四川某三级公路工程隧道超前地质预报专项施工方案(附示意图).doc

四川省会东至河门口公路工程老嘎木隧道超前地质预报专项施工方案编制： 审核: 批准: 中铁七局集团有限公司乌东德水电站会河公路工程二标项目经理部二o一二年四月目 录(一)编制依据1(二)编制原则1(三)工程概况13.1地形与地貌23.2 地质条件23.3 地震效应23.4 主要设计参数2四、超前地质预报专项施工方案34.1超前地质预报的目的和目标34.2超前地质预报主要项目34.3超前地质预报的方法和手段44.4超前地质预报实施规划44.4.1施工组织及管理机构44.4.2隧道超前地质预报实施计划安排44.4.3超前地质预报时间安排54.4.4超前地质预报主要设备配置计划64.4.5专业技术人员配备74.4.6地质预报流程及信息反馈74.5超前地质预报方法94.5.1有针对性的补充地质调查94.5.2地质素描94.5.3tsp203超前地质预报系统94.5.4地质雷达预报114.5.5超前地质钻孔114.5.6红外探水114.5.7钻探12五、超前地质预报保证措施125.1建立严格的岗位责任制125.2地质预报工作管理125.3正确处理地质预报与施工的关系135.3.1超前地质预报与施工的协调问题135.3.2超前地质预报的费用问题136安全防范措施136.1防高处坠落的安全技术措施146.2防物体打击的安全技术措施146.3防机械伤害的安全技术措施146.4采用tsp203超前地质预报系统的安全技术措施14(一) 编制依据四川省会东至河和门口公路工程第二标段设计图纸、招标文件及工程量清单等。国家、省部和中国中铁集团有限公司现行设计规范、施工规范、验收标准及实施细则等。我方自行踏勘本标段施工现场和调查周边环境所获得的资料。我方拥有的人员和机械设备情况、施工技术、管理水平、科技创新成果以及多年来在工程实践中积累的施工和管理经验。(二) 编制原则严格按照设计文件、设计图纸进行施工，遵守相关施工规范、标准及实施细则，确保本工程施工质量符合公路工程质量检验评定标准的要求。根据业主对工程工期的要求，合理地配置施工队伍、机械设备和工程材料等资源，以满足现场施工需要。加强安全管理，采用切实可行的安全保证措施，确保本工程无重大安全事故和人身伤亡事故。精心组织，科学管理，缩短工艺衔接时间，合理优化施工流程。积极推广应用新工艺、新技术和新设备，提高现场施工的机械化作业水平。积极应用先进的科技成果，提高劳动生产效率。加强环境保护力度，减少环境污染。本着“永临结合、节约用地”的原则，临时工程用地尽量利用既有道路和施工正线线路。工程竣工后，对临时施工用地进行复耕和绿化。尊重当地居民风俗习惯，确保文明施工。(三) 工程概况隧道设计标准公路等级：三级公路；设计时速：30km/h;隧道行车宽度：7m；隧道建筑界限：净空9m(宽度)7.6m（高度），紧急停车带净空12.25m(宽度)7.6m（高度）。3.1地形与地貌老嘠木隧道进出口边坡坡度陡峭，多成陡崖。隧道进口位于鲹鱼河左岸的岸坡壁面上，地形坡度4466。出口位于上腰岩滑坡上游，洞口附近地表坡度约为3137，洞口上方为马头山组厚层砂岩形成的高进100m的岩壁，壁面坡度为61。3.2 地质条件老嘠木隧道测区范围总体呈单斜构造，岩层产状：走向310345ne1015。隧道测区内仅在鲹鱼河及田家河冲沟内见地表水流，地下水主要以裂隙水、孔隙水形式赋存。隧道区发育的不良地质主要为围岩和滑坡。上腰崖滑坡：位于k33+070k33+310段，体积为1050104m3，长450525m，宽160180m。滑坡整体稳定，浅表层稳定性差。由于滑坡位于隧道出口下游，对基础稳定有一定影响。卸荷、围岩：隧道进出口段为马头山组（k1m）厚层砂岩形成的高达100余米的陡崖，分布高程13001450m左右。岩层产状平缓，岩体卸荷严重。坡面上危岩体、或危岩块分布普遍，稳定性差，常有崩塌滚石现象，对线路影响较大。隧道围岩等级分别为、1、2等3级，其中级围岩长1795m，1级围岩长65m，2级围岩长175m。