超前地质预报实施方案(隧道通用版)

1 目目 录录 1 1 开展超前地质预报的必要性开展超前地质预报的必要性 1 1 2 2 工程概况工程概况 1 1 3 3 各隧道地质概况各隧道地质概况 1 1 3 13 1 石鼓山隧道石鼓山隧道 1 1 3 23 2 王家和隧道王家和隧道 2 2 3 33 3 马鞍山隧道马鞍山隧道 3 3 3 43 4 冯家塬隧道冯家塬隧道 3 3 3 53 5 清姜隧道清姜隧道 3 3 3 63 6 塔稍村隧道塔稍村隧道 4 4 4 4 编制依据编制依据 5 5 5 5 实施超前地质预报的目的实施超前地质预报的目的 5 5 6 6 超前地质预报的技术超前地质预报的技术 5 5 6 16 1 超前地质预报方法选择超前地质预报方法选择 5 5 6 26 2 超前地质预报的关键技术问题的对策超前地质预报的关键技术问题的对策 6 6 7 7 超前地质预报的主要内容超前地质预报的主要内容 8 8 8 8 本标段隧道采用的预报方法及其适用范围本标段隧道采用的预报方法及其适用范围 8 8 8 18 1 本标段隧道采用的预报方法本标段隧道采用的预报方法 8 8 8 28 2 适用范围适用范围 9 9 9 9 超前地质预报工作流程及技术要求超前地质预报工作流程及技术要求 1010 9 19 1 超前地质预报工作流程超前地质预报工作流程 1010 9 29 2 超前地质预报技术要求超前地质预报技术要求 1212 1010 超前地质预报重点难点分析及对策超前地质预报重点难点分析及对策 2121 10 110 1 超前地质预报重点超前地质预报重点 2121 10 210 2 超前地质预报难点及对策超前地质预报难点及对策 2222 1111 超前地质预报组织机构超前地质预报组织机构 2323 1212 设备配置设备配置 2424 1313 安全措施安全措施 2424 1414 附件附件 2525 1 隧道超前地质预报方案隧道超前地质预报方案 1 1 开展超前地质预报的必要性开展超前地质预报的必要性 隧道工程设计的基本依据是地质勘查资料 而隧道施工的主要依据是 设计文件 大量的隧道工程建设实践表明 地质勘察精确 经费等诸多条 件的限制 根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生 由 此而来的隧道洞身塌方 涌水 涌泥 涌砂 岩爆 瓦斯爆炸等灾害时有 发生 从而给隧道施工造成极大的危害 因此在隧道施工期间 采取各种 技术 手段和方法对隧道掌子面前方地质条件进行及时准确的预测 是提 前采取预防措施 避免灾害的发生 减少因灾害发生的损失和保证隧道施 工安全的需要 必须将超前地质预报纳入施工工序 必须认真 坚持 真正使预报能 起到指导施工的作用 2 2 工程概况工程概况 标段内共含隧道 6 座 总长度为双线 13 707km 其中主要含正洞 13264m 洞口及明洞 443 延米 辅助坑道 716 延米 经专家评定一级风险 隧道 1 座 二级风险隧道 5 座 由于清姜隧道元古界变质岩受地质构造影 响严重 断裂带发育 地质条件复杂 在施工中可能存在突涌水 坍塌及 变形等风险 根据设计隧道参照高风险隧道进行超前地质预报工作 建议 施工时按高风险隧道进行管理 主要高风险隧道汇总见下表 宝兰客运专线一标高风险隧道汇总表宝兰客运专线一标高风险隧道汇总表 序号隧道名称长度 m 风险等级备注 1石鼓山隧道石鼓山隧道4330一级风险一级风险土质隧道 2王家和隧道499 82二级风险土质隧道 3马鞍山隧道387 36二级风险土质隧道 4冯家塬隧道1248 36二级风险土质隧道 5清姜隧道2315 55二级风险岩质隧道 6塔稍村隧道4926 25二级风险岩质隧道 3 3 各隧道地质概况各隧道地质概况 3 13 1 石鼓山隧道石鼓山隧道 1 1 工程概况工程概况 2 石鼓山隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的马营镇凉泉村附近 隧道起 讫里程 DK639 430 DK643 760 隧道长 4330m 为双线隧道 最大埋深约 130m 该隧道设辅助坑道两座 长度分别为 361m 及 207m 2 2 地质概况地质概况 该隧道地处黄土残塬区 地形起伏较大 地面高程约 629 740m 植 被较发育 隧道洞身通过的地层主要以第四系上 中更新统风积黏质黄土 冲积粉质黏土 砂类土及第三系泥岩为主 进出口段为第四系风积黄土 隧道进口表层黏质黄土具 自重湿陷性 出口表层黏质黄土 级自重 湿陷性 湿陷土层厚度 15 18m 该隧道多次通过浅埋沟谷 预测该隧道正常涌水量约 12633m3 d 可 能最大涌水量约 31582m3 d 3 3 主要工程地质问题 主要工程地质问题 根据隧道工程地质 水文地质条件的综合分析 预测隧道施工中在通 过浅埋沟谷及较破碎的第三系地层 第四系松散层时有产生坍塌 突水 突泥 部分段落处于第四系覆盖层与第三系泥岩的接触面 隧道埋深较浅 施工中局部可能产生渗滴水现象 3 23 2 王家和隧道王家和隧道 1 1 工程概况工程概况 王家和隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的石鼓镇王家河村 隧道起讫 里程 DK643 950 DK644 450 全长 