新建铁路隧道超前地质预报实施方案.doc

新建铁路隧道超前地质预报实施方案 新建铁路隧道 超前地质预报实施方案 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 目目 录录 第一章第一章 编制依据编制依据 1 1 第二章第二章 工程概况工程概况 1 1 1 地理位置与工程范围 1 2 地形地貌 1 第三章第三章 工程地质及水文地质工程地质及水文地质 1 1 1 工程地质 1 2 水文地质 3 第四章第四章 隧道主要地质问题隧道主要地质问题 5 5 1 不良地质与特殊岩土不良地质与特殊岩土 5 5 1 1 特殊岩土 5 1 2 危岩 落石 5 1 3 炭质页岩 5 1 4 岩溶 5 2 隧道工程地质条件评价隧道工程地质条件评价 6 6 2 1 隧道地质条件分析与评价 6 2 2 隧道辅助工程工程地质条件分析与评价 7 2 3 围岩分级 7 第五章第五章 施工超前地质预报实施方案施工超前地质预报实施方案 1010 1 施工超前预报目的 10 2 施工超前地质预报工作执行的规程 规范 指南 10 3 施工超前地质预报工作原则及方案 10 4 施工超前地质预报工作流程 12 5 隧道施工超前地质预报关键技术问题的对策 14 第六章第六章 施工超前地质预报方法施工超前地质预报方法 1717 1 地面调查 17 2 地质素描 17 3 TSP 超前地质预报 19 4 地质雷达 25 5 红外线探水 26 6 超前地质探孔 27 7 综合地质预报 30 8 成果资料 31 第七章第七章 隧道预计工作量隧道预计工作量 3232 第八章第八章 施工超前地质预报资源配置施工超前地质预报资源配置 3535 1 组织机构 35 2 人员配置 35 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 3 投入的仪器设备 36 第九章第九章 质量管理体系及质量 安全 进度保证措施质量管理体系及质量 安全 进度保证措施 3636 1 建立超前地质预报的质量管理体系 36 2 思想保证措施 37 3 制度保证措施 37 4 超前地质预报的质量保证措施 38 5 超前地质预报的安全保证措施 38 6 超前地质预报的进度保证措施 39 第十章第十章 超前地质预报与隧道施工方案的衔接与配合超前地质预报与隧道施工方案的衔接与配合 3939 1 正常施工进度的衔接和配合 39 2 施工方案调整时的衔接和配合 39 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 1 第一章第一章 编制依据编制依据 1 xx 铁路设计文件 2 铁路隧道施工地质超前预报技术指南 第二章第二章 工程概况工程概况 1 1 地理位置与工程范围 xx 隧道位于 xx 省 xx 县 隧道起讫 DK268 821 6 DK273 669 全长 4847 4m 为双线单洞隧道 进口位于辽叶溪 出口位于阙家峪水库附近 隧 道进口交通条件极差 出口交通条件稍好 但大型车辆难以通行 隧道进口 DK268 821 6 DK269 270 621 位于 R 5500 的曲线和缓和曲线上 但 DK271 016 265 DK272 395 579 位于 R 7000 的曲线和缓和曲线上 其余段 落位于直线上 隧道为单面坡 坡度 15 4847 4m 二分部负责出口隧道 施工里程 DK271 245 3 DK272 669 2 2 地形地貌 xx 隧道位于湖南省桃源县 阙家峪水库附近 地处武陵山低山区 海拔高 程 160 637m 最大埋深 434m 河沟处最小埋深约 20m 隧址洞身地表起伏较大 地表自然坡度一般 30 50 工点区域山高坡陡 基岩裸露 沟壑纵横 地 形复杂 植被茂密 第三章第三章 工程地质及水文地质工程地质及水文地质 1 1 工程地质 1 1 地层岩性 隧道范围内出露岩性主要有第四系全新统地层和元古界 震旦系 白垩系中 的砂岩夹泥岩 白云岩夹灰岩夹页岩及断层带内的构造岩等 现分析如下 1 第四系新统 Q4 粉质粘土 Q4a11 Q4d11 Q4p11 分布于隧道出口 山梁顶部及各冲沟冲内 厚度 0 5m 2m 不等 灰黄色 夹有砾石 砾石成分以砂岩 页岩等为主 结构 松散 软塑 硬塑 II 普通土 0 80 120kPa 2 白垩系下统 K1 砂岩夹泥岩 K1Ss Ms 出露于龙潭镇花水坪村一带 紫红色 粉砂质结构 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 2 薄层 中厚层状构造 泥质胶结 层间结合力一般 局部夹薄层泥岩 节理较发 育 岩体较完整 强风化 锤击声门 IV 级软石 0 400kPa 弱风化 IV 级 软石 0 550kPa 3 震旦系上统陡山沱组 Zbd 白云岩夹灰岩夹页岩 ZbdDm LS Sh 分布于花水坪村附近 灰白 深灰色中 厚层致密 中细粒结晶白云岩 灰质白云岩 白云质灰岩 结晶粒状结构 薄层 中厚层状构造 局部夹黑色页岩 碳质页岩等 岩体较完整 岩体较破碎 强风 化 IV 级软石 0 500kPa 弱风化 V 级次坚石 0 800kPa 4 震旦系下统南沱岩组 Zann 砂岩夹砾岩 ZannSs Cg 分布于花坪村附近 灰绿色 青绿色 砂岩 层 状构造 砂质结构 岩质较硬 砾岩 砂砾岩 砾状结构 中厚层状构造 钙质 硅质胶结 岩体较破碎 岩体完整 强风化 IV 级软石 0 500kPa 弱风化 V 级次坚石 0 1000kPa 5 远古界五强溪组 Ptbnbw 砂岩 Ptbnbw Ss 为隧道洞身穿越的主要岩层 灰白色 内红色 砂质结构 