隧道超前地质预报专项方案.doc

1 隧道超前地质预报专项方案隧道超前地质预报专项方案 1 编制依据 1 铁路隧道设计规范 2 铁路隧道工程施工技术指南 3 铁路隧道超前地质预报技术指南 4 铁路瓦斯隧道技术规范 5 煤矿安全规程 6 铁路隧道工程施工安全技术规程 7 广元至达州线巴中至达州段施工图 8 国家其他相关技术规范 2 巴达铁路站前 标隧道概况 2 1 工程概况 本管段位于 xx 市境内 里程范围为 DK0 000 至 DK16 000 线路全长 16km 设 隧道 6 座 其中王家湾隧道 王家隧道为全线控制性工程 2 2 工程地质 水文地质 1 地形地貌 本线xx至xx段为侵蚀低山区 岩层产状多较平缓 砂岩 泥岩近水平迭置 发育 形成阶梯状岭谷地貌 台高谷深 沟谷密布 台面地带多为泥岩分布 地形平缓 风 化剥蚀作用相对较强 平昌至文崇为侵蚀剥蚀低山丘陵区 地面高程300 450m 相对 高差50 100m 褶皱轻微 泥岩广布 侵蚀作用大为减弱 风化剥蚀作用相对增强 山丘低矮圆缓 呈馒头状 长陵状 浅缓的坳沟与宽谷相互交叉 形成小型的丘间洼 地 2 地质构造 线路经过巴中 平昌莲花状构造 巴中 平昌莲花状构造受北部大巴山弧形构造 西北侧龙门山北东向褶断带 南西侧川中北西西向褶皱带的影响 构造线展向多变 构造形迹总的以平缓褶皱为主 断裂不发育 线路经过的主要褶皱依次为 兰草背斜 恩阳向斜 坦溪口背斜 平昌向斜 2 3 地层岩性围岩分级 标段内所处位置岩性以砂岩 泥岩为主 Xx 至 xx 沿线出露地层为白垩系 K 厚层状中细粒砂岩夹泥岩 粉砂质泥岩 兰 草渡至渡市为侏罗系 J 砂岩 泥质粉砂岩 泥岩 粉砂质泥岩 部分段夹介壳灰岩 结晶生物碎屑灰岩 炭质页岩 第四系地层主要为粉质黏土 广泛分布于沿线地表 局部为碎石土 块石土 河床及阶地分布厚度较薄的卵石土 4 水文地质 沿线水文情况 沿线江河 水库 堰塘分布较多 较大的地表水系有巴河及其支流 河水面为区 域侵蚀基准面 江河中常年流水 水深数米至数十米 可通航 一般河水位受季节性 降雨变化 雨季江水汹涌 测区山间溪沟及次级小河流不发育 一般流程较短 流量 受大气降雨控制 因季节变化而变化 以蒸发 下渗和径流等形式排泄 沿线地下水类型 沿线地下水类型可划分为第四系孔隙潜水 基岩裂隙水 第四系孔隙潜水 主要分布在巴河 沿岸阶地和山坡坡麓松散堆积层中 以 孔隙潜水为主 水量丰富 一般埋深2 6m 局部埋藏较深 据民用井调查 其单井流 量为 10m3 d 山坡坡麓堆积层中地下水多沿松散层与基岩接触面渗出 水位随季 节变化较大 调查流量0 m3 d 地下水较贫乏 第四系孔隙潜水受大气降水及 河流补给 随季节而变化 基岩裂隙水 测区内基岩层为砂岩 泥岩 软硬相间 较硬的砂岩风化裂隙 构造裂隙发育 为地下水赋存创造了有利条件 较软的泥岩为相对隔水层 地下水多 在砂岩孔隙裂隙中富集 接受大气降水和第四系松散堆积层补给 地下水较发育 据 野外调查 基岩裂隙水露头较少 一般沿砂泥岩接触面渗出 流量调查为 0 2 2 5m3 d 5 不良地质 沿线不良地质主要有滑坡 岩堆 危岩落石 顺层 天然气 沿线特殊岩土主要是软土 松软土以及人工弃填土 3 超前地质预报的目的和目标 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 富水性及瓦斯浓度 预报突水突泥 断层破碎带具体位置及瓦斯浓度 3 值及其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 2 目标 准确预报掌子面前方围岩地质情况及富水情况 重点预报瓦斯逸出浓 度 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 4 地质预报的总体思路 1 将超前地质预报纳入工序进行管理 按照 物探先行 钻探验证 有掘必探 先探后掘 的原则组织施工 2 按照 多源协同 综合超前地质预报的原理配备仪器和人员 遵循 地质 与物探钻探相结合 长期与短期预报相结合 多种方法相互配合 的原则 建立综合 预报体系 3 采用以 TGP 主要预报断层位置 规模 超前水平钻探及加深炮孔主要预报瓦 斯浓度及富水位置 