隧道进出口处边坡岩体卸荷风化强烈，卸荷张开裂隙，危岩体发育，边坡稳定条件差。3.3 地震效应根据中国地震动峰值加速度区划图（gb1836-2001），工程区的地震动峰值加速度0.15g（50年超越概率10%），相应地震基本烈度为度。3.4 主要设计参数老嘎木隧道起点中心桩号为k31+065，洞口起点路面高程为1386.09m；隧道终点中心桩号为k33+100，洞口终点路面高程1339.63m，隧道设计全长2035m。老嘠木隧道进口洞门采用箱型棚洞式，长度15m，出口采用端墙台阶时明洞门，长度4m。洞口边仰坡采用喷、锚、网防护。除明洞结构外，其余洞身衬砌按照新奥法的原理进行设计，采用复合式衬砌结构，初期支护采用锚杆、c20喷射混凝土、格栅钢架或钢拱架，二次衬砌采用c25模筑混凝土或c25钢筋混凝土支护。老嘠木隧道衬砌类型包括箱型棚洞及明洞段19m，级围岩标准段1695m，级围岩标准段85m，级围岩浅埋段181m，级围岩偏压段55m。隧道路面基层采用25cm厚c20混凝土基层，横坡采用2.0%人字坡。老嘠木隧道设置4处紧急停车带，6处洞顶风机，11处配电小室。四、超前地质预报专项施工方案隧道施工中的超前地质预报关系到工程安全、质量和进度，施工中坚持将超前地质预报作为一项工序纳入施工组织与管理,当施工进度与超前地质预报发生矛盾时,施工必须为超前地质预报让路,以避免盲目施工,确保超前地质预报工作的实施,并起到指导施工的作用。4.1超前地质预报的目的和目标目的：在在施工前期地质勘查成果的基础上,进一步查明掌子面前方一定范围内围岩的地质条件,超前探测地层岩性、软弱层的位置、岩体完整程度、断裂带位置、宽度、破碎程度、富水性，等不良地质以及隐伏的重大地质问题。为信息化设计和施工、围岩变更提供依据。预报突水突泥及断层破碎带具体位置及可能带来的灾害程度，降低地质灾害发生的风险；提供必要的地质参数如：地下水压力、涌水量等；提供施工掌子面前方地质信息，进一步确定保证围岩稳定性的工程措施及合理的施工方法；优化施工方案提供依据，指导施工顺利进行，确保施工安全；为编制竣工文件提供可靠地地质文件。目标：准确预报掌子面前方围岩地质情况及富水情况，重点预报突水突泥及断层破碎带等不良地质的具体位置、规模及影响程度，控制掌子面前方30m范围内不良地质体预报误差在1m以内。4.2超前地质预报主要项目超前地质预报主要项目见超前地质预报主要项目表。超前地质预报主要项目表（表4.1）项目预报主要内容主要方法/仪器重点预报地段常规预报地 层 岩 性岩性特征，软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土地质素描法，tsp203，物探法断层破碎带软弱围岩地段地 质构 造断层、节理密集带、褶皱钻探孔， tsp203 断层破碎带异常预报不 良地 质溶洞、暗河、人为坑洞、有害气体tsp203，钻探孔，地表观察及地质素描法溶洞、暗河地下水岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴、富水地层钻探孔，tsp203，地质素描法，物探法，测流计高水压地段4.3超前地质预报的方法和手段综合应用地质分析法、物探法和水平钻孔法。地质分析方法作为基本方法，物探方法作为快速侦察手段，水平钻孔方法在地质特殊复杂地段纳入工序进行组织管理；三种方法有机结合，配合应用，发挥各自长处，从不同方面发现异常、揭示异常，组成超前地质预报完整的技术体系。4.4超前地质预报实施规划4.4.1施工组织及管理机构成立动态超前地质预报管理组织机构。下设地质组、物探组、隧道组三个专业组，成员由具有丰富地质工作经验的专业技术人员担任。施工中坚持轮班制，进行24h全过程监控指导，确保各种措施的落实。各组密切配合、协作，及时反馈和分析，为信息化设计和施工提供有力支撑和保障。4.4.2隧道超前地质预报实施计划安排本隧道地质条件复杂，并且局部地段具有地质灾害性质。施工过程中必须将超前地质预报纳入施工工序管理，做到先探测后施工，不探测不施工。