中厚 厚层状构造 节理较发育 岩体较完整 岩质坚硬 锤击反弹 强风化 IV 级软石 0 500kPa 弱风化 V 级次坚石 0 1200kPa 6 构造岩类 碎裂岩 Cru 主要分布于 F20 及 f9 断层破碎带内 断层组成物质主要 由原岩为砂岩 白云岩 页岩等组成 IV 级软石 0 500kPa 1 2 地质构造 隧工点所经区域主要隶属华夏和新华夏构造体系 大地构造单元上隶属扬 子地台 二级构造单元武陵山东端江南台背斜 沿线无区域性深大断裂 活动断 裂分布 主要发育褶皱过程中伴生的北东向或北东向压性或压扭性断裂为主 根据区域资料分析及沿线实际调查 物探 钻探资料 xx 隧道洞身穿过以 下断层 F20 均为逆断层 延伸数公里 断裂带物质主要为碎裂岩 特征如下 F20 分布于 DK273 045 DK273 160 逆断层 断层产状 N41 E 65 N 断裂影响带宽约 115m 断层上盘为震旦系上统陡山陀组白云岩夹灰岩夹页岩 震 旦系下统南沱冰渍岩组砂岩夹砾岩 下盘均为白垩系下统砂岩夹泥岩 断带物质 主要为碎裂岩 局部呈角砾状 IV 级软石 0 500kPa 褶皱构造 本段褶皱构造主要是田坪界背斜 核部位元古界马底驿组砂岩 两翼为元古界五强溪组砂岩 震旦系地层组成 轴向为北东向 局部伴有小型褶 皱构造发育 xx 隧道位于该背斜南东翼 南东翼地层倾角较陡 约 30 50 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 3 2 2 水文地质 2 1 地下水的类型 隧址区位于低山区 穿越地段山峦重叠 沟壑纵横 植被茂盛 降水充沛 隧道区水系发育 以岭脊牛耳界为分水岭 西侧为辽叶溪水系 东侧为龙潭镇水 系 最终均汇入沅江 进口段辽叶溪支流及出口竹园湾组沟流量较大 为常年流 水 其余隧道洞身沟谷为季沟谷节性 隧址区地下水的形成 布受地形地貌 地层岩性 地质构造 植被 降水量 等多种因素控制和影响 隧道区地下水赋存类型可分为第四系松散层孔隙潜水 基岩裂隙水 碳酸岩类溶水及构造裂隙水 1 第四系松散层孔隙潜水 主要分布于洞身沟谷 坡洪积 坡残积 冲洪 积物中 地下水位埋深一般较浅 对基岩裂隙水具有积极的补水作用 2 基岩裂隙水 主要赋存于元古代五强溪组凝灰质长石石英砂岩 震旦系 下统南沱砂组砂岩夹砾岩 白垩系下统砂岩夹泥岩的风化裂隙 构造裂隙及层间 裂隙中 节理裂隙密集带为地下水的主要富集场所 主要补给来源为大气降水 水量一般较小 3 碳酸岩类岩溶水 主要赋存于震旦系上统陡山沱组白云岩夹灰岩夹页岩 中 水量一般较大 岩溶水动态变化较大 与地表水关系密切 能快速的实现相 互转化 由于岩性特征 岩层组合和所处地质构造及地貌环境的不同 水文地质 特征差异颇大 水文地质条件极为复杂 4 构造裂隙水 主要赋存于 f9 F20 断层碎裂岩中 水量一般较大 与地 表水关系密切 能快速的实现互相转化 由于岩性特征 岩层组合和所处地质构 造及地貌环境的不同 水文地质特征差异颇大 水文地质条件极为复杂 2 2 分段水文地质评价 根据水文地质计算的分段涌水量 对隧道工程水文地质条件作如下评价 1 中等富水区 分布于隧道洞身 DK272 840 DK273 215 本段岩性 主要为元古代五强溪组凝灰质长石石英砂岩 震旦系下统南沱岩组砂岩 组砂岩夹砾岩 震旦系上统陡山沱组白云岩夹灰岩及碎裂岩中 隧道施 工在断层带 节理裂隙密集带 岩性接触带 白云岩夹灰岩地段及浅埋 段有可能发生突涌水 应做好地质超前预报工作 提高防排水意识 2 弱富水区 分布于隧道出口 DK273 215 DK273 669 及隧道洞身 DK271 475 DK272 840 单位正常涌水流量为 930m3 d km 岩性主要为 远古代五强溪组凝灰质长石石英砂岩 震旦系下统南沱砂岩组砂岩夹砾 岩 白垩系下统砂岩夹泥岩 该段岩体节理裂隙较发育 岩体较破碎 节理裂隙连通性一般 隧道开挖过程中在节理裂隙密集带可能产生一定 量涌水 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 4 第四章第四章 隧道主要地质问题隧道主要地质问题 1 不良地质与特殊岩土 1 1 特殊岩土 工点区域特殊岩土主要为松软土及软土 松软土主要分布在山顶及各种沟 表层 0 2 m 的冲洪积及坡集粉质粘土 软土主要分布在工点范围内的水塘及稻田 表层 对隧道无影响 1 2 危岩 落石 隧道自然坡度陡峭 砂岩垂直节理发育 岸坡陡峻 岩风化节理裂隙发育危 岩 线路位置附近沟谷均有滚落块石 一般粒径 1 2m 最大粒径可达 5m 1 3 岩溶 1 根据现场调查 在 DK272 910 DK273 135 段花水坪村竹园湾组附近 震 旦系白云岩夹灰岩发育有溶蚀现象 调查及钻探中未见溶洞发育 综合 分析本段岩溶弱发育 施工中可能遇到溶洞及岩溶水 需采取地质超前 预报工作 1 5 人为坑洞 花香坪铅锌矿 位于 DK272 500 DK273 000 线路左侧约 300 米处 民国时间 开采 现已废弃坍塌 人为坑洞洞口宽 2m 高 2m 该矿洞倾斜向下开采 开采 深度未知 洞口可见延伸方向为 S500W 靠近隧道方向 洞口似拱形 宽 2m 高 2m 洞口有积水 矿洞对隧道可能有一定影响 本次物探该段未见异常 2 隧道工程地质条件评价 2 1 隧道地质条件分析与评价 根据隧道通过区地形地貌 地层岩性 地质构造及水文地质特征 结合计算 的分段隧道涌水量及富水性分区 对隧道工程水文地质条件作如下评价 xx 隧道地处武陵山脉低山区 隧道主要行走在基岩中 岩性主要为元古界 五强溪组石英砂岩 震旦系下统南沱砂岩组砂岩夹砾岩 震旦系上统陡山沱组白 