同时超前地质钻探可做为主要手段进行验证的综合超前地质预报 方法 5 超前地质预报的内容和方法 5 1 超前地质预报的内容 地质超前预报的内容包括隧道所在地区地质分析与宏观地质预报 隧道洞身不良 地质及灾害地质超前预报和重大施工地质灾害临警预报 1 区域地质分析与宏观地质预报 主要预报开挖面前方的围岩级别和稳定性 及时修改设计 调整支护类型 预报 洞内涌水量大小和变化规律以及对环境地质与工程的影响 2 不良地质及灾害地质超前预报 主要预报开挖面前方岩性变化和不良地质的范围 规模 性质 以及突水 突泥 坍塌 瓦斯等灾害地质的发生概率 提出施工预防措施 预报断层的位置 宽度 产 状 性质 破碎带物质状态 充水情况 稳定程度等 提出施工对策 3 重大施工地质灾害临警预报 针对开挖面前方有可能引发的大规模突水 突泥 坍塌 冒落 变形 瓦斯等重 大地质灾害建立临警预报系统 主要预报隧道洞身所通过的富水断裂 富水向斜的核 部 富水砂层 软土 极软岩 瓦斯地层等 评判其危害程度 提出施工方案对策 5 2 超前地质预报的方法 4 本标段隧道施工地质超前预报主要采用传统地质分析法 物探法 超前钻探法及 特殊地质灾害所采用的相关方法 施工地质预报是一项系统性的工作 需纳入施工工 序 1 地质分析法 地质调查与推断是隧道地质超前预报最基本的方法 可以随时进行 不干扰施工 地质分析法通过收集和分析地质资料 地表详细调查 隧道内地质编录 素描 数码 照相等方法 了解隧道所处地段的地质条件 通过对比 论证 推断 预报隧道前方 的工程地质 水文情况 2 物理探测法 物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的方法 利用物探技术进行超前地 质预报的优点是快速 超前探测距离大 对施工干扰相对小 可以多种技术组合应用 段内隧道采用的物探方法如下 TGP 地震波反射法 利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波来预报隧道掘进面前方的地质状况 现场采集信号时要求没有其它震源 地质雷达法 利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射 根据传播速度及反射脉 冲波走时进行超前预报 地质雷达主要用于岩溶探测 也可用于断层破碎带 软弱夹 层等不均匀地质体的探测 探测距离宜在 30 米内 3 超前地质钻探 超前地质钻探是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一 种地质超前预报方式 它可直接揭示隧道开挖面前方几十米的地层岩性 岩体结构完 整程度 构造 地下水 岩溶洞穴填充物及其性质 岩体完整程度等资料 还可通过 岩芯试验获得岩石强度等定量指标 6 地质预报组织机构和工作流程 本标段隧道的地质条件复杂 高 低瓦斯隧道众多 隧道施工中地质工作尤其重 要 为了更好地完成施工阶段的地质工作 组织上 指挥部设立地质预报组 人员由 集团公司技术中心派驻 成立超前地质预报预测工作组织机构 见图 1 地质预报组根 据隧道施工进度和开挖地质情况 及时进行地质预报 并反馈和传达预测预报信息 5 总工程师 地质预报组 地 质 调 查 摄 影 编 录 T G P 探 测 地 质 雷 达 探 测 超 前 地 质 钻 探 图图 1 超前地质预报组织机构超前地质预报组织机构 各工区配备专职地质管理人员负责隧道的地质编录与探测配合工作 施工中配备 有经验的地质工程师值班 进行 24 小时全过程监控指导 确保地质预报工作的及时性 准确性及各项措施的落实 图图 2 超前地质预报工作流程超前地质预报工作流程 7 超前地质预报工作的工艺流程及操作要点 7 1 超前地质预报的工艺流程 针对本标段隧道地质的复杂性和多变性 施工中采取综合超前地质预报的手段 即按照长短结合 上下对照 定性与定量相结合的方法提高前方地质判断的准确性 根据各种探测方法的特点 可分为长距离控制预报 中距离预报 短距离验证预报 综合超前地质预报工艺流程见下图 3 综合地质预报主要措施见表 1 6 图图 3 超前地质预报工艺流程超前地质预报工艺流程 表表 1 综合地质预报主要措施表综合地质预报主要措施表 