500m 为双线隧道 最大埋深约 82m 2 2 地质概况地质概况 该隧道位于渭河南岸黄土残塬区 区内地形起伏较大 相对高差约 102m 该隧道进出口位于第四系风积黏质黄土层中 隧道洞身通过的地层 为第四系粉质黏土 中砂 粗圆砾土层及第三系强风化泥岩及砾岩 第三 系泥岩具中等膨胀性 隧道进 出口黏质黄土具 级 严重 自重湿陷性 湿陷厚度 9 13m 3 3 主要工程地质问题 主要工程地质问题 由于该隧道局部段落处于第四系覆盖层与第三系地层的接触面 黄土 与砂类土接触带 施工中局部可能产生渗滴水现象 且该隧道埋深较浅 施工中容易产生坍塌掉块 地表变形可能 3 3 33 3 马鞍山隧道马鞍山隧道 1 1 工程概况工程概况 马鞍山隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的石鼓镇马鞍山 隧道起讫里 程 DK644 583 DK644 970 全长 387m 为双线隧道 最大埋深约 109m 2 2 地质概况地质概况 工点区位于渭河南岸黄土残塬区 马鞍山所在的黄土山梁中 地形起 伏较大 地面高程约 650 765m 相对高差 115m 植被较发育 该隧道出 口通过的地层主要为第四系上 中更新统风积黏质黄土 洞身主要为第四 系中更新统细 粗圆砾土 隧道进口段第四系风积黏质黄土具 级 严重 自重湿陷性 湿陷厚度 9m 出口段具 级 中等 自重湿陷性 湿陷厚度 5m 3 3 主要工程地质问题 主要工程地质问题 由于洞身处于第四系松散层中 且隧道埋深较浅 第四系松散层层间 结合力较差 施工中容易产生坍塌掉块 甚至冒顶现象 3 43 4 冯家塬隧道冯家塬隧道 1 1 工程概况工程概况 冯家塬隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的神农镇 该隧道位于黄土残 塬区 隧道起讫里程 DK645 102 DK646 350 全长 1248m 为双线隧道 最大埋深约 108m 2 2 地质概况地质概况 工点区位于渭河南岸黄土残塬区 地形起伏较大 地面高程约 655 758m 相对高差 103m 植被较发育 该隧道出口通过的地层主要为第四系上 中更新统风积黏质黄土 洞 身主要为第四系中更新统粉质黏土 细 粗圆砾土 第三系强风化泥岩 隧道进口 级自重湿陷性 湿陷厚度 10 15m 第三系泥岩具有中等膨胀 性 3 3 主要工程地质问题 主要工程地质问题 由于洞身处于第四系松散层及强风化泥岩中 且隧道埋深较浅 第四 系松散层层间结合力较差 施工中容易产生坍塌掉块 甚至冒顶现象 3 53 5 清姜隧道清姜隧道 4 1 1 工程概况工程概况 清姜隧道位于渭河南岸黄土残塬区与西秦岭北缘中山区的过渡带 起 讫里程 DK647 923 50 DK650 236 全长 2312 50m 为双线隧道 隧道进 口端为清姜河特大桥 出口端为塔稍沟大桥 隧道最大埋深约 330m 2 2 地质概况地质概况 该隧道地处渭河南岸黄土残塬区与西秦岭北缘中山区的过渡带 地面高 程一般为 666 8 928 8m 自然坡度约 20 45 之间 地形起伏相对较 大 相对高差 100 250m 沟壑发育 该隧道进口及顶部主要为第四系上 中更新统风积 冲积黏质黄土 隧 道洞身及出口主要为下元古界片岩夹大理岩 压碎岩及断层角砾 隧道进 口表层黏质黄土具 级严重自重湿陷性 湿陷土层厚度约 8 12m 3 3 主要工程地质问题 主要工程地质问题 由于该隧道进口为第四系地层覆盖 隧道出口及洞身主要为为元古界 片岩夹大理岩 进口段局部通过燕山期花岗岩 由于元古界地层时代老 受构造影响严重 隧道洞身通过两条次级断裂 隧道施工中有产生坍塌 掉块可能 3 63 6 塔稍村隧道塔稍村隧道 1 1 工程概况 工程概况 塔稍村隧道地处陕西省宝鸡市西南侧 位于渭河南岸南陇山与西秦岭 中低山区 隧道起讫里程 DK650 421 DK655 347 全长 4926m 为双线隧 道 最大埋深约 360m 2 2 地质概况 地质概况 该隧道地处渭河南岸南陇山与西秦岭北缘中低山区 地面高程一般为 1125 670m 自然坡度约 30 50 之间 地形起伏相对较大 相对高差 100 360m 该隧道洞身通过的地层主要为下元古界片岩夹大理岩 断层糜砾及压碎 岩等 隧道南侧约 1km 处即为花岗岩侵入接触带 受渭河断陷盆地影响严 重 褶皱及断裂构造十分复杂 通过 f1 1及 f2断层 断层带宽度约 50 100m 受断层带影响 断带两侧岩体极为破碎 且该隧道多次穿过浅 埋沟谷 预测该隧道正常涌水量为 6559m3 d 可能出现的最大涌水量为 5 19677m3 d 沟谷内具有常年流水 对隧道工程影响较大 3 3 主要工程地质问题 主要工程地质问题 结合该隧道的工程地质及水文地质条件 且由于隧道多次下穿浅埋沟 谷 局部通过断层破碎带 低阻带 整体岩体较破碎 工程地质条件复杂 隧道施工中可能存在突水 突泥可能 尤其是在通过断层破碎带 低阻带 及浅埋沟谷时 有产生坍塌可能 4 4 编制依据编制依据 1 铁路隧道超前地质预报技术指南 铁建设 2008 105 号 2 铁路隧道设计规范 施工规范 施工指南和验收标准 3 宝兰高速铁路陕西段 BLZQ 1 标隧道施工图纸 5 5 实施超前地质预报的目的实施超前地质预报的目的 