米易隧道超前地质预报方案

1、成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程MPZQ-1标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方案 中铁四局集团有限公司目 录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc388601512 1、编制依据、目的及适用范围 PAGEREF _Toc388601512 h 3 HYPERLINK l _Toc388601513 1.1 编制依据 PAGEREF _Toc388601513 h 3 HYPERLINK l _Toc388601514 1.2 编制目的 PAGEREF _Toc388601514 h 3 HYPERLINK l _Toc388601515 1.3 适用范围 PA

2、GEREF _Toc388601515 h 3 HYPERLINK l _Toc388601516 2、工程概况 PAGEREF _Toc388601516 h 5 HYPERLINK l _Toc388601517 2.1 简介 PAGEREF _Toc388601517 h 5 HYPERLINK l _Toc388601518 2.2 地形地貌 PAGEREF _Toc388601518 h 5 HYPERLINK l _Toc388601519 2.3 地层岩性 PAGEREF _Toc388601519 h 5 HYPERLINK l _Toc388601520 2.4 不良地质及特

3、殊岩土 PAGEREF _Toc388601520 h 6 HYPERLINK l _Toc388601521 2.5 水文地质特征 PAGEREF _Toc388601521 h 7 HYPERLINK l _Toc388601522 2.6 地震动参数区别 PAGEREF _Toc388601522 h 7 HYPERLINK l _Toc388601523 2.7 气象特征 PAGEREF _Toc388601523 h 7 HYPERLINK l _Toc388601524 3 工程重难点分析 PAGEREF _Toc388601524 h 8 HYPERLINK l _Toc3886

4、01525 4 施工进度计划 PAGEREF _Toc388601525 h 8 HYPERLINK l _Toc388601526 5 超前地质预报施工工艺 PAGEREF _Toc388601526 h 9 HYPERLINK l _Toc388601527 5.1 工艺流程 PAGEREF _Toc388601527 h 9 HYPERLINK l _Toc388601528 5.2 超前地质预报方法 PAGEREF _Toc388601528 h 11 HYPERLINK l _Toc388601529 6、 资源配置计划 PAGEREF _Toc388601529 h 26 HYPE

5、RLINK l _Toc388601530 6.1 劳动力计划 PAGEREF _Toc388601530 h 26 HYPERLINK l _Toc388601531 6.2设备计划 PAGEREF _Toc388601531 h 27 HYPERLINK l _Toc388601532 6.2 TSP203材料计划 PAGEREF _Toc388601532 h 27 HYPERLINK l _Toc388601533 7 施工安全保证措施 PAGEREF _Toc388601533 h 27 HYPERLINK l _Toc388601534 7.1 组织保证措施 PAGEREF _To

6、c388601534 h 27 HYPERLINK l _Toc388601535 7.2 技术保证措施 PAGEREF _Toc388601535 h 28 HYPERLINK l _Toc388601536 7.3 应急措施 PAGEREF _Toc388601536 h 29 HYPERLINK l _Toc388601537 8 其他技术（质量）保证措施 PAGEREF _Toc388601537 h 30 HYPERLINK l _Toc388601538 9 附件 PAGEREF _Toc388601538 h 30米易隧道进口工区超前地质预报实施方案1、编制依据、目的及适用范围1

7、.1 编制依据铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105号）关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知（铁建设2010120号）中铁四局集团有限公司隧道及地下工程超前地质预报工作管理办法的通知铁路隧道工程施工技术指南（铁建设2008176号）铁路隧道工程施工技术指南（铁建设2010241）铁路隧道工程施工质量验收标准（铁建设2003127号）成昆铁路米攀段超前地质预报等方案研讨会会议纪要成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程MPZQ-1标DK528+402.5 米易隧道设计图（第二册 成昆米攀施隧-01）1.2 编制目的为保证隧道施工安全、优化设计、信息化施工，施工