种类方法位置 地质素描地质编录隧道全长 TGP206 隧道全长 每次 150m 物探方法 地质雷达法重点探测区 每次 30m 超前地质钻探 NQ100E 电动潜孔钻机 孔深 30 50m 重点探测区 物探异常区 高 瓦斯工区 加深炮眼探测炮孔深 5 8m 隧道全长 每爆破循环 1 研究既有资料 制定预报方案 首先 研究既有区域地质 工程地质资料 必要时到地表补充测绘 以达到对整 个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识 通过对既有资料的分析和把握 制定 预报预案 针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级 不同级别的地段采取 不同的预报手段 以达到既预报准确又节约有限预报资源的目的 7 根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度 分为以下四级 A 级 存在重大地质灾害隐患的地段 如大型暗河系统 可溶岩与非可溶岩接触带 软弱 破碎 富水 导水性良好的地层和大型断层破碎带 特殊地质地段 重大物探 异常地段 可能产生大型 特大型突水突泥地段 诱发重大环境地质灾害的地段以及 高地应力 瓦斯 天然气问题严重的地段以及人为坑洞 B 级 中 小型突水突泥地段 较大物探异常地段 断裂带等 C 级 水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段 小型断层破碎带 发生突水突 泥可能性较小 D 级 非可溶性地段 发生突水突泥可能性极小 根据不同的地质灾害分级 针对不同类型的地质问题 选择不同的方法和手段开 展超前地质预报 不同地质灾害地段的预报方式为 A 级预报 采用地质分析法 地震波反射法 地质雷达法 超前水平钻探等手段进 行综合预报 首先以地质分析法进行长距离预测预报 然后采用中长距离地震波反射 法和地质雷达法相结合进行预报 同时进行多孔超前钻探或取芯探查验证 B 级预报 采用地质分析法 地震波反射法 辅以地质雷达法 进行必要的超前水 平探水 当发现局部地段工程地质条件复杂时 按 A 级要求实施 C 级预报 以地质分析法为主 对重要的地质 层 界面 断层或物探异常地段可 采用地震波反射法进行探测 必要时采用地质雷达法和超前水平探水 D 级预报 采用地质分析法 根据地质资料分析 本标段隧道 级围岩段以 A 级预报为主 级围岩段以 B 级预报为主 2 长距离预报 长距离预报主要采用地质分析法 根据地面测绘和其它基础资料对隧道通过区的 地质界限 地层岩性 地质构造 围岩级别 富水规模 岩溶发育规律及特征 其它 不良地质及特殊地质发育情况进行长距离 宏观预测预报 采用 TGP 对隧道在洞身水 平方向上进行长距离 100 150m 的预报 3 中距离预报 在隧道穿过断层破碎带和富水段时 采用地质雷达和超前钻探进行验证预报 4 短距离预报 8 在隧道穿一般地质段和其它小规模断层时采用地质素描法和采用加长炮眼孔进行 的距离小于 30m 的预报 7 2 隧道地质调查和宏观预报 7 2 1 隧址所在地区的区域地质分析 1 研究的资料 研究的资料主要采用隧道设计文件和 1 10000 地图 2 分析的目标 分析的目的是应用超前地质预报的地质理论 初步分析并宏观预报隧道所在地区 的主要构造方位 力学性质和构造多期活动特征及其不同方位构造对隧道围岩稳定性 的影响程度 主要地层类型 如瓦斯地层等 特征及其隧道围岩稳定性的影响程度 主要砂岩的类型特征 空间分布特征及其隧道围岩稳定性的影响程度 现今地应力特 征及其与区域地壳运动的关系等等 7 2 2 隧道不良地质的地质分析 1 研究的资料 研究的资料 主要是隧道详细地质勘探资料或隧道地形地质平面图 地质剖面图 和深入地表和洞内地质调查所取得的第一手地质资料 2 分析的目标 分析的目标 是在区域地质分析的基础上 应用超前地质预报理论分析并宏观预 报隧道施工可能遇到的不良地质类型 大约位置 规模和产状 特别是走向 分析并 宏观预报施工地质灾害的类型 发生的可能性和对隧道施工的影响程度 主要包括 地层层序和特殊岩层分析 构造体系 构造型式和构造分布规律分析 