云岩夹灰岩夹页岩和白垩系下统砂岩夹泥岩 隧道洞身发育两条断层 穿越数条 岩性接触带 洞身通过大部分岩性为石英砂岩 岩质较坚硬 但该地层节理较发 育 存在崩塌可能 在白云岩夹灰岩地层存在岩溶发育可能 工点所在区域雨季 时间长 雨量大 地表容易下渗 隧道出口附近地形较缓 地表植被发育 表层第四系覆盖物较薄 下伏白垩 系砂岩 泥岩岩质较软 风化层较厚 边坡稳定性较差 隧道出口洞身的白垩系砂岩 泥岩岩质较软 遇水极易软化和抗剪强度的降 低 易造成围岩的失稳 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 5 根据隧道通过区地形地貌 地层岩性 地质构造及水文地质特征 结合计算 的分段隧道涌水量及富水性分区 对隧道工程水文地质条件作如下评价 1 DK271 475 DK272 840 为弱富水区 本段岩性为远古代五强溪组凝灰质 长石石英砂岩及震旦系下统南沱砂岩组砂岩夹砾岩 地下水主要为节理裂隙 风 化裂隙水 隧道施工在节理裂隙密集带可能产生突涌水 预测本段隧道正常涌水 量 936 m3 d 最大涌水量为 2809 m3 d 2 DK272 840 DK273 215 为中等富水区 本段岩性为震旦系上统陡山沱组白 云岩夹灰岩及震旦系下统南沱砂岩组砂岩夹砾岩及碎裂岩 地下水主要为基岩裂 隙水及碳酸盐类岩溶水 隧道开挖该段及 F20 断层带 DK273 045 DK273 160 既 有可能会发生突涌水 预测本段隧道正常涌水量 1263 m3 d 最大涌水量为 6317 m3 d 3 DK273 215 DK273 669 为弱富水区 本段岩性为白垩系下统砂岩夹泥岩 地下水主要为节理裂隙 风化裂隙水 预测本段隧道正常涌水量 190 m3 d 最大 涌水量为 570 m3 d 第五章第五章 施工超前地质预报施工超前地质预报实施方案实施方案 1 1 施工超前预报目的施工超前预报目的 1 进一步查明前期没有探明的 隐伏的重大地质问题 进而指导隧道施 工的顺利进行 2 降低地质灾害发生的机率 保证隧道施工安全 3 为隧道动态设计和信息化施工提供基础资料 使隧道设计施工更科学 安全和快捷 4 为编制竣工文件提供地质资料 为隧道长期安全运营提供基础资料 2 2 施工超前地质预报工作执行的规程 规范 指南施工超前地质预报工作执行的规程 规范 指南 1 铁路隧道施工地质超前预报技术指南 铁建设 2008 105 号 2 铁路工程地质勘察规范 TB10012 2007 J126 2007 3 铁路工程不良地质勘察规程 TB10027 2001 J125 2001 4 铁路工程特殊岩土勘察规程 TB10038 2001 J126 2001 5 铁路工程水文地质勘察规程 TB10049 2004 J339 2004 6 铁路工程物理勘探规程 TB10015 2004 J340 2004 7 铁路工程地质钻探规程 TB10016 98 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 6 8 铁路工程抗震设计规范 GB50111 2006 9 岩土工程勘察规范 BG5002 2001 10 中国地震动参数区划图 GB 18306 2001 11 铁路隧道设计规范 JB10003 2005 3 3 施工超前地质预报工作原则及方案施工超前地质预报工作原则及方案 根据标段隧道工程的具体工程地质问题和开挖任务的实际情况 制定施工 超前地质预报工作原则 其原则是 在隧道的岩溶发育地段 断层破碎带 褶皱 地段 沟谷地段以及可溶岩与非可溶岩接触带 岩性界面地段利用地质调查 编 录 物探超前地质预报 TSP 地质雷达 红外探水 超前水平钻孔等综合手 段 采取长距离宏观预报与短距离准确预报相结合 隧道洞内探测与洞外地面地 质调查相结合 地质方法与物探方法相结合 开展多层次 多手段的综合超前地 质预报 并贯穿于施工全过程 当然 此原则是在超前地质预报施工图纸的基础 上进行 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 过区的地质界线 地层岩性 地质构造 围岩级别 储水构造 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 分析和把握存在的主要工程地质问题 主要地质灾害隐患及其分布范围 在隧道 内揭示的大致里程等 从而制定预报预案 预报距离一般在掌子面前方 100m 以 上 并根据揭示情况进行不断的修正 中长距离预报是在长距离预报的基础上采用地震波反射法或声波反射法 高分辨电法 深孔水平钻探等对掌子面前方 30 100m 范围内的地质情况作进一 步的预报 如对不良地质体的位置 规模 性质作较为详细的预报 粗略的预报 围岩级别和地下水情况等 短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描 红外探测 地质雷 达等方法进行预报 探明掌子面前方 30m 范围内地层岩性 地质构造 不良地 质及地下水出露情况等 对可能有突泥 突水和其它不良地质情况的地段应进行 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 7 钻孔验证 根据以上原则 制定具体预报方案如下 1 地面调查 对隧道范围内地形 地貌 地层岩性 地质构造 水文地质 条件 不良地质作用等进行进一步的全面核查 2 洞内地质素描 对隧道全段 包括正洞和横洞 进行地质素描 3 TSP 超前探测 采用 TSP 超前探测 重点查明隧道岩体完整性 软弱结 构面 断层破碎带 裂隙发育带规模 大小 发育位置 