8、期间应加强施工地质工作，并实施全隧道超前地质预测预报，将其纳入正常施工工序进行管理。通过超前地质预测预报工作，核实和预测掌子面前方的地质条件，以便及时调整工程措施，确保施工安全。1、进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，进而指导工程施工的顺利进行。2、降低地质灾害发生的机率和危害程度，尤其是复杂地区隧道施工风险。3、为优化工程设计提供地质依据。4、为编制竣工文件提供地质资料。1.3 适用范围适用于成昆铁路工程MPZQ-1标管段内米易隧道进口段的超前地质预报。结合本隧道工程特点以及工程地质、水文地质条件，开展下列超前地质预测预报工作：（1）预报的重点段落及其内容：重

9、点段落为：DK525+660DK525+840及DK526+810DK527+080。重点内容：a.不同岩层性接触带的位置，接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况；b.隧道内围岩级别变化趋势。（2）预报的方法全隧道应采用以地质调查法为基础，综合物探及钻孔为主进行综合超前地质预报；针对不同地段采用地质预报方法见下表：序号里程超前地质预报方法地质调查法地震发射波法红外探测法加深炮眼（5孔）超前钻孔（2孔） 1孔取芯1DK525+660DK525+8402DK525+840DK526+7003DK526+700DK527+1604DK527+160DK527+800隧道超前预报工作以TSP方法（隧道地震

10、超前预报系统）为主，地质雷达探测为辅。其中TSP为长远距离（0150米）的预报，主要探测前方可能出现的规模较大的病害，其具体如下：a围岩级别变化及其稳定性；b掌子面前方与隧道附近岩溶发育位置、规模；c掌子面前方与隧道附近地下水的发育情况；d断层及其影响带和节理密集带的位置、规模及其性质；e. 软弱夹层（含煤层）的位置、规模及其性质；f. 风化破碎带、不良地质灾害的分布。雷达主要为中短距离的探测，探测长度在2025米以内，其具体预报长度随岩性好坏变化，岩性越差，预报长度越短。其功能基本与TSP相似，但探测精度要高于TSP，方便，快捷，无损。（3）超前地质预报的要求在地质调查的基础上，结合超前钻孔

11、的情况，利用地震波探测、地质雷达探测，对隧道的不良地质（特别是岩溶、暗河、人为坑洞等）、地质构造（特别是断层破碎带、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况）、地层岩性（特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土等）、地下水（特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层等）进行超前预测预报。提供以下成果资料：开挖掌子面前方围岩的完整性；断层：破碎带的位置、宽度、富水情况等；地下水发育的突涌水段：节理裂隙发育情况、富水情况，并分析发生突涌的可能性等；岩溶：岩溶发育情况。并通过综合分析，提出隧道开挖过程中的相应建议，为设计变更和施工方法改变提供工程地质依据，以确保隧道施工顺利进行和工

12、程施工安全。2、工程概况2.1 简介本标段隧道共0.5座，米易隧道进口端。隧道设计为单洞双线，总长度为5485m，其中我项目部经理部负责承建米易隧道进口端起讫里程为DK525+660DK527+800段长2140米；隧道进口段洞顶上方发育下石湾岩堆，规模较大，厚540米，隧道在岩堆下部通过。隧道洞身DK526+667DK527+137段位于N2 昔格达地层，地质条件较差，地层岩质软，围岩稳定性差；埋深较小、地下水发育。隧道围岩分类情况见表2.1-1。表2.1-1 隧道围岩分类表隧道名称起始里程围岩等级合计米易隧道DK525+660DK527+800137731345021402.2 地形地貌隧

13、道位于龙肘山脉中段，属于安宁河谷地貌向构造剥蚀低中山地貌过渡地段，地形起伏较大，地面高程11201430m，相对高差40310m，自然坡度535不等，局部呈陡崖状。局部地表植被一般，多为荒山，少部分垦为旱地及水田。2.3 地层岩性据地质调绘、钻探和物探揭露，隧区上覆第四系全新统滑坡堆积层（Q4del）粉质黏土及碎石土，坡洪积（Q4dl+pl）粉质黏土，碎石土,坡残积层 (Q4dl+el)，坡崩积层（Q4dl+col）弱膨胀土及粗角砾土，更新统（Qp）松软土、弱膨胀土、粉质黏土、粗圆砾土及卵石土，下伏第三系昔格达组（N2x）页岩夹砂岩，马槟榔组(TM)角闪正长岩，二叠系峨眉山玄武岩（Pe）夹辉绿