在充分分析利用既有勘察设计资料的基础上 采用地质编录 掌子面 地质素描 物探超前地质预报 超前钻探相结合的综合超前地质预报方法 分析掌子面前方围岩的地质条件 预测施工中可能发生的地质问题 并提 出工程措施建议 保证施工安全 1 进一步查明掌子面前方隐伏的地质问题及对施工的影响 降低地 质灾害发生的风险 进而指导隧道施工顺利进行 降低隧道施工风险 2 预测施工中可能发生的主要地质问题 分析其对施工的影响 并 制定应急预案 避免或最大限度的降低施工过程中突泥 涌水 塌方等灾 害的发生 保证隧道施工安全 6 6 超前地质预报的技术超前地质预报的技术 6 16 1 超前地质预报方法选择超前地质预报方法选择 隧道超前地质预报的方法和种类较多 常用的有地质调查法 物探法 和超前地质钻探等 每种方法又具有一定的局限性 且每座隧道的地质条 件各不相同 因此 预报方法的选择一定要结合隧道的地质条件进行综合 分析 对地质条件较简单的隧道 可采用洞内地质编录的方法 对掌子面 前方的地质条件进行预测 对地质条件比较复杂的隧道 在采用地质编录 的基础之上 在地层分界线 角度不整合接触带 物探异常段 富水段等 地质条件较复杂的地段 TSP 基本贯通 在富水带采用红外探水 浅埋段地 层分界线采用地质雷达等方法进行预报 对高风险隧道在采用洞内地质编 6 录的基础上 采用物探超前地质预报方法 TSP 地质雷达 红外探水等 对隧道掌子面前方的地质条件进行预报 对富水段 物探超前地质预报异 常段 在地质编录 物探超前地质预报 TSP 地质雷达 红外探水 的 基础上 采用超前水平钻探进行超前地质预报 以确定物质组成 富水情 况等 分析施工中可能存在的地质问题 并提出工程措施建议 综观近年来物探超前地质预报的发展状况 以 TSP 技术为代表的弹性 波法是几种物探预报方法中适用范围最广 效果最明显的一种预报方法 因此物探预报以 TSP 技术为主 其它物探方法可以作为辅助手段 在关键 位置和异常段进行验证 6 1 1 加强地质编录工作的各个环节和针对性 对施工前方可能出现 的地质情况进行分析推断 为物探预报提出明确的任务目标 并提供详尽 的已有地质信息 6 1 2 物探预报以 TSP 技术为主 以地质雷达探测和红外探水预报为 辅 加强对隧道弹性波场特征的研究和认识 必要时采用先进地震仪进行 波场调查 确保观测系统设计和现场工作布置的合理性 对重要异常要采 用相应的 针对性更强的数据处理手段和地球物理反演方法加以分析确认 除了两次相邻 TSP 预报的异常印证外 在可能的突涌水段要采用地质雷达 法和红外探水法加以验证并预报富水程度 6 1 3 为了提高预报在关键地段的准确性 在可能的突涌水段采用超 前水平钻探进行确认 另外 隧道施工过程中 每循环进尺均应有一定数 量的钻孔 不同部位 加深 3m 以上进行超前地质预报 揭示异常情况的 钻孔资料也可作为技术资料保存 6 26 2 超前地质预报的关键技术超前地质预报的关键技术问题的对策问题的对策 本项目隧道超前地质预报的关键技术问题就是通过综合超前地质预报 手段查明主要地质界线 包括地层岩性等 在隧道洞身的实际位置 进一 步确定物质成分 宽度 富水程度 工程性质 确定隧道涌水量的大小 预测掌子面前方有无突涌水等施工风险 对关键技术问题的准确预报 是 保证隧道优质 高效 安全施工的基础 1 断层破碎带预报 断层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 7 超前钻孔 断层出露位置 宽度预报 断层预报 熟悉隧道勘察设计文件资料 断层地震波 声波反射法探测 断层出露预兆 断层在隧道位置可能出露位置 产状 宽度 补充隧道地表地质调查法 隧道地表断层出露位 产状 宽度 之一 是地下水的富集场所和运移通道 隧道内塌方 突泥 突水多与其 有关 断层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 进一步核实断层的性质 产状 位置与 规模等 采用地震波反射法为主 确定断层在隧道内的大致位置和宽度 必要时采用超前钻探预报断层的确切位置和规模 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 断层趋势分析等手段预报断 层的分布位置 断层预报程序见下图 图图 6 16 1 断层预报程序图断层预报程序图 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 密切相关 隧道涌水 突泥预报以采用地质调查法为基础 结合多种物探手段及超前水平钻探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 斜井工区 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 8 图图 6 26 2 隧道涌水突泥预报程序图隧道涌水突泥预报程序图 7 7 超前地质预报的主要内容超前地质预报的主要内容 7 1 根据隧道特点主要预报以下内容 7 7 1 不良地质预报及灾害地质预报 预报掌子面前方一定范围内岩 体完整情况 是否存在大型坍塌及突水 突泥等的可能性 并查明其范围 规模 性质 提出施工措施或建议 7 2 2 水文地质预报 预报洞内突涌水量的大小及其变化规律 