杨家山隧道超前地质方案

目 录1 编制依据及范围 11.1 编制依据 .11.2 编制范围 .12.工程概况及超前地质预报的目的、意义 12.1 工程概况 .12.2 地层岩性 .12.3 地质构造及地震动参数 .22.4 水文地质特征 .32.5 不良地质及特殊岩土 .42.6 地质预报重点 .42.7 围岩级别统计 .42.8 超前地质预报的目的、意义 .53.施工地质工作组织原则 53.1 施工地质工作组织机构和人员设备配置 .53.2 施工地质工作实施分工及职责 .74.施工地质工作程序 94.1 总则 .94.2 施工地质工作程序图 .94.3 施工地质技术工作 104.4 超前地质预报主要工作内容 115 施工地质工作的实施 .155.1 工程地质分级标准 155.2 不同工程地质分级相对应的超前地质预报方案 166 施工地质工作、技术要求 .166.1 工作要求 166.2 不同预报方法及测试技术要求 176.3 施工地质工作记录、报表及资料整理要求 17附录一 不同预报方法及测试技术要求 18附录二： 施工地质资料整理要求及各种记录图表 261杨家山隧道超前地质预报方案（DK149+986DK152+096）1 编制依据及范围1.1 编制依据1.1.1 中国中铁五院工程集团有限公司有关新建大准至朔黄铁路联络线 ZCZQ-9 标 段 杨家山隧道有关的设计文件和相关标准的施工图纸；1.1.2 新建大准至朔黄铁路联络线神华集团筹备组有关超前地质预报的文件、规定及要求； 1.1.3 国家及铁道部颁布最新的客运专线铁道工程施工技术指南 、铁路隧道超前地质预报技术指南 、 铁路隧道施工技术规范等相关的客运专线施工技术规范及指南；1.2 编制范围新建大准至朔黄铁路联络线 ZCZQ-9 标 段 杨家山隧道进出口，按此进行超前地质预报编制，以指导现场施工。2.工程概况及超前地质预报的目的、意义2.1 工程概况杨家山隧道位于中山区，地势起伏较大，地形陡峭，自然坡度2030,植被不发育。工点所经区域地面标高 15401770m，相对高差约 230m。进出口地表均为粗角砾土覆盖，出口存在威岩落石。进出口均无道路到达，交通不便。隧道隶属山西省朔州市境内。隧道起止里程为 DK149+986DK152+096，2110m，洞身最大深埋约220m，为单洞双线隧道。隧道左线进口至 DK150+088.77 右线进口至DK150+098.76 位于右偏曲线上，半径均为 R=800m 和 R=795.6m。其余均位于直线上。洞内设计纵坡为-5.5的单面坡。22.2 地层岩性工点内地层为第四系全新统残坡积角砾土；下伏基岩为奥陶系中统灰岩，局部夹薄层泥灰岩。其岩性特征详述如下：第四系全新统残坡积地层：粗角砾土（Q 4el+dl6）：主要分布在隧道进口，褐黄色，稍实中密，矿物成份以灰岩、泥灰岩为主，呈棱角状，厚 56m,粒径 2060mm 的约占 50，大于 60mm 的约占 25余为粘质黄土填充。级硬土， -0=400kPa。奥陶系中层：灰岩（O 2Ls）：灰青色，隐晶质结构，中层状构造，岩质较硬，节理裂隙较发育。强风化厚度 13m，级软石， 0=600 kPa；其下弱风化灰岩，级次坚岩， 0=1200 kPa.泥灰岩（O 2MI）:灰黄色，泥质结构，中层状构造，岩质较硬，节理裂隙较发育。强风化层 13m，级软石， 0=400 kPa；其下弱风化泥灰岩，级次坚岩， 0=600 kPa.岩层产状：N8W/9N。发育三组节理：J1：N80E/80S,密闭节理，节理间距约 0.5m，延伸长度约 3m。J2：N60E/85N,密闭节理，裂隙中铁锰质浸染，节理间距0.20.4m，延伸长度 13m。J3：NS/70W,微张节理，无填充，裂隙中铁锰质浸染，节理间距0.3m，延伸长度 12m。杨家山隧道围岩级别概况如下：级围岩 1160m；级围岩680m；级围岩 145m；级围岩 125m。