隧道超前地质预报作业指导书.doc

新建向莆铁路隧道超前地质预报作业指导书向莆铁路股份有限公司工程部2008820隧道及其它地下工程，深埋于地下，工程岩体的工程地质、水文地质条件复杂多变，限于目前地质勘探技术水平、地质勘探密度等因素，期望在勘测阶段完全查明工程岩体的状态、特征，准确地预报可能引发隧道地质灾害的不良地质体的位置、规模和形态是十分困难的。这些问题的解决主要还得靠施工过程中开展深入的超前地质预报工作。一、超前地质预报的目的1、进一步查明前期没有探明的隐伏的重要地质问题。2、进一步探明可能引发隧道地质灾害的不良地质体的位置、规模和性态。3、为隧道动态设计提供地质依据。4、为编制竣工文件提供地质资料。二、超前地质预报的主要内容1、地层岩性的预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报。2、地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。3、地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。4、不良地质的预测预报，特别是对溶岩、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报。三、超前地质预报方法超前地质预报目前常用的方法有物理勘探法、地质调查法、超前钻探法、超前导坑预报法等，施工中应将这几种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证。1、物理勘探法：包括弹性波反射法(地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和陆地声纳法等)、电滋波反射法(地质雷达探测)、红外探测、高分辨直流电法等(见下表一)。用爆破、激振装置等手段产生弹性波或用仪器发射电磁波，对不同界面反射回的波形进行分析，预测、预报隧道前方的工程地质、水文地质情况，其占用隧道循环时间较少，主要适用于以下范围： 适用于对掌子面前方和周围较大范围内的地质构造、洞穴、隐伏含水体等的探测。 被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异。 被探测对象具有一定的规模，且地球物理异常有足够的强度。 能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号。2、地质调查法：包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等。通过对掌子面岩性（产状、结构、构造），岩石特征（岩石名称、节理发育情况、节理充填物性质、软弱夹层等），出水量大小等内容做出开挖面前方短距离内的岩体稳定性分析，判断前方围岩情况(见附录A )，填写施工阶段围岩级别判定卡（表格见铁道部下发的铁路超前地质预报技术指南第62页），并附开挖掌子面彩色打印影像图片。常用的物理勘探方法及适用范围(表一)方法名称适用范围电法直流电法超前探测隧道掌子面和侧帮的含水构造高密度电阻法探测岩溶、洞穴、地质界线电磁法甚低频探测隐伏断层、破碎带；探测岩层接触带；含水构造及地下暗河等地质雷达探测隐伏断层、破碎带；探测地下岩溶、洞穴；探测地层划分地震波和声波法折射波法划分隧道围岩级别；测定岩体的纵波速度反射波法划分地层界线；探测隐伏断层、破碎带；探测地下洞穴；测定含水层分布隧道地震波法(TSP)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瑞雷波法探测隐伏断层、破碎带；探测岩溶、地下洞穴放射性监测ASM-氡及其子体监测仪空气中氡及其子体的浓度监测辐射测量仪辐射监测红外线地下水探测探测局部地温异常现象；判断地下脉状流、脉状含水带、隐伏含水体等所在的位置。3、超前钻探法。包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。在施工开挖掌子面打水平（或倾斜）钻孔，与超前导坑预报法类似，可查明隧道掌子面前方一定范围内的工程地质、水文地质条件获得看得见、摸得着的实物，是最直观、真实可靠的超前预报手段。同时，应编制探测报告，内容包括工作概况、钻孔探测结果、钻孔柱状图(见附录B )，必要时应附以钻孔布置图、代表性岩芯照片等。瓦斯钻探应遵循铁路瓦斯隧道技术规范(TB10120)的有关规定。对富水隧道应及时探明地下水的储量及分布，探水的方法主要采用钻探法外另辅以电法、红外线法等。4、超前导坑预报法。在隧道旁打平行超前导坑、正洞超前导坑，查明隧道掌子面前方一定范围内的工程地质、水文地质条件。这种方法能取得看得见、摸得着的实物，直观、真实可靠(见附录C )。四、超前地质预报信息的处理1、施工单位在实施超前地质预报前应全面了解隧址区地质情况，分析和掌握存在的主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围等，核实地质复杂程度分级、超前地质预报方案的内容。