地应力状态分 析 砂岩成因 产状分析 砂岩地层中的瓦斯分析等等 7 2 3 隧道不良地质的地貌分析 1 研究的资料 主要是隧址所在地区 1 5000 1 5 万地形图或隧道地形地质平面图 2 研究的目标 是在隧道不良地质的地质分析的基础上 研究隧道主要不良地质与地貌的关系 进而分析并宏观预报隧道主要不良地质 特别是断层破碎带等不良地质大约位置 规 模和产状 特别是走向 及瓦斯浓度 为隧道不良地质的地质分析提供佐证 9 7 2 4 隧道宏观预报基本流程 一般预报的流程如下 1 收集隧址所在地区的区域地质资料 进行区域地质分析 初步进行宏观预 报 2 收集隧道详细地质勘探资料或隧道设计资料中的隧道工程地质资料 隧道地 形地质平面图 地质剖面图及其地质说明 应用超前地质预报的地质理论进行隧道地 质分析 进行进一步的宏观预报 3 亲身进行深入的隧道地面地质调查 取得第一手隧道地表地质的资料 应用 超前地质预报的地质理论进行隧道不良地质分析 并进行更进一步的宏观预报 4 收集隧址所在地区小比例尺地形图或隧道地形地质图 应用第四纪地貌地质 学理论 分析隧道主要不良地质的地貌特征和标志 为隧道不良地质宏观预报提供佐 证 5 在上述分析研究的基础上 最终进行隧道主要不良地质的 全面的宏观预报 7 2 5 隧道地质分析与宏观预报的主要内容 1 隧道的洞身主要不良地质的性质 成因和类型 特别是能够引发施工地质灾 害的主要不良地质的成因类型 2 隧道的洞身主要不良地质发育特征 特别是发育程度 3 隧道的洞身主要不良地质的大约位置 4 隧道的洞身主要不良地质空间分布规律 特别是分布方位特征 5 隧道的洞身主要施工地质灾害 特别是施工地质灾害与主要不良地质的关系 从宏观预报的内容看 即在仪器探测之前 通过隧道地质分析与宏观预报这一重 要步骤 已经初步掌握了施工隧道的主要不良地质大约状况 仪器探测只是起到验证 和精确化的作用 7 3 TGP 长距离超前地质预报 长期超前地质预报的预报距离一般为掌子面前方 100m 150m 以上 本标段隧道不良地质体的长期超前地质预报 采用 TGP 隧道地震探测仪 进行探 测 预报距离定为 150m 搭接长度为 10m 10 7 3 1 TGP 概况 隧道超前地质预报系统 Tunnel Geologic Prodection 简称 TGP 系统 该系统 在施工间隙中采用人工震源激发地震波 根据地震波在岩体传播过程中遇到波阻抗差 异界面会发生反射波和绕射波的特性 采集地震波传播的数据 提取由隧道前方界面 返回的地震波信息 并经过数据处理获得三维空间的地质构造和岩性解释的目的 人 工地震波是在激发孔中采用小药量爆炸所产生 激发孔布置在隧道的左壁或右壁的同 一高度上 孔距为 1 5m 至 2 米 孔深为 2 米 孔数一般采用 24 个 地震波在三维空 间传播过程中 地震波记录上反射信号的传播时间与到地质界面的距离成正比 反射 信号的幅度与极性与相关界面的性质 产状有关 通过分析各种波形的传播时间 波 形特征和幅度变化 以及界面的空间产状图 偏移成果图 比速度曲线和反射符号等 成果 进行隧道的相关地质条件及围岩物理力学参数的预报 探测设备是北京水电物探研究所生产的 TGP206 型隧道超前地质预报仪器 该系统 经过国内隧道知名专家鉴定 具有国际先进技术水平 拥有性能稳定可靠 信噪比高 处理系统具有弹性波综合参数和三维成图等优点 7 3 2 TGP 的基本原理 TGP206 探测是根据地震波的回波原理 通过人工制造一系列规则布置的轻微震源 由三维地震波接收器在计算机的监控下采集这些震源所发出地震波沿隧道前方及四周 区域传播而遭遇不良地质体 如地层层面 节理面 岩溶面 特别是断层破碎带等 被反射返回的地震波数据 这些回波信号的传播速度 延迟时间 波形 强度和方向 是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的 通过分析可以得到前方地层的 地质力学参数和空间位置数据 从而形成预测预报结果 TGP206 超前预报测量原理见 附图 4 11 图图 4 TGP206TGP206 超前预报测量原理超前预报测量原理 主机 三分量探头 12 触发线 黄油推进杆 图图 5 