2.3 地质构造及地震动参数场内地形地貌单一，地层岩性主要为第四系全新统残坡积角砾土及奥陶系中统灰岩、泥灰岩，地质构造简单，新构造运动活动轻微，本工3点内未发现对工程有影响的大地质构造。根据中国地震动峰值加速度区划图(GB18306-2001)的划分，本段地震动峰值加速度值为 0.10g，相当于地震基于烈度七度，地震动反应谱特征周期为二区。2.4 水文地质特征（一）地下水类型工区地下水主要为基岩裂隙水级岩溶水，不发育，勘察期间未见地下水，属地下水较为贫乏区。（二）隧道水文地质特征地下水的补给来源主要为大气降水补给，补给能力受降水强度、江水持续时间、汇水面积及地表节理裂隙的发育程度控制。遂址区地层单一，地质构造简单，地下水不发育。2.5 不良地质及特殊岩土1、不良地质本隧道的不良地质现象主要为危岩落石及溶洞。为岩落石：分布于隧道出口，再出口坡面上分布零星落石。溶岩：在隧道出口左侧陡壁见溶岩，洞口直径 23m，其余地段岩体溶沟、溶槽不发育，综合判定段岩溶若发育。2、特殊岩土无特殊岩土分布2.6 地质预报重点全隧道采用 TSP、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超前水4平进行验证。2.7 围岩级别统计隧道围岩主要以、级围岩为主，其中级长度为1160m，占 55%；级长度为 680m，占 32%；级长度 145m，占 7%；级长度为 125m，占 6%。2.8 超前地质预报的目的、意义隧道工程地质条件复杂，安全隐患多，同时存在浅埋、断层破碎带等不良地质现象，易产生突水、突泥、坍塌等现象。为规避施工风险、预防施工过程中的地质灾害和事故，保证隧道施工安全和工程质量，能否做好隧道施工地质工作，尤其是超前地质预测预报，做到超前预判，及时决策预防、处理突发性地质灾害是工程建设成败的关键之一。选定科学、合理的施工工艺。 施工地质工作可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，根据掌握的地质灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行。 施工地质工作可降低地质灾害发生的机率。 通过开展施工地质工作，为变更设计提供地质依据。 为编制竣工文件提供地质依据。3.施工地质工作组织原则为了应对不良地质及突发地质灾害，确保工程安全和施工进度，项目部成立了超前地质预测预报工作组，组织编制、实施施工地质工作，并接受指挥部的指导。地质预报组参与审核本标段施工地质工作实施方案，决策处理复杂地质问题。同时，项目部成立超前地质预测预报工作小组，负责具体实施日常性施工地质工作。3.1 施工地质工作组织机构和人员设备配置3.1.1 施工地质工作组织机构5项目部地质预报专项工作组杨家山隧道地质预报组进口、出口地质预报工作小组中交股份神华准池铁路工程指挥部图 3-1 组织机构图3.1.2 人员组成表 3-1 杨家山隧道超前地质预报专项工作组成员表序号 姓 名 职责 职 务 备 注1 李长福 组长 项目总工2 李文明 组员 副总工兼工程部长3 汤春阳 组员 地质工程师4 徐茂华 组员 隧道工程师5 赵志学 组员 地质工程师项目部6 吴季岩 组员 隧道工程师7 国晓亮 组员 地质工程师隧道进口8 张亮 组员 隧道工程师9 张大伟 组员 地质工程师隧道出口3.1.3 仪器设备的配置本管段隧道工程施工地质工作主要仪器设备（见表 3-3） 。表 3-2 隧道施工地质工作主要仪器设备表6序号 仪器名称 规格型号 单位 数量 备 注1 TSP / 套 1 标段统一调配2 地质雷达 / 套 1 标段统一调配3 地质钻机 台 2 每个洞口 1 台4 红外探水仪 HY-303 台 1 一项目管段统一调配5 数码摄影机 / 部 2 每个洞口 1 部6 电 脑 / 台 2 每个洞口 1 台7 地质罗盘 / 套 2 每个洞口 1 套8 地质锤 / 把 4 每个工作面 2 把9 放大镜 / 套 2 每个工作面 1 套3.2 施工地质工作实施分工及职责3.2.1 施工地质工作实施与分工3.2.1.1 指挥部地质预报工作组（1）受指挥部总工程师领导，负责全标段隧道施工地质工作技术策划、管理工作。