14、岩脉（Pe）等，断层角砾（Fdr）。隧道前端岩性以二叠系（Pl）玄武岩夹凝灰岩、灰岩地层为主，硬质岩，灰凝岩与玄武岩接触带岩体易坍塌；后段以泥盆系莲花曲组（Dll）砂岩、页岩夹泥灰岩为主。由于受构造影响严重，围岩级别整体较差。2.4 不良地质及特殊岩土1、不良地质本隧道不良地质主要有滑坡、坍塌、错落、危岩落石、岩堆、泥石流、顺层、放射性等。本隧道的岩性差异性较大，以玄武岩为主（局部夹凝灰岩），部分为辉绿岩、角闪长岩、页岩夹砂岩地层，侵入接触带较发育，施工中应加强施工地质工作，加强超前地质预报，并根据超前地质预报结果，及时调整相应围岩分级及工程措施，确保隧道施工安全。隧道进口上方为单坡面，地势陡

15、峻，坡顶存在玄武岩形成的陡坎，且岩体较破碎，隧道进口坡面存在危岩落石，应采取相应的防护措施。DK526+500DK527+300段滑坡极为发育，隧道埋深不大，隧道开挖应注意施工方法，避免因隧道坍顶而引起滑坡体复活。2、特殊岩土隧道特殊岩土主要是软土及松软土、膨胀性岩土及第三系昔格达（N2x）地层。 = 1 * GB3 软土、松软土本管段的松软土，在丘间槽谷、堰塘、水田浅表层广泛分布，具有高压缩性、孔隙大 、天然含水量高、力学性质差的特点。 = 2 * GB3 膨胀（岩）土米易隧道进口膨胀土以弱膨胀土为主，少部分具中等膨胀性。隧道开挖应短进尺、强支护、快速施工，加强排水，预防围岩变形、坍塌。 =

16、 3 * GB3 第三系昔格达（N2x）地层隧道洞身DK526+900DK527+030段穿越昔格达（N2x）地层深埋段，隧道开挖于该地层易产生洞顶及洞壁掉块、坍塌甚至坍顶等危害，隧道施工宜采用“小断面，短进尺，快循环，弱爆破，少扰动，紧封闭”的掘进方法，加强初期支护，紧跟衬砌，以防止和减轻因坍塌所造成的灾害。2.5 水文地质特征隧区内地表水该区主要为沟水，水库水及少量水田水，水量随季节性变化较大，沟水旱季水流较小，雨季流量较大，受大气降水补给，以蒸发及地下径流等形式排泄。地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水，多以渗流形式往低洼地带排泄，主要受大气降水和地表水补给。基岩裂隙水主要 赋存于二叠

17、系峨眉山玄武岩、灰绿岩及马槟榔组角闪长岩内，隧区安宁河切割较深，少见泉眼出露，地下水多以渗流的形式于深切沟槽地带出露，地下水位埋深525m，最大达50m以上。据区域水文地质资料，泉点水涌量为0.1428.88L/s，属于富水至中等富水含水岩组，隧道开挖中加强防排水措施。隧道涌水量预测，根据现场调查及区域资料，隧址区内出水点主要节理密集带，隧道洞身沟槽浅埋段及侵入岩接触带，含水量不均匀，多以股状流出，局部会产生涌水。根据含水岩组的划分，结合地形、地貌特征，分别采用降水入渗法，地下水动力学法进行对比计算。综合分析，预测隧道正常涌水量为1.45104m3/d,雨季最大涌水量1.74104m3/d。2

18、.6 地震动参数区别本区的全新世活动断裂与历史强震活动关系密切。在近场区展布 的 3 条全新世活动断裂中，安宁河断裂、则木河断裂在历史时期均曾发生过 M6级以上的地震，其中包括 3 次M7地震，且这3次M7地震中均发生在近场区内，其中，最大地震为1850年和1536年的两 次7级地震；沿程海宾川断裂发生的永胜 M7级地震。最近一次地震事件为 2008 年攀枝花 6.3级地震。根据中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001）及四川赛思特科技有限责任公司成昆线攀枝花米易铁路区域性地震区划 报告（2011 年 8 月），隧区地震峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s。2.

