隧道超前地质预报方案doc

1、地质部分讲稿二：隧道超前地质预报方案案例：青岛胶州湾隧道魏江川讲稿二：隧道超前地质预报方案案例：青岛胶州湾隧道魏江川 杨茂林( 中铁西南科学研究院 610031 )【摘要】 超前地质预报工作应当编制相应的地质预报方案，海底隧道尤应如此。地质预报方案编制前，必须充分掌握熟悉隧道施工场区的地质背景条件。不同的地质背景，地质条件不同、地质复杂程度不同,勘察预报在难度、手段、工作量等方面都不同,因此有不同的地质预报方案。本文阐述了隧道超前地质预报工作的目的、性质，编制超前地质预报方案的指导思想，着重强调地质观察研究在地质预报工作中的重要性。通过对超前预报相关合同文件所规定的预报手段的效用及特点的阐述，

2、和人们对地质背景条件的不同认识，提出了胶州湾隧道不同的地质预报方案，同时对地质预报工作提出了建议。不当之处，敬请指正。关键词： 地质预报 地质观察研究 预报手段 方案 建议 一、前言胶州湾地区地壳运动频繁，断裂构造众多，岩浆活动强烈，岩性复杂多变。胶州湾隧道地质勘察难度极大，茫茫海域，虽动用了大量人力物力，但地质界线仍多属推测。由于地质勘察工作的局限，必然存在难以探察的、隐伏的地质问题。海域段的断裂破碎带、岩体接触挤压破碎带内，岩石强度低，易风化，自稳能力差；此外还有极易风化的辉绿岩脉、煌斑岩脉和可能存在的膨胀性围岩。在这些不良地质地段存在着渗透破坏、发生突涌水或隧道坍塌变形、甚至海水倒灌的可

3、能。这些突发性地质灾害将严重危及施工安全，能否开展好施工期间的超前地质预报工作，做到超前预判，及时决策处理突发性地质灾害，是胶州湾隧道建设成败的关键。二、超前地质预报工作的目的和性质2.1 超前地质预报的主要目的探明隧道工作面前方及两侧的，为隧道施工提供依据，以期有效预防地质灾害,保障隧道施工安全。具体应达到以下目的：(1) 进一步查清因前期地质勘察工作的局限，而难已探察的、隐伏的地质问题；根据掌握的地质灾害前兆信息，超前预报地质灾害，及时改进施工工法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行。(2) 有效地降低地质灾害发生的机率和风险。(3) 为变更设计提供地质依据。(4) 为

4、编制竣工文件提供地质资料。2.2 超前地质预报工作的性质 科研性对于地质体必须如实了解、认识和反映它，才能为隧道施工提供依据。由于隧道受埋藏条件、勘察手段和方法的限制，地勘成果对地质体的本来面貌不可能准确无误的反映，而只能是具有一定精度和可靠程度地反映。隧道地质勘察设计及施工期的地质预报的过程，是运用地质科学和有关自然科学的理论与方法，不断地观察研究各种地质现象，力求正确认识和反映其客观规律的过程。观察（包括对实地的地质勘察、室内鉴定、测试等）是对客观地质体实际取得感性认识的科学实践；研究是综合各方面取得的观察材料，进行分析、判断、推理，进一步掌握地质现象的内部联系及其规律的科学概括。地质的观

5、察研究应贯穿于隧道地质勘察设计和施工期间地质预报工作的始终，是取得对地质体特点与规律性认识的基本方法。地质观察研究在地质预报工作中起着主导作用和枢纽作用，通过地质观察研究所获得的地质认识，影响着超前地质预报手段的布置；也影响着隧道施工应急预案和施工方案；还影响着对工程进度、投资等的评估和决策。所以对于胶州湾隧道海域段施工，必须始终重视地质观察研究工作，否则就不能更好地指导隧道施工生产。 生产性作为隧道施工的一个关键工序，要消耗一定的人力、物力、资金和时间，它关系到施工安全、质量、效益、进度。必须坚持从“实际出发”的原则，在确保不遗漏不良地质体，保障施工安全的基础上，按照实际需要决定各项超前地质