对隧道进行贯通性探测 4 红外探测仪超前探测 采用红外线探测仪对隧道前方掌子面水文地质条 件进行探测 宏观掌握掌子面前方短距离 大约 30m 范围内的富水带位置及富 水情况 5 地质雷达 采用地质雷达对可溶岩段 向斜核部 侵入接触带 软硬岩 接触带 断层及其影响带或 TSP 超前探测发现的异常地带 进行短距离精确探测 精确查明岩溶裂隙发育位置 大小规模 形态 充填及富水状况以及断层破碎带 裂隙发育带位置 规模 接触带岩体完整性等工程地质及水文地质条件 沿线隧 道均为岩溶隧道 故对各隧道均进行贯通性探测 6 地质综合分析 对全隧道进行地质素描 记录现场揭露的地质信息 并 综合上述各种探测方法获得的地质信息 通过综合分析 预测预报前方工程地质 及水文地质条件 4 4 施工超前地质预报工作流程施工超前地质预报工作流程 隧道施工超前地质预报工作采用长短结合 上下对照 定性与定量相结合 多方法 多频次相互印证的原则 进行综合施工超前地质预报 针对沿线各隧道洞身段地质复杂程度 具体预报分为常规预报 加强预报和 重点预报三种情况 常规预报 主要采取以地质分析为基础 物探方法为手段 宏观预报 地表 调查 中长距离预报 TSP 预报 短距离预报 表面地质雷达 相结合的预报 体系 其流程见图 5 1 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 8 图 5 1 常规预报工艺流程 加强预报 主要采取以地质分析为基础 物探方法为手段 宏观预报 地表 调查 中长距离预报 TSP 预报 短距离预报 表面地质雷达及红外线预报 3 孔超前钻探 相结合的预报体系 其流程见图 5 2 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 9 图 5 2 加强预报工艺流程图 重点预报 主要采取以地质分析为基础 物探方法为手段 宏观预报 地表 调查 中长距离预报 TSP 预报 短距离预报 表面地质雷达 红外线预报 5 孔超前钻探 相结合的综合预报体系 其流程见图 5 3 5 5 隧道施工超前地质预报关键技术问题的对策隧道施工超前地质预报关键技术问题的对策 1 岩溶及涌水 突泥预报 首先利用地质调查与地质素描手段 确定隧道可溶岩发育的大致里程 再 通过 TSP 对岩溶及地下水发育的位置 规模及性质作较为详细的预报 然后采 用掌子面素描 地质雷达 红外探测等方法更加准确地预报掌子面前方 30m 范 围内岩溶的发育情况 对可能有岩溶 突泥涌水的地段特别是可溶岩与非可溶岩 图 5 3 重点预报工艺流程图 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 10 的接触带应进行水平钻验证 超前钻探时必须设有防突装置 具体为在钻孔时安钻孔时安 设孔口管及高压闸阀 当遇有高压水时 要立即拔出钻具 关闭孔口管的高压阀设孔口管及高压闸阀 当遇有高压水时 要立即拔出钻具 关闭孔口管的高压阀 门 等待制定处理措施 门 等待制定处理措施 对岩溶强烈发育地段可增加钻孔的数量及增加地质雷达 探测的频率 并对开挖后的隧道底板用地质雷达进行隧底岩溶检测 横洞工区 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 见图 5 4 隧道涌水突泥预报程序框图 图 5 4 隧道涌水突泥预报程序框图 2 断层破碎带预报 首先利用地质调查与地质素描手段 确定在勘察阶段发现的宽大断层的大致 里程 此外 由于地壳中许多断层并未延伸至地表或被覆盖层所覆盖 所以隧道 在开挖过程中所揭露的断层往往多于地表所发现的数量 鉴于沿线隧道属岩溶隧 道 故应进行 TSP 地质雷达和红外探水贯通性探测 探测掌子面前方围岩的强 度 完整性 富水性 然后根据掌子面素描观察隧道围岩的变化 统计节理组数 及其形态的变化 推测前方可能出现断层的位置 对可能出现断层的地段进行水 平钻验证 钻孔时需安设孔口管及高压闸阀 当遇有高压水时 要立即拔出钻具 钻孔时需安设孔口管及高压闸阀 当遇有高压水时 要立即拔出钻具 关闭孔口管的高压阀门 等待制定处理措施 关闭孔口管的高压阀门 等待制定处理措施 断层预报程序框图 见图 5 5 断 层预报程序框图见图 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 11 图 5 5 断层预报程序框图 3 煤层瓦斯预报 瓦斯预报可采用地质调查法 弹性波反射法 超前钻探法进行 采用地质调查法 波反射法确定煤层分布位置 煤层厚度 采用超前钻探 煤层瓦斯地段必须采用水循环钻 否则易引起火灾或爆炸 孔内测试确定隧道 开挖工作面前方煤层瓦斯浓度及其变化 在揭煤钻进时 利用冲击钻具钻至煤层 的大致里程后 改用双管取芯钻具进行钻进 当钻孔的循环液变成黑色时关闭循 环液 利用钻机自身的钻压和扭力对煤层进行取芯 直至取过煤层并记录煤层的 起止里程 其作业必须严格执行瓦斯隧道有关安全条例及规程 在富含瓦斯的煤系地层中 采用长短结合的钻孔方案可提前将岩体中的有害 气体逐渐释放出来 瓦斯浓度探测及隧道洞内瓦斯浓度监测必须由有专业资质的 人员进行 瓦斯预报应遵循图 5 6 的程序进行 熟悉隧道勘察设计文件资料补充隧道地表地质调查 隧道煤层出露位置 产状 宽度 煤层 在采及废弃矿巷在隧道中可能出露位置的位置 地震波 声波反射法探测 地表地下构造相关分析 煤层出露预兆 洞内地质调查 煤层位置及瓦斯预报 瓦斯预报 超前钻孔 隧道址区在采及废弃矿巷调查 孔中瓦斯浓度及其变化测试 矿巷与隧道空间关系分析 图 5 6 瓦斯预报程序框图 