隧道超前地质预报方案.doc

新建山西中南部铁路通道瓦塘至汤阴（东）段站前工程ZNTJ-5标超前地质预报专项施工方案中铁十七局集团山西中南部铁路通道ZNTJ-5标项目经理部二一年六月 隧道超前地质预报专项施工方案超前地质预报专项施工方案 编制： 审核： 批准： 中铁十七局集团山西中南部铁路通道ZNTJ-5标项目经理部目 录1.编制说明12.工程概况13.超前地质预报的目的和目标34.超前地质预报主要项目35.超前地质预报的方法和手段36.超前地质预报实施计划47.超前地质预报方法88.超前地质预报保证措施149.正确处理地质预报与施工的关系1617中铁十七局集团中南铁路通道5标项目经理部隧道超前地质预报专项施工方案1.编制说明1.1.编制依据为保证山西中南部铁路通道ZNTJ-5标隧道工程施工安全，切实履行企业安全生产的责任主体,根据建设工程安全生产管理条例和危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法的规定，结合本工程的特点，制订ZNTJ-5标隧道工程超前地质预报专项施工方案。1.2.采用的标准规范、图纸铁路隧道超前地质预报技术指南(铁建设【2008】105号)；铁路隧道喷锚构筑法技术规范TB10108-2002；铁路隧道工程施工技术指南 TZ202-2008；铁路隧道施工质量验收验收标准TB10417-2003;铁路工程基本作业施工安全技术规程 TB10301-2009；铁路隧道工程施工安全技术规程 TB10304-2009；隧道施工设计图纸。2.工程概况2.1.线路概况中南铁路通道ZNTJ-5标段起讫里程为DK198+350DK259+000，全长57.70km，全部位于山西省石楼县、隰县境内，线路起点位于石楼县沙塘沟，穿过沙塘2号隧道，跨越屈产河、柳石公路和县乡道路，到达石楼车站，然后在谭家庄东侧进入石楼隧道，从朱家峪出来后，沿山脚前行，终点止于隰县车站。2.2.隧道工程概况本标段隧道25.2 km /18座。具体设计概况详见表1表1 隧道工程概况表序号隧道名称长度（米）序号隧道名称长度（米）1石楼隧道1280210高家坡2号37 02谭庄隧道44711郭家村隧道26083前王庄3号隧道16012二郎坡隧道3624前王庄2号隧道61513刘家堡1号隧道1345前王庄1号隧道43214刘家堡2号隧道2956沙塘2号隧道72315刘家堡3号隧道1807麻家庄隧道167516员家庄1号隧道3788东卫隧道284817员家庄2号隧道3509高家坡1号78518苛西隧道2082.3.工程地质条件：2.3.1.地形地貌本线路位于山西省石楼、隰县境内，处于吕梁山西侧的黄土梁峁区，是吕梁山地向黄河峡谷的延伸部分。地势总体由东向西倾斜。上部覆盖的厚层黄土，受长期水流侵蚀和切割作用，形成以黄土梁、峁和深切冲沟为主的典型黄土丘陵地貌，地形起伏较大且凌乱破碎。2.3.2.工程地质沿线不良地质主要包括以下几个方面：人为坑洞、岩溶、黄土陷穴和窑洞、崩塌落石、顺层等。2.3.3.特殊岩土沿线特殊岩土主要分布有：新黄土、膨胀土。沿线新黄土分布广泛，具湿陷性，多为坡洪积层，多属非自重湿陷性黄土，一般厚度为510m，湿陷等级一般为、级。膨胀土主要为第三系黏性土层，零星分布，具弱膨胀性。3.超前地质预报的目的和目标3.1.目的：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，为围岩变更提供依据。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；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；为优化施工方案提供依据，指导施工顺利进行，确保施工安全。3.2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.超前地质预报主要项目超前地质预报主要项目见下表。超前地质预报主要项目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，TSP203 断层破碎带软弱围岩地段涌 水状 态涌水量大小、压力、变化规律，环境水文地质特征钻探孔，测流计，TSP203，压力计高水压地段异常预报断 层位置，规模，破碎程度，充填情况，含水情况等TSP203，钻探孔、地表观察及地质素描法断层破碎带突 水突 泥位置，规模，泥屑流成份性质地质素描法，超前水平钻孔，物探法，测流计高水压地段5.超前地质预报的方法和手段本标段按照设计要求进行超前地质预报,拟综合应用地质调查分析法、物探法和超前探孔法。地质分析方法作为基本方法，物探方法作为快速侦察手段，超前探孔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。超前地质预报工作纳入现场施工组织统一管理,并应编制超前地质预报的安全保障措施.6.超前地质预报实施计划6.1.施工组织及管理机构成立以项目总工程师郭明为组长的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。地质预报组织管理详见图1。地质预报工作遵循“安全优质、高效、低耗”的宗旨，结合施工实际和地质复杂程度制定工作计划，核对设计文件，保证常规地段天天进洞，连续预报，重点地段密切注视，当好先行军、千里眼。6.2.隧道超前地质预报实施计划安排本标段隧道地质条件复杂,尤其是石楼隧道级、级围岩比例高，洞身多位于土石分界处，软硬不均，易产生围岩失稳，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。