工程地质情况野外地质踏勘区域地质资料隧道勘察资料隧道设计资料 地质预报报告

26、 1、掌子面前方岩体前方异常体测线位置以及规模2、施工建议跟踪对比及信息反馈预报的准确性预报误差原因分析经验总结改进措施图7 红外探测工艺流程图6.3.4数据的处理和整理将每天探测的数据按里程用不同的标示点成曲线（掌子面按从左至右的点序排列点成曲线），在备注栏标明裂隙、渗水和喷护位置。隧壁的横坐标为里程，掌子面的横坐标为点号。红外探测里程和场强变化曲线图例由于环境温度的不同，每次探测的温度背景值有所差别，但两次探测的重复部位应基本平行，分析时应比较两次的探测曲线，发现异常，应及时采用其它方法（如超前探孔）综合排查。报告要求在曲线图的下方简要说明探测过程，对曲线的分析认识，提出分析结论和建议。6

27、.4 水平钻探法钻 进压力控制与记录施工准备孔口处理钻机固定孔内流出物判断留取芯样结果分析并提交检测报告6.4.1工艺流程图图8 超前钻探工艺流程图6.4.2操作要点1）预报前的准备工作预报前首先进行地质资料收集、储备和验证，准备持续时间以模拟预报趋于准确结束，但必须在隧道设计的地质情况重要变化之前完成，而不能无休止“预报准备”。提出模拟预报后，要通过隧道不断的掘进对预报成果进行验证和修正。必要时组织召开包括地质、物探、工程、水文、机械等方面的专业人员参加的分析会，对前方储水、涌气、涌泥等异常体的各种信息进行充分的论证和准备，并对可能造成的最坏结果进行有根据的预测，从而正确指导地质预报及资料处

28、理工作。2）机械机具材料的准备工作采用水平钻探预报时，需准备好照明、通风、用电、排水等工作。同时，在隧道外准备好注浆所需的设备、材料、人员等，以便出水后能够迅速组织止水工作，为顺利进行钻进预报及出水后的处理提供必要的条件。3）技术准备技术准备主要是“预报方案”的准备，应确定钻孔数量、深度及钻进方法等技术参数。其中，钻孔数量根据实际的工程地质确定，原则上布置19个不等。对一般富水洞段可以布置13个探孔，对高压强富水洞段需要在掌子面前方成放射状布置69个探孔，钻孔深度主要取决于储水构造的走向。当储水构造垂直于洞线时，各个孔深几乎相同，当以小角度斜交时，孔深需根据其几何关系确定，不同部位的探孔深度不

29、同，并根据地质分析和物探方法对前方工程地质的初步判断，并结合掌子面揭露的实际情况，有针对性的设计几个探孔。对每个孔的具体位置、孔向、深度进行专门的设计。在施工过程中，对地下水的探测遵循“探一个孔分析一个孔，处理一个孔”的原则，杜绝几个设计孔同时钻探或者待全部孔钻完后再处理的做法。4）孔口处理当确认前方可能有水时，在开钻前需要安装孔口管。安装孔口管主要有两个重要作用：一是当出现涌水时可以在安全退钻后对水进行可控排放；另一方面可以利用孔口管进行原孔注浆。一般富水洞段孔口管采用钻孔注浆预埋方式；对可能揭露高压水的洞段还需利用锚杆固定孔口管，确保稳固，孔口管的埋设方位要根据设计的孔向进行。孔口管安装后

30、要安装压力表，同时留出减压阀。5）钻机固定孔口管安装好后，可以进行钻孔前准备。钻孔前主要准备好照明、动力、钻机平台及钻机安装等。钻机安装牢固，要根据预计出水压力与钻头大小计算出水压力给钻机的推力，然后根据最大推力的23倍系数进行钻机的加固，确保高压水揭露后不会推翻钻机。参与钻进、记录的相关人员、物探工程师、地质工程师到场，各种记录表格准备齐全，测量仪器（如秒表、容器等）准备齐全。6）钻进：严格按照设计的角度从孔中心钻进，避免钻进过快孔位偏离损伤孔口管。7）钻进压力控制与记录钻进速度和钻进压力成正比关系，钻进压力保持稳定来控制钻进速度。同时，比较稳定的压力也是进行地质判断的基准。随时注意钻进压力

