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1、地下工程监测与检测技术地下工程监测与检测技术第七章 隧道超前地质预报技术人民交通出版社 隧道超前地质预报技术基础理论 隧道超前地质预报常用方法 工程实例某隧道综合超前地质预报内容提要一.隧道超前地质预报的定义 隧道超前地质预报是在复杂的地质情况下，为防止工程安全事故发生，保证施工生产安全的一门新技术。它是根据隧道所在岩体的有关勘探资料、施工过程中采用的物理探测、地质预测、钻孔探测等结果，运用相应的地质理论和灾害发生规律对这些资料进行分析、研究，从而对施工掌子面前方岩体情况及成灾可能性做出预报，及时调整施工方法并采取相应的技术措施，保证施工生产的安全。第一节第一节 隧道超前地质预报技术基础理论隧
2、道超前地质预报技术基础理论二.隧道超前地质预报方法的分类 按预报方法手段分类可分为地质分析预报法、地球物理探测法以及超前水平钻探法。 按预报空间位置分类，常见为有洞内与洞外预报。其中，洞外预报又包含地面地质调查和高密度电法；洞内预报又包含掌子面地质调查、TSP探测、超前水平钻探、地质雷达探测等。 按预报距离分类，可分为长距离、中距离与短距离预报。其中长距离预报多采用地面地质调查、高密度电法等；中距离预报多采用TSP地震反射波法等；短距离预报多采用掌子面地质调查、地质雷达、红外探测、超前钻探法等。三.隧道超前地质预报的内容1. 隧道所在地区不良地质宏观超前预报2.隧道洞体内不良地质体的超前预报3
3、.隧道洞体内超前钻探4.隧道洞体内地质灾害临近警报四.隧道超前地质预报的特点 由于隧道施工期地质预报具有预报的特性，是在预报基础上进行的科学判断。因此，隧道超前地质预报具有综合性、系统性、未知性、实用性(指导性)和客观性的特点。一.地质分析法地质分析预报法是指在隧道施工阶段，根据隧道施工期掌子面的地质条件如岩体结构面产状及其发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等的变化特征等，结合地面地质调查结果，采用一定的分析(如结构面统计分析、构造相关分析等)进行的超前预报。该方法主要用来预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩层的接触界面特别是岩浆岩与沉积岩间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等
4、。第二节第二节 隧道超前地质预报常用方法隧道超前地质预报常用方法1.资料的采集与分析 全面收集资料，包括：隧道地址所在区域地质资料(区域地质图)；与工程项目相关的资料：地质地形图、剖面图、文字说明和隧道轴线从进口至出口的逐桩坐标等。 对收集到的资料进行综合分析，初步掌握隧道地址区及其邻近区域的工程地质条件和特点，概略判定该区域可能遇到的主要工程地质问题，并了解和掌握这类工程地质问题的研究现状和工程经验，对做好超前预报工作是必不可少的。资料的收集和宏观的分析和判断的，极大减少了外业工作的盲目性，达到事半功倍的效果，并能确保预报成果的质量 2.地质地面调查 地面地质调查是指预报小组对隧道范围内进行
5、的大规模、详细的地质调查，是地质分析预报法最重要的一步，也是隧道超前地质预报的一项非常必要的工作。因为从地表能宏观地、全面地了解与隧道工程地质条件相关的现象，如地形地貌、地表水、地层岩性、构造、植被、人类活动、地质灾害等。通过地面地质调查与分析，了解隧道所处地段的地质结构特征，结合掌子面地质调查来推断掌子面前方的地质情况，预测隧道掌子面前方的不良地质现象可能的类型、部位、规模，以便隧道施工中采取合理的工艺与措施，避免事故。3.掌子面地质调查 掌子面地质调查是地质分析预报中必不可少的一步，是中、短期超前地质预报工作如TSP、GPR以及红外探测法的基础，指对隧道中掌子面进行的地质调查工作，主要观察