图1 地质预报施工管理机构图项目总工程师:郭明超前地质预报负责人:孙晋锋地质组:张勇物探组:孙晋锋隧道组:冯爱支护结构稳定性预报隧道突水突泥预测预报地质素描地面地质调查描绘高密度电法测试竖直钻探水平钻探红外探测红外探水地质雷达预报TSP超前预报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、实施计划安排见下表。长期预报和短期预报方法表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、周边出水部位探测石楼隧道超前地质预报实施计划安排表地质预报项 目计量单位计划工作量测量频率备注正洞斜井地表调查延米128002400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6010每次测量200m范围断层及不良地质情况地质雷达延米35001000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12000200每次测量30m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128002400每次开挖后进行围岩描述及预报注：其它隧道根据设计要求施做地质超前预报6.3.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，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图2。超前支护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碴初期支护图2 超前地质预报循环安排示意图6.4超前地质预报主要设备配置计划主要设备配置计划见下表。超前地质预报主要设备配置计划表序号设备名称型 号数 量备 注1超前预报仪TSP2031套2地质雷达RAMAC1台3红外探水仪HY3031台4水平钻机YQ1002套5地质钻机ZYG1502套6高密度电法仪WDJD12套7沼气氧气两用测试仪2套8地质罗盘仪2套9数码相机、光学相机CANNON2部10笔记本电脑联想thinpad2台6.5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序号人员配置数量1地质工程师2名2地质及物探工程师4名水文地质工程师2名4计算机工程师4名6.6.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图3。7.超前地质预报方法7.1.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。图3 地质预报信息系统图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7.2.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下表。地质素描的方法及预报成果表序号方 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7.3.TSP203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。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数据处理流程见图4图4 数据处理流程图TSP203预测的方法及预报成果见下表。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7.4.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下表。地质雷达预报方法和预报成果表预测方法预 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7.5.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。超前地质探孔布置见图5、图6。图5 斜井超前地质探孔布置图 图6 正洞超前地质探孔布置图7.6.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。7.7.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。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。本标段石楼隧道个别地段可能富集大量孔隙水及基岩裂隙水,需要进行注浆堵水处理.注浆堵水处里程预报工点见下表。石楼隧道注浆堵水里程预报工点表序号隧道里程围岩级别长度（m）地下水情况1DK231+840DK231+940100弱富水段2DK231+940DK232+830890弱富水段3DK232+830DK233+055225弱富水段8.超前地质预报保证措施8.1.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，超前地质预报人员必须经过隧道施工安全教育培训,并掌握安全操作技术和安全生产基本知识。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。8.2.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，由项目总工程师和分部总工程师复核，并报设计、监理。为变更设计、修改施工方法提供依据。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。8.3.安全措施超前地质预报作业应考虑下列主要危险源、危害因素：工作面坍塌、找顶不彻底、高处作业台架