综合施工地质预报作业指导书.doc

中铁十一局四公司兰渝铁路项目部综合施工地质预报作业指导书1 编制目的为了较好的组织、指导现场施工，提高施工质量及生产效率，保质保量的完成施工进度，特编制隧道综合施工地质预报施工作业指导书。2 使用范围该作业指导书适用于马鹿箐隧道进口施工。3 预测预报方法为了制定合理的施工方案，实行动态施工，确保施工安全，确定采用TSP-203、地质雷达、红外线探水仪地质法、水平超前钻孔法进行综合预测预报。现场成立施工地质预测预报小组，由从事多年隧道施工和地质工作的专业技术人员组成，由工程部管理。本隧道综合超前地质预测预报的工作流程如下图：补 充 地 质 调 查掌子面地质调查与素描长距离探测：TSP-203,预报距离100m左右短距离探测：地质雷达，探测距离30m； 红外线探水仪，探测距离30m； 超前水平钻孔，探测距离3050m 探测资料判释，提出探测意见和工程措施意见 对于以上的预测预报方法，要选择最适当的时候使用。其具体情况如下：补充地质调查一般在施工前，根据设计提供的资料和实地考察的结果进行综合分析；而掌子面地质调查与素描则是在施工的工程中使用，当一个循环中的开挖完成后，预报人员到掌子面，运用工具进行描述并进行预测；对于TSP-203则主要是长距离预测，它一般预测的距离是100m左右；剩下的三种预测方法：地质雷达、红外线探水仪和超前水平钻孔主要是短距离预测，探测一般是距离30m，它们是在已经预测到不良地质情况的时候使用。3.1 地质法地质法由补充地质调查和掌子面地质调查与素描两部分组成。施工前，应在设计提供的地质资料的基础上，实地调查核实：不同地层、岩性、岩层产状在隧道地表的出露及接触情况；地表岩溶发育位置，规模及其分布构造在隧道地表的出露、分布、性质及产状变化等。在施工的过程中，当一个循环中的开挖完成后，预报人员到掌子面，利用罗盘、地质锤、放大镜等工具调查掌子面地质条件，如岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等，根据岩体的变化特征来预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面（特别是火成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型式等。地质法的简单易行，不干扰施工，在隧道超前地质预报中要广泛应用，但其自身存在很大的局限性，要求预报人员具有丰富的施工经验。 3.2 TSP-203地质预报系统3.2.1预报原理 TSP-203是利用地震波进行长距离探测的一种方法，该系统具有地震波发射、接收、电脑自动分析成图等功能，其预报工作流程为：掌子面附近侧壁浅孔微爆破产生震源震源发生的地震波向前向外传播地震波遇不良地质界面产生反射波设备的采集系统接收反射波电脑自动计算生成成果图解释人员对成果图进行综合分析判断提出掌子面前方不良地质体的位置、规模的预报意见和相应工作措施的建议。3.2.2洞内数据采集洞内数据采集部分设备主要由接收器、数据记录设备及起爆设备三部分组成。接收器主要用来接收地震波信号；数据记录设备是将接收器收到的信号放大、模数转换并进行测量过程控制、信号数据记录；起爆设备主要是用来引爆电雷管和炸药。洞内数据采集包括打接收器孔和爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器及爆破接收信号等过程。TSP-203超前地质预报系统洞内布置的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，一般情况下，它是由1个接收器孔和24个爆破孔组成。接收器距掌子面约55m，最后一个爆破孔距掌子面约0.5m。爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径1945mm，孔口距隧底约1.0m，向掌子面方向倾斜约10，向下倾斜约1020；接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.4m，孔径3245mm，孔口距隧底1.0m，向洞口方向倾斜约10，向下倾斜1020。