公路隧道超前地质预报作业指导书

公路隧道超前地质预报作业指导书编制： 审核： 审批： 隧道超前地质预报（地震波法）作业指导书1 编制目的规范和指导我公司公路隧道超前地质预报施工作业。2 编制依据公路隧道施工技术细则JTG/T F60-2009；铁路隧道超前地质预报技术规程Q/CR 9217-2005；公路工程物探规程JTG/T C22-2009；3 适用范围公路隧道超前地质预报（地震波法）施工作业。4 仪器设备仪器设备如表4-1。表 4-1 仪器设备一览表序号仪器设备名称规格型号管理编号1地震波探测仪TSTQG24092地质罗盘仪DQY-1QG240635m塔尺5mQG23465 检测方法根据公路隧道施工技术细则JTG/T F60-2009中10.2.5条超前地质预报可划分为：a、长距离预报：对不良地质及特殊地质情况进行长距离宏观预测预报，预测距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示情况进行修正。b、中距离预报：在长距离基础上，采用地震反射波法、超声波反射法、瞬变电磁法、深孔水平钻探等，对掌子面前方30200m范围内地质情况进行详细预报。c、短距离预报：在长距离预报的基础上，采用红外探测、瞬变电磁法、地质雷达和超前钻孔，微观的探明掌子面前方30m范围内地下水出露、地层岩性及不良地质情况等。我单位采用中距离预报地震波，地震波是采用无隧道散射地震成像技术的简称，其观测系统采用空间布置，接收与激发系统布置在隧道两侧围岩中。地震波由小规模爆破、电火花或冲击震源产生，并由地震检波器接收。TST可有效地判别和滤除侧面和上下地层的地震回波，仅保留掌子面前方回波，避免虚报误报；同时提供掌子面前方围岩的准确波速和地质界面位置图像。波速为岩体的工程类别划分提供依据，界面用于地质构造解释。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过地震波软件处理，便可了解隧道工作面前方不良地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水 等）和位置及规模。TST超前预报软件的处理结果是地质偏移图像和速度分布图像，还需要结合地质资料进行地质解释。地质偏移图像横坐标是隧道的里程，误差不超过10%。纵坐标是隧道横向宽度，以隧道中心线为零点。速度曲线和图像横坐标是隧道里程，纵坐标为速度值。地质解释要点如下：（1）地质偏移图像中的红蓝条带代表围岩中的岩石反射界面，红色代表岩体由软变硬的反射界面，蓝色代表岩石由硬变软的界面，先蓝、后红条带的组合代表岩体先变软然后变硬，表明存在断裂。（2）速度扫描得到的围岩波速，是岩体埋深状态下的速度V，它反应未开挖时岩体力学性状。图中横坐标表示为隧道的里程，纵坐标表示围岩的波速值。波速高表示岩体完整致密、弹性模量高；波速低表示岩体松散破碎，弹性模量低。如果有断裂存在，波速应该降低。（3）断裂的预报应该符合两个条件，一是在偏移图像中存在先蓝、后红的条带组合，二是在波速图像中对应里程内的波速比两侧低；（4）对含水性的预报首先参考水文地质资料，了解隧道与地下水位线的关系。如果隧道在水位线以上，仅是季节性含水，水量有限；如果在水位线之下，则一般断裂带都含水，不可漏报；致密岩石含水性相对较小；砂岩与灰岩含水量较大，特别是与泥岩接触的界面附近一般都是富含水带；（5）岩溶的预报应考虑下列资料，综合分析：首先在偏移图像中有蓝色反射界面，波速图中有低速带；参考地质资料，分析是否存在断裂带、灰岩与泥岩、砂岩的接触带。断裂带、岩性接触带上岩溶发育的可能性极大。波速图像与地质构造图像有很好的对应性。构造偏移图像中反射条纹密集的地段，结构复杂、构造发育，在波速图像中对应位置为低波速带；构造条纹少的地段，围岩均匀致密，波速图像中对应高波速带。6 施工作业准备a、成立隧道超前地质预报工作项目部，根据工作任务量，确定项目部工作人员分工职责；b、施工前要充分收集隧道施工前期的地质勘察资料和施工设计图，了解隧道地质情况（浅埋偏压段、断层破碎带及岩溶发育地段等的位置区域），选择预报方法（中距离预报），编写超前地质预报方案及报告中工程概况、预报方法原理部分；c、配齐检测使用的仪器设备、车辆等，检测使用的仪器设备是否能正常工作（掌握仪器检测标定后的有效使用时间、性能是否正常），建立仪器使用台账；d、组织施工技术人员培训上岗；e、选择经济适用的住宿地点，建立与施工单位、设计勘察单位、监理单位、业主单位之间的联系方式，并建立相应的工作交流群。