并组织一系列技术培训与讲座。业务上受局项目部地质核查组指导。（2）编制全标段隧道的施工地质工作实施方案，包括各隧道地质超前预报分段预报内容、方法及技术要点。（3）负责复杂工程地质条件下或中、长距离的地质预报（地质雷达和 TSP）和地质资料汇总、分析工作。（4）必要时组织实施隧底隐伏岩溶勘察和地面气象水文观测。（5）组织围岩分级现场核对和修正。（6）组织重大地质灾害研讨，根据超前预报结果及施工地质工作监测试验资料，结合地面勘测资料综合分析，提出地质灾害预报和施工方法及施工技术建议。（7）按照砼耐久性要求，进行相关地层地下水侵蚀性分析。3.2.1.2 项目部地质预报专项工作小组（1）杨家山隧道日常施工地质工作的具体实施单位。行政上受项目部总工程师的领导，业务上受指挥部地质超前预报工作组的指导。（2）开工前对洞口地表及出露的围岩情况进行必要的、简单地质核7查；开工后定期进行地质超前预报，包括 TSP、地质雷达等综合物探探测的配合及超前钻孔实施与预报。（3） 施工中及时进行地质素描，填写施工阶段围岩级别素描卡，提出围岩分级修正建议。（4）根据设计与施工需要，进行隧道采空区、断层、地应力、地温等项目的监测。（5）洞内涌水的流量、水压的监测。3.2.2 职责3.2.2.1 项目部地质预报专项工作组（1）负责编制施工地质工作实施方案，包括采用的方法、设备选型、段落部位、预报频次等，对数量、质量及成果进行检查。（2）负责建立中、长距离及重点地段的地质预报资料台帐；对TSP、地质雷达的原始数据和成果的真实性负责。每次超前预报完成后23 天内，将预测预报成果及时报送设计、监理单位和内部通报，重大问题实时通报。（3）对施工地质工作成果进行分析、研究，组织重大地质灾害研讨，及时调整施工方案，并对下阶段施工地质工作、完善设计方案提出建议。（4）负责施工地质工作的地质与物探专业技术人员必须相对固定，地质技术人员应具备一定的地质工作经验和隧道施工经验，能较准确的判断隧道开挖掌子面前方与侧壁的地质情况，物探专业技术人员熟练掌握物探仪器、设备的操作及分析方法，能够较准确的判释地质情况。（5）总工程师应参与重大地质灾害研讨。2.2.2.2 工点架子队地质预报专项工作小组地质预报小组提供预测预报的原始数据和成果，并对预测预报数据的真实性负责。每次超前预报完成后 23 天内，将预测预报成果及时报送设计、监理单位，重大问题实时通报。架子队及时分工点建立管段8所有地质预报及日常施工地质工作资料台帐。实施施工地质工作工作，包括隧道地形地貌踏勘等，以及洞壁及掌子面地质素描、超前水平钻孔等预测预报和物探探查的验证。认真研究设计文件，对施工地质工作结果同设计单位提供的设计文件进行对照验证，根据变更设计方案及时调整施工方案，并对下阶段施工地质工作、完善设计方案提出建议。负责施工地质工作的技术人员必须相对固定，并具备一定的地质工作经验和隧道施工经验，能较准确的判断隧道开挖掌子面前方与侧壁的地质情况。当设计单位需进行补充施工地质工作时，应提供工作条件。4.施工地质工作程序4.1 总则4.1.1 施工地质工作应作为一道正常的工序纳入施工组织设计管理中。4.1.2 施工地质工作超前预报，信息化设计和信息化施工是一有机整体，需各方协调一致，相互配合，做到资源信息共享、传递顺畅、反馈及时，决策迅速。4.1.3 施工地质工作主要由项目分部、架子队实施，完成的数据和预报成果，各项目部必须及时汇交设计院、监理站，经综合分析，提出综合预报和地质灾害警报。4.2 施工地质工作程序图开工准备地质预报确定施工方案方法短期预报及是否与长期预报相同组织施工竣工修正施工方案否是报设计单位报设计单位9图 4-1 施工地质工作程序图4.3 施工地质技术工作施工地质技术工作流程图见图 4-2。