31、的变化，一般情况下每10min记录一次钻进压力，对突发的压力增大或突然的卸压情况必须即时记录，并记录好相应的钻杆数量并以此推算发生压力突变的孔深位置。8）孔内流出物判断(1)孔内流出物主要是循环水和水携带的其他物质，比如石屑、石粉、揭露出的水等。根据不同岩石粉化后的性状和颜色，大致可以判断出钻进位置岩石的岩性，同时可以通过孔内返水和循环进水水量之间的关系判断孔内是否有水揭露出来，当有压力水射出时就很明显表示揭露出了高压水。(2)水量估算与测量当水被揭露出来后，需通过容积法方式测量。(3)适时停钻与退钻一旦发现孔内出水，应该立即停止钻进，观察判断出水情况。停钻后，通过各种方法对出水水量进行判断，

32、当水量不大于30L/s并没有增大的迹象时，不必退钻。通过射水距离、水压计、流量计等方式对水压及流量进行测算。一般情况下，如果水平孔出水口和水落地点连线角度小于45时，则压力不会大于0.81MPa。当水量小于30L/s，压力小于1MPa，且通过观察发现水量没有增大迹象时，可以谨慎钻进。但重新起钻后，只要发现压力和水量任何一项增大，马上停止钻进，并小心退钻，预示前方可能储有较大的地下水。9)留取芯样需要取芯的探孔采用取芯钻头，取出的芯样要做好标识，现场及时分析后妥善保管，用作地质分析的凭据。10）结果分析并出具检测报告对芯样进行分析，判断岩性及围岩破碎情况，确定围岩级别。同时对渗透水、涌泥等情况进

33、行检查、记录，对比各个钻眼间岩石表现的渗透水情况进行总结、分析，预测前方渗透水情况。及时与设计文件进行对比，若围岩级别有所不同，应使用地质雷达进行复核，确认后提交设计变更。6.4.3钻孔（包括超长探孔）布置要求1） 根据现场需要,采取15孔超前水平钻探，非可溶岩地段布置一孔，可溶岩地段应至少布置3个钻孔，位置分别在拱顶和左右边墙。2） 每个掌子面要求配备钻进工效48米/小时的水平钻机1-2台。3） 两次循环的超前水平钻探搭接长度不小于510米。4） 钻进过程中，对断层、溶洞充填物应干钻取样，并作详细的记录。5）超前水平钻探数据应现场记录描述。6）采用少量5米7米的超长炮眼钻进预测掌子面前方地层

34、和地下水。7） 超前钻探日志记录必须现场完成。6.4.4数据的处理和整理要求详细记录钻探过程出现的一切变化，出水量大小、颜色，岩体破碎情况，有无卡钻现象，有无泥质充填等；最后绘制出超前钻探工程地质钻孔柱状图。6.5 地质素描法施工掌子面是施工前方岩体唯一的暴露面，施工前方岩体内的节理、裂隙、断层、岩脉等都在施工掌子面上有所反映，如实记录施工掌子面上的地质信息，形成完整的隧道开挖素描图，对施工前方地质预报有很高的价值。6.5.1工艺流程图 地质素描预报工艺流程如图9。6.5.2操作要点按照地质素描的内容和现场记录格式、坚持每次（简单地段可以放宽）循环开挖后对掌子面和左右边墙进行素描、数码摄像。素

35、描图、记录必须在现场进行，不得回忆编制或室内制作。素描一律“写实”，不做任何换算。素描图式、图例、比例、用语应统一。按要求采取标本（包括定向标本）; 地质素描主要工具：数码相机及配套软件地质罗盘、放大镜等。1)地质观测(1)地层岩性-地层时代划分,岩组划分,岩石划分,岩体性态,切割程度,围岩等级等。(2)断层-断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价。断层坍方的地质原因，是地质素描的重点。 (3)贯穿性节理-产状、密度、宽度、延伸情况，节理面特征、力学性质。分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部坍方的构造内因。 (4)地应力-高地应力显示性标志(岩爆

36、、软弱夹层挤出，探孔饼状岩心等现象)及其发生部位。 (5)特殊地层-煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层单独素描。掌子面地质描述基础资料收集地层岩性调查断层、褶皱、节理地表岩溶调查野外地质踏勘岩层风化程度及岩体产状要素围岩稳定性分析岩体破碎程度、裂隙发育程度 地质素描分析结论 1、掌子面围岩工程地质条件、岩性及其强度、节理（裂隙）、断层、破碎带、岩溶、围岩类别及稳定性水文地质条件、含水状态2、施工建议围岩级别判定水文地质情况岩体信息收集填写素描卡综合判定图9 地质素描工艺流程图2)水文调查(1)出水点位置、水量、水压、水温、水色、悬浮物（泥砂等）测定。(2)出水点和地质环境（地层、构造、岩溶、暗