7 测线布设本次TST地震波法观测系统现场沿隧道两侧围岩布置，L为最后检波器离掌子面的距离，该距离控制在5m之内。具体布置：检波接收孔8个，S1S4布置在两侧壁内，每侧壁分别4个，3分量。检波器间距4.0m，埋深1.82m，离地面约1.5m。炸药震源孔8个，P1-P8布置在两侧壁内，每侧壁分别4个，其中第1个震源孔P1与检波器S1距离为4米,震源孔P2与检波器S8距离为4米，其余每侧震源孔之间距离为16m，埋深1.82.0m，离地面约1.5m。检波器孔和震源孔均采用手风钻成孔，钻头直径50。采用炮泥耦合和封堵，现场放炮顺序P1P8。图7.1 测点布设示意图由于隧道施工环境，实际布设与设计有所偏差，现场实际布设的点间距见图7.1。TST观测坐标需要较准确的位置测量，位置坐标进入资料处理过程，关系到速度和位置的计算精度。要求测量精度达到10cm。坐标测量在钻孔成型和检波器、炸药按装之前进行。具体步骤如下：（1）逐孔测量孔口坐标，里程x和相对高程z；（2）测量钻孔深度，由此换算出孔底坐标y；（3）对测量坐标数据做好记录，进行桩号统一编排，将桩号与坐标对应制表，并用图示标明炮点与检波器编号与位置；（4）在正式爆破采集数据时，洞内一切钻孔、放炮、运输等施工必须停止，以确保采集到的数据尽可能减少受到外界噪声的干扰。探测过程约需60分钟。由于实际打孔空位存在一些偏差，本次观测中各检波点和激发点的桩号坐标如下。8 检测频率每次预报距离与隧道直径有关，一般为100m，需连续预报时，前后两次应重叠10m。9 操作流程按要求将孔打好，准备好进场所需设备及资材，在进场前按照打孔方案提前打孔，保证工作效率；在进场前将所有设备连接进行试采集，测试设备是否有故障；确保仪器正常使用；孔距测量，记录实际孔距；将炸药+雷管埋入孔底，然后用锚固剂/炮泥/水封堵严实；清场，放炮采集数据，采集完成，回收设备。10 数据处理外业工作结束后随即转入室内资料整理及解释工作，即时对当天采集数据进行分析、整理并检查和复核，然后转入数据处理。TST的资料处理流程分为5大步骤，包括资料预处理、观测几何系统编辑、方向滤波与波场分离、围岩波速分布扫描分析、地质构造偏移成像和地质解释预报等环节，处理流程见下图10.1：图10.1 TST资料处理流程（1）地震数据预处理的目的是从原始地震记录中提取出地震记录，进行滤波、切除噪声、剔除死道等预备处理。（2）观测几何坐标系编辑是将现场测量所得的震源激发孔与检波器接收孔的坐标等数据输入TST处理软件中，即为每条地震射线赋予坐标值，为后续工作做好准备。（3）波场分离是先通过方向滤波滤除地震波信号中的后方及侧方回波，仅保留掌子面前方回波，其次，对纵横波进行分离，仅保留纵波波速或横波速度对围岩进行波速扫描。（4）围岩波速扫描采用波速-里程二维扫描技术，获得各里程的波速分布；（5）在以上步骤完成的基础上进行偏移成像，得到能够反映掌子面前方地质构造的深度偏移图像。（6）基于波速图像和地质构造偏移图像，综合地质调查资料进行综合分析，进行超前地质预报。利用TST软件对偏移图像中的异常区段进行地质解释，预报出地质异常体的位置、规模与产状。隧道超前地质预报（地质雷达法）作业指导书1 编制目的规范和指导我公司公路隧道超前地质预报施工作业。2 编制依据公路隧道施工技术细则JTG/T F60-2009；铁路隧道超前地质预报技术规程Q/CR 9217-2005；公路工程物探规程JTG/T C22-2009；3 适用范围公路隧道超前地质预报（地质雷达法）施工作业。4 仪器设备仪器设备如表4-1。表 4-1 仪器设备一览表序号仪器设备名称规格型号管理编号1地质雷达SIR-4000QG24312地质罗盘仪DQY-1QG24063塔尺5mQG23465 检测方法根据公路隧道施工技术细则JTG/T F60-2009中10.2.5超前地质预报可划分为：a、长距离预报：对不良地质及特殊地质情况进行长距离宏观预测预报，预测距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示情况进行修正。