6、记录围岩岩性、岩层产状、节理裂隙和断层规模及产状，并将其标示在示意图上。 在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下，这种预报方法有很高的准确性，应用效果较好。但在构造较复杂地区和深埋隧道情况下，该方法因工作难度大，准确性难以保证。二.地球物理勘探法地球物理勘探，简称物探，是以地下岩体物理性质的差异为基础，通过探测地表或地下地球物理场，分析其变化规律，来确定被探测地质体在地下赋存的空间范围(大小、埋深、形状等)和物理性质，达到解决水文、工程、环境问题为目的的探测方法。主要在隧道施工掌子面及周围临近区域内进行探测，根据围岩与不良地质体的物理特性差异来查明不良地质体的性质、位置及规模。1.地震反射波法测
7、试技术（中、长距离预报） 地震反射波法测试技术应用广泛，基于该原理已开发了TSP隧道超前预报技术、地震负视速度法(VSP垂直地震剖面法)、TRT层析扫描超前预报技术、TGP超前预报技术、USP角度偏移超前地质预报技术、水平声波反射法(HSP)、陆地声呐法等隧道超前预报方法，其中TSP隧道超前预报技术应用最为广泛。1)地震反射波法测试技术（中、长距离预报） TSP隧道超前预报技术能较长距离地预报隧道施工前方的地质变化：如软弱岩层、断层破碎带和其他不良地质地段，其准确预报范围为掌子面前方100150m；在大多数岩层结构中，其有效预报范围可达100m(以隧道掌子面为基准)，在坚硬岩层中甚至可达200
8、m，该方法能为隧道施工方提供较详细、可靠的地质资料，从而指导隧道的安全施工。同时整个测量工作对隧道施工基本不会造成干扰或仅有细微干扰。 TSP的工作原理 对TSP仪器采集的数据，通过TSP Win软件分析处理后，即可获得隧道掌子面前方的P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石反射层位、物理力学参数、各反射层能量大小等成果资料，还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料就能预报隧道掌子面前方的地质情况，如软弱岩层、溶洞、断层等不良地质体。 TSP系统的主要仪器设备和材料TSP仪器主要由接收单元、记录单元及起爆装置组成 记录单元的作用是对地震波信号进行记录和信号质量控制，其基本组成
9、为完成地震信号AD转换的电子元件和一台便携式电脑，电脑控制记录单元和地震数据的记录、储存及评估。 起爆设备是由一套带有外接触发盒的传统起爆器组成，触发盒嵌入到引爆线路中。触发器一方面通过两根电缆与电雷管相连；另一方面，为确保记录单元和触发盒之间的联系，通过引爆电缆线与记录单元连接。地震波激发孔的布置信息接收孔的布置 当信息接收器安装好以后，通过“Receiving Cable”电缆将信息接收器与主机相连，通过“Triggering Cable”电缆将启动箱与主机相连，启动箱和爆破装置通过启动箱自身的连接线连接，连接主机和HUSKY数据记录仪。进行基本工程数据、测量数据、测量参数和地震波参数的输
10、入和设置。进行线路检测和起爆测试，确保线路连接正确和起爆测试成功。开始测试，关掉风枪、水管等较大噪声的设施，将两根起爆线的一端连接到启动箱上，另一端连接到雷管线上；然后在HUSKY菜单下选择“RECORD”项，会显示地震波激发孔的信息，当主机箱和启动箱上的绿灯亮，表明仪器已做好记录的准备；起爆雷管；起爆后，记录仪会自动记录地震波信号，同时主机箱上橙色灯亮，显示屏显示读数据。记录完毕后，显示屏出现收集到的地震波信号，点击“”，数据将会自动保存，进入下一个炮孔的测试。现场测试 应用效果受到诸多因素的影响，包括目标体的性质、形态、规模及产状，相比而言具有以下优点及局限性：有效探测距离一般为15020
