新建铁路隧道超前地质预报实施方案

新建xx铁路xx隧道超前地质预报实施方案复核：审批：xxxx

目录TOC\o"1-2"\h\z\u4526第一章编制依据 127393第二章工程概况 129461.地理位置与工程范围 1225942.地形地貌 13108第三章工程地质及水文地质 1295111.工程地质 15032.水文地质 325682第四章隧道主要地质问题 5168771.不良地质与特殊岩土 5192661.1特殊岩土 5307881.2危岩、落石 5184131.3炭质页岩 5327271.4岩溶 588562.隧道工程地质条件评价 6238822.1隧道地质条件分析与评价 6320022.2隧道辅助工程工程地质条件分析与评价 7175082.3围岩分级 730926第五章施工超前地质预报实施方案 103291.施工超前预报目的 10262092.施工超前地质预报工作执行的规程、标准、指南 10113793.施工超前地质预报工作原那么及方案 10264624.施工超前地质预报工作流程 1219565.隧道施工超前地质预报关键技术问题的对策 142673第六章施工超前地质预报方法 1748931.地面调查 17210022.地质素描 1797003.TSP超前地质预报 19261504.地质雷达 25268465.红外线探水 26290396.超前地质探孔 27215047.综合地质预报 30276948.成果资料 311525第七章隧道预计工作量 3227613第八章施工超前地质预报资源配置 35209561.组织机构 3511312.人员配置 35317573.投入的仪器设备 3628774第九章质量管理体系及质量、平安、进度保证措施 3697431.建立超前地质预报的质量管理体系 3681022.思想保证措施 37110363.制度保证措施 3721014.超前地质预报的质量保证措施 38312095.超前地质预报的平安保证措施 38131866.超前地质预报的进度保证措施 397564第十章超前地质预报与隧道施工方案的衔接与配合 3946421.正常施工进度的衔接和配合 39303892.施工方案调整时的衔接和配合 39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?。工程概况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。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。工程地质及水文地质工程地质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：第四系新统〔Q4〕粉质粘土〔Q4a11Q4d11Q4p11〕: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，δ0=80～120kPa.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，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，δ0=400kPa；弱风化，IV级软石，δ0=550kPa。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，δ0=500kPa，弱风化，V级次坚石，δ0=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，δ0=500kPa，弱风化，V级次坚石，δ0=1000kPa.(5)远古界五强溪组〔Ptbnbw〕砂岩〔PtbnbwSs〕: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，δ0=500kPa，弱风化，V级次坚石，δ0=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，δ0=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，δ0=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°。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、降水充分。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。隧道主要地质问题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0~2m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。洞身通过大局部岩性为石英砂岩，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。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936m3/d，最大涌水量为2809m3/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1263m3/d，最大涌水量为6317m3/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190m3/d，最大涌水量为570m3/d。施工超前地质预报实施方案1.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，保证隧道施工平安；〔3〕为隧道动态设计和信息化施工提供根底资料，使隧道设计施工更科学、平安和快捷；〔4〕为编制竣工文件提供地质资料、为隧道长期平安运营提供根底资料。2.施工超前地质预报工作执行的规程、标准、指南?铁路隧道施工地质超前预报技术指南?铁建设[2021]105号?铁路工程地质勘察标准?TB10012-2007J126-2007?铁路工程不良地质勘察规程?TB10027-2001J125-2001?铁路工程特殊岩土勘察规程?TB10038-2001J126-2001?铁路工程水文地质勘察规程?TB10049-2004J339-2004?铁路工程物理勘探规程?TB10015-2004J340-2004?铁路工程地质钻探规程?TB10016-98?铁路工程抗震设计标准?GB50111-2006?岩土工程勘察标准?〔BG5002—2001〕?中国地震动参数区划图?〔GB18306—2001〕?铁路隧道设计标准?〔JB10003—2005〕3.施工超前地质预报工作原那么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那么，其原那么是：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，此原那么是在超前地质预报施工图纸的根底上进行。长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它根底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根底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根底上采用掌子面素描、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钻孔验证。根据以上原那么，制定具体预报方案如下：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。洞内地质素描：对隧道全段〔包括正洞和横洞〕，进行地质素描。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。对隧道进行贯穿性探测。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。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穿性探测。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.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那么，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根底、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〔外表地质雷达〕相结合的预报体系。其流程见图5-1：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根底、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〔外表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：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根底、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〔外表地质雷达、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：图5-3重点预报工艺流程图图5-3重点预报工艺流程图5.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。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穿性探测，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，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〞。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，否那么易引起火灾或爆炸〕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平安条例及规程。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。图5-6瓦斯预报程序框图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。地面调查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。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。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。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，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。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。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根底上，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。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。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。TSP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平安保障，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，重叠局部(不小于20m)比照分析，每次探测结果与开挖揭示情况比照分析。预报原理图6-1TSP原理图地层或断层图6-1TSP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设备采用TSP203plus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62.5μs和125μs，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6-2TSP设备全图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：φ45-45mm/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。