TGP 探测系统组成图探测系统组成图 7 3 3 解决的主要技术问题和技术指标 1 每次探测的较准确的有效预报距离一般为 A 级地段 100 米 B C 级地段 150 米 需要预报区段大于有效预报距离时应多次预报 两次预报重复长度不小于 10 米 2 对隧道不良地质的最高分辨率可达 1m 3 预报精度 较准确地预报一般隧道施工遇到的断层破碎带等造成坍塌或塌方的不良地质体 的位置和规模 一般不能遗漏可造成坍塌 50m3以上的不良地质体 较准确地预报一般隧道施工遇到的断层裂隙水 岩溶隧道遇到的溶洞 暗河 岩溶淤泥带和瓦斯隧道可能遇到的老窑 老崆或其他多水或富水不良地质体的位置和 规模 一般不能遗漏可造成大涌水 50m3 h 以上 甚至突泥突水的不良地质体 4 较准确地预报区段的围岩级别 误差小于半级 并能定性地预报区段主要 不良地质发生塌方 突泥突水等施工地质灾害的可能性 5 提出较恰当的施工辅助功法方案和应对措施 7 3 4 TGP 仪器探测法的基本流程 1 准备探测材料 包括瞬发电雷管 乳化炸药 2 准备探测钻孔 依据地质分析和宏观预报得出的隧道最主要不良地质的走向 或依据掌子面前方 150 米以内的明显断层破碎带的走向 在最先见到最主要不良地质 的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔 在距最外边 最后 一个炮眼 20 30m 布设接收探头 钻孔 隧道两壁各对称布置 1 个 3 制作炸药的药卷 钻孔 检查钻孔是否合格 个别钻孔 返工 洞内探测 采集数据 4 室内数据处理 成图 成果图解译 编写 TGP 探测报告 7 3 5 操作要求 1 爆破钻孔的布置要求 a 预报断层构造时爆破钻孔应根据断层走向布置在与断层夹角较小一侧的隧道边 墙上 预报岩溶时爆破钻孔应布置在没有横洞和会车道的一侧 并应选择布置在完整 13 灰岩段落上 不宜在隧道边墙岩溶发育段落做 TGP 探测时 此时应加强地质雷达和水 平钻进行超前探测 b 每一次预报的炮数 24 个 炮间距 2 0m 炮眼高度 1 1 5m 所有炮眼与接收 器的高度应相同 与隧道底板平行 c 炮眼孔深 2 0m 孔深应尽量一致 向下倾斜 5 10 垂直于隧道轴向 钻孔 水平布置示意图见图 6 图图 6 钻孔水平布置示意图钻孔水平布置示意图 d 钻孔完成后应采取措施保护 防止蹋孔 2 爆破要求 a 遵守 爆破安全规程 的规定 b 使用毫秒级无延迟电雷管 瞬发电雷管 c 炸药量应大于 200m 探测距离要求 一般 50g 70g d 应保证炸药与炮孔严密耦合 所有炮孔必须采取堵孔和注水措施 e 在放炮之前应注意噪音监视 选择干扰幅度最小时放炮 数据处理时选择合适 的滤波窗口 尽可能的予以消除 接收器钻孔的布置要求 a 距掌子面约 60 70m 距第一爆破孔 20 30m b 必须在隧道两壁各安置 1 个接收器 接收器安置高度与炮孔一致 c 孔径 50mm 左右 孔深 2m 应根据采用的耦合材料确定接收孔上倾还是下倾 接收器与孔壁的耦合必须紧密 施测时隧道中应没有其它振动源 数据的处理和整理 a 数据采集时应对每一炮的波幅进行调节 记录不好或存在干扰时应重新放炮 b 对采集的数据及时进行三维波场处理 提取反射界面 7 3 6 关键技术 14 1 主要探测壁 布设炮眼壁 的选择至关重要 TSP 探测壁要选择隧道最主要 不良地质首先遇到的隧道壁 这是选择的主要依据 依据预报区内已知断层走向选择主要探测壁 依据开挖揭示断层破碎带走向选择主要探测壁 依据隧道主要施工地质灾害类型选择主要探测壁 a 若以坍塌或塌方为主 依据以压性为主的断层破碎带走向确定主要探测壁 b 若以突泥或突水为主 依据以张性为主的断层破碎带走向确定主要探测壁 依据地形地质平面图中的主要沟谷走向选择主要探测壁 2 应用超前地质预报的地质理论和物探理论进行成果解译 难度较大 7 3 7 提交资料 现场数据记录表 X Y Z 三个分量的原始波形记录 频率谱 纵横波分离后的 P SH SV 波形图 P SH SV 的极度偏移图 横坐标为里程 二维结果图 横坐标为里程 反射面提取图 岩石参数曲线图 横坐标为里程 电子文档 7 4 地质雷达超前地质预报 