2、施工单位应编制超前地质预报实施大刚，其内容应包括： 编制依据； 工程概况； 地质概况； 地质复杂程度分级； 实施超前地质预报的目的； 超前地质预报方案、分段预报内容及具体预报方法、技术要求、预报工作量，必要时应编制气象、重要泉点和洞内主要出水点、暗河流量等观测计划和观测技术要求； 超前地质预报工艺流程及操作要点； 超前地质预报组织机构设置及投入的人力、设备资源； 质量要求； 安全措施； 成果资料编制的内容与要求； 工作制度，包括与监理、勘察设计、建设单位的联系制度，地质预报成果报告提交的时限，信息传递方式等； 地质预报成果的验证及技术总结的要求； 其他需要说明的问题。3、超前地质预报竣工总报告应包括： 工程概况； 地质概况：包括原有地质资料的概略情况及其结论，施工开挖过程中揭示的不良地质、特殊岩土及存在的主要工程地质问题； 设计预报方案和根据实际地质情况调整后的预报实施方案； 统计各预报方法实际工作量，并与超前地质预报设计工作量进行对比，分析增减的原因； 预报与施工验证对比情况，包括预报准确率统计结果，对预报绩效进行评价； 设计与施工地质资料对比情况，对勘察资料进行评价；施工过程中遇到的重大工程地质问题及其处理的经过、措施、效果，运营中应注意的事项； 超前地质预报工作的经验与教训，采用新技术、新设备、新方法的情况及推广应用的建议； 其他需要说明的问题； 附图和附件。4、隧道超前地质预报工作程序框图：编制地质预报竣工总报告隧道地质复杂程度分级超前地质预报设计编制超前地质预报实施大纲超前地质预报实施地质综合分析提交地质预报成果报告与设计、地质预报结论吻合下循环实施编制地质预报月报、年报年隧道内地质调查隧道施工方案实施或根据地质预报结论变更设计、施工方案后实施与设计、地质预报结论不符5、隧道超前地质预报工艺流程图准备地质调查地质素描钻探成果处理及分析否是制定钻探方案，准备钻探设备实施钻探钻探成果处理及分析综合分析判断确定施工方案施工中地质验证结束是否需要钻探地质分析制定钻探方案，准备钻探设备实施钻探是否需要钻探是否6、施工单位应设立隧道超前地质预报组织机构(见下图)，由专业地质工程师负责，分析研究已有的地质资料，对隧道开挖过程中探测的工程地质和水文地质资料进行收集、统计、分析和编制信息预报成果，及时掌握和反馈隧道地质条件信息，会同建设、设计、监理人员调整和优化隧道设计参数、防护措施，为优化隧道施工组织、制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据。超前地质预报主要项目见下表：超前地质预报主要项目综合表项目预报主要内容主要方法/仪器重点预报地段常规预报围岩类别岩性特征，节理，裂隙发育特征和岩体结构特征地质素描法，TSP，物探法、级浅埋地段异常预报断层位置，规模，破碎程度，充填情况，含水情况钻探孔，TSP，地质素描法，物探法/台车、级浅埋地段突水位置、规模 钻探孔，TSP，地质素描法，物探法/测流计、级地段超前地质预报工作机构图地质雷达预报 红外线法探水 洞内监控量测 TSP 法预测地表监控量测 地质组工程部地质调查和素描 超前钻孔预报 7、通过信息化管理对已施工地段各预报手段所获得的资料进行综合分析与判断，并编制地质综合分析成果报告，进行相互验证，再反馈给地质预报，不断积累经验，提高预测结果的准确性，保证隧道施工顺利进行。隧道工程施工地质信息图地质素描超前地质预报信息化施工地质调查和素描涌水量监测红外线探测岩体渗透试验变更和应力监测洞壁压力监测物理力学试验描物探钻探信息反馈系统施工决策系统信息分析系统信息采集系统五、制定不同工程地质问题相应的预报方案1、岩溶及岩溶突水预报方案。首先利用地质调查与地质素描手段，确定隧道可溶岩发育的大致里程，再通过TSP203和高分辨电法探测对岩溶及地下水发育的位置、规模及性质作较为详细的预报，然后采用掌子面素描、红外探测等方法更加准确地预报掌子面前方30m范围内岩溶的发育情况，对可能有岩溶、突泥涌水的地段特别是可溶岩与非可溶岩的接触带应进行双孔水平钻验证，钻孔时需安设孔口管及高压闸阀，当遇有高压水时，要立即拔出钻具，关闭孔口管的高压阀门，等待制定处理措施。对岩溶强烈发育地段可增加钻孔的数量及采用地质雷达探测，并对开挖后的隧道底板用地质雷达进行隧底岩溶检测。2、煤层瓦斯预报方案。首先利用地质调查与地质素描手段，揭露隧道煤系地层的大致里程，再通过TSP203对进一步确定煤层发育的位置，然后采用掌子面素描、单孔超前水平钻孔等方法更加准确地预报掌子面前方30m范围内煤层的位置及厚度。水平钻孔需采用水循环回转钻，否则易引起火灾或爆炸，并钻取岩芯。3、采空区预报方案。对于可能由于人工开采形成的采空区及储水仓，需采用TSP203、高分辨电法探测等手段进行预报，采用掌子面地质素描观察隧道围岩的变化，特别是地下水的变化情况，对物探手段发现异常的地段采用超前水平钻孔加以验证，钻孔时需安设孔口管及高压闸阀，当遇有高压水时，要立即拔出钻具，关闭孔口管的高压阀门，等待制定处理措施。