6、预报手段，才能取得比较理想的隧道生产经济效果,达到多、快、好、省的目的。为此要加强地质预报、设计、施工、业主、监理等单位的合作，必要时请专家论证，按实际情况布置各项工作。三、关于超前地质预报方案的编制3.1 方案编制的指导思想 (1) 必须依据工作地区的地质条件及可能允许的工作条件进行编制。 (2) 坚持从实际出发，实事求是，遵循工作程序，合理选择，综合使用有效的方法和手段制定工作方案，发挥各种方法和手段的特长。 (3) 要尽力采用与推广先进技术，超前地质预报必须充分发挥地质观察研究的主导和枢纽作用，努力提高勘察预报效果。 (4) 要明确各项工作的质量要求和保证质量的技术措施，使各项工作和资料

7、达到规范所规定的质量标准。3.2 方案编制要求(1) 必须坚持为隧道施工服务；(2) 必须加强地质条件、地质规律的研究。地质勘察、地质预报有一个重要的特点，就是重视地质规律的研究。对危及隧道施工安全的不良地质体的规律认识比较接近客观实际，勘察效果、预报效果质量就高，给隧道设计、施工建设的指导性就强；如果对地质现象观察研究不够，对不良地质体的认识与客观实际相差较大，勘察效果、预报效果质量就差，就会给隧道设计、施工建设带来困难与后患。应当指出：超前地质预报方案的地质依据和结论往往带有预测和推断的性质，海域段地勘资料尤其如此。这就是说，超前地质预报方案不同于其它工程设计或施工方案，而具有很大探索性，

8、应当允许有一定的探索工作量，所以对于超前预报方案既不能看成不可更动的文献，也不能看成随时可变的草案。在工程施工过程中随实际材料的积累和通过地质观察发现地质情况与原勘察设计不一致时，应及时地进行修改和补充,并上报业主、监理审批。3.3 预报技术手段的效用及特点胶州湾隧道依据合同拟采用的预报手段有：服务隧道超前、超前地质钻孔取芯、超前水平钻孔、超前探孔、物探、地质编录。现将其效用特点简介如下：(1) 服务隧道：服务隧道超前是先行探明隧道总体地质条件，了解不良地质体空间分布、工程水文地质特性、注浆堵水所需的工艺地质条件等最有效的手段。前已述及设计图地质界线是推断，服务隧道的揭露最直观，对各种地质现象

9、的观察，远胜于物探及钻探取芯等手段。同时它又是设计要求建设的洞室，不需额外增加经费，所以也是最经济的手段。通过地质编录可发现许多地质现象引起我们注意，虽然得到的不一定完全代表主隧道,但通过它制作的地质平面图，极具指导意义。由于埋深相对较大、断面小、开挖较安全。(2) 超前地质钻孔取芯：指采用专业地质钻机进行钻孔取芯或孔内摄像专门获取前方地质信息的一种手段，能获得较为详尽的地质素描、影像资料及水文资料，探测长度30米。但它是间接观察，因岩芯直径受限，且受取芯率影响，不利于地质观察，精度等不如服务隧道，如对可注浆地质条件的判断较困难、断裂产状难以确认，且耗时较长。(3) 超前水平钻孔：根据钻进速度

10、、时间、压力、卡钻、跳钻、出渣、出水情况等间接获得的一些地质、水文信息。通常也是采用地质钻机钻孔，可进行孔内摄像，耗时较短，探测长度30米。但不利于地质观察，精度等逊色于钻孔取芯。(4) 超前探孔：指钻爆施工时通过超前加深炮孔，根据钻进速度、时间、压力、卡钻、跳钻、出渣、出水情况等间接获得的一些地质、水文信息。不利于地质观察，精度、探测长度等逊色于钻孔，探测长度通常仅有10米。但耗时短，施工方便。(5) 物探：包括TSP203、HSP、负视速度法、地质雷达、瞬变电磁、红外探测等方法。操作方便，耗时短。但物探方法存在三个特性，也是其缺点。 物探方法必须实行两个转化才能完成超前地质预报的任务：先将

