超前地质预报工作介绍手册.doc

阳安二线隧道超前地质预报工作简介中铁第一勘察设计院集团有限公司2015年8月目 录一、超前地质预报的方法及主要内容1（一）预报方法11、地质编录法12、物探法13、超前水平钻探3（二）预报内容31、地质编录32、物探超前地质预报33、超前水平钻探4二、超前地质预报流程及关键技术4（一）超前地质预报流程4（二）超前地质预报的关键技术6三、现场预报及效果分析8（一）地质编录法8（二）物探法10（三）超前水平钻探15（四）预报效果分析15四、质量控制及安全措施16（一）质量控制要点16（二）质量保证措施171、仪器设备控制172、现场检查观测控制173、校审制度控制17（三）质量保证体系17（四）安全措施19（五）预报成果提交方式与进度21一、超前地质预报的方法及主要内容（一）预报方法结合阳安二线实际工程地质条件和水文地质条件，超前地质预报工作采用地质编录法、物探法及超前水平钻探为主的预报方法。1、地质编录法主要是运用地质理论进行地质素描，将隧道所揭露的岩性、地质构造、地下水状况等准确记录下来绘制成表格，对开挖面前方地质条件进行预测预报的方法，优点是设备简单，操作方便，费用低，不影响施工，地质专业技术要求高。阳安二线隧道地质编录法全断面贯通，采用地质罗盘对结构面产状进行准确量测。 地质专业电子罗盘 地质专业机械罗盘2、物探法结合预报大纲及施工图文件，阳安二线超前地质预报物探方法主要采用TSP203法、地质雷达法和红外探水法。TSP203利用地震波的入射与反射原理及数据成像技术，直接反应掌子面前方与周围地质界面位置，预报效果好，使用范围广，施工干扰小。地质雷达法探测介质的广谱电磁技术。地质雷达用一个天线发射高频电磁波，一个天线接受地下介质界面的发射波，通过对反射波的分析，推断地质情况，对洞穴、富水区有独到之处。红外探水主要探测红外场强变化来预测掌子面前方是否有含水体存在，准确率高，测量速度快。根据阳安二线实际地质条件，在高风险段TSP贯通，对异常带地质雷达、红外探测确认；在一般风险段，TSP视具体情况选择性实施，辅以一定数量地质雷达、红外探测确认。 TSP203主机 TSP203接收器 TSP203配套设备 TSP203工作电缆 红外探水仪 地质雷达3、超前水平钻探在物探解译异常地段采用超前水平钻探进行验证，对岩芯进行鉴定描述，通过岩性、岩芯完整程度、钻孔出水点、钻速、推力、扭矩等的记录进行预报，成果更加直接准确，判识率高，能准确的判断前方地质条件。超前水平钻机（二）预报内容1、地质编录由专业地质人员对隧道及辅助坑道的工程地质、水文地质特征进行详细了解的基础上，根据掌子面的地质特征（地层岩性、节理裂隙发育情况、地下水发育情况等），并结合已开挖段揭示的围岩情况，对掌子面前方的地质情况进行预测，并提出工程措施意见。2、物探超前地质预报对地质条件复杂地段，如岩性接触带、断层破碎带、褶皱核部、节理密集带、侵入接触带等破碎带地段以及岩溶、浅埋地段、地下水发育的突涌水段等，在地质编录的基础上，进行物探超前地质预报，一般地段以TSP203为主；地质条件复杂地段，要采用两种以上的方法（TSP203、地质雷达、红外探水等）进行预报，以便资料的对比分析，提高预报的质量和精度。一般风险段TSP视具体情况选择性实施，辅以一定数量地质雷达、红外探测确认。3、超前水平钻探（包括加深炮孔）对规模较大的岩性接触带、断层破碎带、褶皱核部、节理密集带、侵入接触带等破碎带地段以及岩溶、浅埋地段、地下水发育的突、涌水段等、物探超前预报的异常段（可能的断裂带及突涌水段）等地段，在地质编录和物探超前预报的基础上，通过超前水平钻探包括加深炮孔）进一步确定破碎带、岩溶地段可能突、涌水的段落范围、岩体完整程度等。