超前地质预报作业指导书(.doc

新建吉林至珲春铁路JHS 标(GDK283+044.6-GDK323+000段)隧道超前地质预报作业指导书 中铁十二局集团有限公司吉图珲客专JHS 项目经理部二一一年八月九日新建吉林至珲春铁路 隧道工程超前地质预报作业指导书1 适用范围适用于新建吉林至珲春铁路双线隧道超前地质预报作业。2 作业准备2.1内业准备：组建地质超前预报专业小组，认真学习实时性组织设计，阅读、审核施工图纸，掌握隧道工程地质情况，编制超前地质预报计划，采用先进技术手段进行超前地质探测预报。预报手段主要包括以下几种：地质雷达、红外线探测仪、超前地质钻孔、TSP203探测、风钻超长钻孔、地质素描等。2.2外业准备：根据隧道地质情况，采用不同的超前地质预报方法，现场收集隧道地质情况的各种技术数据，进行分析、解译、对比后得出结论，指导隧道施工。3 技术要求3.1熟练掌握各种地质超前预报的方法。3.2熟练对超前地质预报所得出的数据进行分析，得出结论，及时指导现场施工。 4 施工程序与工艺流程施工程序为：根据地质情况选择适当的超前地质预报方法进行地质超前预报作业并记录数据对数据进行分析指导施工。 5 施工要求5.1长距离超前地质预报长距离地质预报主要采用隧洞内长距离TSP仪器探测，应用TSP203预测预报系统进行在主要的断层破碎带、宽大节理密集带、喷出岩接触带及其它接触带的前方100米、地下水变化情况的长距离测试，采用TSP203超前地质预报系统连续不少于2次探测，每次探测距离100m，每次搭接10米。长距离地质预报实施步骤见图1。TSP203隧洞地震探测仪工作原理见图2：图1 长距离超前地质预报的步骤框图图2 TSP203预报原理图A首先在隧道内人工制造一系列有规则排列的轻微震源，震源发出的地震波逼到地层界面、特别是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波，其传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关地质体的性质密切相关，并通过不同的数据表现出来；B通过震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪）进行数据采集，将数据输入带有处理软件的电脑，并经过计算机数学计算进行数据处理；C将采集的数据资料转换为反应相关地质体反射能量的影视图像或隧道平面、剖面图；D进行室内数据资料处理、分析，由工程技术人员进行解译，对隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模等予以超前地质预报。E预报频率在断层等特殊地段，预报频率为100m/次；其余地段150250次。TSP系统的预报测孔布置见图3。图3 TSP203预报系统测孔布置示意图为保证预报长度、预报精度，提高预报质量，在一切可能的情况下尽量减少环境噪音，爆破接收信号时隧洞内应停止一切施工作业，确定好采样间隔和采样数目。安放接收器一定要与周围岩体很好地耦合，以保证采集信号的质量，采用早强膨胀水泥砂浆，使接收器与岩体粘贴好。要优化作业程序，科学组织施工，尽量采取不停工采集数据，为隧道掘进赢得时间。对于爆破炸药作震源对预报结果所带来的影响要引起重视。5.2短距离超前地质预报短距离超前地质预报是在长距离超前地质预报的基础上进行的，对于短距离超前地质预报，主要是通过开挖石渣识别、掌子面地质素描，更重要的是采用超前钻孔或地质雷达进行探测（图6）。前者是通过对不同地质体标志的确认，以及不良地质体出现前的前兆标志，对不良地质体可能出露的位置进行预测和判断，辅助进行超前地质钻探；后者地质雷达探测属于电磁波物探技术，通过电磁波的反射波和透射波的分时采集和数据组合分析，对不良地质体的类型、规模、位置进行预测。5.2.1地质素描地质素描主要是根据掌子面上岩层岩性、产状及层位、条带状不良地质体等进行预测和预报。编录时必须对掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、厚度、特征层序、岩性、风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等情况详细记录。确保对前方地质的预报准确可靠。利用地质理论和作图法,将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件的预测预报。5.2.2 地质雷达地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。作为TSP203超前地质预报的补充，在复杂地质地段对TSP203预报的异常地段，采用地质雷达作为补充手段以确定异常体的位置、规模、岩性等。在隧道施工中，将采用RIS2K型地质雷达系统进行探测。地质雷达探测应注意：A减少干扰雷达探测时，干扰因素有：台车、出碴车辆、人员走动等，它们来自侧立、背向，且干扰严重。其次抬天线造成感应干扰、晃动造成方向干扰。100M天线带有屏蔽，能防止一定干扰，但不能完全清除干扰。为减少干扰，探测工作选择在施工间隙进行。另外，为解决干扰问题，采用专用实验支架移动天线，避免人的感应和天线晃动所带来的干扰。