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 12 第六章第六章 施工超前地质预报方法施工超前地质预报方法 结合沿线隧道地质条件 超前地质预报工作采用由面到点 长短结合 地 面调查与洞内预报相结合 定性与定量相结合的方法 确保预报的准确性 1 1 地面调查地面调查 1 调查目的 核对勘测资料 掌握隧道所在地区的地层岩性 地质构造 不良地质及水 文地质情况 为隧道内地质预报提供方向性的依据 2 调查范围 根据勘察单位提供的隧道工程地质图 调查范围主要为隧道进出口及隧道 中线两侧各 1 2 5km 的范围 3 调查内容 地层岩性 主要调查地层的地质时代 岩层厚度 层间结合程度 岩层产状 岩性 岩石硬度 风化程度等 地质构造 主要调查破碎带及节理裂隙特征 破碎带宽度 破碎带的成分 破碎带的 含水情况以及与隧道的关系 节理裂隙的组数 产状 间距 充填物质 延伸 长度 张开度及节理面的起伏情况 节理裂隙的组合状况 不良地质 主要调查岩溶的发育程度及发育规模 隧址内滑坡的性质 规模 以及对 隧道的影响 煤系地层的分布范围及含煤情况 膨胀土的分布范围及厚度 地下水的特征 调查隧道范围内的泉水 井水 水塘 水库 沟水 河水及其水量 水文 水质的变化等 2 2 地质素描地质素描 地质素描是隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 13 它是地质调查的细化和补充 结合勘察和地质调查取得的地质资料 可以对隧 道掌子面前方地质情况进行预测 并提出工程措施意见 同时为隧道运营维护 提供全面准确的地质资料 1 素描内容 地层岩性 描述洞内地层 地质时代 岩层厚度 层间结合程度 岩层产状 岩性 岩石硬度 风化程度等 核对地层界线在隧道洞身的实际位置 地质构造 确定各断层带以及主 次断层 包括影响带 的位置及与隧道的关系 描 述各断层的产状 宽度 富水程度 断层带的物质组成及其胶结程度 对洞内岩体节理 裂隙进行定性及定量统计量测 查明其性质 组数 产 状 间距 延伸长度 张开宽度 粗糙程度 蚀变情况 密度 地下水及充填 情况 以及节理裂隙的组合状况等 并分析优势结构面对围岩稳定性的影响 岩溶 描述岩溶规模 形态 位置 所属地层和构造部位 充填物成分 状态 以 及岩溶展布的空间关系 特殊地层 煤层 含膏盐层 膨胀岩层等应单独进行描述 对存在的有害气体及放射性 危害 应分析描述危害源存在情况 塌方 应记录塌方部位 方式与规模及其随时间的变化特征 并分析产生塌方的地 质原因及其对继续掘进的影响 地下水的特征 围岩的透水性 出水点位置 出露形态 渗水 滴水 滴水成线 股水 涌水 暗河 水量 水压 水温 水色 悬浮物 泥砂等 测定 出水点和 地质环境 地层 构造 岩溶 暗河等 的关系 进行地表相关气象 水文观 测 判断洞内涌水与地表径流 降雨的关系 必要时进行水样分析 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 14 其他 在对岩体受构造影响程度 节理发育程度 岩体完整程度 富水程度及围岩 稳定状态等进行详细编录的基础上 对围岩级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 对重点地段 如岩溶 断层 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原设计地质条件出入较大等重点地段 除地质编录外 还要进行必要的地质调绘和测试 2 围岩稳定性评价和预报 根据地质素描得到地层岩性 地质构造 不良地质 水文地质特征等 判 定围岩完整性和围岩分级 结合勘察和地质调查取得的地质资料预测隧道前方 地质情况 3 资料提交 每循环开挖后对拱顶 掌子面和左右边墙进行地质编录 并进行数码摄像 编录的原始记录 图 表当天整理 绘制 施工一定距离后 作出分段 60m 张 完善的地质展示图和总结 3 3 TSP 超前地质预报超前地质预报 TSP 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 为隧道施工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 为隧道施工提供施工更安全保障 减少人员和设备的损伤 同时也 就带来很大的经济效益 TSP 每次可探测 100 200m 为提高预报准确度和精度 采取重叠式预报 每开挖 100m 150m 预报一次 重叠部分 不小于 20m 对比分析 每次探测结果 与开挖揭示情况对比分析 1 预报原理 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 15 TSP 超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来 预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的 TSP 方法属于多波多分量高分 辨率地震反射法 地震波在设计的震源点 通常在隧道的左或右边墙 大约 24 个炮点 用小量炸药激发产生 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 TSPwin 软件 处理 就可以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 2 设备 采用 TSP 203plus 超前地质预报系统 系统主要组成 见图 6 2 记录单元 12 道 24 位 A D 转换 采样间隔 62 5 s 和 125 