11、0m，适宜于中长距离预报；较适宜于掌子面前方波阻抗差异较大的地质界面；对规模大、延伸长的地质界面或地质体探测较好，对规模较小的地质体容易漏报；对掌子面正前方的地质体探测效果较好，对隧洞侧壁的地质体探测效果较差；对断层破碎带、软弱破碎带及岩性界面等面状构造探测效果较好，对不规则形态的三角地质体，如溶洞、暗河等不良地质体的探测效果较差；对隧洞轴线呈大角度相交的构造探测效果较好，而对与隧洞轴线以小角度相交的构造探测效果较差。 TSP超前预报的优点及其局限性 2）地震负视速度法 地震负视速度法，又称VSP法(垂直地震剖面法)，是一种测试面与被探测面互为垂直的观测系统，即将地震勘探中的钻孔垂直地震剖面法
12、应用于水平状态隧道中。该法与TSP法原理相同且方法相似，只是现场工作布置方式不同。 原理：在隧道掌子面的前方一定距离，沿边墙布置一激发点和一系列接收点，选用多炮共道或多道共炮方式记录地震波信号；激发时产生的地震波信号在围岩中传播，当遇到断层和岩层变化的界面时产生反射波，返回的信号被接收点的检波器接收，由此确定反射界面的位置. 地震负视速度法具有明显的方向特征，可有效地将开挖面前方反射信息与周围干扰信息区分开，提高识别不良地质体界面的精确度，通常能对其进行准确定位，预报距离可达100m以上。预报探测时不占用开挖工作面、对施工影响很小，是常用预报方法之一，且纵、横波的共同分析还可了解反射界面两侧的
13、岩性和密实程度。3）高密度电法(长距离预报) 电法勘探是根据各类岩石或地质体的电磁学性质(如导电性、导磁性、介电性)和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、地磁场或化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，查明地质构造、解决工程地质问题的地球物理勘探方法，常用的有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。 高密度电法的基本原理 不同岩层或同一岩层由于成分和结构等因素的不同，具有不同的电阻率。通过接地电极将直流电供入地下，建立稳定的人工电场，在地表观测某点垂直方向或某剖面的水平的电阻率变化，从而了解岩层分布或地质构造的特点。从理论来说，在各向同性的均质岩层中测量
14、时，无论电极装置如何，所得的电阻率都应相等，即为岩层的真电阻率。但在实际工作中，所遇到的地层既不同性、又不均质或地表起伏不平，所得电阻率则称为视电阻率，是不均质体的综合反映。对于某一确定的不均匀地电断面，若按一定规律改变装置大小或装置相对于电性不均匀体的位置，在此过程中测量和计算视电阻率值，发现测得的视电阻率值按照一定规律变化，进而探查和发现地下导电性不均匀体的分布，达到预报前方地质灾害的目的 .仪器设备 高密度电阻率法多使用多功能直流电法仪，该仪器具有直接测量、显示供电电流、视电阻率、电极参数等功能；另外最好配备具有供电和测量系统脱离的自动跟踪测量装置。电法仪主要技术指标如下：测量电压分辨率
15、：0.0l mV；测量电流分辨率：0.01mA；最大补偿范围：1V；输入阻抗大于8M。 测试方法 、确定探查深度和测线长度 在电极排列布置前进行探查深度设计。随着电极间距的增加，测量精度降低。因此，设计探查深度H应约为探查目标体深度h的1.5倍，在现场条件允许的情况下，取2倍为最佳。测线的总长L应为探测区域的分布长度D加上两侧各H2(探查深度的一半)的长度。 、测线布置 测线网布置应根据任务要求、探测方法、被探测对象规模、埋深等因素综合确定。、现场布极 当用两根正、负电极向地下供电时，测得电阻为两根电极的接地电阻、电线的电阻和地层电阻的总和。通常情况下，电线电阻可忽略不计，则接地电阻的存在对地
16、层电阻率的测试结果影响就很大。 、现场测试 现场工作布置好后，连接好高压电缆(一般红色夹子接“+”、黑色夹子接“-”)。打开仪器电源，进行测量数据的输入和设置，之后即可直接按动测量键进行测量。 高密度电法的优缺点 高密度电阻率法可用于工程地质勘察，也是一种有效的勘探方法，具有如下优点：测点密度大、信息量多，有利于反映地电断面局部信息的微弱变化，更利于发现一些较小的地质体；具有高智能、自动化，比常规电阻率法具有效率高，成本低等特点；能测试得到清晰、直观的二维异常图，是常规电阻率法所无法比拟的； 较易识别一些地表不均匀体的干扰异常。 该系统尚存在一些问题：在成图处理上，每次只能完成一个排列(60根
