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1、精选优质文档-倾情为你奉上隧道超前地质预报实施方案编制：审核：批准：中铁十一局集团湘桂铁路VI标指挥部第五项目部2009年9月1日超前地质预报实施方案1 工程概况1.1 自然地理概况梅子坳隧道位于广西壮族自治区桂林市永福乡境内，隧道全长5390m，其中五分部施工进口段2200m。该地区气候属亚热带季风型气候，总的特点为炎热多雨，春暖潮湿，阴雨连绵；夏热干燥，暴雨常临；秋凉气爽，冬冷霜降。年均气温1619，一月最冷，最低气温-7.5，七月最热，最高气温39；年均降水量16002200mm，48月为雨季，约占全年降水量的7080%。全年多南风和东北风，春季风速最大。雨季时间来得早，降水量大，持续时
2、间长。剥蚀低山地貌。绝对高程200600米，相对高差最大达400米，自然坡度一般为2040，河谷深切，局部形成陡崖。山体植被很发育，多生长常年乔木，坡面一般覆土较薄。隧道位于洛清江支流附近。1.2 不良地质概况1.2.1 岩爆地段梅子坳隧道最大埋深为380，隧道埋深较大地段的硬质脆性岩主要为厚层砂岩为主梅子坳隧道DK426+600DK427+350埋深在260380m范围有岩爆发生的可能或产生轻微岩爆。1.2.2 高地温地段正常情况下，地温随着埋深的增加而均匀上升，梅子坳隧道根据DZ-梅子坳-深-1、DZ-梅子坳-深-2、DZ-梅子坳-深-3三个深孔综合测井资料分析，隧道区内地温梯度取1.93
3、/100m，预计隧道最大埋深处地温可高达27。但因本隧道地下水较丰富，地形切割严重，地温对隧道施工影响较小。1.2.3弱透水层和破碎带（断层）地段梅子坳隧道进口端莲花山组砂岩段为富水性中等的地段，枯水期地下径流模数36升/秒.平方公里。隧道整体平常用水量为22518m3/d，雨期最大可达33777m3/d。隧道开挖将破坏原来的地下水水力平衡，局部基岩裂隙水的排泄造成地下水位下降，地表径流将发生改变。但由于地表无居民居住，所以地下水位的下降对环境的影响较小。、隧道穿过地层主要为泥盆系地层，地层总体上以单斜为主，岩层走向与线路方向大角度相交。仅在进口端，莲花山组与寒武系地层呈角度不整合接触，不整合
4、接触面之下的寒武系岩层较为破碎，之后莲花山组岩层则完整性较好。2 地质超前预测预报2.1 地质超前预测预报的目的本隧道地质情况复杂，有节理裂隙段，有软弱围岩，有岩爆地段等。不良地质具有较强的隐蔽性。通过地质超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水情况及围岩结构的完整性，从而为优化施工方案提供依据，为预防隧道可能形成的灾害性事故及时提供信息，以便提前做好预防措施，避免造成损失。通过预报，可以了解掌子面前方短距离内的工程地质条件、围岩类别，为正确选择开挖断面、支护设计参数和施工方法提供依据。超前地质预报是保证正确选用合适的施工方案方法的重要依据，拟采用的超前地质预报方
5、法：、先采用TSP203超前地质预报仪预报前方围岩的结构特性，基本掌握断层或软岩大变形地段的大致位置，待开挖至预测的断层结构面15-20米时，再采用超前水平地质钻机进行超前钻孔，准确判断断层位置及断层内充填物的性质、富水情况及水压，判断涌水的可能性，制定相应的、可行的技术措施和施工方案并严格按方案进行施工，在超前处理措施实施后进行隧道施工，地质专业工程师进行详细的地质调查和断面地质素描，通过三者有机结合，准确判断前方未开挖地段的围岩情况及超前处理措施的效果。2.2 超前地质预测预报组织机构施工中将超前地质预报工作作为一个工序来进行安排，成立专业超前地质预报小组，配备先进的预测与预报设备和仪器，
6、建立地质预报管理组织机构，由总工程师任组长，工程部长任副组长，地质专业工程师、水文工程师、试验专业工程师、物探程师任成员的组织机构，配备TSP203地质超前预报仪、HSP水平声波反射仪、红外探水仪、超前水平地质钻机、数码摄像机等先进仪器以组成完善的超前地质预测预报体系，全面实施本隧道的超前地质预测预报工作。组织机构见图1。组长：总工程师工程部长工程地质水文地质物探专业试验专业图1 质探测与预报组织机构图总工程师任组长：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；工程部长任副组长：组织工程地质、水文地质、物探及试验等专业人员进行超前地质预报日常工作；地质工程师：负责隧道工程的地质超前
7、预报和调绘、监测以及测试、试验资料的分析、研究，提出施工工程措施建议；水文工程师：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；物探专业工程师：负责物探测试工作；试验专业工程师：负责岩、土、水样的测试、试验工作。2.3 超前地质预测预报的方法为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。超前地质预报的工作程