二、超前地质预报流程及关键技术（一）超前地质预报流程本项目采用TSP、地质雷达、红外探水等物探方法为主，结合超前钻孔、地质编录等手段对隧道掘进施工进行超前地质预报，隧道超前地质预报按下图所示的工作程序进行，预报流程如下：地质编录：及时进行详细编录地表地下构造相关分析下达物探预报任务指导书，提供详尽地质信息物探预报方法选择，观测系统及技术参数设计工作布置，数据采集数据处理项目负责审查签发报施工单位并由其报业主、监理一次预报结束项目技术负责审查批准项目技术负责审查批准存在问题存在问题提交预报结论及施工建议（含是否实施超前探孔方案）隧道超前地质预报工作程序框图1、根据设计资料，对隧道沿线的工程地质特点、水文地质特点进行分析与预测。2、中长距离TSP预报：对掌子面前方80150m范围内的较大地质构造进行预报，预测围岩类别。3、短距离地质雷达、红外探水预报：对掌子面前方及侧壁2030m范围内的各类型结构面及地下水进行预报，并对TSP预报成果进行复核与验证。隧道掘进施工超前地质预报应结合设计院地质勘察资料及横洞、斜井预报成果资料进行综合分析，掌握隧道围岩工程地质与水文地质特点、物理参数、雷达图像特征，提交准确的预报成果，以指导隧道的施工。TSP探测80150m掌子面地质雷达或红外探水发现可能的含水构造地质雷达测试增加超前孔地质分析和物探测试相结合施工处理正常掘进无异常无异常发现可能的含水构造预报方法程序框图（二）超前地质预报的关键技术本项目隧道超前地质预报的关键技术问题就是进一步确定其位置、产状、物质成分、宽度、富水程度、工程性质；通过综合超前地质预报手段查清隧道通过地段的主要地质界线（包括地层岩性分界线、断层构造、褶皱构造、节理密集带、富水地段等）在隧道洞身的实际位置；对上述关键技术问题的准确预测预报，是保证隧道优质、安全施工的基础。（1）破碎带预报破碎带包括不同岩性接触带、侵入接触带、断层破碎带、褶皱核部破碎带、节理密集带破碎带等。破碎带是隧道开挖过程中常见的对隧道围岩稳定性影响较大的构造形式之一，是地下水的富集场所和流动通道，隧道内塌方、突泥、突水多与其有关。超前钻孔（包括加深炮）孔）破碎带出露位置、宽度预报破碎带预报熟悉隧道勘察设计文件资料破碎带地震波、声波反射法探测破碎带出露预兆破碎带在隧道洞身可能出露位置、产状、宽度补充隧道地质调查隧道地表破碎带出露位置、产状、宽度破碎带预报程序图破碎带预报以地质调查法为基础，根据区域地质资料、工程地质平面图与纵断面图以及必要的地质调查，进一步核实各种破碎带的位置、规模、富水情况等，采用地震波反射法为主，确定破碎带在隧道内的大致位置和宽度，必要时采用超前钻探（包括加深炮孔）预报破碎带的确切位置和规模、破碎带的物质组成以及地下水的发育情况等，采用隧道内地质素描、破碎带趋势分析等手段预报破碎带的分布位置。破碎带预报程序见上图。（2）涌水、突泥预报隧道涌水与开挖工作面前方存在的含水构造（节理裂隙密集发育的破碎含水岩体、含水导水的断层破碎带、裂隙发育的破碎含水褶皱核部、裂隙发育的破碎含水侵入接触带、裂隙发育的破碎含水岩性接触带、岩溶发育段等）密切相关。隧道涌水、突泥预报以采用地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报。在可能发生涌水、突泥的地段进行超前钻探时必须设有防突装置。