并评 价其对环境地质 水文地质的影响 7 2 3 断层界面及其破碎带的预报 预报断层的位置 宽度 产状 性质 充填物的状态 是否为充水断层 并判断其稳定程度 提出施工对 策 7 2 4 围岩类别及软弱围岩稳定性预报 预报掌子面前方的围岩类别 与设计是否吻合 并判断其软弱夹层 位置 宽度 充填状态 富水情况 和稳定性 随时提供修改设计 调整支护类型 确定二次衬砌时间的建议 等 8 8 本标段隧道采用的预报方法及其适用范围本标段隧道采用的预报方法及其适用范围 8 18 1 本标段隧道采用的预报方法本标段隧道采用的预报方法 涌水 突泥预 报 熟悉勘察设计文件资料 熟悉勘察设计文件资料 熟悉勘察设计文件资料 隧道地表节理密集带位置 产状 宽度调查 地表及地下相关构造分析 节理密集在隧道中可能出现的位置 节理密集带出露预兆红外探测超前钻探 涌水突泥位置 水量水压预 报 9 8 1 1 地质素描法 8 1 2 地质雷达法 8 1 3 地震波发射法 TSP 8 1 4 红外线探水 8 1 5 超前钻探法 8 28 2 适用范围适用范围 表表 8 18 1 各隧道超前地质预报段落一览表各隧道超前地质预报段落一览表 序 号 隧道 名称 项目 名称 段落 长度 m 合计长 度 m 备注 地质 编录 正洞及辅助坑道全部贯通48994899 TSP正洞及辅助坑道基本贯通48804880 DK639 950 DK640 050100 中等富水区 浅埋沟谷 沟谷内具常 年流水 隧道洞身为黏性土及碎石类 土 DK640 850 DK641 050200 中等富水区 浅埋沟谷 隧道洞身为 软塑状黏性土及饱和碎石类土 DK641 250 DK641 350100 中等富水区 浅埋沟谷 隧道洞身为 软塑粉质黏土与第三系地层接触带 红外 探水 DK642 200 DK642 400200 600 富水区及浅埋沟谷 砂类土与隔水层 接触带 DK639 900 DK640 000100 浅埋沟谷 沟谷内具常年流水 隧道 洞身为黏性土及碎石类土 DK641 250 DK641 350100 中等富水区 浅埋沟谷 隧道洞身为 软塑粉质黏土与第三系地层接触带 地质 雷达 DK641 950 DK642 050100 300 中等富水区 浅埋沟谷 隧道洞身为 软塑粉质黏土与第三系地层接触带 DK639 950 DK640 00050 1 石鼓 山隧 道 水平 钻探 DK642 300 DK642 35050 100 浅埋沟谷 较富水 土石界面及碎石 土与黄土界面 地质 编录 正洞及辅助坑道全部贯通500500 2 王家 和隧 道TSP正洞及辅助坑道基本贯通480480 地质 编录 正洞及辅助坑道全部贯通387387 3 马鞍 山隧 道TSPDK644 650 DK644 900250250 地质 编录 正洞全部贯通12481248 TSP正洞基本贯通12001200 4 冯家 塬隧 道 超前 水平 钻探 DK646 080 DK646 1305050 5 清姜 隧道 地质 编录 正洞及辅助坑道全部贯 10 DK648 000 DK649 0001000 不整合接触带 断层破碎及影响带 电阻率较低 岩体较破碎 TSP DK649 220 DK650 2201000 2000 地层接触带 断层破碎及影响带 电 阻率较低 岩体较破碎 超前 水平 钻探 DK648 330 DK648 3805050 通过 f1 断层破碎带 岩体破碎 自稳 能力差 地质 编录 正洞及辅助坑道全部贯通50915091 TSP正洞及辅助坑道基本贯通50005000 DK652 100 DK652 200100中等富水区及浅埋沟谷 岩体破碎 红外 探水 DK652 800 DK653 050250 350 断层破碎带及低阻带 中等富水区 6 塔稍 村隧 道 超前 水平 钻探 DK652 850 DK653 00150150 通过断层破碎带 主要为压碎岩及断 层靡棱岩 9 9 超前地质预报工作流程及技术要求超前地质预报工作流程及技术要求 9 19 1 超前地质预报工作流程超前地质预报工作流程 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 各主要预报方法程序如图 9 1 11 及时进行详细的掌子面地质编录及时进行详细的掌子面地质编录 地表及掌子面地质条件分析 下达物探预报任务指导书 提供详尽地质信息 现场准备 物探预报方法选择 观测系统及技术参数设计 现场工作布置 数据采集 成果资料分析 正式文档报业主 监理及施工单 位 调整施工方案 进行施工 一调整施工方案 进行施工 一 次预报结束次预报结束 向地质组提交预报结论及施工建议 成果资料分析 地质地质组组 地层单一 地质 构造不发育 地 质条件简单 进 行地质编录 项目部审查签发 项目部审查签发 1 1 正常情况正常情况 48 小时内提交电子文档 一周内提交可视文档 2 2 紧报紧报 24 小时内提交电子文档 一周内提交可视文档 3 3 紧急警报紧急警报 12 小时内提交电子文档 一周内提交可视文档 项目部负责对超前地质预报成项目部负责对超前地质预报成 果资料 发文归档果资料 发文归档 图图 9 19 1 隧道超前地质预报工作程序框图隧道超前地质预报工作程序框图 9 1 1 结合设计资料 