37、河等）的关系。(3)地表相关气象、水文观测。(4)判断涌水与地表径流、降雨的关系。3)岩溶调查：岩溶规模（形态）、位置（洞体里程）、所属地层和构造、部位，充填物（成分、状态）、洞体展布的空间关系。 6.5.3数据的处理和整理数据整理是综合分析和预报的基础必须认真进行。素描原始记录、图、表须当天整理（绘制），如发现错误，及时在现场核正。施工一定距离后，隧道地质素描图，应分段完善、总结，并作出相应的隧道纵断面图、表。及时整理标本。必须提交的图表：1）洞内（正洞、平导、辅助导坑等）的平展图(视倾角换算）；2）掌子面素描图；3）正洞、平导-平面联体工程地质图、水文地质图、纵断面、横断面图；4）结构面调

38、查表及节理走向玫瑰花图、结构面赤平投影图并定性进行碶体稳定性分析；5）水点调查表；6）重大涌水点（段），涌水-降雨时间拉线图；7）岩样、水样试验成果。7 劳动力组织表2 地质核查及地质超前预报组劳动力表人 员人数主 要 任 务项目负责人1全面负责测试工作的协调、组织、安排工作技术负责人1全面负责地质预报技术相关工作隧道专业工程师6负责指导现场布置探测测线，负责测量基础数据。爆破工人2负责装炸药、连接雷管线，放炮风钻操作工人2负责钻爆破孔、接收孔，安装接收器套管，炮孔灌水地质工程师6负责物探检测的数据采集，以及资料的后处理超前钻机操作手3负责超前钻探配合民工128 主要机具设备表3 综合地质超前

39、预报主要设备配置计划表序号设备名称型号数量备 注1地震反射波超前地质预报系统TSP203或TSP2001台2电磁反射波（地质雷达）SIR-30002台3红外探水仪HW-3043台4地质锤、放大镜、罗盘DQL-112套每一开挖面一套地质罗盘仪套装5数码相机（带摄像功能）尼康6部记录影像资料6多功能钻机Z-GP1502套9 质量控制9.1 质量保证体系（1）建立完善的超前地质预报工作管理制度，按照建设标准化管理体系、招标文件、技术指南以及相关规范规定的频率和现场实际情况，开展预报工作。（2）定期对预报设备、仪表性能进行检查，确保在使用过程中一切设备运转正常。（3）本项目配有多年预报工作经验的专业人

40、员2名，不但具有很强的理论基础、技术过硬、还有丰富的实践经验；同时还配专业工程师6人，确保按时出具探测报告。（4）超前地质预报实施工过程中及时对报告进行审核后打印装订，及时上报给建设、设计、监理以及相关单位。（5）工程技术资料是反映工程质量的重要依据之一，工程技术资料应随施工进度同步整理，按类型、时间归类，并保证及时、准确、真实，不得私自涂改、仿造、随意抽换、销毁、丢失，资料应做到内容齐全真实，书写字迹端正清楚。（6）工程技术员对各种原始记录都要认真保存，对上级主管部门发给的质量标准和有关安全、质量方面的通知，应及时转发给地质预报专业人员，要做到及时准确。9.2 易出现的质量问题（1）现场施作

41、预报时，不能规范施作，如施作TSP时炮孔的深度不满足要求、间距不均匀、倾角反向或角度不足、高度不在同一水平面上，这从根本上对预报质量有影响。（2）地质预报结果判释人员经验不足，资料分析有偏差。（3）预报结果的反馈渠道不畅通、不及时。9.3 保证措施（1）实现对建设单位的质量承诺，严格按照合同条款要求及现行规范标准组织开展工作。（2）在施工过程中，以设计文件、技术指南以及现行规范标准为依据，按建设标准化管理体系通过对超前地质预报要素和关键程序的控制，切实落实超前地质预报责任制。预报工作要做到分工明确，责任到人，对各个超前地质预报方法按工序严加控制，保证安全施工。（3）定期对各种仪器、仪表等进行标

42、定，专人负责管理。严格按仪器说明进行现场操作，确保数据的可靠性。（4）对采集数据及时处理，形成的预报成果及时汇报，对围岩质量较差的地段更要提高警惕，密切关注现场开挖情况，确保预报成果的准确性和指导性，保证安全施工。（5）对各种预报原始数据，现场照片，会议记录等重要资料分门别类汇总归档，以利于预报工作的验收。10 安全措施10.1 安全生产、文明作业保护措施安全生产是效益的保证，也是进度的保证，现场应做到文明作业，挂牌上岗，为此制定如下安全生产、文明作业和环境保护措施：1)前期准备阶段组织有关人员学习安全生产的有关文件和规定，学习道路交通管理法规，做好安全施工的宣传、教育，增强相关人员的安全意识