隧道反坡施工地段处于富水区时，超前钻探作业时应做好突涌水处治的方案。隧道涌水、突泥预报程序见下图。熟悉隧道勘察设计文件资料补充隧道地质调查隧道地表断层、褶皱出露位置、产状、宽度储水构造在隧道中可能出露的位置地震波、声波反射法探测相关分析分段预报涌水突泥位置涌水、突泥预报超前勘探（包括加深炮孔）电磁波反射法探测红外探测洞内地质调查断层、褶皱、节理密集带及岩溶发育地段出露预兆隧道涌水突泥预报程序图三、现场预报及效果分析（一）地质编录法地质编录法能直接判断掌子面围岩的岩性、完整程度、稳定程度及地下水的状况，在操作过程中严格执行地质编录超前地质预报技术要求。阳安二线隧道掌子面围岩地质描述，是对刚爆破完的掌子面进行其地质情况的记录，包括岩体结构面特征描述、现场围岩体类型描述和水文条件观察，并记录成表（以下表为例）。截止目前，阳安二线进行地质编录共计1143米，通过对比每次的开挖实际情况，及时提出了准确的围岩级别及稳定性判断，并及时提交施工单位，有效的指导了施工。 地质人员对掌子面进行编录 地质人员对掌子面进行编录 地质人员对断层进行编录 长沟村2号隧道出口掌子面编录改建铁路阳安线增建二线长沟村2号隧道掌子面地质素描记录表隧道名称： 出口 施工里程： DyK169+189 施工单位： 中铁十四局 距洞口距离： 原编号： CGC2C-13 总编号： 编号项 目 名 称状 态 描 述1掌子面尺 寸开挖宽度(m)开挖高度(m)开挖面积(m2)开挖方式台阶式其它2掌子面状 态稳定正面掉块正面挤出正面不能自稳其它：3毛开挖面状态自稳随时间松弛、掉块自稳困难、要及时支护要超前支护其它：4岩石强度(MPa)30Rc6015Rc305Rc15Rc5其他 5风化程度微风化弱风化强风化全风化6节理结构面节理产状N12E/54SN67E/19SN45W/55N7节理间距(m)0.30.50.20.30.10.28节理延伸长度（m）2312129裂隙宽度(mm)35（张开）35（张开）35（张开）10节理面粗糙度粗糙波纹状粗糙波纹状粗糙波纹状11涌水状态渗水量L/（min.10m）10 干燥10 湿润1025 偶有渗水25125 经常渗水12围岩级别划分设计级建 议级附图(照片)及描述地质描述：开挖掌子面为花岗岩，褐色，主要矿物成分为石英、长石及云母，中粗粒结构，块状构造。掌子面岩体块状构造，节理裂隙发育，延伸较长，节理间相互切割影响，岩体节理裂隙张开，节理面褐色，有泥质充填物，且岩体破碎，呈碎块状，稳定性较差。掌子面两侧岩体稳定性与掌子面相当。掌子面湿润。掌子面在施工时及时做好超前支、防护，及防/排水等安全措施，预防滑塌、掉块等情况，谨慎施工。注：部分节理产状无法量取。N15W掌子面素描图填 表： 兰磊 复 核：贾建志 2015年06月26日单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司阳安二线超前地质预报项目部（二）物探法物探法根据围岩的物性差异，对掌子面前方一定距离的围岩地质情况进行预报。根据掌子面地质编录情况、对前期勘察资料及超前地质预报大纲的分析，阳安二线进行了物探法超前地质预报，在操作过程中严格执行地质编录超前地质预报技术要求。截止目前阳安二线超前地质预报共进行了TSP法9次/984m,红外探水12次/360m，地质雷达39次/1155m，取得了较为准确的地质预报资料，为施工的顺利进行起了重要作用。