19、7 气象特征本管段线路走行在攀枝花市米易县境内，属南亚热带北温带的多种气候类型，被称为“南亚热带为基带的立体气候”，具有夏季长、四季不明显，干、雨季分明，昼夜温差大、气候干燥、降雨量集中、日照多（全年 2300 至 2700 小时），太阳辐射强（578 至 628 千焦平方厘米），蒸发量大、小气候复杂多样等特点。年平均气温 20.9，是四川省内年平均气温和总热量最高的地区，一般最热月出现在 5 月，最冷月出现在 12 月。6 月上旬至10月为雨季，11月至翌年5月为干季，无霜期300天以上。3 工程重难点分析遇到重点、难点工程，在确保工程施工进度和施工安全的同时，进行综合超前地质预报，主要用以

20、下几种方法结合预报：a地质素描：根据隧道内地质素描的结果，验证、调整地质复杂程度分级和超前地质预报方案。b物探探测：根据现场地质条件，可采用弹性波发射波法进行长、中、短距离探测；辅以高分辨直流电法、红外探测、地质雷达法等物探方法进行长、中、短距离。c超前地质钻探：根据地质复杂程度分级、隧道内地质素描、物探异常带进行超前地质钻探验证，在钻探时预报小组必须派专人对施工单位超前钻孔旁站d加深炮孔探测：遇到有地质异常区域，应适当的加深炮孔，使预报准确度大大提升。在重点、难点工程上组织经验丰富的老地质专家进行现场调查，项目负责人全权现场进行监督，并通过各种方法互相验证，使得预报成果能够准确知道隧道开挖稳

21、定性的评价，为设计变更和施工方法改变提供工程地质依据，以确保隧道施工顺利进行和工程施工安全。4 施工进度计划超前地质预报工作，根据隧道开挖进度、预报方式、预报长度来确定预报工作的频率。根据建立的超前地质预报台帐及时提醒超前地质单位进场进行超前地质预报工作。超前地质预报工作主要是预知前方地质情况，为隧道开挖安全提供保障。超前地质预报和隧道开挖工序进度计划一致。超前地质预报工作期间：拟定 2014年6月1日2016年9月30日。5 超前地质预报施工工艺5.1 工艺流程综合超前地质预报工艺流程如图3-1所示：（1）研究既有资料，制定预报方案应研究既有区域地质、工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达

22、到对整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识，可溶岩分布情况、构造发育情况、地表水系发育情况、当地最低侵蚀基准面标高、岩溶大概发育几层、每层大概标高、哪一层对工程影响最大等。通过对这些资料的分析和把握，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省有限预报资源的目的。图5.1-1综合超前地质预报工艺流程图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

23、、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等。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，发生突水突泥的可能性较小。D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。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、TSP隧道地震波反射法、地质雷达、红外探测、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TSP和一种或几种短距离物探方法相结

24、合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。B级预报：采用地质分析法、TSP，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件较复杂时，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TSP进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。D级预报：采用地质分析法。在岩溶发育的灰岩地区，由于岩溶发育的复杂性，应采用A级预报方式。（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

25、预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示的情况进行不断的修正。地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。（3）中长距离预报中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP、深孔水平钻探等对掌子面前方30200m范围内的地质情况作进一步的预报，如溶洞、暗河的位置、规模、充填情况等作较为详细的预报。在复杂地段应增加TSP预报次数，TSP每次预报有效长度100m左右，需连续预报时前后两次应重叠20m以上，以便前后两次重复地段对比分析，另随着预报距离的增大，地质异常带的位置和宽度误差也在增大。（4）短距离预报短距离预报是在中长距离预报的基础上采用