地质雷达超前地质预报的预报距离一般为掌子面前方 30m 左右 本标段采用意大 利 K2 型地质雷达进行探测 主要探测前方破碎带 软弱夹层等 搭接长度大于 5m 7 4 1 地质雷达原理和使用范围 地质雷达采用的是时间域脉冲雷达 将宽频带的脉冲发射到地下介质中 利用电 磁波在不同介质电性界面 地质体 上的反射特性 通过接收反射信号 经软件处理 后确定探测目标的形态及属性 其原理见图 7 15 GPR发射器 GPR接收器 图图 7 7 地质雷达探测原理图地质雷达探测原理图 根据其不同的探测目的 深度 采用不同主频的天线 由于水的介电常数和电阻率与围岩差异很大 所以对充水和充泥的不良地质体反 映灵敏 当用作隧道超前地质预报时 可较准确探测开挖工作面前方和洞体周围有一 定规模的含水裂隙 溶洞 断层 由于采用高频电磁波 其分辨率相对较高 一般应 用 50 和 100MHz 的天线重复测量 综合分析 7 4 2 有效探测距离和仪器要求 地质雷达的有效探测距离在完整灰岩地段应大于 20m 在岩溶发育地段根据雷达波 形判定 两次预报的重复长度 5m 左右 当开挖通过大的异常后 应重新进行下一次预 报 在不利于雷达数据采集的地段如炭质灰岩地段或煤系地层 可以不采用地质雷达 方法进行超前预报 用于超前地质预报的地质雷达选用意大利 RIS 地质雷达 K2 型 天线应使用中心频 率为 40MHz 低频天线 7 4 3 数据采集要求 1 现场数据采集主要是在掌子面上进行 采集前应对掌子面进行平整处理 使 雷达天线与掌子面能有较好的藕合 在掌子面附近应没有其它的金属物体 2 全断面开挖的隧道 雷达测线在掌子面上呈 井 字形布置 测线长度根据 天线长度决定 在有限的掌子面上尽可能的长 测线位置距隧道周边的距离 1m 左右 上下台阶开挖的隧道 分别在上下台阶个布置一条横测线 测线高度距隧道底板 1m 左 右 3 为保证探测结果的准确 应在同一测线上进行至少两次的重复探测 测点间 距一般不大于 0 2m 16 4 应充分利用避车洞或超前钻探揭露的地质界面等有利地段求取地层的相对介 电常数和电磁波速度 7 4 4 数据整理和处理要求 1 雷达记录应清晰 反射波形 同相轴明显 不合格的记录应重测 2 对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理如 编辑 滤波 增益 褶 积 道分析 速度分析和消除背景干扰等 求得时间剖面 3 在时间剖面中应标出探测对象的反射波组 反射体的形态和规模 钻孔验证 的位置和深度 4 解释确定反射体的位置 形态 推断其充填情况 必要时应制作模型进行反 演解释 7 4 5 提交资料 测线布置图 现场数据记录表 时间剖面 波形剖面 解释参数和解释结果 7 5 地质素描超前地质预报 又称掌子面编录预测法 这项工作属于隧道施工短期超前地质预报的一种常用的 方法和技术手段 一般包括 岩层层位预测法 不良地质前兆预测法和突泥突水前兆 预测法 7 5 1 岩层层位预测法 在掌子面和隧道两壁出露的岩层与地表某段岩层证为同一和确认标志层的前提下 用地表岩层的层序预报掌子面前方将要出现的岩层 7 5 2 不良地质前兆预测法 不良地质前兆预测法是侧重预报掌子面前方不良地质体性质的一种短期超前地质 预报技术 在隧道掘进过程中 在出现断层破碎带 溶洞 暗河 岩溶陷落柱和洞穴 淤泥带之前 一般都会出现各自的明显或不明显的前兆标志 这些标志的出现 常常 预示前述不良地质体已经临近了 因此 不良地质前兆预测法 一方面有助于掌子面 前方不良地质体的性质的鉴别 也有助于对不良地质体临近的判断 在地质分析和宏观预报和 TGP 超前地质预报的基础上 不良地质前兆预测法预报 不良地质性质的精度 预报断层破碎带的判断 一般可达到 90 经验丰富者 可达到 95 以上 预报溶洞 暗河和岩溶淤泥带 岩溶陷落柱 以及老窑 老崆的判断 一般只 17 能达到 50 80 经验丰富者 可达 80 90 以上 对于这类不良地质性质的判断 主 要还是靠超前钻探 预报流程 TGP 超前预报 在临近 TGP 预报的主要不良地质时 加强洞内地质观测和编录 及时发出短期超前地质预报通知书 编写短期超前地质预报报告 7 5 3 突泥突水前兆预测法 隧道开挖后 