8、序参见图2 超前水平钻探孔专家评判信息采集收集涌水、涌泥可能性判释软岩变形可能性判释高地温可能性判释其他地质病害判释岩爆可能性判释设计单位动态设计实施施工对预报成果进行工后确报与复核洞内超前地质预报图2 超前地质预报工作内容程序图2.3.1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
9、，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
10、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。2.3.2超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带2.3.2.1超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200m），对比方法为水平钻孔超前探测。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的地质状况。它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点（间距1.5米），进行微弱爆破，产生的地震波在隧道前方体内传播，当岩石强度发生变化，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
11、差别越大，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，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的位置及方位。见TSP203地质预报系统现场测试示意图3。图3 TSP203地质预报系统现场测试示意图进一步具体的来说TSP203 超前地震预报系统洞内爆炸的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，一般情况下，它是一个接收器孔和24 个爆破孔组成。接收器距掌子面约55m，最后一个爆破孔距掌子面约0.5m。爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径1945mm，孔口距隧底约1.0m，向掌子面方向倾斜约12，向下倾
12、斜1220；接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.4m，孔径3245mm，孔口距隧底1.0m，向洞口方向倾斜约12，向下倾斜1220。为使接收器能与周围岩体很好地藕合以保证采集信号的质量，采集信号前至少12h 时应将一个保护接收器的接收器套管插入孔内，并用含两种特殊成分的不收缩水泥砂浆使其与周围岩体很好地粘结在一起。每个爆破孔装药量1240g，根据围岩软硬和完整破碎程度以及距接收器位置的远近而不同。若地震情况特别复杂，有时需要在隧道另一边墙上也布置一个接收器和24 个爆破孔，通过左右边墙所测资料的对比分析，得出较为准确的判断结果。将洞内采集的地震数据传输到室内计算机上，应用TSP202
13、 数据处理软件进行地震波分析处理：波形处理、预报计算、预报输出。根据所掌握的地质资料，判断出岩体强度变化界面节理密集带、断层还是岩性分界面。TSP203地质预报系统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“数据处理流程图”。数据设置带通滤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 数据处理流程图2.3.2.2水平钻孔超前探测采用钻孔超前探测，钻孔孔径50mm，钻孔长度60m，准确探测前方围岩的地质情况， 并对TSP203地质预报系统的超前探测成果进行验证。在TSP203地质预报系统的分析基础上，只能描绘
14、前方围岩断层破碎带的准确位置、围岩完整程度及坚硬程度的大致情况，但不能准确判定含水情况。因此，为了更准确判定断层内的充填物及含水情况，在距TSP203地质预报系统的分析的破碎带界面30米，用水平钻孔进行超前探测。超前探孔每循环原则上设3个，钻孔深度不小于60m，两循环之间搭接长度不小于5m。3个探孔中其中一个须采用地质钻机进行取芯，通过对芯样完整程度的分析及钻孔速度的快慢、钻孔出水的清浊及水压，来判断对掌子面前方地质情况，根据钻孔的出水量及水压可判定前方围岩的富水情况及涌水可能性的大小。采用超前水平钻孔可以最直接的揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。采用长短钻孔相结合，并结合其它探测成果，可