s 最大 记录长度为 1808 5ms 动态范围 120dB 接收器 检波器 三分量加速度地震检波器 灵敏度为 1000mV g 5 频率范围为 0 5 5000Hz 共振频率 9000Hz 横向灵 敏度 1 操作温度 0 65 TSPwin 软件 数据采集和处理集于一体 图 6 1 TSP 原理图 地层地层 或或 断层断层 入射波前 反射波前 震源 检波 器 检波 器 隧道 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 16 图 6 2 TSP 设备全图 3 测线布置 接收器孔 位置 在隧道边墙 面对掌子面 距离掌子面大约 50m 数量 2 个 隧道左 右边墙各一个 直径 45 45mm 孔深 2m 布置 沿轴径向 用环氧树脂固结 向上倾斜 10 左右 高度 离地面 1m 炮孔 位置 在隧道的左 右 边墙 第一个炮孔离接收器 15 20m 其余炮孔 间距为 1 5m 数量 24 个 直径 38mm 孔深 1 5m 布置 沿轴径向 向下倾斜 10 20 激发时水封填炮孔 高度 离地面约 1m 4 数据采集与分析 TSP 超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大部分 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 17 洞内数据采集 洞内数据采集主要由接收器 数据记录设备以及起爆设备三大部分组成 见图6 3 洞内数据采集包括打接收器孔 爆破孔 埋置接收器管 连接接收信号仪 器 放炮接收信号等过程 a 钻接收器孔 2 个 见测线布置 b 钻爆破孔 24 个 见测线布置 c 埋置接收器管 将环氧树脂放入接收器孔中 然后将接收器管旋转插 入孔内 15 分钟后环氧树脂 接收器管与周围岩体就能很好地粘结在一起 d 装药 每爆破孔装药量大约 75g 岩石 2 乳化炸药 根据围岩软硬完 整破碎程度与距接收器位置的远近而不同 e 联线 将设备各组件及爆破导火线联接好 f 放炮 接收信号 g 拆线 清理设备 图 6 3 TSP 洞内数据采集部分示意图 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 18 图 6 4 技术人员正在洞内采集数据 室内计算机分析处理 采集的 TSP 数据 通过 TSPwin 软件进行处理 TSPwin 软件处理流程包括 11 个主要步骤 即 数据设置 带通滤波 初至拾取 拾取处理 炮能量均衡 Q 估计 反射波提取 P S 波分离 速度分析 深度偏移 提取反射层 通过 速度分析 可以将反射信号的传播时间转换为距离 深度 可以用与隧道轴的 交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置 并根据反 射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质 通过 TSPwin 软件处理 可以获得 P 波 SH 波 SV 波的时间剖面 深度 偏移剖面 提取的反射层 岩石物理力学参数 各反射层能量大小等成果 以及 反射层在探测范围内的 2D 或 3D 空间分布 5 提交资料 室内分析处理一般在 24 小时内完成并可提交正式成果报告 报告一般包括 如下内容 工作概况 探测的方法 设备及原理 测线布置 对测试结果的初步分析 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 19 结论 TSP 报告中应附的成果图表 现场数据记录表 岩石参数曲线图 横坐标为里程 图 6 5 岩石参数曲线图和二维成果图 二维结果图 横坐标为里程 岩石参数表 6 与隧道施工工序衔接 施钻炮孔和接收器孔可与隧道施工平行作业 由作业公司完成 并且数据施钻炮孔和接收器孔可与隧道施工平行作业 由作业公司完成 并且数据 采集所用的乳化炸药和瞬发电雷管由作业公司免费提供采集所用的乳化炸药和瞬发电雷管由作业公司免费提供 届时预报单位以工程联 系单形式书面就钻孔的孔位 孔深 倾斜及炸药和雷管的数量等具体要求与作业 公司联系 为洞内数据采集接收信号时减少噪音 一般要求 45 分钟左右短暂停 工 7 预报范围 一般预报距离为 120m 在地质情况同复杂地段 如岩溶发育 断层 煤 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 20 正洞掌子面地质雷达测线布置示意图横洞掌子面地质雷达测线布置 示意图 层采空区 煤层瓦斯等特殊地段 为提高精度 采用连续重叠式预报 按平均每 次预报 100m 考虑 4 4 地质雷达地质雷达 1 预报目的 对 TSP 预报的异常点和设计的断层和岩溶异常区采用地质雷达作为补充手 段 进而确定异常体的规模 性质等 2 预报方法 掌子面超前探测 探测的具体布置根据 TSP203 的预报结果和现场掌子面的具体情况 测线 主要布置在掌子面上 正洞每个掌子面布置四条测线 横洞每个掌子面布置三条 测线 测线布置如图 6 7 所示 图 6 6 雷达测线布置图 3 与施工工序衔接 地质雷达探底要在隧道铺底之前完成 具体探测时间由指挥部工程部安排 掌子面前方探测 数据采集前要求作业公司配合对掌子面进行平整处理 使雷达 天线与掌子面能有较好的耦合 移走掌子面附近其他的金属物体 4 成果资料 室内计算机分析处理一般在 24 小时内完成并报告有关部门 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 