17、电极)，所成图为倒梯形，在连续追踪长剖面时，只能采用人工点图，影响了工作效率；在非水平地区工作时，由计算机绘制带地形的断面图时，目前的软件还存在一定问题；运用高密度电阻率法的资料作半定量解释较为困难，有关这部分的软件急待开发。 4) TRT反射地震层析成像方法基本原理 TRT技术的全称是“真正反射层析成像”，理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易探测到。通过分析，被用来了解
18、隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等），位置、形状、大小。 仪器组成 主要由主机、基站、无线模块、传感器和触发器五个部分组成.测试方法 5）TGP超前预报技术 TGP法超前地质预报技术也是利用地震波反射回波方法测量的原理，利用高灵敏度的地震检波接收器，收集布置在隧道单侧壁上多个地震激发点产生的地震波，及其在围岩传播时遇到不同反射界面的反射波。反射信号的传播时间与传播距离成正比，与传播速度成反比。通过测量直达波速度、反射回波的时间、波形和强度，可达到预报隧道掌子面前方地质条件的目的。在一定间隔距离内连续采用上述方法，并结合施工地质调查，就可以得到隧道围岩物理力学参数，如弹性模
19、量、剪切模量和泊松比等。其优点是探测距离远，可达隧道掌子面前方200400m，分辨率高，抗干扰能力强，影响施工少，操作便利。6）USP角度偏移超前地质预报技术 USP是一种新型的隧道开挖超前地质预报系统，该系统采用“角度+位置偏移”的联合体系进行空间多分量、多波超前地质预报。它利用三维的空间排布、多达256通道的数据采集、多震源点位置偏移，进而在隧道掌子面前方构成高密度的三维数据结构体，通过对三维结构数据的一系列处理分析，形成三维空间地震波的各种图形图像，最终计算岩土体多种力学参数，实现对隧道及各种地下工程前方地质情况的预报.7）水平声波反射法 水平声波反射法(HSP)与地震波探测原理基本相同
20、，声波传播过程遵循费马原理。物理前提是岩体间或不同地质体间有明显的声学特性差异。该方法探测时不占用掌子面，沿巷道两侧分别布置激发点、检波点的观测系统。该方法的特点是各检测点所接收的反射波路径相等，因此反射波组合形态与反射界面形态相同，图像直观。直达波是双曲线形态，反射波是直线形，很容易区分。该方法的优点是对反射界面倾角没有限制，适用的范围较负视速度法广泛。8）陆地声呐法(高频地震反射法) 陆地声呐法是在隧道掌子面上采用极小偏移距，单点采集高频地震反射信号形成连续剖面，通过十字形观测系统和宽频带脉冲接收技术，预报掌子面前方断层及其他地质界面的位置和产状。它的特点是在隧道掌子面上设测量剖面，剖面上
21、每30m左右设置一测点，用锤击方式激发弹性波，在激震点旁设检波器接收被测物体的反射波，然后将各测点的时间曲线拼成时间剖面，根据同相轴和频谱解释圈定断层、溶洞等不良地质体的位置。该方法的优点是分辨率高，缺点是需占用掌子面。当需要短距离较高精度探测时可采用此方法。2.红外线探测技术（短距离预报）在自然界中任何高于绝对零度(-273)的物体都是红外辐射源，可产生辐射现象，红外线无损检测是测量通过物体的热量和热流传递，当物体内存在裂缝或其他缺陷时，物体的热传导将会发生变化，致使物体表面温度分布出现差异或不均匀变化，利用这些差异或不均匀的变化的红外线图像，可即直观地查出物体的缺陷位置。1）红外探测基本原