隧道施工地质工作内容包括： 超前地质预报； 施工围岩分级及稳定性评价； 隧底及周边岩溶探查； 灾害评估及防治工程措施建议。10、 、 、 TSP203、 、 、 、图 4-2 施工地质技术工作流程图4.4 超前地质预报主要工作内容超前地质预报是隧道施工地质工作最主要的工作内容。其工作分为 既有资料收集； 地质素描； 洞内外水文调查； 监测测试；11 超前地质预测； 综合超前预报和成灾警报等六项任务。1.既有资料收集既有资料和相关地质成果的收集和分析，对存疑虑的相关重大地质问题和地段，必要时进行踏勘和补充恰当的地质工作。2.地质素描：施工地质最基础的工作，包括正洞地质及掌子面地质素描。根据围岩地质条件，一般情况下每 35m 做一次地质素描。异常地段适当加密。其主要内容包括： 地质观察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、褶皱断层、褶皱性质、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、褶皱坍方的地质原因，是地质素描的重点。3) 贯穿性节理产状、密度、延伸情况，节理面特征、力学性质。分析判断组合特征、岩体完整程度及控制局部坍方的构造内因。4） 特殊地层含膏盐层单独素描。 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。3.洞内外水文调查 洞内水文调查1) 涌水点（处）调查:a 空间：层次、构造部位、洞周分布，含水体分布；b 时间：点（处）间的时效关系；c 制约：制约因素、补给来源、途径、连通关系。2) 涌水量预测：a 实用量测：反映瞬时特征和短期变化特征；12b 长期观测：反映长期变化特征和动态特征；c 涌水量预测。3) 水质水压测试：包括水压、水温、水色、含泥沙量测定；4.危害评估。 洞外水文调查1) 气象观测；2) 重要排泄点、径流点长期观测；3) 相关岩溶水文地质及环境水文地质调查4) 调绘：相关岩溶水文调绘、地表坍方、变形调查；(4) 监测测试：隧道周边位移量测，包括拱顶下沉、净空水平收敛及必要时增设的隧底上鼓量测（采用仪器为收敛计、水准仪、塔尺）和隧道浅埋段地表下沉量测（采用仪器为水准仪、塔尺等） ，详见监控量测施工方案 。5. 超前地质预测 预测方法1) 地质编录预测法（图解法、类比法、断层参数法） ；2) 超前物探预测法：采用超前物探预测方法与仪器类型包括 TSP 超前地质预报系统、地质雷达、红外探水仪等。TSP 超前地质预报方法在施工过程中进行连续探测，预报搭接长度为 1020m，主要用于预报掌子面前方 150 米左右范围内的断层破碎带、岩溶溶洞、暗河、不同岩层接触带等不良地质体的界面位置、范围。地质雷达预报距离为 2530m，搭接长度为 35m，在需要的条件下代替 TSP203 探测法。主要在临近含水构造地段使用，近距离探测富水溶洞、风化槽、含水构造、断层等。红外探水仪探测长度为 2030m，搭接长度为 35m，用于连续探测隧道前方围岩含水情况，对较大含水构造或流动水体作用明显。133) 超前钻孔预测法；这是最直观、最可靠的超前探测手段。通过超前钻孔，了解掌子面前方围岩的地层变化、岩性、完整程度等和出水点位置、地下水水量和水压等情况。每次可以预报 3050m 超前钻孔，搭接长度为 35m。6. 综合超前预报和成灾警报 综合超前预报内容：1）地层、完整性及含水情况；2）地质构造及富水情况；3）溶蚀及裂隙情况。 超前地质灾害警报内容：1）大型塌方；2）突水突泥； 预报灾害警报方法：1）资料综合分析法；2）不良地质前兆预测法；3）地质灾害发生可能性判断法。2、施工围岩分级和围岩稳定性评价围岩稳定性评价一般分为稳定性初步评价和长期稳定性评价。按（表 4）填写施工阶段围岩级别素描卡。(1) 施工围岩分级，根据地质素描确定岩石坚硬程度、完整性，并根据岩体含水情况和地应力高低划分施工阶段围岩分级。