11、地质问题转化为地球物理问题，才能使用物探方法去观测。在观测取得数据后（所得异常），只能推断具有某种或某几种物理性质的地质体。然后经过综合研究，并根据地质体与物理现象间存在的特定关系，把物探结果转化为地质的语言图示，从而去推断异常地质体。最后还得通过钻探、坑道等工程去验证，肯定（或否定）其地质效果。 物探异常具有多解性。产生物探异常现象的原因，往往是多种多样的，这是由于不同的地质体可以有相同的物理场，故造成物探异常推断的多解性。所以工作中采用单一的物探方法，往往不易得到较肯定的地质结论。一般情况下应合理地综合运用几种物探方法，并与地质观察研究紧密结合，才能得到较为肯定的结论。 每种物探方法都要求

12、要有严格的应用条件和使用范围，因为异常地质体的地球物理特征及自然条件因地而异，影响物探方法的有效性，如用物探探测工作面前方与隧道轴向近于平行的结构面，探测效果很差或几乎探测不到。(6)地质编录：包括原始地质编录和综合地质编录。 原始地质编录，指服务隧道、正洞、钻孔等的素描、文字描述及影像资料。在掌子面及其前方（地质钻孔取芯）及隧道两侧，把直接观察到的地质现象经分析研究，并运用地质规律和地质理论推测作业面前方及隧道两侧的地质条件，如利用岩浆岩体边缘相带特征推测岩体接触破碎带等。 综合地质编录,原始编录是综合编录的基础，两者不可分割，原始编录须经严格质量检查或核实，认为合格无误，方能应用于综合地质

13、编录。如利用服务隧道、正洞制作的地质平面图，具有非常重要的超前预报价值，指导性很强。四、推荐的超前地质预报方案简述胶州湾隧道在海域段轴向总体呈南北向。对胶州湾隧道的地质认识有两种观点，从而引发对地质条件、地质复杂程度、勘察难度的看法不同，要求采用的预报手段力度、密度也不同，因此可拟出二套地质预报方案。4.1 方案一 此方案中的地质条件笔者认为胶州湾隧道穿越的主要岩体为中深成相花岗岩体、浅成相脉岩和超浅成相侵入岩（次火山岩），没有或仅有极少量的相当于燕山早期形成的青山群地层火山喷发沉积岩。主要构造格局为先后形成的两期菱形格子构造：早期的近南北向和近东西向高角度共轭断裂，后期的北东向和北西向的高角

14、度共轭断裂。此外可能有小规模的呈缓倾角产出的逆断层。水文地质条件相对较简单，主要为基岩构造裂隙水。存在的主要不良地质体有：断裂（与隧道轴向大角度相交的东西向断裂，近于平行的南北向断裂，与隧道轴向呈斜交关系的北东向和北西向断裂）；小规模的缓倾角逆断层；岩体接触破碎带（产状复杂，倾角通常较陡）；推测在部分后期热液蚀变强烈的断裂构造带及岩体接触破碎带中可能出现的呈脉状或囊状体产出的膨胀性围岩；可能呈捕虏体或呈小规模的残留顶盖产出的青山群地层；易风化的煌斑岩脉和辉绿岩脉；巨晶长英质岩脉。 预报方案相应的超前预报方案如图1,探测手段布置如下：1、物探手段TSP必须全程施作，搭接长度20m，在其异常地段视

15、具体情况确定进一步的勘察手段，如地质雷达、瞬变电磁、水平地质钻孔取芯、超前探孔等。2、服务隧道超前，可先行探明隧道总体地质条件，如岩性，北东、北西、东西向断裂，逆断层，部分岩脉（包括煌斑岩脉、辉绿岩脉）及其接触破碎带，膨胀性岩体和青山群地层等走向与洞轴向夹角较大的不良地质体。因此，应坚持服务隧道超前正洞150 m以上的原则，并尽可能加快服务隧道进度。在主隧道与服务隧道同时需要进行超前预报时，应服务隧道优先。对于走向与洞轴近于平行的南北向断裂及其他不良地质体，当夹角在5°15°时，需超前335129m，若服务隧道超前距离不足时，为不影响工期，保障正洞开挖，可考虑:在正洞施作超