实施计划总的思路是：长期预报和短期预报相结合，采用tsp203超前地质预报系统进行长距离宏观控制，红外探水连续实施，地质雷达进一步强化、补充和验证，加大超前水平钻探和孔内数码成像的力度，加强常规地质综合分析，力争把发生地质灾害的几率降至最低。具体预报方法见长期预报和短期预报放发表，实施计划安排见下页超前地质预报实施计划安排表。长期预报和短期预报方法表（表4.2）地质预报项目预报内容长期预报地表调查岩层产状及其变化，构造在隧道地表的发育规律等tsp203探测断层、围岩等级变化及不良地质情况超前水平地质探孔验证物探预报情况，围岩类别判定等地质素描隧道掌子面地质素描及地质分析预报短期预报地质雷达隧道底部探测、周边出水部位探测超前地质预报实施计划安排表（表4.3）地质预报项 目计量单位计划工作量测量频率备注地表调查延米2035工前、工中、工后岩层产状及其变化；构造在隧道地表的表现。tsp203探测次20每次测量100m范围断层及不良地质情况地质雷达延米2035每次测量20m30m范围隧道底部探测、隧道周边出水部位探测超前水平地质探孔延米2035每次测量10m以上范围为避免地质灾害发生，广泛采用超前水平探孔地质素描延米2035每次开挖后进行围岩描述及预报4.4.3超前地质预报时间安排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进行管理，该项工序在每循环中安排见超前地质预报循环安排示意图（图4.1）。超前地质预报循环安排示意图（图4.1）钻孔台车打眼地质素描tsp地质预报地质雷达探测钻孔探测涌水量测高密度电法量测装药爆破通风排险初喷出砟初期支护超前支护4.4.4超前地质预报主要设备配置计划主要设备配置计划见下页超前地质预报主要设备配置计划表。超前地质预报主要设备配置计划表（表4.4）序号设备名称型 号数 量备 注1超前预报仪tsp2031套委托2地质雷达ramac1台委托3红外探水仪hy3031台委托4水平钻机yq1002套钻孔深度大于30m5地质钻机zyg1502套6高密度电法仪wdjd11套委托7地质罗盘仪2套8数码相机、光学相机cannon2部9笔记本电脑ibm1台4.4.5专业技术人员配备专业技术人员配备见下表。专业技术人员配备表（表4.5）序号人员配置数量1地质工程师1名2地质及物探工程师1名水文地质工程师1名4计算机工程师1名4.4.6地质预报流程及信息反馈超前地质预报的方法就是建立一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，输入信息处理系统，进行综合分析、判断，并将处理结果反馈给施工，及时调整施工方法和支护参数。采用新的施工体系后，重新从施工过程中获取新的地质信息，更新地质信息系统，经处理后，再一次反馈给施工，如此往复。通过地质信息系统的及时、准确预报，为信息化施工提供决策依据。地质预报信息系统见地质预报信息系统图。地质预报信息系统图（图4.2）隧道地质信息采集系统地质信息处理系统地质预报反馈动态设计组超前地质预报超前探孔tsp203地质预报仪地质雷达是否与设计文件一致地质素描洞内水文地质预报红外线探测涌水量监测突水突泥探测地表井、泉量测监理组地质预报管理机构信息化施工重新设计是否地质预报信息反馈系统4.5超前地质预报方法4.5.1有针对性的补充地质调查补充地质调查的主要内容包括不同岩性、地层在隧道地表的出露及接触关系，岩层产状及其变化；构造在隧道地表的出露、分布、性质、规模及其产状变化；地表岩层发育、规模及分布规律。补充地质调查的方法：预报组根据建立的标准地层剖面，结合沉积规律，确定各岩组的地层层序、厚度、标志层位置。对地质构造进行追踪调查后，根据施工进展情况，展开有针对性的地质描绘，详尽地核对细化勘察设计资料，为地质预报做好基础工作。4.5.2地质素描地质素描是对已开挖掌子面的地质状况作如实的调查，并进行详细编录，采集必要的数据，具体包括：对掌子面地层岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行详细编录。