43、。2)建立安全工作岗位责任制，各作业小组组长对其小组的作业安全负责，负责制定有效的安全措施，同时设立质量安全监察员对安全问题进行监督。认真贯彻“预防为主”和“安全为了生产，生产必须安全”的原则。同时制定严格的安全生产规章制度，对违反安全规程的人员，按其情节轻重做出相应的处罚，对安全事故苗头及时做出处理；（1)检测所用的电器、电缆必须有良好的绝缘效果，电动工具要有漏电保护开关，严格按照安全用电规程作业；(2)作业范围按交通管理部门的要求和交通组织方案，设置明显标志。夜间施工，配备足够的设备和照明，并设置红灯区确保安全，作业前先与当地交通管理部门联系，取得书面批准，持证作业；（3)作业时，身穿统一

44、工作服，工作服为醒目的桔黄色，佩戴安全帽、着反光背心；（4)对预报及观察结果及时进行分析，如有异常情况及时通知业主、监理以及相关单位。（5)由于山区地形复杂，山高路窄，严格按行车要求行车，确保人员安全。（6)预报过程的实际工作内容接受业主、监理的监督。10.2 工作区域管理1)与检测无关的外来人员未经检测负责人批准，不得进入检测区域；2)检测人员不准在检测区域内做与检测工作无关的事，严禁吸烟及吃东西，不准将与检测工作无关的用品带进检测区域；3)非检测人员不得在检测区域中随意动用检测设备，检测人员在仪器设备操作过程中不得中途随意离开现场，必须严格遵循标准、规程进行检测工作，并认真做好现场记录。4

45、)各个项目的检测人员应在每天的试验工作完毕后，及时按规定清洁仪器设备和检测现场，并将检测用的仪器设备、工具整理装箱，根据具体情况对仪器设备进行维护保养。5)检测工作完成后，检测人员应将结构物上与现场记录无关的残留物清理干净；现场为检测目的所搭建的临时设施应全部拆除，辅助材料应统一收集、处理，使检测现场恢复原状。10.3 员工健康1)、应制定有效措施保证员工的健康，员工上岗操作进入需进行防护的区域必须佩带防护品，接触有毒品、危险品、有放射性物品时，应严格按规程操作。一旦发生意外，应立即报告，紧急情况下，安全负责人应迅速处理，确保员工健康。2)安全负责人应定期检查员工安全防护情况。 10.4 监测

46、安全管理制度1)应对全体员工进行防毒、防火、防辐射，安全用电、水等知识的教育及消防器材的使用练习等，做到防患于未然。2)进行检测工作时，检测人员应该注意安全用电，接拉电源电线应由专人进行，其他人员不得任意改装、接拉；检测人员应防止短路、防止超负荷用电，完成试验后应按规定关闭电源、断开电路，以防火灾、触电等事故的发生；3)必要时在监测场所应设置灭火器，并进行定期检查，任何人不得私自挪动位置，不得挪作它用。如发生火灾，应立即切断电源，采用有效措施灭火，组织抢救，并报警。4)应做好有害物品使用和有害废品登记处理记录，有害物品和有害废品的处理应严格按作业指导书中的步骤进行，不能对环境造成危害。5)严格

47、控制管理易燃易爆及有毒的危险品（含试剂），应遵循有关安全规定做好防火防爆防泄漏的措施，设定专门的区域（室或容器）隔离存放，并设置明显的标识，相应的使用人员负责根据专业要求对危险品的存放、处理做出具体规定；6)检测人员必须严格按规定穿着安全服装（帽、鞋）、配备必要的安全装置，并严格按规定正确操作仪器设施，防止人为因素造成的工伤事故；7)对于有防辐射要求的试验项目应进行严格的控制，设立独立的、有防辐设施的检测场所及存放区域；进行试验的工作人员应穿着完整的、完好的防辐服装（帽、鞋）、佩戴防辐手套、口罩等必要的安全用具，以保障工作人员的人身健康；8)对于现场检测的项目，安全人员应对现场的设施与条件进行