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 21 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析 提交以下资料 测线布置图 原始记录 时间剖面 解析参数和解析结果 5 5 红外线探水红外线探水 1 基本原理 在隧道中 围岩每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波 并形成红外 辐射场 场有密度 能量 方向等信息 岩层在向外部发射红外辐射的同时 必 然会把它内部的地质信息传递出来 干燥无水的地层和含水地层发射强度不同的 红外辐射 红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度 根据围岩红外辐射场强 的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体 2 红外线探水的特点 优点 测量快速 基本不占用施工时间 资料分析快 测量完毕 即可得 出初步结论 室内整理及编写报告也可在 2 小时内完成 缺点 只能测量出含水体的方位 测量不出含水体隐藏深度及水量大小 水压等参数 3 现场数据采集 在施工隧道的隧顶和两侧边墙的中部各布置一条测线 5m 点距 发现异 常后加密测点 并初步分析异常的可能原因 如因喷浆 照明灯等干扰影响应与 删除 并重测 在掌子面上均匀布置 9 个测点 发现异常后加密测点 并初步分析异常 的可能原因 如因喷浆 放炮 照明灯等干扰影响应予删除 并重测 每次探测应对岩体的裂隙发育情况和隧道壁渗水情况进行详细记录 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 22 图 6 7 技术人员对隧洞进行红外线探测 4 资料提交 红外超前探水报告并附对掌子面及三条测线探测的红外场强值曲线图及探 测数据表 5 红外探水的探测范围 红外探测每循环可探测 30m 为提高预报准确度和精度 采取重叠式预报 20 25m 探测一次 重叠部分对比分析 6 6 超前地质探孔超前地质探孔 超前地质钻孔是对 TSP 预报和地质雷达探测 红外探测等手段探测到的不 良地质体的确认 在物探手段单一的情况下超前地质钻孔应连续搭接进行 超前 地质钻孔的位置 孔深 数量 取芯等由地质人员根据物探预报成果并结合掌子 面附近的地质情况综合分析确定 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 23 图 6 8 超前探孔现场施工图 1 超前地质探孔特点 优点 可以直接从取出的岩芯或岩粉中了解前方的地质情况 方法直接可 靠 缺点 往往以一孔或几个孔代表掌子面前方的整体 具有局限性 对隧道施 工干扰大 通常一个循环的超前探孔需要中断隧道施工 10 20 小时 为了尽可为了尽可 能减少对隧道施工的干扰 超前地质探孔施工由施工单位免费提供风水电及施工能减少对隧道施工的干扰 超前地质探孔施工由施工单位免费提供风水电及施工 作业台架 台架运移轨道及钻机台板 钻机通常放在专用的钻机台车上 由施工作业台架 台架运移轨道及钻机台板 钻机通常放在专用的钻机台车上 由施工 单位协助把钻机台车直接拖到掌子面 固定台车 连接电源 风管和水管即可施单位协助把钻机台车直接拖到掌子面 固定台车 连接电源 风管和水管即可施 工 施工完成后 把台车拖到洞外 工 施工完成后 把台车拖到洞外 这样能减少钻机在洞内安装和拆卸占用隧道 施工的时间 通常钻机安装和拆卸需要 3 5 小时 2 钻进方式 一般采用冲击钻进进行钻孔 钻进过程中 对构造带 构造带充填物应干 钻取样 以查清前方不良地质体的岩性特征 3 钻孔数量及深度 在一般地段每循环钻 2 个孔 在岩溶富水段 断层段可钻 5 孔 遇到特大 异常 高水压 高瓦斯等 钻孔增至 5 7 孔 深度 30 60m 以探明前方地 层完整性 断层 岩溶 瓦斯 采空区及地下水发育情况 水量 水压 水温 悬浮物等 施钻深度满足设计要求并经现场技术人员确定签认后方可停钻 循环预报 搭接长度以 3 8m 岩盘为宜 以此做安全储备及止浆岩盘 4 钻孔布置及其参数 钻孔布置见图下图 钻孔参数见表 2 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 24 掌子面超前钻孔布置图 5 21 3 47 56 掌子面超前钻孔布置图 2 21 21 34 掌子面超前钻孔布置图 4 掌子面超前钻孔布置图 3 21 3 掌子面超前钻孔布置图 1 1 图 6 9 掌子面钻孔布置图 掌子面超前钻孔布置图 1 的钻孔参数 孔号水平角 竖直角 孔深 m 10030 60 掌子面超前钻孔布置图 2 的钻孔参数 孔号水平角 竖直角 孔深 m 1左偏 5上仰 330 60 2右偏 5下俯 330 60 掌子面超前钻孔布置图 3 的钻孔参数 孔号水平角 竖直角 孔深 m 1左偏 5上仰 330 60 2右偏 5上仰 330 60 30030 60 掌子面超前钻孔布置图 4 的钻孔参数 孔号水平角 竖直角 孔深 m 1左偏 5上仰 330 60 2右偏 5上仰 330 60 3左偏 5下俯 330 60 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 25 4右偏 5下俯 330 60 掌子面超前钻孔布置图 5 的钻孔参数 孔号水平角 竖直角 孔深 m 1左偏 8上仰 330 60 2右偏 8上仰 330 60 3左偏 8030 60 4右偏 8030 60 5左偏 8下俯 330 60 6右偏 8下俯 330 