观测系统布置图 现场TSP203操作 TSP爆破孔参数量测 TSP203探头套管安装 红外探水 地质雷达参数设置 地质雷达测试以长沟村2号隧道出口为例，超前地质预报组在对掌子面进行编录分析后，推断掌子面前方围岩情况，物探组技术人员根据大纲在该处进行TSP法进行长距离预报，准确判断前方围岩的完整程度、含水状况等，并根据TSP预报成果进行相应的地质雷达工作，以保证施工组织的安排及施工安全。TSP法掌子面前方物性及异常特征掌子面前方30m雷达影像掌子面前方30m雷达频谱结合地质编录、勘察设计资料及通过对原始记录数据分析，对掌子面前方131m范围内的工程地质条件及水文地质条件进行了预报，并根据TSP超前地质预报成果，对掌子面的完整程度采用地质雷达也进行了相应的探测，并得到以下TSP超前地质预报表，如下所示；改建铁路阳安二线长沟村2号隧道出口TSP超前地质预报报表预报等级：预报 警报 紧急警报 预报编号：TYY-YAX-CGC2CK-T01隧道名称长沟村2号隧道出口预报方法TSP预报探测范围DyK169+191DyK169+060开挖面里程DyK169+191仪器型号TSP203Plus测试日期2015年06月25日下次预报里程DyK169+070成果提交时间2015年06月26日观测系统布置本次外业工作完成于2015年6月25日，观测系统采用“一侧激发一侧接收”的方式，现场实际接收器位置在DyK169+251.8，开挖面位置在DyK169+191，测线位于左边墙，实际激发23炮，1个接收器（检波器）接收。观测系统布置段DyK169+251.8DyK169+200.4（51.4m）平均波速Vp=2720m/s，Vs=1560m/s。开挖面地质概况开挖掌子面为花岗岩（2）：褐黄色肉红色，中粗粒结构，块状构造。掌子面岩体块状构造，节理裂隙较发育，延伸较长，节理间相互切割影响，裂隙张开，部分节理面褐色，岩体较破碎，大块状，稳定性较差。掌子面湿润。预报里程物性参数主要物探异常综合地质编录以及勘察资料得出的结论及建议DyK169+191DyK169+148，长度43m该段围岩平均波速Vp=2770m/s，Vs=1550m/s；泊松比为0.270.31，杨氏模量1113GPa。较测试段，该段围岩纵波波速略升高、横波波速相当；泊松比、杨氏模量波动较小；反射界面或绕射界面较少；围岩物性参数较测试段稍好。推断本段地层岩性为花岗岩。该段反射界面或绕射界面少，推断本段岩体为强风化，节理裂隙较发育，岩体较破碎，围岩自稳性较差，工程地质条件与开挖面相当。基岩裂隙水弱发育。本段较易发生掉块、局部坍塌现象。施工时应予以重视。建议：施工时应及时做好超前支、防护及防排水等安全措施，预防局部坍塌、掉块等情况发生，谨慎施工，确保人员安全。DyK169+148DyK169+107，长度41m该段围岩平均波速Vp=2870m/s，Vs=1550m/s；泊松比为0.290.38，杨氏模量1013GPa。与上一段相比，该段围岩纵波速略升高、横波波速相当；泊松比、杨氏模量，波动较大；围岩物性参数较上一段稍好,但反射界面或绕射界面较多。推断本段地层岩性为花岗岩。该段反射界面或绕射界面较多，推断本段岩体较上段风化程度降低，节理、裂隙发育，岩体较破碎破碎，围岩自稳性差，工程地质条件差。基岩裂隙水弱发育，局部有轻微渗水或渗滴水现象。本段易发生掉块、局部坍塌现象。施工时对本段应予以重视。建议：施工时及时做好超前支、防护及防排水等安全措施，预防局部坍塌、掉块等情况发生，谨慎施工。DyK169+107DyK169+060，长度47m该段围岩平均波速Vp=2770m/s，Vs=1560m/s；泊松比为0.200.37，杨氏模量912GPa。