若前方存在突水突泥点时 一般在隧道开挖面会有一些征兆 一般预兆 由干燥岩层变潮湿 松软 开挖面出现滴水 淋水现象 且淋水由小变大 有 时围岩帮出现铁锈色水迹 工作面气温降低 或出现雾气或硫化氢气味 即臭鸡蛋味 有时可闻到水的 嘶嘶 声 监测变形变大 围岩压力增大 发生片帮 冒顶及底鼓 工作面灰岩含水层突水预兆 工作面压力增大 底板鼓起 底鼓量有时可达 500mm 以上 工作面底板产生裂隙 并逐渐增大 沿裂隙或岩层界面向外渗水 随着裂隙的增大 水量增加 当底板渗水量增大 到一定程度时 煤帮渗水可能停止 此时水色时清时浊 底板活动时水变浑浊 底板 稳定时水色变清 底板或掌子面破裂 沿裂缝有高压水喷出 并伴有 嘶嘶 声或刺耳水声 底板发生 底爆 伴有巨响 地下水大量涌出 水色呈乳白或黄色 松散孔隙含水层水突水预兆 突水部位发潮 滴水 且滴水现象逐渐增大 仔细观察发现水中含有少量细砂 发生局部冒顶 水量突增并出现流沙 流沙常呈间歇性 水色时清时浊 总的 趋势是水量 沙量增加 直至流沙大量涌出 顶板发生溃水 溃沙 这种现象可能影响到地表 致使地表出现塌陷坑 7 6 隧道重要不良地质段超前钻探 根据地质分析宏观预报和长期 短期超前地质预报结果 重点对断层破碎带及其 18 影响带等软弱 破碎围岩段 含瓦斯岩层 特别是富水带等不良地质地段实施超前钻 探 是系统超前地质预报方案的第四道工序 采用超前探孔进行隧道施工地质超前预报是隧道施工期地质超前预报方法中最直 接的方法 是对其他探测手段成果的验证和补充 超前水平钻孔能最直接地揭示掌子 面前方的地质特征 准确率很高 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 气体状况等诸方面的资料 超前钻探既对隧道隧洞的洞身长期 短期超前地质预报进行验证 又为施工地质 灾害临近警报提供主要的 直观的地质信息 对于地质条件复杂的隧道隧洞区段 特 别是已经被长期 短期地质预报确认的重大地质灾害可能发生的区段 这是必须采用 的超前地质预报手段 本标段超前钻探分为加深炮孔探测和超前地质水平钻孔 本标段主要探测瓦斯 瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区 低瓦斯工区 高瓦斯工区 瓦斯突出工区共四类 低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定 当全工区的瓦斯涌出量 小于 0 5m min 时 为低瓦斯工区 大于或等于 0 5m min 时 为高瓦斯工区 瓦斯隧 道只要有一处有突出危险 该处所在的工区即为瓦斯突出工区 判定瓦斯突出必须同 时满足下列 4 个指标 瓦斯压力 P 0 74 MPa 侧定方法按附录 D 瓦斯放散初速度 P 10 测定方法按附录 E 煤的坚固性系数 f 0 5 测定方法按附录 F 煤的破坏类型为 类及以上 破坏类型按附录 A 7 6 1 加深炮孔探测 瓦斯隧道正洞在开挖前采用加深炮眼探测是否有瓦斯 天然气等气体 炮眼深度 为 5 米 每次进尺不大于 3 米 当采用全断面开挖时 每个断面 3 个加深炮眼 当采 用上 下台阶法开挖时 上台阶为 3 个加深炮眼 下台阶为 2 个加深炮眼 如下图示 加深炮孔不可作为正常爆破孔使用 不可装药 实践证明会收到很好的效果 可释放 瓦斯气体并及时检测 以便及时采取安全措施 19 全断面时加深炮眼布置图 上 下台阶时加深炮眼布置图 7 6 2 超前地质水平钻孔 当加深炮孔探测到有瓦斯 天然气等有害气体后 应采用 NQ100E 电动潜孔钻机钻 孔进行超前地质探测进行验证 孔长度为 30m 搭接长度不小于 5m 超前地质钻孔每 25m 一循环 全断面开挖时布置 3 个探孔 上 下台阶时开挖时 上台阶布置 3 个探孔 下台阶布置 2 个探孔 超前地质钻孔按下图布置 在超前地质钻孔处设置检测点 检 测瓦斯涌出的浓度及压力是否超标 每个循环工序必须做好记录 地质素描和影像资 料 20 全断面时超前探孔布置示意图 上 下台阶时超前探孔布置示意图 若探测到有害气体 要根据记录确定有害气体的涌出位置 当超前探物及验证孔 确认富含瓦斯时 增加不少于 3 个 100 超前钻孔 4 6 号孔 