(2) 围岩稳定性评价：根据施工围岩分级、掌子面稳定状态、软岩变形和地表沉陷变形观测资料，综合评价围岩稳定性。根据软弱不利结构面楔体稳定性分析，评价围岩局部稳定性，预报拱顶掉块、侧壁片帮等灾害。7.隧底及周边岩溶勘察（必要时进行）根据既有勘察资料分析和洞内地质素描及超前地质预报的岩溶发育情况，对疑有岩溶发育的段落，采用地质雷达探查，对影响稳定的异常处采用钻孔验证，查明隧底和周边隐伏岩溶的位置、大小、顶板厚度，分析评价隧底及周边稳定性提出建议处理措施。148.灾害评估、防治工程措施建议(1)灾害评估内容：包括超前预报、围岩稳定性评价和隧底及周边岩溶勘察所揭示的大型坍方、突水突泥、软岩变形、围岩稳定性、隧底岩溶坍塌等方面。(2)防治工程措施建议：施工地质人员以设计为基础，根据综合预报的地质条件，从地质的角度出发，针对不同地质条件和地质灾害及其危害程度，提出安全可行的处理措施建议。涉及到变更的，提供相关变更设计资料。5 施工地质工作的实施5.1 工程地质分级标准根据沪昆客运专线贵州段三标区域地质资料和设计文件，按照不同的工程地质情况将全线分为四个地质风险等级。A 级：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、导水性良好的地层和大型断层破碎带；可能诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、人为坑洞、放射性等问题严重的地段；可能发生特大型、大型突水突泥地段，特殊地质地段，重大物探异常地段等。B 级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。C 级：水文地质条件较好的碳酸盐及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。D 级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。涌突水级别据经验定为：小型涌突水： 100m 3/h中型涌突水： 1001000 m 3/h大型涌突水： 100010000 m 3/h特大型涌突水： 10000 m 3/h15实际操作过程中需结合施工技术条件和工程特征评估其危害，调整涌水量级别。另外也需根据既有资料、超前于包含水体情况和钻孔、炮眼揭露的地下水喷射距离等综合预测涌水量。5.2 不同工程地质分级相对应的超前地质预报方案根据不同的地质风险等级，制定、实施相应的超前地质预报方案。方案制定应做到六结合的原则，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；构造探测和红外线探水相结合；地质法、物探法和钻探法相结合；定性和定量相结合。A 级预报：采用地质分析法、TSP203（或地质雷达） 、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法、TSP 进行长距离预报，在异常地段及断层破碎带和采空区等特殊地段需采用多孔超前钻探（2030m） 。B 级预报：采用地质分析法、TSP203 进行长距离预报，辅以地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件复杂时，按 A 级要求实施。C 级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用 TSP203 或地质雷达进行探测，必要时采用超前水平钻孔或超长炮孔（510m）验证。D 级预报；采用地质分析法。6 施工地质工作、技术要求6.1 工作要求6.1.1 项目部应严格按指挥部的超前预报方案实施，科学组织，正确处理施工进度与施工地质工作的关系。当施工进度与超前预报发生矛盾时，施工必须为施工地质预测预报让路，以避免盲目施工，确保施工地质预测预报实施，并起到指导施工的作用；及时将监理签认的超前预报资料和其他施工地质资料提交有关单位。