b、中距离预报：在长距离基础上，采用地震反射波法、超声波反射法、瞬变电磁法、深孔水平钻探等，对掌子面前方30200m范围内地质情况进行详细预报。c、短距离预报：在长距离预报的基础上，采用红外探测、瞬变电磁法、地质雷达和超前钻孔，微观的探明掌子面前方30m范围内地下水出露、地层岩性及不良地质情况等。我单位采用短距离预报地质雷达，地质雷达是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：高频电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接受天线所接收，具有高分辨率、无损性、高效率、抗干扰能力强等特点。检测时采用剖面法，即发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线同步移动的测量方式，高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性质和几何形态而变化，由此通过对时域波形的采集、处理和分析，推测开挖面前方是否存在岩溶、断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体，其结果对隧道施工起指导意义。其结果可用地质雷达时间剖面图像表示，其中横坐标记录了天线在隧道衬砌表面的位置，纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。这种记录能准确描述测线下方各反射界面的形态。地质雷达的工作原理，如图5.1所示；地质雷达的反射测试系统及反射剖面，如图5.2所示。图 5.1 地质雷达工作原理及其基本组成示意图图 5.2 地质雷达反射测试系统及反射剖面示意图地质雷达图像反映的是地下介质的电性分布特征，在进行成果分析时，必须将其转化为相应的地质体分布。通过在地质雷达测试和开挖验证的基础上，可建立起完整岩体、断层破碎带、富水带、岩脉带、裂隙密集带及岩性变化带等典型地质体同雷达图像特征之间的关系（见表5-1）。表 5-1 典型地质体与地质雷达图像、波形特征之间的关系地质体名称地质雷达图像及波形特征能量团分布能量变化同相轴连续性波形相似性振幅强弱完整岩体均匀按一定规律缓慢衰减连续波形均一低幅断层破碎带不均匀衰减快、规律性差不连续波形杂乱波幅变化大富水带不均匀按一定规律快速衰减与含水量有关基本均一高、宽幅脉破碎带不均匀衰减较快不连续波形杂乱高幅裂隙密集带不均匀衰减较快、规律性差时断时续波形杂乱高幅岩性变化带不均匀规律性差不连续波形杂乱一般为高幅注：表中地质雷达图像、波形特征描述并非针对单一地质体，而是测程范围内所有地质体的综合反映。6 施工作业准备a、成立隧道超前地质预报工作项目部，根据工作任务量，确定项目部工作人员分工职责；b、施工前要充分收集隧道施工前期的地质勘察资料和施工设计图，了解隧道地质情况（浅埋偏压段、断层破碎带及岩溶发育地段等的位置区域），选择预报方法（我单位目前只能做短距离预报），编写超前地质预报方案及报告中工程概况、预报方法原理部分；c、配齐检测使用的仪器设备、车辆等，检测使用的仪器设备是否能正常工作（掌握仪器检测标定后的有效使用时间、性能是否正常），建立仪器使用台账；d、组织施工技术人员培训上岗；e、选择经济适用的住宿地点，建立与施工单位、设计勘察单位、监理单位、业主单位之间的联系方式，并建立相应的工作交流群。7 测线布设预报采用点测模式，根据隧道开挖方式（台阶法）布设2条测线，测线距开挖底面1.5m，每条测线上测点间距20cm，测线布置如下图7.1所示：图 7.1 掌子面测线布置示意图8 检测频率每次预报30m(围岩完好段)，围岩条件差时根据现场实际情况确定预报距离，连续两期预报宜重叠5m。9 操作流程在确认仪器设备检定及状态正常的条件下，连接100M天线与主机，开机；设置采集方式为点测point模式；设置高通25，低通300；根据围岩岩性及完整性设置介电常数与声时；设置保存路径；按照测线距开挖底面1.5m，每条测线上测点间距20cm采集数据，采集完成保存数据；关机。10 数据处理10.1 拷贝数据将文件（如LN1）从雷达主机中拷贝到安装有雷达解析软件的电脑上；10.2 零时处理打开雷达软件，单击打开文