地质素描的方法及预报成果见地质素描的方法及预报成果表。地质素描的方法及预报成果表（表4.6）序号方 法形成成果1采用罗盘仪，洞内观察等方法，实测岩层产状、节理产状及间距、微构造产状、断层面产状等，分段测绘分析岩体各种参数，进行掌子面的工程地质评价，作出掌子面断面图，据其作常规预报展示图和分段预报报告书。2做标准地层剖面和岩层层位预报预测软弱岩层的位置，提出施工建议措施3观察掌子面断层及微构造出现情况、对产状进行量测分析断层、微构造的产壮规律，据其在掌子面部位、构造走向与隧道轴向的关系作出地质预报图4.5.3tsp203超前地质预报系统tsp203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上在这个领域先进的设备，它为方便快捷地预报掌子面前方100200m范围内的断层破碎带、软弱地层等不良地质情况提供了一种强有力的方法和工具，通过超前地质预报提前了解掌子面前方的地质变化情况，合理安排掘进速度，及时优化施工方案，加强防护措施，从而能够确保安全、顺利地通过不良地质地段，使施工真正做到科学、安全、高效,其工作原理见tsp工作原理图。tsp地震波法超前地质预报工作原理图(图4.3)工作方法：tsp203超前地质预报系统测线布设在掌子面附近的边墙上，它由两个接收器孔和24个炮孔组成，两个接收器孔对称分布在两边墙，24个炮孔等间距布置在两侧边墙。在数据采集前，钻孔、接收传感器套管的安装，以及接收器孔、炮孔倾角倾向和各孔距基准点距离的测量要先期完成。由于这些准备工作不影响正常施工，因此可与隧道施工作业同时进行。当正式爆破采集数据时，洞内一切施工必须停止，以确保采集到的数据尽可能少的受外界噪声的干扰。在数据采集时，相互间要做好配合，以减少对施工的影响。在熟练的情况下，数据采集时间可控制在1h以内。tsp数据处理流程见下图。数据处理流程图（图4.4）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tsp203预测的方法及预报成果表（表4.7）预测方法预报成果利用地震波的反射原理预测推断断层、岩层破碎带等不良地质体的位置、规模、性质反射界面的岩性参数、产状及岩石力学参数4.5.4地质雷达预报应用电磁波反射原理进行探测。通过测定与岩溶含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体，如含水的断层、岩性界面等。采用地质雷达对岩性结构变化进行短距离（1040m以内）的精确预报。地质雷达作为tsp203超前地质预报的补充，在高水压地段对tsp203预报的异常点进行补充探测。比如确定异常体的规模、性质、危害等有困难时采用地质雷达进行补充探测。同时地质雷达用于隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位可能隐伏洞穴的探测，效果较好。地质雷达预报方法和预报成果见地质雷达预报方法和预报成果表。地质雷达预报方法和预报成果表（表4.8）预测方法预 报 成 果探测充水的地质体判定断层、岩性的界面，确定异常体的规模、性质、危害隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位可能隐伏洞穴的探测4.5.5超前地质钻孔超前钻孔对揭示掌子面前方的地质特征准确率高。4.5.6红外探水红外探水每20m测量一次。红外探水测量速度快，基本不占用工序时间。资料分析快，测量完毕，即可得出初步结论，室内整理及编写报告也可在2h内完成。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。红外探水解决的问题有：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、是否存在含水断层、是否存在含水破碎带。每次防水超前探测预报需15min。