48、检查，控制可发生危险的各种因素。特别对于爆破作业、高空作业、水下作业、晚间作业等高危险的检测项目，安全人员应对现场进行严格的控制；各个参加该类检测项目的工作人员应严格按要求佩戴好安全带、救生衣等安全装备；9)高危险性的室外现场检测应配备必要的急救药品（如止血药品等），一旦发生事故应立即对受伤人员进行救护、处理，严重事故应立即送医院抢救；10)对未断交通的检测现场应制定专项交通疏导方案，并设置专人进行现场交通组织、维护。11)发生事故，应立即组织人员调查，填写“事故调查记录表”，并交资料员保管。11超前地质预报应急防范措施1)应对全部隧道的地质、水文资料，以及隧道围岩级别状况进行充分的调查了解，

49、充分考虑了因隧道地质、水文变化、隧道的围岩级别变更等而发生超前探测断面密度、频率增减的风险。2)不可抗力发生后，应迅速采取措施，尽量减少损失，并在1小时内上级相关单位通报受损情况，如灾害继续发生，应每12小时向上级相关单位通报受损情况，直到灾害结束。3)编制突发地质灾害应急预案。4)提高对现场管理及风险防范重要性的认识。5)营造良好工作氛围，包括整洁的作业现场、安全的工作环境、融洽的人际氛围，团队的合作精神。6)现场配备摄像机监控设备、救生衣、应急照明设备等，组成一套可靠的声、光、电预警系统。12 应用实例12.1 案例（石林隧道进口DK653+599处岩溶探测案例）图10 2D各项岩石力学参

50、数和纵、横剖面图根据2012年06月3日石林隧道掌子面DK653+599处的探测报告和开挖验证情况：实际揭示围岩：DK653+606开挖发现溶洞，溶洞从拱顶以下1米向上延伸，溶洞内填充大量泥，含水。TSP超前预报结论： DK653+604+619段围岩强度下降，存在溶蚀破碎带,夹泥或溶洞。建议施工时，采用钻探验证，加强支护，防止坍塌。从2D 视图可以看出，纵横波波速在DK653+604+619有突变，尤其是横波和动态杨氏模量突变较严重，由于是可溶岩段，所以判定出该区域岩溶较发育。12.2 地震波数据后处理资料解释1）地震资料解释，在地震勘探中,资料解释占有十分重要的地位。资料解释就是把经过处理

51、的地震信息变成地质成果，这就要求我们要能紧密的，把地震处理后的岩石力学参数转变为地质信息。2）波速是我们资料解释当中，一个最重要和最直接的参数之一。下面就波速的影响因素进行分类归纳：3 ）岩性对地震波速度的影响，不同的岩石由于物理性质的不同，地震波速度会不一样；一般情况下变质岩和火成岩的速度大于沉积岩的速度，沉积岩中石灰岩的波速大于页岩的速度，页岩的速度大于砂岩的速度，砂岩的速度大于水中的速度，水中的速度大于空气中的速度。同一种岩体的速度波动较大，这是受岩石的强度、节理发育程度、风化程度等等因素的影响。4） 孔隙度对地震波速度的影响,孔隙度是岩石速度的基本要素，对于一块固体岩石来说，他有两部分

52、组成，一部分是有颗粒本身，另一部分是由气体或液体充填。当孔隙中充填有水或气体时，由于气体和液体的速度低于岩石骨架的速度，所以地震波速度和孔隙度成反比。5）岩石的密度对速度的影响，岩石的密度越大地震波速度也就越大，这里地震波速度和密度有如下的经验公式：=0.31*1/4。6） 岩石的地质年代对地震波速度的影响，地质年代老的岩层比新的岩层具有较高的波速；速度的大小还与构造运动有关，在以挤压力作用为主的强烈褶皱区，经常观测到速度值偏大；而在引张力作用为主，张性断裂发育的地区往往测到的速度值偏小。7 ）地层的埋藏深度对地震波速的影响，随着埋深的增加，岩石受上部岩石压力越大，密度就越大；随着埋深的增加，

53、地震波速度也在增加。8）在TSP平时的应用当中，只有不断的将地震波的岩石力学参数与地质知识有机的结合起来，才能更好的提高TSP探测的准确性；只有在不断的总结当中提高自我，加强各方面理论知识的学习，才能进一步的提高探测准确性。13工程结果评价云桂铁路石林隧道地层为石灰岩岩地段，岩溶较发育，地下岩体的岩溶洞穴普遍，规模宏大，地下水位高，水压大，发生突水突泥的危害程度大，可能造成重大事故，影响工程的进程、延误工期。这就需要在施工阶段，通过开展综合隧地质道超前预报工作来进行地质补勘，确保隧道掘进安全、顺利。施工单位在做好此项工作的同时，也得到外界业主、设计以及监理等的一致认可，具有广泛的社会效益和经济效益。28石林隧道标准化施工工艺