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局部。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局部组成。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6-3TSP洞内数据采集局部示意图图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波别离→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。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。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。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①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。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。红外线探水根本原理在隧道中，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。枯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。红外线探水的特点优点：测量快速，根本不占用施工时间；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。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。图6-7技术人员对隧洞进行红外线探测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。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，重叠局部比照分析。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确实认。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。图6-8超前探孔现场施工图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。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〕。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。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前方可停钻。循环预报搭接长度以3～8m岩盘为宜，以此做平安储藏及止浆岩盘。钻孔布置及其参数钻孔布置见图下列图，钻孔参数见表2：掌子面超前钻孔布置图52掌子面超前钻孔布置图52134756掌子面超前钻孔布置图2212134掌子面超前钻孔布置图4掌子面超前钻孔布置图3213掌子面超前钻孔布置图11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330～602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330～602右偏5上仰330～6030030～60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330～602右偏5上仰330～603左偏5下俯330～604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330～602右偏8上仰330～603左偏8030～604右偏8030～605左偏8下俯330～606右偏8下俯330～6070030～60表3掌子面超前探孔参数表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：①、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。②、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。③、编写钻探报告。综合地质预报综合地质预报中，常规地质预报是地质预报的根底，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，到达细化和补充的作用，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，无法到达定量。在此根底上通过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，从而到达量化效果，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、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，为隧道施工提供更平安的保障。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。成果资料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工程部报告，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。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工程部提供相应资料。最终成果报告隧道全部贯穿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。隧道预计工作量预报手段预报里程隧道长度〔m〕单位预报数量说明总量(m)备注地质素描DK249+480～DK256+1446664m66647449HDK0+000～+785785m785TSP探测DK249+480～DK256+1446664次67预报100～120m/次74约8710米HDK0+000～+725725次7地质雷达DK249+480～DK253+1783698次148可溶岩发育段，每次30m，下循环搭接5m。184DK253+620～DK253+750130次5HDK0+000～+785785次31红外探测DK249+480～DK253+1783698次148可溶岩发育段，每次30m，下循环搭接5m。184约5480米DK253+620～DK253+750130次5HDK0+000～+725725次31超前钻探DK249+480～DK249+620140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。732包含搭接长度的钻探累计工作量约21000米。设计按Φ76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。DK249+620～DK251+0551435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+744689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5mDK251+744～DK252+220476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。DK252+220～DK252+620400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+178558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+070450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+736261孔30软质岩层发育段，富水地段，3孔钻进，每循环钻30m，下循环搭接长度为5m。HDK0+000～+565565孔46岩溶弱发育段，富水地段，2孔钻进，每循环钻30m，下循环搭接长度为5m。HDK0+565～+785220孔36岩溶弱发育段，富水地段，4孔钻进，每循环钻30m，下循环搭接长度为5m。加深炮孔探测DK249+480～DK249+620140m1890岩溶中等发育段，富水地段，10孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。56930设计按5～8米每循环进行钻探，包含搭接的累计工作量约56930米。DK249+620～DK250+160540m4380岩溶中等发育段，富水地段，6孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK250+160～DK250+420260m2810岩溶中等发育段，富水地段，8孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK250+420～DK251+055635m5130岩溶中等发育段，6孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK251+055～DK251+744689m7450断层破碎及其影响带，富水地段，8孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK251+744～DK252+220476m3860岩溶中等发育，富水地段，6孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米DK252+220～DK252+620400m5400岩溶中等发育段，富水地段，10孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK252+620～DK253+178558m6030地层不整合接触及其影响带，富水地段，8孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK253+178～DK253+620442m2790洞身浅埋段，富水地段，5孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK253+620～DK254+070450m2430洞身浅埋段，富水地段，4孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK254+070～DK255+4751405m5690软质岩层发育段，富水地段，3孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK255+475～DK255+736261m2120软质岩层发育段，富水地段，6孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。DK255+736～DK256+144408m1650软质岩层发育段，富水地段，3孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。HDK0+000～+785785m5300岩溶弱发育段，富水地段，5孔钻进，加深炮孔长度不小于5米,每循环搭接不小于3米。施工超前地质预报资源配置该标段隧道众多，存在的工程地质问题有岩溶、涌水突泥、断层破碎带、膨胀土、松软土、浅埋等，地质条件复杂，地质因素可能严重危及施工平安，制约工期。为确保该隧道按期优质建成，地质工作十分重要。为此，成立隧道超前地质预报组，对隧道施工进行全过程监控指导，确保地质预报工作的准确性。组织机构沿线各隧道的地质条件异常复杂，为了更好地完成超前地质预报工作，并根据我单位超前地质预报工作的经验，特成立专职的超前地质预报组，由经验丰富的地质、物探技术人员组成，配备先进的地质、物探设备。超前地质预报工作组织机构见图8-1“隧道施工超前地质预报工作组织机构〞。地质组雷达探测地质组雷达探测TSP超前探测地质编录地质调查红外线探水物探组超前地质预测预报工程部图8-1隧道超前地质工作组织机构人员配置地质预报组负责人：1人工程总工程师：1人地质工程师：3人TSP主管工程师：1人雷达主管工程师：1人TSP爆破工：1人司机：1人投入的仪器设备表8-1仪器设备及型号一览表序号仪器设备及型号数量产地1TSP地震反射波探测仪1台瑞士2红外探水仪HW-3041台北京3数码照相机Canon1部中日合资4MALA-X3M地质雷达1台瑞典5台式电脑联想1台北京6笔记本电脑联想3台中国7打印机Canon1台中日合资8扫描仪明基1台中国9越野车北汽路霸1部郑州10地质罗盘3部哈尔滨质量管理体系及质量、平安、进度保证措施建立超前地质预报的质量管理体系为实现xx铁路武