15、取得良好效果。超前水平钻孔采用MK50型地质钻机施工。探孔布置如图4所示。根据预报及探测的结果，分析判定围岩的级别，决定是否采取预注浆或超前支护、加强支护等措施。近距离超前探测：即加深炮眼超前探测，利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循环钻设炮眼时布设35个钻孔加深13m作为探测孔。图4 探孔布置示意图2.3.2.3 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
16、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。2.3.2.4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。超前防水预测预报：了解掘进前方2030m范围内，是否存在隐伏水体、是否存在含水破碎带。每次防水超前探测预报需15分钟。向隧道上方探测、下方
17、探测是确保掘进工程安全不可缺少的一环，其根本原因在于上方或下方都存在承压隐伏水或含水构造，一旦在卸压时地下水水溃入隧道，将会造成重大灾害。向隧道两壁外侧探测：其目的是了解支承顶板的两个侧壁外缘是否存在空洞，是否存在威胁隧道安全的含水构造。其作用有两个：一是确保当前施工安全，二是确保使用期间不出问题。防滞后涌水探测：隧道掘进时，虽然当时后方不涌水，但不等于以后不涌水，因为当掘进破坏地层结构后，隧道外围的承压水，将会突破薄弱地段压入卸压区。根据探测曲线特征判断含水构造或含水体的潜在危害。红外探水方法：红外探测属非接触探测，在隧道壁上来定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。定好探点后扣动板
18、机，就可在仪器屏幕上读取探测值。具体做法如下：进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m点距用记号笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进断面处。在掘进断面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每迂回到一个顺序号，就站到隧道中央，分别用仪器的激光器打出的红色光斑使之落到左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器板机分别读取探测值，并做好记录。然后转入下一序号点，直至全部探完。探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、两壁探测曲线。2.3.3常规地质法2.3.3.1 超前上导开挖揭示在级围岩段采用台阶法施工时，上道坑超前下导坑可达到50-100米、通过上
19、导坑的开挖揭示隧道围岩的真实情况，做好掌子面与侧壁的量测和地质素描。主要工作有：对应位置的里程桩号、底层岩性特征、结构面性质与产状及发育程度、岩体破碎程度与充填情况、洞壁变形破坏特征、突泥与坍方部位。方式与规模及其随时间的变化特征。为了确保上导坑的安全施工，必须辅以TSP203地质预报系统的超前地质探测及预报分析。2.3.3.2洞外实时监测岩溶水地表排泄点检测包括：天窗、泉点和暗河的水量及动态、水化学与同位素化学变化特征等。地表河流排泄点检测包括：隧道通过地带上下游河水流量及动态、水化学与同位素化学变化特征等。拟选35各控制断面，要求每510天检测一次。大气降水与气温检测：隧道所处地段设35各
20、监测控制点，要求每天监测。根据勘测资料以及超前地质预报工作和实施的洞内外监测所获得的资料，进行综合分析，对隧道内可能发生大规模（高压）涌（突）水突泥的地段施工方案进行设计。超前地质预报流程见图5.18。2.3.4岩爆的预测预报岩爆是地质高应力状态下的应力突然释放。在隧道埋深大的地段进行岩爆预测和采取逐步释放应力等措施，确保隧道施工安全。 以超前探孔为主，辅以地震波、电磁波、钻孔岩性及钻速测试等手段进行分析预报。结合开挖面附近岩体的观察及地质素描，分析岩石的动态特征。 从可能发生岩爆的地段采集试件进行X射线粉晶衍射成份分析、岩爆岩断口电镜扫描分析、岩爆岩石力学试验研究（包括在MTS刚性压力机上进
21、行单轴压缩条件下的应力应变全过程试验、岩性倾向性指数（wet）测试、卸载条件下岩石变形破裂机制研究等），并根据成果指导后续施工判断岩爆发生的可能性。参考有关资料及类比类似条件工程，预测岩爆发生的可能性。2.3.5高地温段的预报在设计预测的高地温段，每隔50米在边墙上打眼（深度为1米），将应变式温度计装入孔底，采用软木或泡沫塑料封堵好孔口，进行地温实测。当地温超过28度，则要采取喷雾降温措施。2.3.6 地质复勘与补勘隧道施工前，根据设计图纸提供的地质资料，对施工现场进行地质复勘，地质复勘的目的是提供线路及周围地段系统的地质资料，并与设计资料进行核对。地质复勘的工作包括取样、检查、地质专家对现场