26、掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，比如掌子面前方30m范围内有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及岩溶发育情况等，对以上判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进行钻孔验证。5.2 超前地质预报方法隧道施工超前地质预报以地质分析（地质调查、地质素描、几何作图、块体坐标作图、赤平投影作图）、TSP长距离探测、红外探水、地质雷达超前探测手段贯通为主；褶皱核部及其它地质异常地段，采用超前地质钻孔验证；泥灰岩地段，根据开挖揭示岩溶发育程度，必要时采用地质雷达检底。具体方法如表5.2-1。表5.2-1 隧道施工超前地质预报方法序号隧道内容隧道里程段合计1地质调查（

27、平方公里）隧道中线两侧各5001000m，进口各延伸200m2地质素描（米）全隧道24103TSP（次）全隧道204红外探水（次）全隧道865地质雷达超前探测（次）全隧道866超前地质钻孔（延米）二孔5357地质雷达检底（测线米）视需要5.2.1 地质调查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，为隧道超前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口及隧道中线两侧各5001000m的范围。3、调查内容 = 1 * GB3 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

28、度、风化程度等。 = 2 * GB3 地质构造主要调查断层、破碎带及节理裂隙特征。断层的产状、性质、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。 = 3 * GB3 不良地质主要调查隧址内滑坡的性质、规模、以及对隧道的影响。采空区的分布、规模及巷道充填情况。 = 4 * GB3 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。5.2.2 地质素描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，它是地质调查的细化和补充，结合勘察和地质调查

29、取得的地质资料，通过地质分析，可以预测隧道前方地质情况。1、素描内容 = 1 * GB3 地层岩性地层地质时代、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。 = 2 * GB3 地质构造断层破碎带宽度、破碎带的成分及胶结程度、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙特征节理裂隙的组数、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。 = 3 * GB3 不良地质滑坡体的性质及对隧道的影响。采空区巷道充填情况以及与隧道的关系。 = 4 * GB3 地下水的特征出水点位置、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、

30、岩溶、暗河等）的关系；与地表相关气象、水文观测；洞内涌水与地表径流、降雨的关系；必要时进行水样分析。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、资料提交对拱顶和左右边墙进行素描、数码摄像，绘制地质展示图（60m/张）。图3.2.2-1技术人员测量水压5.2.3 TSP203+超前地质预报TSP203+超前地质预报系统采用瑞士安伯格公司生产的TSP203隧道地质超前预报系统，是专门为隧道和地下工程超前地质预报研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

31、前方较长范围内的地质情况，它弥补了传统地质预报方法只能定性不能定量预报的缺陷，为更准确进行超前地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具。它不仅可以及时地预测预报隧道前方工程地质条件，为隧道施工工艺制定提供依据，从而加快施工进度，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害发生的危险性，为隧道施工提供安全保障。但在应用中，要充分考虑其边界条件，即：被探测物有足以使地震波反射的界面，而且这个界面的法线与隧道轴线的夹角越小效果越好；探测岩溶时，岩溶应有一定延伸，形成界面，否则探测效果不好；另外探测效果还与溶槽洞穴的发育状态有关；探测的分辨率与探测深度成反比，与探测目的物的体积成正比，物探称之为洞径比，即探测

32、深度与被探测物的直径之比，一般洞径比大于20时分辨率严重降低。 TSP203+每次可探测100150m范围的地层状况，可以满足长距离超前地质预报的要求。为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖100m140m预报一次，重叠部分(不小于10m)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 TSP203+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。人工制造一系列有规则排列的轻微震源，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

33、层破碎带界面等）被反射返回的地震波数据（如图5.2.3-2）。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。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

34、。图图5.2.3-1 TSP203+ 原理图地层或断层入射波前反射波前震源检波器检波器隧道图5.2.3-2 TSP203隧道超前预报原理图2、设备采用TSP203+超前地质预报系统，系统主要组成（见图5.2.3-3）： = 1 * GB3 记录单元：12道，24位A/D转换，采样间隔62.5s和125s，最大记录长度为1808.5ms，动态范围120dB。 = 2 * GB3 接收器（检波器）：三分量加速度地震检波器，灵敏度为1000mV/g5%，频率范围为0.55000Hz，共振频率9000Hz，横向灵敏度1%，操作温度065。 = 3 * GB3 TSPwin软件：数据采集和处理集于一体。