与上一段相比，该段围岩纵波波速降低、横波波速变化不大；泊松比波动较大；杨氏模量变小，波动较大；反射界面或绕射界面较少；围岩物性参数较上一段变差。推断本段地层岩性为花岗岩。该段反射界面或绕射界面较少，推断本段岩体节理、裂隙较发育，岩体风化程度增大，岩体较破碎（局部破碎），围岩自稳性较差。工程地质条件变差。基岩裂隙水较上段稍发育，有渗滴水现象。本段局部易发生掉块、坍塌现象，施工时对本段应予以高度重视。建议：施工时及时做好超前支、防护及防排水措施，预防坍塌、掉块等情况发生，谨慎施工，确保人员安全。物探分析：王虎团 复核：黄善金 日期： 2015年06月26日单位：中铁第一勘察设计院改建铁路阳安二线隧道超前地质预报项目部（三）超前水平钻探超前水平钻探能更加直接对掌子面前方的围岩完整程度、地下水的发育的情况进行预报，在钻进过程中严格执行钻探技术要求。对TSP及红外探水异常情况进行验证，在钻探结束后，地质人员进行岩芯的鉴定，并形成超前水平钻探预报表。 超前水平钻探岩芯 超前水平钻探岩芯（四）预报效果分析通过连续跟踪隧道开挖掌子面编录、物探法和超前水平钻探工作，结合勘察设计资料分析，截止目前通过所采取的预报方法对掌子面围岩的岩性、地质构造、节理发育程度、岩体的完整程度进行预报，取得良好的效果，有效的指导安全施工。尤其是对于断层的预报，通过编录发现掌子面围岩地质条件较差，围岩稳定性差，推断即将进入断层破碎带，结合编录立即进行了TSP法进行长距离的预报，通过预报，对掌子面前方的破碎带进行预报，且部分段落含水量增大，为进一步确定前方围岩的含水情况，防止突水、突泥，采用红外探水对含水情况进行探测，并采用超前水平钻探对前方破碎带的物质成分进一步揭示，进一步证明了地质编录、TSP和红外探水成果的准确性，为下一步的施工组织安排、应急预案提供了准确的地质资料，预报效果显著。四、质量控制及安全措施（一）质量控制要点为了对隧道可能出现的破碎带、集中出水部位进行重点控制，保证每次预报的连续性，必要时增加测线和预报频数，结合洞内实际，注重多种方法综合运用，相互验证，具体从以下几方面控制：1、专业地质工程师的配置，尤其是工程地质专业工程师，是正确理解和对图像解释的关键；物探工程师必须熟悉了解隧道地质知识，避免单一物探解释而导致误判。2、地质编录和素描跟综，配备专职地质人员经常对隧洞开挖情况进行素描及编录，及时收集第一手资料。3、重视预报结果与开挖揭露的实际情况进行对比分析，不断总结，找出规律，不断提高预报水平。4、注重预报与现场实际地质情况及工程区地质情况相结合，在预报的过程中，相关机械作业或对预报有影响的工作应全部停止，尽量减小对预报的干扰，以提高预报的质量。5、预报段做到基本连续预报，重点预报段落（物探异常带、突、涌水段等）同一种方法预报两次有一定的重叠，防止预报出现盲区。6、加强对设备与仪器的及时保养与维护，配备专业维修技术人员，保证设备与仪器正常完好。7、超前水平孔岩芯进行地质编录，对岩心进行拍照保存，便于与物探测试成果进行综合分析。8、在地质条件较复杂、高危洞段，施工单位应提前安排钻机在掌子面附近待命，一旦需用，能够保证及时实施。9、将预报结果按照正常预报、警报和紧急警报的级别采用电话、电子邮件、书面提交等方式及时送达各相关单位，以便采取合理的应对措施。10、一次预报完成后应及时进行数据分析、汇总、复核、审核，并做好和前面预报结果的对比分析工作，以便有效指导施工。