22、理与方法 红外探测的原理 红外探测的基本原理是利用被测物体的小连续性缺陷对热传导性能的影响，进而反映在物体表面温度的差别上，导致物体表面红外辐射能力发生差异，检测出这种差异，就可以推断物体内是否存在缺陷。 红外探测方法 红外探测方法是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接收被测目标的红外辐射信号，经过光谱滤波、空间滤波使聚焦的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间有一个光机扫描机构(焦平面热像仪无此机构)对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或多元探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理转换成标准视频信号，通过电视屏或监测器显示红外热
23、像图。2）红外探测法的优点和局限性 红外探测法的应用效果受到诸多因素影响，主要包括溶洞、断层、淤泥带和地下暗河与围岩的温差、施工辐射源干扰等。红外探测法是适用于非接触性、广域、视域面积大的无损检测；不仅能在白天进行探测，在黑夜中也可以正常进行探测；有效探测距离一般小于20m，适用于短距离预报；适应于探测与围岩具有较大温差的溶洞、断层、淤泥带和地下暗河，但无法确定具体位置与方位；在掌子面附近施工热辐射源干扰较强时，探测效果较差。 3.BEAM法（短距离预报） BEAM法即隧道掘进电法超前监视，是基于电法原理开发的超前预报方法，通过外围的环状电极发射屏障电流和内部发射测量电流，使电流聚焦进入隧洞掌
24、子面前方岩体中，通过测量与岩体空隙有关的电储存能力参数PFE的变化，预报掌子面前方岩体的完整性和富水性。 隧洞围岩具有与地下水不同的电阻率和极化效应特性。将两种不同频率的交变电流聚焦后输入掌子面前方围岩中，测量其供电电流和电位差，计算围岩视电阻率和变频极化效应参数PFE，此预测预报掌子面前方的岩体完整性和地下水。1）BEAM法原理与方法 有效探测距离30m左右，适合短距离预报；适用于探测掌子面前方富水构造或地下水；适用于TBM掘进施工方式的超前地质预报；地下水与围岩的电性差异越大，探测效果越好；探测掌子面前方的富水构造效果较好，对与隧道轴向呈小角度的富水构造效果较差，甚至无法探测。2）BEAM
25、法的优点及其局限性三、超前钻探预报法 超前钻探预报法是指在隧道开挖面上，利用水平钻机对前方围岩进行钻进，采取岩芯(或者不采取岩芯)，根据钻进的时间和进尺、岩芯(或岩屑)、钻孔回水情况等来预测掌子面前方的围岩的位置和性质。它与地球物理方法相比是一种直接的方法，能够直观地确定开挖面前方的围岩情况。这种方法简单可行，快速实用，但对施工干扰较大，适用于探测前方突泥、突水、断层等地质灾害。1、超前钻探预报法所需资料 1）钻速记录 2）岩屑的取样和描述 3）钻孔回水情况2、超前水平钻探法的预报规律 围岩在钻进过程中表现出不同的地质特征，这些特征就是区分掌子面前方围岩地质状况的依据。通过对掌子面地质素描和钻
26、孔原始记录可以对隧道掌子面前方围岩的性质进行预测，其中钻孔原始记录中包含的内容有钻孔深度、每米钻孔时间、累积钻孔时间、进钻情况、岩屑颜色、岩屑形状、回水量和回水时间等。 四、隧道综合地质超前预报系统 综合超前预报就是将地质分析法、物探法和超前钻探预报法相结合形成较完善的超前预报系统。根据不同的地质风险等级，制定并采取相应的超前地质预报方法。该方法的选择做到六结合的原则，即地表和洞内相结合；长距离和近距离相结合；宏观控制和微观探测相结合；构造探测和水探测相结合；地质法、物探法和钻探法相结合；定性和定量相结合。1.隧道综合地质超前预报系统建立的基础1)隧道超前预报方法的应用范围与适用条件2)隧道超
27、前预报方法的选择2.隧道综合地质超前预报系统的建立1）综合预报系统建立的原则 隧道综合超前地质预报应以“地质分析为核心，综合物探与地质分析结合，内外结合，长中短测相结合，物性参数互补”为原则。 2）“长中短”相结合的综合预报体系 长中短结合”的综合预报体系是指长、中、短距离预报方法相结合，洞内和洞外预报相结合，是对隧道可能存在的地质灾害进行全面预测预报的基本模式。 3）综合地质超前预报系统分级 A级预报：采用地质素描、隧道地震超前预报仪、TSP、单点声波反射仪、HSP、地质雷达、红外探水、超前水平钻探等手段综合预测。首先以长距离TSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预测，同时进行多孔超前钻