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 9 1 2 中长距离 TSP 预报 对掌子面前方 100 150m 范围内的较大地 12 质构造及地层界线进行预报 预测围岩级别 9 1 3 短距离地质雷达 红外探水预报 对掌子面前方及侧壁 30m 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勘察设计单位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 提交准确的预报成果 以指导隧道的施工 图图 9 29 2 预报方法程序框图预报方法程序框图 9 29 2 超前地质预报技术要求超前地质预报技术要求 9 2 19 2 1 收集 熟悉地质资料收集 熟悉地质资料 了解隧道区宏观地质环境 大型构造形迹的发育分布规律以及隧道围 岩地质构造发育情况 岩体节理裂隙发育程度 岩体完整性 岩石 体 强 度 地下水发育情况等 掌握全隧道的地质背景 存在不良地质问题的段 落 还要知道各段围岩的稳定程度 可能发生地质灾害的位置 规模 性 质 进行详尽地质调查及掌子面地质编录进行详尽地质调查及掌子面地质编录 采用 TSP 进行探测 地质条件复杂 存在软弱接触带 岩性 接触面等 富水 涌水涌泥等 掌子面地质雷达或红外探水 发现可能的构造发育带及位置 资料分析处理 地质条件极为复杂 采 用超前水平钻探进行探 测 提交预报结论及施工建议 正常掘进正常掘进 地层单一 地质构造不 发育 地质条件简单 13 9 2 29 2 2 地质编录地质编录 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 细的地质编录 对已开挖段地质状态进行详细真实的描述 可作为超前预 报方法选择的依据 该内容包括岩性 岩石坚硬程度及完整情况 地下水 状态 不良地质现象等作编录 调整确定物探超前地质预报的部位 现场 采集岩土 水试样 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 并结合勘察设计地质资料 对掌子面前方的地 质情况进行预测 并提出工程措施意见 具体内容包括 1 工程地质测绘 编录 作好正洞 辅助坑道洞内地层 岩性的划分和描述 核对地层分界 线在隧道洞身的实际位置 进一步确定各断带及其产状 对洞壁岩体主要结构面进行定性及定量统计量测 查明主要结构面 的产状 性质 延伸长度 张开宽度 粗糙程度 蚀变 密度 地下水及 充填情况等 并分析优势结构面对围岩稳定性的影响 对岩体受构造影响程度 节理发育程度 岩体完整程度及围岩稳定 状态等进行详细编录 据此对围岩类别及其他地质参数进行修正 并提出 有针对性的支护 衬砌或超前加固措施意见 对断带 节理密集带 岩性接触带 地下水富集带 岩性变化频繁 或软硬相间及掌子面地质情况与地面调绘出入较大等重点地段进行详细的 调查和分析评价 根据量测资料 分段统计 分析岩体各种数据 完成隧道正洞施工 地质超前预报综合测试分段报告 根据正洞 辅助坑道施工地质条件的变化 进行隧道动态设计和动 态施工管理 洞室地层展示图比例尺为 1 200 1 500 地质复杂地段若展示图 难以反映全貌 采用比例尺为 1 50 1 100 的掌子面素描图 其密度视 地质条件的复杂程度而定 2 水文地质测绘 编录 通过对正洞 辅助坑道内不同时代 不同岩性围岩富水性及涌水量 的动态变化观测 分析 验证隧道的富水性分区和涌水量的大小 涌水的 14 补给来源 涌水产生的条件 影响范围 涌水形式等 在洞内 通过现场 实地调查 测量出水点位置 地下水类型 出水形式 滴状 线状 股状 及片状 以及水量大小 变化 水量的动态变化测试 主要是在节理密集 带 中等和弱富水区的边缘部位等易出现突水 涌水的地段进行 根据上述地表 洞内的水文地质测试预报 进行隧道富水段及脉状 含水地段的涌水预测 预报 在富水段 脉状含水段及边缘部位 施工中 可能发生涌 突 水灾害 应根据地层岩性 节理 出水量变化情况等预 测施工掌子面前方及正洞发生涌 突 水的部位 规模及危害程度 提出 相应的防 疏 排水措施 地表水水量动态变化测试 根据工程需要选择洞口和地表合适的位 置 对可能影响隧道涌水量变化的隧道进 出口附近及洞身经过的的井 泉等沟谷地表水及相关的泉水 进行动态观测 测试水位及水量的变化 测试周期初步定为一个月 雨季及平导开挖通过沟谷时应缩短测试周期 3 地质编录人员和施工单位紧密配合 根据地质条件开挖后对掌 子面和左右边墙进行地质编录 必要时进行数码照 摄 像 编录的原始 记录 图 表须当天整理 绘制 4 施工一定距离后 隧道地质编录 应分段完善 总结 并提交 如下资料 洞内 正洞 平导 辅助导坑等 的展示图 地质记录 含掌 子面素描图或照片 正洞 平导 及辅助坑道地质纵断面 结构面调查 表 出水点调查表 重大涌水点 段 涌水时间曲线图 岩样 水样试 验成果 9 2 39 2 3 物探超前地质预报物探超前地质预报 根据岩体不同物理性质量测一定距离以内的物理力学参数的变化 据 此判断出隧道工作面前方的地质情况 常用的物探方法有弹射波法 地质 雷达技术 红外探测法等 对地质条件复杂地段 如岩层分界线 地下水发育的突涌水 泥 段 等 