必要时辅以地质雷达探测。 4、断层破碎带预报方案。首先利用地质调查与地质素描手段，确定在勘察阶段发现的宽大断层的大致里程，此外，由于地壳中许多断层并未延伸至地表或被覆盖层所覆盖，所以隧道在开挖过程中所揭露的断层往往多于地表所发现的数量，故全隧均应进行TSP203探测，预报掌子面前方围岩的强度、完整性、富水性，对可能存在断层地段采用高分辨电法作进一步探测，然后根据掌子面素描观察隧道围岩的变化，统计节理组数及其形态的变化，推测前方可能出现断层的位置，对可能出现断层的地段进行单孔水平钻验证，钻孔时需安设孔口管及高压闸阀，当遇有高压水时，要立即拔出钻具，关闭孔口管的高压阀门，等待制定处理措施。5、高地应力预报方案。根据隧道的埋深及区域构造作用力的大小，确定隧道高地应力地段，采用TSP203探测预报掌子面前方围岩的强度情况，再通过掌子面地质素描判定围岩的级别、硬度及变化趋势，确定可能发生岩爆的硬岩地段及发生大变形的软岩地段。6、放射性监测方案。放射性元素衰变产生的射线和有放射性特点的隋性气体氡气及其子体是隧道辐射的主要来源，在有辐射存在的隧道施工过程中必需采用ASM-氡及其子体监测仪进行空气中氡及其子体的浓度监测，采用辐射测量仪进行辐射监测。 六、施工单位职责1、单独编制超前地质预报实施大纲，由局集团公司总工程师审查批准后报向莆公司工程管理部审批后负责组织实施。2、及时将超前地质预报成果报监理单位、设计单位、建设单位，并对超前地质预报成果及数据的真实性负责。3、应具有实施超前地质预报的工作能力，配备足够的专业人员和仪器设备，且仪器设备的性能、精度及效率应能满足预报和工期的要求。或委托有经验的超前预报专业队伍实施。4、施工中应分析和研究超前地质预报成果，发现地质情况与设计不符时应及时上报监理单位、设计单位、建设单位，按程序及时进行变更设计。5、应对超前地质预报工作纳入现场施工组织管理，作为一道关健的工序进行。6、应编制各预报方法预测报告、地质综合分析报告、月报、年报、超前地质预报总报告。七、监理单位职责1、对施工单位上报的已纳入实施性施工组织设计中的超前地质预报实施大纲进行审查。2、负责监督检查施工单位现场专业技术人员(地质、物探)数量及能力、设备类型及数量、超前地质预报的实施和数据采集以及相关协调工作。3、参加施工单位的超前地质预报工作，对隧道超前地质预报实施全过程监理。4、对施工单位编制的各预报方法预测报告、地质综合分析报告、月报、年报、超前地质预报总报告进行审查。八、超前地质预报时安全注意事项1、作业人员应经过安全生产教育，具有安全生产的基本知识，认真学习、执行隧道施工安全规程和钻探安全技术操作规程；能识别各种安全危险源，保障人员和机械设备的安全。2、进入隧道作业时必须穿戴合体的工作服、防护靴、安全帽和防尘口罩等防护用品。3、严禁上班前和工作中饮酒。4、必须在现场找顶作业结束后进行地质预报工作，开始工作前应观察操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探开挖工作面附近是否有危石存在，确保预报人员的安全。5、高处作业时作业台架必须安设牢固，台架周围应设置防护栏，凡患有高血压、心脏病等不适应高处作业者不得上架作业。6、当隧道岩体中含有煤压瓦斯、石油天然气等易燃易爆物时，应采用防爆型的仪器、设备。当采用非防爆型时，在仪器设备及操作空间20m范围内瓦斯浓度必须小于1%。7、超前钻探必须采用水循环钻或湿式钻孔，严禁携带火源进洞。8、弹性波反射法超前地质预报现场采集数据使用的炸药和雷管必须由持有爆破证的专人领用，爆破作业必须由专业爆破工操作。9、钻机使用的高压风、高压水的各连接部件均应采用符合要求的高压配件，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂高压风、水伤人；高压电路接线应由专业电工操作。10、钻孔时钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙等伤人。11、为便于控制超前钻孔揭露大量地下水时的水流及采取措施，孔口应安设孔口管和闸阀，且孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。九、参考资料1、关于进一步加强铁路隧道施工超前地质预报工作的通知铁建设函2006340号2、铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设2008105号3、客运专线铁路工程施工技术指南使用手册 TZ 214-20053、铁路瓦斯隧道技术规范 TB10120-2002 J160-20024、高速与客运专线铁路施工工艺手册附件：附录A 隧道地质素描图附录B 钻孔柱状图附录C 开挖工作面质状况记录表附录A 隧道地质素描图附录 B 钻孔柱状图开孔时间：终孔时间：孔口里程孔口位置立角：偏角：地层时代