35、图5.2.3-3 TSP203+设备全图3、测线布置 + 隧道轴线 掌子面 深度 20m 炮孔1、224接收器1 参考点 _方位角 方位角 X X -Y图5.2.3-4 TSP203测线布置示意图 = 1 * GB3 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：4250mm/孔深2m。布置：沿轴径向（方向垂直侧壁），用环氧树脂固结，向上倾斜10左右。高度：离地面约11.5m。 = 2 * GB3 炮孔位置：在隧道的右边墙。第一个炮孔离接收器1520m，其余炮孔间距为1.5m。在安排打孔是需要注意的是，在打孔的那一侧的边墙上尽量选取没有避

36、车洞、没有较大溶洞发育的一侧，以利于数据优化，便于波的传递与接收。最后一个炮孔尽量靠近掌子面。数量：24个直径：4250mm /孔深1.52.0m。布置：沿轴径向，向下倾斜1020（激发时水封填炮孔）。高度：离地面约11.5m。4、数据采集与分析TSP203+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。 = 1 * GB3 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5.2.3-5。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

37、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5.2.3-5 TSP203+洞内数据采集部分示意图图5.2.3-6 技术人员正在洞内采集数据 = 2 * GB3 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

38、-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。分析原则在成果解释中，以P波剖面资料为主对岩层进行划分，结合横波资料对地质现象进行解释，并遵循以下准则：a、正反射振幅表明硬岩层，负反射振幅表明软岩层；b、若S波反射较P波强，则表明岩层饱含水；c、Vp/Vs(纵横波速度比)增加或（泊松比）突然增大，常常由于流体的存在而引起；d、若Vp下降，则表明裂隙或孔隙度增加。通过TSPwin软件处理，可以获得P波、SH波、SV波的

39、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、提交资料资料处理流程如下：原始数据软件计算得到时间、深度剖面提取参数地质解释误差分析原始数据软件计算得到时间、深度剖面提取参数地质解释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（检测报告应准确、完整，数据应真实、齐全。内容应包括:报告编号、检测日期、检测人员、检测方法、采用的仪器和设备、工作布置和工作量、现场检测原始记录、资料处理和解释、结论等），报告一般包括如下内容： = 1 * GB3 工作概况 = 2 * GB3 探测的方法、设备及原理 = 3 * G

40、B3 测线布置 = 4 * GB3 对测试结果的初步分析 = 5 * GB3 结论TSP报告中应附的成果图表： = 1 * GB3 现场数据记录表：测网布置平面图，含测线位置、方向和里程等； = 2 * GB3 掌子面素描情况（照片） = 3 * GB3 掌子面前方岩性、软弱层的位置、超前探测断层破碎带的位置、宽度等；超前探测岩溶洞穴的位置、大小、充填情况，预报富水带的具体位置。6、与隧道施工工序衔接打炮孔和接收器孔可与隧道施工平行作业，由隧道开挖班组完成，届时预报单位以工程联系单形式书面就钻孔的孔位、孔深、倾斜等具体要求与隧道开挖班组联系。为洞内数据采集接收信号时减少噪音，一般要求45分钟左

41、右短暂停工。7、预报范围一般预报距离为150m，在地质情况同复杂地段，如岩溶发育、断层、煤层采空区、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120m考虑。5.2.4 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

42、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（1）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。 （2）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。（3）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。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

43、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， 2025m探测一次，重叠部分对比分析。5.2.5 地质雷达探测在隧道未进洞前，TSP不具备检测条件，隧道超前地质预报需要掌子面雷达检测3次。每次预报长度2025m。1、基本原理本次探测采用了美国GSSI公司生产的SIR-2000和SIR-20型探地雷达，配置主频为100MHz的天线。地质雷达探测的基本原理是：雷达发射天线向掌子面正前方连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体（介电常数和电导率不同）时即发生反射波和透射波。接收天线接收反射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成实时的