在地质编录的基础上 根据实际地质条件进行弹射波法物探超前地质 预报 地质条件复杂地段 要采用两种及以上的方法 弹射波法 红外探 水 地质雷达等 进行预报 以便资料的对比分析 提高预报的质量和精 度 地下水发育地段采用红外探水对掌子面前方地下水的发育情况进行预 15 报 预报的内容及要求如下 断层 要预报破碎带物质的位置 宽度 富水情况及岩体的完整性等 地下水发育的突涌水段 要预报掌子面前方岩体的完整情况 节理裂 隙发育情况 富水情况 并分析发生突涌的可能性等 1 弹射波法 弹性波法超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研 制开发的目前世界上在这个领域最先进的设备 它能方便快捷地预报掌子 面前方较长范围内的地质情况 它弥补传统地质预报方法只能定性预报无 法定量预报的缺陷 为更准确的地质预报提供了一种强有力的科学方法和 工具 它不仅可以及时地为隧道变更施工工艺提供依据 而且可以减少隧 道施工中突发性地质灾害的危险性 为隧道施工提供更安全保障 减少人 员和设备的损伤 同时也就带来很大的经济效益 在弹射波法超前地质预 告中 目前运用得最广泛 最成熟的也是 TSP 法 该方法一般有效距离为 100 150m 对软弱接触带等破碎围岩 有效预报距离一般可达 60 100m 预报原理 隧道地质超前预报工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波 弹性波在向三维空间传播的过程中 遇到声阻抗界面 即地质岩性变化的 界面 构造破碎带 岩溶和岩溶发育带等 会产生弹性波的反射现象 这 种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来 输入到仪器中进行信 号的放大 数字采集和处理 实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息 达到预报的目的 如图 9 3 中隧道上方和下前方会形成地震波反射 是因 为岩体中存在岩芯变化和构造破碎带 其介质的密度和其传播弹性波的速 度乘积 与正常岩体介质的密度和传播弹性波的速度乘积具有明显的差别 像玻璃的背后附有水银会反光一样 岩体介质的密度和传播弹性波的速度 乘积物理学中称为 声抗阻 岩体中界面两侧介质 声抗阻 的差异越 大 其界面上反射地震波的能力就越强 反之亦然 界面与隧道轴线交角 不同 仪器屏幕上采集显示的反射波会表现不同 参见图 9 4 图 9 5 16 图 9 4 界面与隧道轴平行条件下的反射同相轴形态 图 9 5 界面与隧道轴交角 20 条件下的反射同相轴 图图 9 39 3 隧道地震预报原理图隧道地震预报原理图 17 图图 9 69 6 弹性波法原理图弹性波法原理图 预报要求 A 应达到的有效探测距离 TSP 应达到的有效预报距离 软弱较破碎地层地段 100m 岩体完整的 硬质岩地段 150m 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 10m B 操作要求 a 爆破钻孔的布置要求 根据隧道施工情况及地质条件 确定激振炮 孔和检波器安装钻孔在隧道左右边墙的位置 爆破孔应布置在主要结构面 出现的边墙一侧 每一次预报的炮数不少于 20 个 一般为 24 个 爆破孔 间距 1 5m 炮眼高度 距隧道底面 1 1 5m 所有炮眼与接收器的高度 应相同 炮眼孔深 1 2 1 5m 孔深应尽量一致 向下倾斜 10 20 垂 直于隧道轴向 或向前与掌子面成 10 夹角 钻孔完成后应注意保护 防 止蹋孔 图图 9 79 7 弹性波法洞内数据采集示意图弹性波法洞内数据采集示意图 b 爆破要求 遵守 爆破安全规程 的规定 使用毫秒级无延迟电雷 管 炸药量应大于 200m 探测距离要求 一般 50g 左右 最多不大于 75g 应保证炸药与炮孔严密藕合 c 接收器钻孔的布置要求 距掌子面约 50m 距第一爆破孔 20m 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 孔径 18 4245mm 孔深不小于 2m 应根据采用的藕合材料确定接收孔上倾还是下倾 在水平方向上向洞口倾斜 10 接收器与孔壁的藕合必须紧密 施测时隧道中应没有其它振动源 资料的处理和整理 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 对采集的数据及时进行三维波场处理 提 取反射界面 提交以下资料 TSP 野外记录表 原始波形记录 二维和三维反射 界面的透视图象 声波轨迹 频谱 速率和位移结果 地质解释结果 2 地质雷达 应达到的有效探测距离 地质雷达的有效探测距离在岩体地段应达 到 30m 两次预报的重复长度 5m 左右 仪器要求 用于超前地质预报的地质雷达可选用 SIR3000 SIR20 或 RAMAC 等型号 天线应使用中心频率为 3050MHz 和 100MHz 的两种低频 屏蔽天线 现场数据采集要求 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 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 