为使接收器能与周围岩体很好地耦合以保证采集信号的质量，采集信号前至少12h前应将一个保护接收器的接收器套管插入孔内，并用含两种特殊成分的不收缩水泥砂浆使其与周围岩体很好地粘结在一起。每个爆破孔装药量1040g，根据围岩软硬和完整破碎程度以及距接收器位置的远近而不同。若地质情况特别复杂，有时需要在隧道另一边墙上也布置一个接收器和24个爆破孔，通过左右边墙所测资料的对比分析，得出较为准确的判断结果。3.2.3室内计算机分析处理将洞内采集的地震数据传输到室内计算机上，应用TSP-203数据处理软件进行地震波分析处理。它主要由下列三个程序块组成：数据库部分：负责输入、编辑和管理与数据采集有关的参数，将原始数据从小型数据记录计算机传输到室内微机上来。震动数据处理部分：将反射波信号从含有直达波信号的原始数据中提炼出来并对其进行放大、滤波等一系列处理，以供下一步分析处理之用。确定反射界面部分：分析软件最终给出反射界面与隧道的相对位置、与隧道轴线的交角和距掘进面的距离。.岩体弹性波速的取得在波形处理的P0阶段，找出直达波到达的时间，根据该时间及爆破点和接收器之间的距离可以计算岩体弹性波速度，即纵波速度Vp ；进一步分析，在P3阶段可以计算出岩体的横波速度Vs 。岩体弹性波速度的大小综合反映了岩体的物理力学性质，如岩体密度、弹性模量、泊松比、岩体强度、裂隙率等，在一定条件下也能反映岩体的含水性能。弹性波速度与弹性模量及泊松比的关系如下：动弹性模量Ed =Vs2(3Vp24Vs2)/( Vp2Vs2)动泊松比vd = (Vp22Vs2)/2( Vp2Vs2)式中，为岩体密度；Vp 为纵波速度；Vs 为横波速度。岩体的动弹性模量大于岩体的静弹性模量，一般情况下坚硬岩体的Ed/Es值较小，软弱岩体的Ed/Es值较大。经验关系如下：Es =Ed/A1exp(A2 Vp/ Vs)式中，A1 、A2为系数，一般情况下A1 =0.30，A2 =0.95。根据以上关系，可以得出隧道围岩力学参数。.预报地质体的变化在结束地震处理之后，就可以进行地质预报计算，计算一般采用绕射重叠法。首先进行计算参数的选定，如采样间隔、弹性波速度、预报的长度等，这些参数可以由程序自动选取，也可以根据已知围岩的实际情况自行确定。计算参数选定后，按程序将来自拱顶和隧底的反射信号分别进行计算，计算结果表现为大小不等的能量圈。能量圈的位置反映岩体变化的界面，能量圈直径大小反映岩体强度变化的幅度。进一步分析，可以得到岩体强度变化界面在隧道平面图、纵断面上的位置。根据所掌握的地质资料，判断出岩体强度变化界面是节理密集带、断层还是岩性分界面3.2.4使用时应注意的问题马鹿箐隧道采用TSP-203探测，主要用于预报掌子面前方100m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的界面位置。在使用该系统进行预报时，应注意以下问题：提高探测技术严格按规定布置震源和传感器钻孔，并保证质量，特别是孔距。操作人员的地质知识（特别是工程地质力学的知识）不足时，必须应用两个传感器，实施双壁探测。在洞内的实际探测过程中，尽量减少噪音和漏炮。掌握探明掌子面附近（前方）的不良地质的炮眼布置方法。提高解译技术依据工程地质力学的知识，正确选择和设定搜索角和调谐角。依据地质学的知识，通过对不良地质体成因特征和成因标志的正确认识，判断不良地质体的性质。提高预报的准确性和精度要提高预报的准确性和精度，最主要的手段是实施综合超前地质预报；其次是限定超前预报的范围；最后，探测要和超前钻探有力的配合。提高探测的实用性对于解译人员应熟练掌握以下方面的知识，具体方法如下：运用工程地质力学的关于“构造体系”和“构造型式”的知识，正确判定所预报的断层破碎带的力学和构造形迹的复合特征，并根据此预报断层破碎带的破碎程度和对围岩稳定性的影响。深入掌握溶洞、暗河或岩溶淤泥带等不良地质体的成因特征和成因标志，分析它们在TSP-203成果图上的表现，为准确解译提供前提。充分运用短期预报、邻近警报，特别是超前钻探等技术手段，在关键区段实施全方位的跟踪地质工作。3.3地质雷达探测法 地质雷达是基于电磁波在有效介质中的传播特性工作的。