22、的实地考察。根据地层变形、植物根系、地下水出露情况、岩石构成及其他地质线索，建立地质系统的构造关系，绘制相应的地质构造图。地质复勘的重点工作对隧道顶附近的陷穴、滑坡、渗水通道、偏压等进行调查。发现异常情况时，根据需要决定是否补勘。3 信息反馈与质量保证措施3.1.1预测信息反馈地质测试与超前预报成果资料采取分报告与总报告相结合的信息反馈方式。每天将现场采集的资料进行分析和汇总，并向施工和技术负责人进行汇报；每周进行一次归纳汇总。每200m分段提供报告，分段地质测试预报完成后，在3天内向设计单位和业主提供说明和图件，5天之内提供分段成果报告。对地质条件与设计变化较大、影响隧道施工安全，可能产生地
23、质灾害的重点地段（富水地带、不同岩性接触带、节理密集带等）所做的地质超前预报，及时反馈给业主、设计单位进行动态设计；情况紧急时，先及时采取防范措施，有条件时邀请有关方进行现场会勘，再以书面形式报告业主、设计单位，以保证施工安全。根据地质超前预报提供的信息，制定相应的不良地质3.1.2 质量保证措施为了保证地质测试与超前预报质量，成立QC小组，实行全面质量管理，按ISO9001质量体系的要求，建立内部质量管理机制，制定岗位责任制，保证测试预报工作按计划运行，严格按图5超前地质预报流程图进行操作。全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和连续性。测试预报人员要根据现场实际每天或经常、主动地深入
24、施工现场，及时了解施工动态，进行地质测绘与编录，同时对一些地质条件复杂的地段，设置质量控制点，进行重点测试预报，确保地质测试与超前预报工作的质量。同时为了地质测试与超前预报和施工的顺利进行，实行定期会议制度，每天进行一次调度会，每周召开周例会，每月进行一次汇总和分析，若遇特殊情况，根据需要随时召开，适时邀请业主和设计单位参加，及时解决存在的问题，保证地质测试与超前预报和施工的顺利进行。3.1.3 安全技术措施在超前地质预报过程中，操作人员要注意安全防护，要仔细观察围岩的完整性，判断围岩的稳定性，不要停留在危险地段。必须先将爆破点眼全部打好后在装药、连线。待人员全部撤到安全区后，由指挥人员发令起
25、爆。装药及起爆要有专职爆破员操作，其他人员严禁操作。检测人员要佩戴好安全帽，反光服。研究熟悉设计地质资料和相关地质资料施工地质复勘施工地质素描地质分析判断地质结构、确定预测预报方案地质预测预报仪器设备材料的准备TSP地质预报仪：长距离地质预测预报、地质结构分析评价、对反射异常区域判定（断层、岩性、水量等）超前水平钻孔：对TSP和HSP预测的异常反应区利用水平钻孔对岩溶、水量、水压以及煤层瓦斯、高地应力地层等特殊地质地段进一步判定地质分析：根据预测预报的数据资料进行岩性、断层、地下水情况及围岩稳定性等分析，判定信息反馈、地质分析、研究制定调整施工方案效果检验、评价整理、总结，形成系统性资料异常地
26、段无异常地段 图5 超前地质预报流程图 4预报内容及方法为保证各隧道施工安全、优化设计、实现信息化施工，施工期间施工单位应加强施工地质工作，并实施全隧超前地质预测预报，将其纳入正常施工工序进行管理。通过超前地质预测预报工作，核实和预测掌子面前方的地质条件，以便及时调整工程措施，确保施工及结构安全。结合各隧工程特点以及工程地质、水文地质条件，分别开展下列超前地质预测预报工作。4.3 梅子坳隧道预报项目4.3.1 预报的内容不同岩性接触带的位置，接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况；断层的位置、岩体破碎程度、地下水赋存情况；隧道内围岩级别变化趋势；4.3.2 预报的方法全隧应采用TSP、红外探水仪器
27、、地质雷达等综合物探手段对掌子面前方进行综合超前预测预报，并对综合物探结果加以分析，若物探异常则应增设75超前水平钻孔进行验证。常规地质法：全隧在上述超前预测、预报的基础上，全隧还应采用常规地质法进行短距离超前地质预报，根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分炮眼加深23m的探测情况，如地层岩性特征、岩体破碎程度、地下水发育情况、结构面性质、洞型变形破坏特征等，对掌子面进行地质素描，并进行地质作图（几何作图、快体坐标作图、赤平投影作图、洞身地质展示图等），结合地表调查情况，对掌子面前方一定范围（约520m）的地质条件进行预测、预报。每一开挖循环，均应进行一次，定期形成预报成果报告。若发现掌子面存在危及施工安全的其他异常情况，应增设75超前探孔进行探测，根据探测结构必要时增加其他探测手段。专心-专注-专业