166.1.2 超前预报人员应能正确使用物探仪器设备，并具备判译、预报能力。6.1.3 项目队按要求配齐施工地质人员与超前探测仪器设备。6.1.4 开展综合物探方法时，项目队予以配合，提供条件。6.1.5 当发生涌（突）水、涌（突）泥（砂）等大型地质灾害时，各单位应及时与设计、监理单位联系，共同研究分析，提出处理方案及措施意见上报业主。6.2 不同预报方法及测试技术要求见附录一。6.3 施工地质工作记录、报表及资料整理要求见附录二。17附录一 不同预报方法及测试技术要求一、超前水平钻探1.基本原理超前水平钻探法是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种方法，超前钻孔是在掌子面布设探孔，采用水平钻机进行超前钻探，根据钻机在钻进过程中的推力、扭矩、钻速、成孔难易及钻孔出水情况来确定前方的地层和岩性，同时进行涌水量、水压测试及水质分析，判定掌子面前方地层含水情况及性质。必要时提取岩芯进行分析。超前水平钻探能够比较精确、直接地透露前方地质信息。在超前水平地质探测时，根据探测情况分析，要掌握以下几点：（1）通过所取岩芯可辨别围岩岩性、地质年代名称、风化程度、颜色、主要矿物、结构、构造等。（2）观察钻进过程中可以掌握地下水活动状态，地下水出露位置（里程） ，出水量等。（3）通过岩芯采集数据进行分析计算，得出岩石质量指标（RQD） 、岩芯采取率、岩石平均度、不连续面的间距、状态和方向条件，以掌握围岩节理裂隙发育程度，确定围岩强度等级。其中岩石质量指标（RQD）是以修正的岩芯采取率来确定的。岩芯采取率就是采取岩芯总长度与钻进长度之比。修正的岩芯采取率有选用坚固完整的、其长度等于或大于 10cm 的岩芯总长度与钻孔长度之比，并用百分数表示，即（11）10%lcmRQDL式中 岩芯单节长， 10cm； 同一岩层中的钻孔长度。L在大量的工程实践中证明，RQD 是一种较好的判别指标。根据18它与岩石质量之间的关系，可按 RQD 值的大小来描述岩石的质量，如表所示。 表 6-1 岩石质量指标分类表图 6-1 钻机在进行钻探工作及采取岩芯样图通过现场钻探过程中所采集资料后，对岩芯采取数据进行详细分析，计算出岩芯采取率、岩石质量指标（RQD） 、岩石平均度等指标，同时进行围岩岩性分析、围岩颜色、风化程度、节理裂隙发育程度、充填物等记录，并对钻孔取芯柱状图、详细地质描述、地下水状态（水位位置、水量、活动状态）等编制工作。2超前钻孔要求（1）根据需要采取 16 孔超前水平钻探，原则上上台阶不少等级 RQD（%） 工程分级 90100 极好的 7590 好的 5075 中等的 2550 差的 025 极差的19于 3 个，钻孔布置见图 6-2。掌子面中部两边的超前钻孔应水平且有一定水平偏角，掌子面上部的超前钻孔应有一定的仰角，掌子面下部两边的超前钻孔应有一定的俯角和水平偏角。1534隧 道断面图AA1号探测孔4 、 5 、 6 号 探测孔23号探测孔 截面1隧 道断面图AA1 号 探测孔 截面图4 级钻孔 布置示意图图5 B 级 钻孔布置 示意图26图 6-2 钻孔布点示意图（2）每个掌子面要求配备钻进功效 4 米/小时的水平钻机。（3）两次循环的超前水平钻探搭接长度：全断面时不小于 5 米（4）钻进过程中，对不同岩层代表性取样。必要时采用孔内摄像记录，以提高功效。（5）超前水平钻探资料应现场记录描述。（6）采用少量 510 米炮眼探测掌子面前方地层和地下水情况。二、TSP1.TSP 方法及原理20TSP 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界面（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，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，便可了解隧道工作面前方不良地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。