16、前小导洞（当夹角在5°15°时，需超前9030m）先行探明地质条件,扩挖时拱部边墙加强超前探孔，此方式山岭隧道常用，但海底隧道可行否？应论证。在正洞掌子面加强超前地质钻孔取芯或孔内摄像(30m,2-4孔)及侧向探测。3、超前探孔，全程施作，孔深10-15m，搭接长度5m。服务隧道2-6孔，布置于服务隧道拱部；主洞4-8孔，布置于主洞上台阶。 4、超前水平钻孔，、级围岩全程施作。视具体情况进行孔内摄像，孔深30m，搭接长度：服务隧道5m；主隧道8m。服务隧道1-2孔，布置于拱顶或拱腰位置；主洞1-3孔，布置于拱顶及远离服务隧道一侧的拱腰位置，或掌子面中部。5、超前地质钻孔取芯

17、，视具体情况施作。配合超前水平钻孔探测，弥补超前水平钻孔地质观察的不足。孔深30m，搭接长2m。 服务隧道：1孔，布置于拱顶部位。对在勘察期间发现的不良地质体，如断层破碎带、岩体接触破碎带、破碎岩脉、逆断层等；施工中物探发现异常；或超前炮眼探孔发现卡钻、跳钻、有水等异常时施作。 主洞：1-2孔，布置于拱顶及远离服务隧道一侧的拱腰位置。对勘察期间和服务隧道发现的不良地质体及施工中其它预报手段探测到的异常地段，采用超前水平地质钻孔取芯探测。 为防范与洞轴近于平行的断裂及其他不良地质体（包括产状复杂的岩体接触带），尤其当有边墙岩石相对较为破碎、渗水、围岩蚀变等异常现象时，应作适当的侧向探测，包括物探

18、和地质钻孔取芯探测（频率：5-30m/次）。 6、对服务隧道、主隧道全程进行地质编录，并制作地质平面图用以指导超前地质预报工作。注意：同一断面超前探孔、超前钻孔及地质钻孔取芯应相互合理搭配，探、钻孔数量应依据地质复杂程度、围岩级别、涌水量、不良地质危害程度等具体情况确定。当发现有青山群火山喷发沉积岩地层时，参考方案二。4.2 方案二 此方案中的地质条件该方案建立在原设计地勘资料上。此观点认为海域段3950m有3400m左右为火山角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩、沉凝灰岩、熔岩等火山喷发沉积岩构成的青山群地层，有550m左右是后期侵入岩脉。主要地质构造为北东向和北西向断裂。地下水为基岩构造裂隙水。若确实如

19、此，那么这看似简单的地质条件可能极为复杂。因为形成于燕山早期的青山群地层，在燕山晚期和喜山期大规模的构造运动下必然会褶皱（见照片1）、断裂（包括层间断裂），其内部本身可能还存在不整合面和后期侵入岩体。这些不良地质体的产状、形态更难查明，相应的水文地质条件复杂多变，除基岩构造裂隙水外，还可能有层间裂隙水，聚水向斜构造等。前已述及，笔者不同意此观点，但湾域中可能有少量的青山群地层呈捕虏体或小规模的残留顶盖形式出现，因此当发现有青山群火山喷发沉积岩地层时，相应的勘察手段布置，应在方案一的基础上加强探测手段。预报方案方案二实为方案一的补充方案。1、物探、服务隧道超前及地质编录工作同前述。2、超前探孔，

20、全程施作。服务隧道3-6孔，布置于拱部；主洞5-8孔，布置于上台阶。3、超前水平钻孔：需作孔内摄像，、级围岩须全程施作。服务隧道1-2孔，布置于拱顶或拱腰位置；主洞1-3孔，布置于拱顶及远离服务隧道一侧的拱腰位置，或掌子面中部。4、超前地质钻孔取芯，、级围岩必须全程施作，以期大致发现岩性变化、褶皱、断裂构造和部分层间构造及其水文地质条件。 服务隧道：1-2孔，布置于拱顶部位或拱腰部位； 主洞：-3孔，布置于拱顶、拱腰和掌子面中部位置； 为防范与洞轴近于平行的断裂及其他不良地质体，应作适当的侧向钻孔取芯探测5-30m/次； 地质钻孔取芯应与超前水平钻孔相互搭配，避免取芯耗时过长，孔深及搭接长度同方案一。五、建议胶州湾隧道目前已编制完成包括地质预报和监控量测在内的施工技术信息化管理实施办法，在此基础上建议：1、针对隧道不同段落的地质复杂程度，围岩级别，涌水量及不良地质危害程度，提出不同的地质勘探要求，进行施工地质分级。同时建立刚