（二）质量保证措施总体质量从三个环节当中进行控制：加强仪器设备控制、现场检查观测控制、校审制度控制，并加强综合分析，及时提交预报成果。1、仪器设备控制（1）所使用的仪器设备每年进行一次校验，保证其使用期间所有项目均达到使用量值和功能要求。（2）仪器设备维修应提交送修报告，维修情况应有维修记录，维修后应检验。（3）工作前应对仪器设备进行检查，技术指标应符合本标准规定。（4）现场工作开工前、工作中和收工后，应检查仪器。（5）仪器工作不正常时，应排除故障并经检查正常后才能继续工作，并对上次仪器检查至故障发现期间的观测数据按本标准的规定重新观测。2、现场检查观测控制严格按标准执行。3、校审制度控制原始记录及提交的各类成果应进行100%复核，以消除一般性差错、原始资料差错、图纸不清或不完整及错误计算结果，复核人为参与本项目的主要技术人员。对总报告进行复核、审核和审定，以消除原则性错误，审核或审定人为项目总工。（三）质量保证体系按现代项目管理建立建全各项规章制度，提倡人性化管理，充分发扬项目团队精神，做到责、权、利明确。工作中，严格按相关的规范、行业标准及铁一院的质量保证体系开展工作，在外业工作期间，保证仪器设备运行正常、重复观测精度合格，内业处理前，及时组织人员依次对野外方法、仪器日检记录、原始资料等进行检查，并确定合格。现场成果资料按预报、复核、审核控制，最终成果资料按编制、复核、审核顺序层层控制。为了保证地质测试与超前预报质量，建立内部质量管理机制，制定岗位责任制，保证测试预报工作按计划运行，全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和连续性。测试预报人员要根据现场实际及时了解施工动态进行地质测绘与编录，同时对一些地质条件复杂地段，设置质量控制点，进行重点测试预报，确保地质测试与超前预报工作的质量。同时为了地质编录与超前预报顺利进行，实行定期会议制度，每月进行一次汇总和分析，若遇特殊情况，根据需要随时召开，适时邀请业主和设计单位参加，及时解决存在的问题，保证地质超前预报顺利进行。质量保证体系思想教育保证提高质量意识坚持质量第一加强思想文化教育组织保证经理负责总体质量总工负责总体技术预报组负责现场测试、数据处理、资料解释、成果编写施工保证仪器现场检测数据现场检测钻孔资料现场核对技术保证建立质量监测流程仪器校检仪器日检现场数据检测数据转储检测成果图件及报告校审制度保证铁一院集团质量管理办法施工单 位、业主指挥部相关质量管理办法超前地质预报技术工作大纲的有关规定、规范要求（四）安全措施超前地质预报中的主要危险源为预报作业中和交通运输中的危险源。针对交通运输中的危险源要平时对相关人员加强教育、管理和培训；对预报中的危险源应严格遵守操作规程、认真落实防护措施、加强预警和培训、佩戴防护用具、建立有关防护措施、安排专人巡查。重视安全教育，对进场人员必须先通过安全培训，并按国家有关标准配备安全设施，个人安全保护用品和为现场作业人员办理保险。测试人员在进出洞时，应注意各工作面的施工情况，加强安全监视。作业时，应严格按相关工种规程规范对安全方面的要求作业。制定较为完善的安全管理办法和事故应急预案，定期召开安全会议，注意安全生产、文明施工。“安全第一，预防为主”，为确保本项目在生产过程中的安全，杜绝一切机械、人身、交通等事故的发生，使本工程顺利进行，特制定以下安全管理细则：1、超前地质预报人员应认真学习、执行隧道施工安全规程。新参加人员（含临时工）上岗前，必须经过安全生产教育，具有安全生产的基本知识，并应在组长或技术熟练人员的指导下工作。2、隧道超