采集的 TSP 数据，通过 TSPwin 软件进行处理。TSPwin 软件处理流程包括 11 个主要步骤，即：数据设置带通滤波初至拾取拾取处理炮能量均衡Q 估计反射波提取P-S 波分离速度分析深度偏移提取反射层。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间转换为距离（深度） 。处理结果，可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。通过 TSPwin 软件处理，可以获得 P 波、SH 波、SV 波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的 2D 或 3D 空间分布。设备：采用 TSP 超前地质预报系统。系统主要组成： 记录单元：12 道，24 位 A/D 转换，采样间隔 62.5s 和125s，最大记录长度为 1808.5ms，动态范围 120dB。地层、断层、界面入射波前反射波前震源检波器检波器隧道21图 6-3 TSP 原理图接收器（检波器）：三分量加速度地震检波器，灵敏度为1000mV/g5%，频率范围为 0.55000Hz，共振频率 9000Hz，横向灵敏度1%，操作温度 065。TSPwin 软件：数据采集和处理集于一体。测线布置：接收器孔位置：在隧道边墙（面对掌子面） ，距离掌子面约 50m数量：2 个，隧道左、右边墙各一个直径：43-45mm/孔深 2m布置：沿轴径向，用环氧树脂固结，向下倾斜 10左右高度：离地面 1m炮孔位置：隧道右边墙。第一个炮孔离接收器 16m，其余间距为1.5m数量：24 个直径：38mm/孔深 1.5m布置：沿轴径向，向下倾斜 10-20（激发时水封填炮孔）高度：离地面约 1m探测结果初步分析对处理成果的分析，根据以下原则进行：反射振幅越高，反射系数和波阻抗的差别越大。正反射振幅（红色）表明正的反射系数，也就是刚性岩层；负反射振幅（蓝色）指向软弱岩层。22若 S 波反射比 P 波强，则表明岩层饱含水。Vp/Vs 较大的增加或泊松比 突然增大，常常因流体的存在而引起。若 Vp 下降，则表明裂隙密度或孔隙度增加。三、红外线探水1.工作原理：利用被测体温度场的变化预测地下水体空间位置的一种物探方法。当含水体与围岩存在温度差时，岩体中温度随观测点距含水体距离的增加呈对数衰减（或增加，视温差的相对值而定） ，最终趋于岩体的正常温度。因此，在掌子面上按一定规律布设多个观测点，由于各点距含水体的距离不同，各观测点间存在温度差，据该差异即可判断掌子面前方水体的存在。2.测线布置：开挖工作面每断面布设 35 条测线，第一条测线个测点，异常情况适当加密。测线布置如图 6-4。图 6-4 红外探测测线布置示意图四、地质雷达地质雷达是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接受天线所接收，见图 6-6。测线布置见图 6-7。4m2红 外 探 测 测 线 布 置23由于水的介电常数和电阻率与围岩差异很大，所以对充水和充泥的不良地质体反映灵敏，当用作隧道超前地质预报时，可较准确探测开挖工作面前方和洞体周围有一定规模的含水裂隙、溶洞、断层。由于采用高频电磁波，其分辨率相对较高。一般应用 50 和100MHz 的天线重复测量，综合分析。图 6-5 雷达工作原理及其基本组成图 6-6 地质雷达测线布置示意图G P R 发射器G P R 接收器目 标 体发 射 接 收收 发 转 换发 射 机噪 音 接 收 机主 机地 质 雷 达 原 理地 质 雷 达 测 线 布 置2m24图 6-7 地质雷达测线布置示意图用于超前地质预报的地质雷达可选用 SIR3000（SIR2000） 、SIR20 或 RAMAC 等型号，天线应使用中心频率为 50MHz 和 100MHz 的两