如下图示 进一步确 认瓦斯 天然气浓度 岩体破碎程度 富含瓦斯时超前探孔布置示意图 探孔过程中 瓦检员按规定对孔内的瓦斯浓度进行检查 地质工程师观察前方地 质构造情况 并做好记录 超前钻探结束后编写钻探报告 对该处隧道的开挖提出相 21 应的安全技术措施 7 7 隧道重大施工地质灾害临近警报 地质灾害临近警报是一种重要的超前地质预报方案 它是超前地质预报体系中 最最重要的一个步骤和必须安排的一种预报方案 因为 所有超前地质预报方案的最 终目的和落脚点 无非是减免隧道重大施工地质灾害的发生 然而 这一预报方案对 于达到超前地质预报的最终目的和落脚点是不可或缺的一步 它是在隧洞所在地区不良地质宏观预报和隧道的洞体不良地质体长期 短期超前 预报和超前钻探的基础上进行的 也是系统超前地质预报的第五道工序 它进一步可以划分为隧道施工地质灾害发生的地质环境监测 和隧道重大施工地 质灾害发生可能性的判断两个分方案和步骤 7 7 1 施工地质灾害发生的环境监测 第一步是施工地质灾害警报技术的基础工作 主要包括 不良地质体性质的鉴定 和区分 地下水涌水量监测 地应力测量以及瓦斯发生的地质环境的监测 7 7 2 施工地质灾害能否发生的判断和应对措施 第二步是施工地质灾害警报技术中的最为关键的技术 主要包括 塌方 突泥突 水 瓦斯等等重大施工地质灾害发生可能性的一系列判断技术 并结合特殊辅助功法 提出应对措施 7 7 3 施工地质灾害临近警报的主要技术指标 一般应达到减免 甚至避免重大施工地质灾害的发生的目标 从本标段管区隧道的地质特点来说 施工地质灾害临近警报是长期 短期预报的 基础上进行的超前地质预报方案 更是经常伴随隧道重要不良地质超前钻探的同时采 用的一种超前地质预报方案 8 地质信息收集处理与综合判析 超前地质预报要建立一个地质信息系统 通过各种方法收集地质信息 进行综合 分析 判断 编制信息预报成果由主管技术人员予以复核 并报设计 监理 为变更 设计 为施工提供决策依据 及时调整施工方法和支护参数 经分析 整理的地质资 料作为施工技术资料存档 采用新的施工方法和支护参数后 有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 形成地质信息系统化 地质综合判析是综合超前地质预报方法的中枢 它对所有的各种预报手段获得的 22 资料进行归纳 分析 对比 提出最终预报结论和工程措施建议 指导施工 综合分 析探测报告 内容包括工作概况 采用的各种预报手段及预报结果 相互印证情况 综合分析预报结论 施工方法和施工技术建议 超前地质预报结果应体现及时性 有 异常情况应及时通知决策部门和施工 及时采取措施 使不良地质体始终处于可控状 态 地质预报信息收集处理反馈系统见图 10 图图 1010 地质信息处理反馈流程地质信息处理反馈流程 9 超前地质预报的机具设备 主要机具 设备 仪器见表 2 一般通过专业队伍配置 表表 2 2 主要机具 设备 仪器主要机具 设备 仪器 项目名称 设备名称 性能 数量 地质素描 地质罗盘 数码相机能测岩层 构造面产状视需要 地震波反射预报 TGP隧道地震波超前地质预报仪能探测100m 150m1台 地质雷达意大利IDS地质雷达能探测0 30m范围1台 地质钻探 NQ100E电动潜孔钻机钻孔深度30 50m范围视需要 23 10 劳动组织 超前地质预报的产品为文字 图表报告 属于技术服务行列 所需人员主要为地 质 物探专业技术人员 钻探技术工人 地质 物探人员可以同时兼顾地质分析 地 震波反射法 地质雷达法 钻孔岩芯 岩粉的鉴定及孔内情况的监测 但这需要复合 型专业人才 一般情况下若几种预报手段同时进行 还需要各负其责 施工劳动组织 安排如表 3 所示 表表 3 3 劳动力组织劳动力组织 工种 人数 项目 技术员工人 职责 地质素描 2 无负责地质素描及地质资料的编制 地震波反 射法探测 2 1名爆破工 1名普工 负责地震波反射法探测现场数据的采集和室内数据的 分析及预测报告的编写 地质雷达法 22 负责直地质雷达法探测现场数据的采集和室内数据的 分析及预测报告的编写 地质钻探1 班 3 6人 班 钻机 负责钻机 钻孔定位 施钻 岩芯 岩粉的鉴定 孔 内情况的观测及钻孔