60 70030 60 表 3 掌子面超前探孔参数表 5 资料提交 超前地质钻孔由地质技术人员进行地质编录和孔内必要的测试后 整理得 到超前探孔成果 内容如下 钻孔柱状图 描述地层 岩性 节理裂隙特征 记录钻孔过程中有价值 的信息 提出围岩完整性评价 记录出水位置 进行孔内水量 水压 水温等测试 预测隧道涌水量 对于水量大于 1l s 的出水点 建立出水点档案 进行动态观测 编写钻探报告 7 7 综合地质综合地质预报预报 综合地质预报中 常规地质预报是地质预报的基础 只有通过勘察和地质 调查才能从区域范围内了解隧道通过的地层岩性 对隧道施工影响较大的地质构 造 不良地质及地下水特征 再通过地质素描将勘察和地质调查得到的地质信息 投影到隧道中 达到细化和补充的作用 但是常规的地质预报是用已开挖揭露的 地质信息来推测前方的地质情况 只能定性推测 无法达到定量 在此基础上通 过 TSP 地质雷达和红外探水预报 取得掌子面前方的异常信息及异常信息的位 置 结合常规地质预报已得到的地质信息 来解释掌子面前方可能存在的地质问 题 从而达到量化效果 但是 TSP 和红外探水等物探方法存在多解性 加上地 质条件的千变万化 往往只能提供异常区可能存在的地质问题 所以我们在异常 区域内实施超前水平探孔 来直接验证异常区内的地质情况 这样的一种立体的 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 26 综合的地质预报方法为隧道施工提供更准确的地质资料 同时也为隧道施工中突 发性地质灾害建立预警预报机制 为隧道施工提供更安全的保障 其具体任务如下 1 根据对以上超前地质预报结果 综合分析掌子面围岩的岩性 结构 构造和地下水情况 判断掌子面前方围岩的工程地质 水文地质特征 并依此提 出工程措施建议和进一步预报的方案 2 将掌子面出现的结构面 通过几何作图进行预报 通过作图确定隧道 拱顶 边墙不稳定块体规模 提出锚固意见 3 根据开挖段围岩的工程地质 水文地质特征进行预报结果的验证 提 出是否修改预报方法及参数的意见 4 根据开挖段及掌子面水文地质情况 提出注浆止水方案的建议 8 8 成果成果资料资料 1 即时报告 当地质工程师发现地质情况发生变化时 即刻以口头或书面的形式向工区 和项目部报告 并积极参与不良地质地段工程措施的研究 并从地质角度提出意 见 2 日常报告 当每次完成地质预报工作后 应在规定时间向工区和项目部提供相应资料 3 最终成果报告 隧道全部贯通 3 个月内提交成册的最终成果报告 报告组成如下 地质纵断面图 地质展示图 1 200 超前地质钻孔报告 TSP 超前地质探测报告 红外线探水报告 地质雷达超前探测报告 利用其他手段进行超前探测的报告 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 27 第七章第七章 隧道预计工作量隧道预计工作量 预报预报 手段手段 预报里程预报里程 隧道长隧道长 度度 m 单单 位位 预报预报 数量数量 说明说明 总量总量 m m 备注备注 DK249 480 DK256 144 6664m6664 地质地质 素描素描HDK0 000 785 785m785 7449 DK249 480 DK256 144 6664次67 TSP 探测探测HDK0 000 725 725次7 预报 100 120m 次 74 约 8710 米 DK249 480 DK253 178 3698次148 DK253 620 DK253 750 130次5 地质地质 雷达雷达 HDK0 000 785 785次31 可溶岩发育段 每次 30m 下循环搭接 5m 184 DK249 480 DK253 178 3698次148 DK253 620 DK253 750 130次5 红外红外 探测探测 HDK0 000 725 725次31 可溶岩发育段 每次 30m 下循环搭接 5m 184 约 5480 米 DK249 480 DK249 620 140孔30 岩溶中等发育段 富水地 段 5 孔钻进 每循环钻 30m 下循环搭接长度为 5m DK249 620 DK251 055 1435孔171 岩溶中等发育段 富水地 段 3 孔钻进 每循环钻 30m 下循环搭接长度为 5m DK251 055 DK251 744 689孔140 断层破碎及其影响带 富 水地段 5 孔钻进 每循 环钻 30m 下循环搭接长 度为 5m 732 包含搭接长度 的钻探累计工 作量约 21000 米 设计按 76 钻孔 每循环钻进 30 米 下一 循环按 5 米搭 接 如果施工 过程中有先进 的钻机设备 钻探进尺可以 大于 30 米 超前超前 钻探钻探 DK251 744 DK252 220 476孔57 岩溶中等发育段 富水地 段 3 孔钻进 每循环钻 30m 下循环搭接长度为 5m 新建铁路隧道超前地质预报实施方案 28 预报预报 手段手段 预报里程预报里程 隧道长隧道长 度度 m 单单 位位 预报预报 数量数量 说明说明 总量总量 m m 备注备注 DK252 220 DK252 620 400孔80 岩溶弱发育段 富水地段 5 孔钻进 每循环钻 30m 下循环搭接长度为 5m DK252 620 DK253 178 558孔88 地层不整合接触及其影响 带 富水地段 4 孔钻进 每循环钻 30m 下循环搭 接长度为 5m DK253 620 DK254 070 450孔54 洞身浅埋段 富水地段 3 孔钻进 每循环钻 30m 下循环搭接长度为 5m DK255 475 DK255 736 261孔30 软质岩层发育段 富水地 段