44、时间剖面。根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质。图5.2.5-1 地质雷达探测原理示意图2、预报目的作为TSP203+超前地质预报的补充，在可溶岩地段对TSP203+预报的异常点采用地质雷达进行补充探测，进一步确定异常体的规模、性质等；同时，在岩溶发育地段中，必要时采用地质雷达对隧道底板进行隐伏岩溶探测。3、预报方法 掌子面超前探测采用美国GSSI生产的SIR20，配置100MHz的天线，地质雷达作为TSP203+超前地质预报的补充。探测的具体布置根据TSP203+的预报结果确定，测线主

45、要布置在掌子面上，具体测线布置以现场具体情况为准，以达到辅助TSP预报的目的。一般情况下，掌子面雷达测线通常布置为“井”字形或“十”字形。 隧底探测岩溶发育地段，必要时在隧底布置23条平行测线。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、成果资料雷达反射波反射的强弱取决于相应介质的相对介电常数的差异，差异越大，反射系数越大。空气、水以及灰岩的相对介电常数分别是1、81、67，三者之间均有一定的差异。从理论上讲，界面反射信号的强弱是

46、判读空洞的依据，反射波相位与直达波相位的关系是判读含水界面的依据。根据被探测介质物理特性，选择合适的相对介电常数。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。5.2.6 超前地质钻孔超前地质钻

47、孔是对TSP203+预报和地质雷达探测等手段探测到的不良地质体的验证确认。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。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1020小时。为了尽可能减少对隧道施工的干扰，超前地质探孔施工中风水电及施工作业台架、台架运移轨道及钻机台板，钻机通常需要放在专用的钻机台车上，把钻机台车直接拖到掌了面，

48、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。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35小时）。2、钻进方式在含煤地段，禁止采用冲击钻进，应采用湿式取芯钻进；其它地段采用MK1250全液压钻机钻进。3、钻孔数量及深度在一般地段每循环钻1个孔，在岩溶段、富水段、采空区可根据需要钻23孔，遇到特大异常（高水压、高瓦斯等），钻孔可增至35孔，深度3050m，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）；揭示岩溶时，应适当增加，以满足安全施工和溶洞处理所需资料为原则。施钻深度满足设计要求并经现场技术

49、人员确定签认后方可停钻。循环预报搭接长度以38m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5.2.6-1，钻孔参数见下表。2121图5.2.6-1 掌子面钻孔布置图掌子面超前钻孔布置图的钻孔参数孔号水平角()竖直角()孔深(m)1左偏5上仰330402右偏5下俯330405、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

50、，进行动态观测。、编写钻探报告。5.2.7 综合地质分析综合地质分析中，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、红外探水和地质雷达等手段预报，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、红外探水和地质雷达

51、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、综合的地质预报方法为隧道施工提供了更准确的地质资料，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

52、）、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。5.2.8 成果资料签认、反馈及措施建议1、预报成果资料及时签认地质工程师对TSP、地质雷达、红外探水及超前探孔等超前预报工作结束后，立即对预报结果分析后形成准确的分析报告，所形成的报告必须有施做人员签字，并经驻地监理工程师签字确认，当天形成最终成果报告，但若预报发现地质情况发生变化很大，或预报有断层、突泥涌水等不良地质情况的可能时，应立即以口头或书面的形式向项目经理部、监理单位及设计单位报告。2、预报成果资料及时反馈当TSP、地质雷达

53、、红外探水及超前探孔等最终地质预报报告形成后，应立即提交给工区项目经理部、监理单位及设计单位，并积极参与不良地质地段工程措施的研究，从地质角度提出意见。3、施工措施建议 当预报前方有断层破碎带、溶洞或其它不良地质情况时，应根据不良地质情况可能产生的灾害后果采取全面必要的安全支护措施，如采取大管棚、小导管、注浆等超前支护，开挖后及时锚喷封闭，加密格栅拱架等行之有效的安全措施，消除地质隐患，保证施工安全。 当预报前方有突泥涌水时，应配备足够的防排水设备及施工人员的逃生安全设备，如救生圈、救生管道，必要时候可设置安全防水门，并应有安全预警设备及预警人员，24小时进行安全监测。4、竣工资料成果报告隧道