28、探探查；局部复杂地段开展多种短距离物探探测等多种方法综合预测。B级预报:采用地质素描、TSP、辅以红外探水、地质雷达、进行必要的单孔超前水平钻。当发现局部地段较复杂，则按A级要求实施。C级预报：以地质素描为主，对重要的地质层界面、断层或物探异常可采用TSP进行探明，必要时红外探水和单孔超前钻探。D 级预报：采用地质素描。 某隧道超前地质预报采用了“长中短结合”的综合预报体系，其中长距离预报采用地面地质调查、高密度电法和洞内掌子面地质调查法，对全局范围内、延伸大的地质灾害体以及整个隧道所处的地质条件进行掌控，为中距离预报打下基础；中距离预报采用TSP法(预报距离在100150m)和掌子面地质调查
29、法对长距离预报所得结果进行验证，在此基础上进一步核准地质灾害体的实际位置；短距离预报采用地质雷达和掌子面地质调查来探明掌子面前方30m范围内的地质灾害体。在地质结构较复杂地带，采用超前水平钻探法进行地质灾害临近预报。第三节第三节 工程实例工程实例某隧道综合超前地质预报某隧道综合超前地质预报一.工程概况 某隧道分界段全长290m。隧道穿越中低山、中山地形地貌，地形切割较深，地形较陡峻，植被稀少，降雨量随季节变化而变化，沟谷纵横。覆盖层主要为第四系残破积碎石土，下伏基岩主要为元古代昆阳群片麻岩片岩段云母石英片岩夹绢云母片岩。段内岩层为褶皱、断裂，岩体破碎，节理发育；段内地下水主要为基岩裂隙水；交通
30、不便利。二、长距离预报1.地面地质地面地质调查是在隧道范围内进行大规模、详细的地质调查，可从地表宏观、全面地了解隧道工程地质条件，如地形地貌、地层岩性、构造、地表水、地质灾害、植被、人类活动等。 1 ）准备工作及调查路线2 ）调查结果2.高密度电法探测 高密度电法是基于地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异，利用人工建立的稳定地下直流电场，依据提前布置的若干道电极，可灵活选定装置排列方式进行扫描观测，研究地下大量丰富的空间电性特征，从而查明隧道线路所处的工程地质特征、探明断裂破碎带、水文地质特征、溶洞、富水带等不良地质分布情况。 温纳装置测量示意图1）装置和仪器 高密度电法测量选用的是工程勘
31、察中最常用的温纳装置。 2）工作布置和完成工作量 隧道上方地表(K12+290-K12+610)沿隧道轴线布置了1条高密度电阻率法成像探测剖面。测线有效长度320m，布置有效电极65个。电极距5m，采集20层，测深100m。工作实际完成的工作量为：高密度电法剖面1条，剖面有效长度320m，测深点65个。 3）探测成果隧道地质剖面图隧道高密度电法视电阻率图像4）掌子面地质调查隧道地质剖面图5）长距离预报结论和建议结论：隧道经过区岩性相对较为简单，主要为云母石英片岩夹绢云母片岩，受区域性断裂及区内层间褶曲影响，整体上岩体较为破碎，完整性相对较差；此次电法探测的不利地段(图7-17以矩形框标出共2处
32、，分别是K12+315K12+445和K12+545K12+590段视电阻率值低)，隧道开挖至上述地段时，为防出现突发性地质灾害，应提前采取预防措施；隧道进出口端视电阻率值相对较低，岩体极为破碎，围岩级别多为V级。开挖无支护时易发生崩塌。建议：隧道进出、口端开挖时应及时做好支护及排水工作，防止坍塌；隧道开挖至电法探测的不利地段时，应提前采取预防措施，确保施工质量和进度。 三、中距离预报 高密度电法的长距离预报地质灾害预警段为K12+365K12+445和K12+545K12+590区域，根据现场情况，在K12+456K12+596段采用TSP法进行超前地质预报，目的是对该段长距离预报成果进行补