采用两种不同中心频率的天线在相同的测 线上重复观测 一般应采取连续观测方式 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 资料整理和处理要求 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 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 在时间剖面中应标出探测对象的反射波组 确定反射体的形态和 规模 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 提交以下资料 测线布置图 原始记录 时间剖面 解释参数和解释结果 3 红外探水 19 图 9 8 掌子面测点分布图 图 9 9 纵向测点分布图 运用红外线进行探水是目前较为先进的一种地下水探测预报方法 能 够定性的确定一定深度 20 30m 范围内地层中含水的部位和类型 目 前已经广泛运用于地下工程施工中的地下水探测 工作原理 1 任何物体都会发射出红外线 形成一个红外场 将一个稳定的质体作 为探测对象的场源时 由该物体所形成的红外场的强度与场源本身的场强 相一致 当地质体中含地下水 那么地下水场源产生的红外场会对地质体 场源所产生红外场产生影响 使其场强发生变化 地质体所形成的红外场 场强变化可用红外线探测仪探测 根据围岩红外场强的变化来预报掌子面 前方或洞壁四周是否隐状含水体 掘进掌子面超前探水的测线布置 在隧道施工中 主要通过探测掘进掌子面岩体场强的变化差异值 和 隧道开挖段围岩场强沿纵向的变化规律 来推断前方是否为隐伏含水构造 体 有无发生突涌水的可能 掘进掌子面场强测点布置 应根据掘进掌子面的大小 将掘进掌子面 划分为若干个区域 一般情况下 将掘进掌子面划分为 9 个区域 每个区 域设定 1 个测点 如图 9 8 及 9 9 所示 沿已开挖隧道边墙纵向进行测点布置时 分别在拱顶 两侧边墙上各 布置一条测线 从掘进掌子面开始 向已开挖方向 背离掘进掌子面方向 每间隔 1 m 5 m 设置一个测点 测点数一般不少于 12 个 红外线超前探水法的判据 根据掘进掌子面场强差异进行超前探水的判据 20 图 9 10 前方不含水 图 9 11 前方可能含水 图 9 12 前方含水 通过对比分析掌子面各测点的场强 判定掘进掌子面是否存在含水构 造体 根据以往测试经验 判译标准一般设定为 当掘进掌子面测点中最 大场强和最小场强的能量差大于等于 10W cm2 可判定前方存在含水构造 体 否则不存在含水体构造 根据隧道走向与场强曲线进行超前探水的判据 建立各测点的场强 y 轴 与测点到掘进掌子面的距离 轴 的函数关系 并绘制出函数图形 根据函数图形特征进行超前探水预报 如果函数图形 为一水平直线 表明掌子面前方不存在含水构造 见图 9 10 如果函数图形为一斜线 表明掌子面前方存在具有含水构造的可能性 需要进一步探测 见图 9 11 如果函数图形开始部分存在阶跃突变 后部 为水平或斜线 表明掌子面前方存在含水构造 见图 9 12 A 有效探测距离 红外探水的有效探测距离约为 20m 连续预报时两 次探测应重复 5m B 仪器 红外防爆探测仪 C 现场数据采集 在施工隧道的隧底 隧顶和两侧边墙的中部各布 置一条测线 点距一般为 5m 发现异常后应加密测点 掌子面测线布置 一般为 3 4 条 每条测线布 3 4 个测点 每次探测前应对岩体的裂隙发 育情况和隧壁渗水情况进行详细记录 测试的具体位置应根据超前地质预 报设计方案并结合施工地质情况确定 D 资料整理 探测完成后应提供红外探测预报报告 内容包括 工作概况 地质解 译结果 掌子面探测数据图 左右边墙及拱顶等测线的探测曲线图等 9 2 49 2 4 超前水平钻探超前水平钻探 超前水平钻探的主要优点是可以直观的揭示出掌子面前方的地质条件 21 缺点是对隧道施工干扰较大 通常一个循环的钻探工作需要耽误施工 8 12 个小时 超前钻孔主要布置在开挖面及其附近对可能发生涌水的致灾部位进行 水平钻探施做困难时 也可部分采用超前 超长 风钻进行探查 对规模较大的区域性断层 物探超前预报的异常段 可能突涌水段 在地质编录和物探超前预报的基础上 通过超前水平钻探进一步确定断层 的位置 破碎带的宽度 富水情况等 一般情况下对不存在岩溶的地层中 采用单孔钻探进行探测 对地质条件极为复杂 容易产生次生地质灾害或 极易引起坍塌 冒顶等施工风险的段落的超前钻探建议在掌子面同时采用 两孔或多孔超前水平钻探进行探测 以充分查明掌子面前方地质条件 1 两次循环的超前水平钻探搭接长度不小于 5m 2 钻进过程中 对断层破碎带应干钻取样 对不同岩层代表性取样 3 超前水平钻探资料应现场记录描述 4 采用少量 5m 炮眼钻进预测掌子面前方地层和地下水 9 2 59 2 5 地质物探综合分析地质物探综合分析 组成以地质工程师为主 物探及相关工程技术人员为一体的施工地质 超前预报组 对上述地质和物理探测资料进行整理和综合分析 最后通过 动态设计通知单 分段施工图 或不同级别预警通知单的形式 做出施工 面前方不良地质问题的预测预报 1010 超前地质预报重点难点分析及对策超前地质预报重点难点分析及对策 10 110 1 超前地质预报重点超前地质预报重点 宝兰客专高风险隧道为单洞双线 