54、全部贯通3个月内提交成册的最终成果报告，组成如下： = 1 * GB3 地质纵断面图 = 2 * GB3 地质展示图（1：200）； = 3 * GB3 超前地质钻孔报告； = 4 * GB3 TSP203+超前地质探测报告； = 5 * GB3 红外探水报告； = 6 * GB3 地质雷达超前探测报告； = 7 * GB3 利用其他手段进行超前探测的报告。6、 资源配置计划6.1 劳动力计划超前地质预报工作的产品为文字、图表报告，属技术服务行列，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、红外探测、TSP203仪器的探测、钻孔岩芯、岩粉的鉴定及孔内

55、情况的监测，但这需要复合型专业人才，一般情况下若几样预报手段同时进行，还需要各负其责。本项目超前地质预报人员组成如下：设超前地质预报项目负责人1名。TSP203预报组：负责实施TSP203预报工作，设组长1名，工程师1名，爆破工1名，技工1名。地质雷达组：负责实施地质雷达探测工作，组长1名，工程师1名，技工3名。超前水平钻探：设队长2人，班长2人，钻探工6人，技术人员2人。钻探人员配备是按1个工作面三班倒进行超前钻考虑的。地质素描及红外探测组：负责地面调查、隧道地质编录和描述、超前钻孔的布置和编录、红外探测的实施、提出最终预报成果和工程措施建议，地质工程师1名。考虑到资源利用最大化，上述各项工

56、作技术人员可以交叉任职。施工人员组织安排如表6.1-1所示。表6.1-1 人员组成及职责工 种人 数职 责技术人员工人地质素描2无负责地质素描及地质资料的编制TSP203仪器的探测21名爆破工，1名技工负责TSP203现场数据的采集和室内数据的分析及预测报告的编写红外探测2无负责红外探测现场数据的采集及室内数据的分析、预测报告的编写地质雷达23负责地质雷达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36人/（班钻机）负责钻机、钻孔定位、施钻，岩心、岩粉的鉴定、孔内情况的观测及钻孔柱状图的绘制、钻孔报告的编写地质综合判析12无负责对以上预报资料归纳、分析、对比，提出预报结论，指导

57、施工，并对以上各预报手段提出下步工作计划。6.2设备计划表6.2-1 主要机具设备仪器表项目名称设备仪器名称型 号性 能数 量地质素描地质罗盘普通型能测岩层、构造面产状视需要TSP203预报TSP探测仪TSP203能探测100m以上1台红外探测红外探测仪HY303防爆型能探测30m范围1台地质雷达探测地质雷达CR20B型探地雷达或其它能探测2030m范围1台超前钻探水平钻机MK5全液压钻机或其它钻孔深度30300m视需要YQ100F风动钻机或其它钻孔深度30m以内汽车依维柯客货两用车1照相数码相机1资料整理计算机1资料打印打印机16.2 TSP203材料计划序号材料名称单位数量备注1瞬发电雷管

58、（1段）发24每次TSP203配套材料2乳化炸药Kg23锚固剂箱237 施工安全保证措施7.1 组织保证措施由于隧道施工风险大，超前地质预报工作尤为重要。地质素描、超前水平钻探有我工区自行检测，TSP、地质雷达、红外探测等相对复杂的探测由业主委托北京祥瑞检测（附资质证书）中心来完成。针对这种情况，我隧道工区将超前地质预报界定为关键工序，纳入隧道施工工序管理，编制专项施工方案、组织人员进行培训。工区成立了专门的超前预报小组，小组成员由项目总工任组长，工程部长对超前地质预报工作进行督促落实，并将预报资料与现场实际开挖的地质情况进行对比，具体操作、数据收集人员由工程部技术主管、外委方人员组成。超前预报资料整理出来后，及时上报到经理部主管领导、项目总工和各分管领导处