B强化预报的施工跟踪性, 随时与实际揭露的地质进行对比地质雷达探测的预报判释, 也同样不可避免地具有一定的经验性, 因此紧密跟踪施工过程, 特别是在地质雷达探测预报的初期, 将地质雷达探测预报成果随时与施工开挖揭露的地质状况进行对比、分析, 并随时调整判释参数。C避免探测数据的判释失误地质雷达探测设备精确度较高, 但探测数据的判释仍在一定程度上依赖于判释人员的技术和经验, 特别是对于回波形态的微小差异, 要防止漏判和误判, 需要探测人员具有较丰富的经验。D准确确定测站布设面的里程桩号地质雷达探测时, 是以其测站布设面为基准通过相对距离推算各目标体的位置, 因此需要准确确定测站布设面的里程桩号, 才能准确确定各目标体的“绝对”桩号, 以便与其他资料相互校核。5.2.3 红外探水在距掌子面20m范围内可定性告知有无水。根据测试结果，进行数据处理与分析：A 掘进工作面场强分布：根据测得的每个区域内红外线地湿场值，通过对比分析，判定掘进工作面是否存在含水构造体。根据以往测试经验，判译标准一般设定为：当掘进工作面测点中最大场和最小红外波段长的能量差大于等于10W/cm2，可判定前方存在含水体构造体，否则不存在含水体构造。B 纵向场强分布：将所测的每个测点位置的湿度值，根据湿度值变化规律，通过分析计算，判定前方是否存在含水体构造。若前方存在含水构造时，含水构造产生的异常地湿场会迭加到掘进工作面后方的正常地湿场上，产生地湿场的畸变，由于到场源的距离不同，畸变后的亦不同，介质所辐射的红外波段能量在数据曲线上表现为突变。5.2.4超前钻孔超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中必须实施的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。一般在地质预报段钻13孔，深度30-50米，若遇到异常需将孔数增加到5孔。隧道超前地质探孔示意图见图4。超前地质钻孔预报流程见图5。图4 隧道超前地质探孔示意图在施作期间开挖面通常需配合停工，且钻进过程中，容易受操作人员人为影响，因此变数较大，造成判读岩体比较困难。不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。超前钻孔探测的记录方式有：A不取芯钻探 主要系利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用较低(与取芯钻探比较)，若隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。图5 超前地质钻孔预报流程B取芯钻探 利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做出较正确的地质判别。岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而言，可利用此先行降低水压。但取芯钻探施作期间开挖面通常需配合暂停，且施作时间比不取芯钻用工进要长，费用也较高。C台车加长钻孔法液压台车接杆钻孔是一种短期超前预报探孔，对于掌子面前方30m以内的超前探孔，适合用钻孔台车钻孔，占用生产时间较少，速度快，有利于提高施工进度。台车加长钻孔主要利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。施钻过程中，由地质预报组成员详细记录钻速、水质水量变化情况及开挖后的岩面观测素描，并采集钻孔排碴取样分析，综合判断预报前方水文、地质情况。6 劳动组织6.1劳动力组织方式：采用架子队组织模式。6.2人员配备组建地质超前预报组，负责地质超前预报工作。本预报组配备组长一人，每个洞口均成立一个地质工作组，每个小组人员不少于3人，包括一名地质工程师。地质工作组配置固定的进行超前地质预报的专业技术人员，并具备丰富的地质工作经验和隧道施工经验，能熟练掌握物探仪器、设备的操作及分析方法，能够准确判释地质情况。7 材料要求超前预报所使用材料要符合规范要求。8 设备机具配置长距离超前地质预报：TSP203一台短距离地质预报：地质雷达一台、水平钻机五台（其中意大利卡萨格兰地C6型全液压履带式多功能钻机一台）、红外线探测仪五台、地质罗盘仪二十个、数码相机四台。9 质量控制及检验9.1地质素描应在每循环后及时进行，对掌子面、边墙、拱顶及底板围岩的工程地质及水文地质特征进行详细描述，描述要真实贴切，并辅助适当的图形、图片，并及时汇总。9.2 TSP超前探测前应对炮孔及接收器孔进行测量，参数要满足要求。9.3超前钻孔前应进行详细的技术交底，根据需要探明那些地质问题而设计钻孔的参数。9.4在各项现场采集工作完成后，内业数据分析、处理以及报告编写应及时，成果报告应有编制审核。9.5 成果报告及时提交给业主及施工队 做到信息化施工。10 安全及环保措施10.1成立超前地质预报安全管理机构。10.2编制各项地质预报安全制度。10.3预报施工现场安全技术保证措施：10.3.1 TSP203现场采集数据使用灵敏度很高的高爆速炸药，危险性较大，应由专业爆破工操作。10.3.2钻机使用高压风、高压水，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，一般人员不得操作。