向隧道上方探测与下方探测：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，一旦在卸压时岩溶水溃入隧道，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威胁隧道安全的含水构造。红外探水方法：红外探测属非接触探测，在隧道壁上定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。定好探点后扣动板机，就可在仪器屏幕上读取探测值。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。根据探测曲线特征判断含水构造或含水体的潜在危害。当红外探测发现前方存在含水构造时，通过高密度电法电测解决前方含水构造至掌子面距离和给出破碎带的宽度。4.5.7钻探钻探的主要作用之一是通过钻探给出前方含水构造的涌水量。由于涌水量与水源有关、与水头压力有关、与爆破后出水断面大小有关，因而目前所有物探仪器均不能确定涌水量的大小。正洞超前地质探孔布置图（图4）通过钻探，当水量很小时，可继续掘进；当水量超过排水能力时，就注浆堵水。五、超前地质预报保证措施5.1建立严格的岗位责任制隧道施工中的超前地质预报关系到工程的安全、质量和进度，应作为一项工序纳入施工过程中，施工中应建立严格的岗位责任制。各预报组技术负责人和技术人员即是该工点地质预报的直接责任人，对所施工的工点预报工作负全责。须详细熟悉施工图纸、预报标准和技术要求，对预报结果负责。严格岗位培训和持证上岗制度，严肃工作纪律，严格把关。及时整理预测资料，按规定时间将预测报告及时上报上级部门。定期分析预报的准确度，及时总结预报过程中不利因素，采取有力措施，消除影响，不断提高工作水平。5.2地质预报工作管理地质预报由地质专业工程师负责，其他施工、隧道质检人员配合，进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果，由主管技术人员复核，并报设计、监理。为变更设计、修改施工方法提供依据。对于不良地质地段超前地质预报工作完成后,经成果分析,应及时上报项目部和监理、设计以及建设单位，采取必要的防范措施，如加强超前支护和初期支护参数、减少开挖进尺、提前导徘地下水等有效措施，确保水稻施工安全进行。不断总结经验，对已披露的实际地质情况与前期地质预报内容相比较，评估预报的准确性，为以后的超前预报工作积累经验。经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。5.3正确处理地质预报与施工的关系5.3.1超前地质预报与施工的协调问题超前地质预报在复杂长大隧道预测预报工作中发挥了重要作用，为隧道施工安全、确保工程质量和进度提供可靠保障。但是地质预报工作需占用一定的时间。如100m超长钻孔花费2430h可以准确判断前方100m范围地质情况是非常值得的。施工中地质预报尽量减少监测时间，而施工尽量为地质预报提供良好的检测环境，如降噪等。5.3.2超前地质预报的费用问题充分认识超前地质预报在复杂长大隧道施工中的重要性，应将地质预报工作作为一道工序排进作业循环时间表内，对地质预报所需的费用，在工程预算中应有专项费用和相应的会计科目，保证资金落实，确保地质预报所需的仪器设备齐备，人员、技术要求满足施工要求。6安全防范措施设计单位应根据隧道工程地质条件、环境条件、断面大小、施工方法和安全要求进行超前地质预报设计，在开工前向施工单位做好技术交底，提供与本工程监测项目相关的技术参数，科学指导现场施工的超前地质预报工作。 超前地质预报实施单位应配备安全员，超前地质预报人员也必须经过隧道施工安全教育培训，掌握安全操作技术和安全生产基本知识。无论在隧道洞口还是隧道内进行观测前，均应对观测点周围环境状态进行观察判断，在安全员监护中进行量测作业，安全员应随时观察工作状态。 做好围岩超前地质预报施工的作业台架设计规划，主要利用台架、扶梯、升降梯等进行地质素描，确保作业台架和设备的安全性能及状态。落实安全防护措施，完善防护设施。超前地质预报作业区域照明的光照度必须满足数据采集和作业人员安全操作