33、充和验证。 1.掌子面地质调查2.TSP法探测1）仪器设备TSP203Plus仪器主要由三分量检波器、记录单元及起爆装置组成。三分量检波器用来接收地震波信号；记录单元将接收到的地震波信号进行放大、模数转换和数据记录，同时还进行测量过程控制；起爆装置则用于引爆电雷管和炸药，人工激发地震波。2）现场布置在隧道K12+407的左边墙位置布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm。在K12+422K12+452段的左边墙位置，按约1.5m的间距布置24个激发孔分别激发地震波，激发孔孔深1.5m左右，孔径45mm，孔向下倾斜约15，每个激发孔装填的药量为100g。 3）探测成果3）中距离预报结论和建议 本
34、次预报时掌子面里程为K12+456，预报里程范围为K12+456K12+596段，结合长距离预报结果和掌子面地质调查，得出以下结论和建议：K12+456K12+549段围岩破碎(级)；围岩以中等强风化为主，岩体呈角(砾)碎(石)状松散结构，节理裂隙发育，岩体破碎。在进行本段施工时注意加强支护防止坍塌。K12+549K12+596段围岩破碎(V级)；围岩以强风化为主，岩体呈角(砾)碎(石)状松散结构，节理裂隙极发育，岩体破碎，岩体稳定性很差。在进行本段施工时注意加强支护防止坍塌，特别是K12+553K12+564段。四.短距离预报 中距离预报的地质灾害预警段为K12+553K12+564区域，采
35、用地质雷达法对K12+548K12+568段进行短距离地质超前预报；目的是对采用TSP法进行超前地质预报探测的预警区域K12+553K12+564段的中距离预报成果进行进一步补充和验证。1.掌子面地质调查2.探地雷达法探测 对长距离、中距离预报得出的预警区域K12+553K12+564段，采用探地雷达法在K12+548K12+568段进行短距离预报，进一步确定岩体破碎带的准确位置，并且以此说明短距离预报的必要性。1）仪器设备及探测参数在隧道K12+407的左边墙位置布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm。在K12+422K12+452段的左边墙位置，按约1.5m的间距布置24个激发孔分别激发
36、地震波，激发孔孔深1.5m左右，孔径45mm，孔向下倾斜约15，每个激发孔装填的药量为100g。 2）测线布置3）探测成果 测线在20m深度内，0.02.9m反射波同向轴连续，振幅、频率变化不大；2.918.0m反射波较强，同向轴呈断续状，振幅低，频率较大。据GPR探测得到的反射波图像，结合隧道工程地质实际，探测段掌子面前方20m，尤其是K12+551K12+566段围岩呈角(砾)碎(石)状松散结构，节理裂隙极发育，岩体稳定性很差，局部含基岩裂隙水。4）短距离预报的结论与建议 地质调查、高密度电法、TSP超前地质预报法、探地雷达法和综合掌子面情况，掌子面前方K12+551K12+566预测段围
37、岩地质情况为：岩性及风化程度褐灰、灰黄色云母石英片岩，整体属强全风化，岩体完整性较差；岩石的坚硬程度围岩属于低强度的岩体；含水情况局部含基岩裂隙水；围岩强度等级根据公路工程地质勘察规范(JTG C20-2011)关于隧道围岩分类的有关规定，判定围岩级别为V级。 岩体节理裂隙发育、岩体被节理切割，为减少爆破扰动和保证围岩的稳定，宜采用“多台阶、短进尺、弱爆破、多循环、及支护、早成环”的方式进行隧道施工。具体为：岩体节理裂隙发育，被节理切割岩体破碎、松散，开挖后易产生掉块和塌方，需采用光面爆破开挖，并严格控制开挖进尺和单响最大药量；岩体风化严重、节理裂隙发育，岩体被节理、裂隙切割和风化作用呈破碎、松散状，遇水易软化，自稳能力差，开挖后的围岩易产生掉块和塌方现象，在开挖前需加强掌子面的超前支护，开挖后立即进行初期支护，并及时封闭开挖面围岩，减少围岩暴露时间、隔绝围岩与空气中的水分接触，增强围岩的整体强度，避免开挖不当或支护不及时造成围岩的失稳；同时进行仰拱施工，尽早成环。