具有洞线长 断面大 穿越的地质 条件复杂等特点 结合工点地质勘察资料 隧道通过区主要存在以下几个 问题 10 1 1 局部断层较为发育 10 1 2 连续长大段落通过第四系松散层 松散层掌子面含水率 塑 性状态等差异性较大 自稳能力差 10 1 3 多次穿越含水浅埋沟谷 容易突涌水及坍塌 冒顶 10 1 4 隧道通过区岩性复杂 局部连续处于第四系与基岩的接触面 22 隧道施工风险较大 10 1 5 隧道掘进施工工期和预报现场工作间存在的矛盾 由于本标段隧道工程量大 对本标段进度 安全的影响非常大 在工 程施工中对地质灾害和特殊工程地质问题的防治与预报是极其重要的 因 此在施工过程中必须要做到先探后掘 以减少灾害性 突发性事故发生 确保施工安全 保证施工工期 超前地质预报工作的重点主要在以下几方 面 1 预报内容 1 断层破碎带及影响带 节理裂隙密集带的位置 规模和性状预 报 2 不良地质体发育位置 方向 规模大小及性状预报 3 隧道涌水或涌泥预报 包括涌水 涌泥 位置 水量预报 4 隧道围岩级别变化及分布位置预报 5 第四系地层的物质组成 富水性 塑性状态等的预报 2 预报隧洞段落设计方面 由于区域地质条件复杂 对风险隧道 TSP 超前预报基本贯通 包括 辅助坑道 对隧道通过的地层分界线 接触带 物探异常段 突涌水段 等地段进行 TSP 红外探水 地质雷达等多种手段 并相互验证 物探超 前预报的异常段 在已勘察出的物探异常带 由于地表勘察的误差 在这些段落应加大 预报频率 以确保隧道施工的安全性 3 预报时间方面 由于预报的现场工作主要围绕施工掌子面附近 预报是为施工服务 不能影响掌子面的正常施工进度 所以 地质编录 TSP 地质雷达 红 外探水主要选在不取芯的 30m 超前钻孔在 12 24 小时内完成 10 210 2 超前地质预报难点超前地质预报难点及对策及对策 10 2 110 2 1 超前地质预报难点超前地质预报难点 结合本工程地质情况分析及以往其他项目超前预报的经验 宝兰客专 高风险隧道工程预报中存在的难点有以下几方面 10 2 1 1 预报方法和技术的合理使用问题 23 10 2 1 2 超前钻孔干扰和影响掌子面掘进问题 10 2 1 3 预报资料的准确性和及时性问题 10 2 1 4 近洞侧周围为预报盲区 如何保证隧道掘进过后 近洞侧不 产生涌水 涌泥 10 2 1 5 全线工作掌子面较多 如何保证预报工作不遗漏 预报成果 的及时性 10 2 210 2 2 超前地质预报难点的对策超前地质预报难点的对策 10 2 2 1 针对预报方法和技术的合理使用问题 首先采取现场地质调 查分析 然后采取中长距离或短距离物探方法预报 必要时候采用超前钻 孔等方法 根据洞内不同的地质条件及施工特点 在预报方法 频次 工 程量上作相应调整 使预报方法及工程量合理 保证不遗漏对施工安全产 生影响的涌水 涌泥事故的发生 同时 也不对施工进度产生较大影响 10 2 2 2 针对超前钻孔干扰和影响掌子面掘进问题 主要采取 TSP 红外探水及地质雷达预报和地质分析调查的准确性 必要时采用超前钻孔 且尽量选择取芯钻探 10 2 2 3 针对预报资料的准确性和及时性问题 主要采用加强地质调 查 现场地质素描及掌子面观测工作 并在采用 TSP 及红外探水等物探方 法的基础之上 合理运用超前水平钻 并配合施工单位做好浅埋沟谷内地 表的水量及地面变形监测工作 10 2 2 4 针对近洞侧周围为预报盲区 如何保证洞侧不产生涌水 涌 泥的问题 主要采用合适的超前地质预报方法 必要时采用超前水平钻探 由于接触面容易渗水 施工中应密集配合施工单位及时预报并将预报结果 反馈设计专业及施工单位 必要时书面通知施工单位二衬及时跟进 10 2 2 5 针对全线工作掌子面较多 如何保证预报工作不遗漏 预报 成果的及时性问题 主要采取保证常住人员和仪器数量外 高峰时间 及 时增加人员的设备 并采用手机短信 电子文件 纸质文件 3 种方式 及 时将预报信息发送相关人员 10 2 2 6 本报告仅根据既有的地质资料进行编制 由于隧道在施工过 程中不可遇见的地质因素较多 设计中采用超前地质预报方法与位置可根 据施工揭示地质条件进行适当调整 施工中设计单位 施工单位与业主单 24 位应紧密配合 以保证超前地质预报能准确及时进行 使超前地质预报结 果对施工具有较强的指导意义 10 2 2 7 隧道超前地质预报工作中施工单位应及时告知超前地质预报 掌子面里程 1111 超前地质预报组织机构超前地质预报组织机构 鉴于我标段隧道工程地质以 级围岩为主 同时存在多处不 良地质地段 为保证隧道施工安全 质量 我标段将隧道超前地质预报作 为一道重要的施工工序进行控制 建立由总工程师任组长 工程部长和工 区总工任副组长 工区工程部长 专业工程师及实验工程师任组员的地质 预报管理组织机构 其主要职责为 总工程师任组长 全面负责超前地质预报工作 直接向项目经理负责 工程部长和工区总工程师任副组长 组织工程地质 水文地质 物探 及试验等专业组成人员进行超前地质预报日常工作 工区工程部长和专业工程师任组员 负责隧道工程的超前地质预报及 预报资料的分析 研究 提出施工建议措施 负责水文地质调绘 测试及 隧道涌水量的预报与环境水文地质评价 负责物探测试工作 试验工程师 负责岩 土 水样的测试 试