发射天线发出微波频段的电磁波后，遇到不均匀的介质或介电常数有差异的地下目标，如：空洞、水、分界面时，电磁波会发生反射；当界面电性差异越大，即介质介电常数差异越大，这种反射越强。而含有界面信息的反射信号经接收后，经微机处理形成雷达剖面图，解疑人员对雷达剖面图进行解疑分析，就可以用于判定反射界面的方位和距离，并进一步综合判别其性能和规模。在隧道工程中，无论是掌子面前方的不良地质体，如断层、裂隙带、岩溶、夹层等等，还是已竣工隧道中的各种病害体，如：顶部离层、漏水裂隙等等，由于和其周围介质都有较大电性差异，故都是良好的电磁反射体。所以，地质雷达的使用能解决隧道工程中的地质探测和病害处理的问题。地质雷达的基本探测方式有两种：一是点测，二是连续探测。点测的优点是：可对单个测点波形进行参数实时调节和细化分析，且对环境的适当性强，不受地形高低、空间范围的限制。连续探测的优点是：能实时形成连续探测剖面，比较直观，但要求探测区域较为平坦，以便仪器能平稳运动，进行扫描。因此，在隧道施工中，对掌子面的前方的探测一般以点测为宜。具体布置情况是：沿掌子面分上下三层，每层沿横向布置若干个测点，在掌子面上形成一个测点网络，由此可形成三条水平探测剖面和若干条垂直探测剖面，这样就可以探测出掌子面前方的地质变化情况（如下图）。注：其中的单位是（m）隧道掌子面雷达测点布置在隧道病害检测中，则应根据具体的情况，既可点测亦可连续探测。对探测衬砌厚度变化、顶部离层、裂缝等，可采用分辨率较高的仪器，对其进行连续扫描探测；而对诸如塌方、下沉区域等探测环境比较恶劣的地方，则可采用点测法，在探测区内布置若干测线，以形成测点网络，构成探测剖面。地质雷达的探测距离一般小于30m，在潮湿含水层中小于10m。如果需要提高勘探深度，必须降低天线频率，小于100MHz的天线其长度一般大于2m，且屏蔽干扰能力差，施工面狭小，隧道超前预报环境干扰大时不适用，这时要针对具体地质情况，在掌子面采用定点扫描法、偏角点测法等技术处理，以取得较好的效果。地质雷达在含水地质体探测效果好，所以本隧道主要在临近含水构造地段使用它，来近距离探测富水溶洞、暗河、含水断层等。3.4红外线探水法 它是利用地下水活动引起岩体红外辐射场场强变化特性，推测掌子面前方含水体的一种探测方法。其具体流程为：从掌子面后方的探测段起点，按5m点距布设测点使用红外线探水仪量测各测点的初始场强（目标场强）对场强发生变化的测点重复量测，并作横向=垂向扫描，记录所在测点场强的极大和极小值以纵坐标为红外线辐射场强，横坐标为测点，绘制红外探测曲线图根据曲线图，采用趋势外推法，判断掌子面前方的含水体构造。本隧道采用红外线探水仪，主要在TSP-203和超前水平钻孔初步确定含水地段前30m左右开始探测，以进一步确定含水体位置及规模。3.5水平超前钻孔本隧道不良地质体系多的地段，实施5孔超前钻孔。探孔布置位置：中部一个，隧道断面周边均匀布置4个。除中部孔沿隧道轴线施钻外，其余的超前钻孔均向外施钻，其孔底超出开挖轮廓线外5m。本隧道ZYG-150型全液压钻机，超前钻孔深3050m（一般地段位30m左右）。主要用于探测掌子面前方围岩情况和出水点位置、地下水水量和水压等。超前探孔施工时应注意前一循环钻孔与后一循环之间要搭接57m。施工中，对于已出水的超前钻孔，要进行不间断的水流量、水压的监测，绘制水量、水压的变化曲线，为制定地下水处理方案提供依据。水平超前钻孔，一般是用在其它预测预报方法已经预测到前方有不良地质情况出现，在距离不大于30m时使用。4 信息的收集、反馈实施信息收集人员要恪守职业道德，坚持实事求是，反对弄虚作假，坚决抵制和反对各种违法违规行为。认真搞好调查工作，统计数据要真实、准确、及时。在隧道施工过程中，要做好以下信息收集与反馈工作：5.1地质超前预测预报收集与反馈在隧道施工中，通过TSP203系统、地质雷达、红外线探水法等方法对开挖前方地质情况进行预测，对预测结果要及时统计收集，并将具体情况在日报中反应，出现问题在24小时内向局指挥部反馈。5.2施工中实发性事件信息收集与反馈收集施工中出现的坍方、突水突泥、瓦斯以及实发性自然灾害的详细信息，并在24小时内反馈到局指挥部。5.3施工量测信息收集与反馈根据项目监控测量小但收集到的量测数据，及时进行分析处理，并分析围岩的发展趋势，若围岩变形（位移）出现较大的突变，在出现问题24小时内