专项方案-超前地质预报实施方案

新建铁路西安至成都客运专线XCZQ-3标段隧道超前地质预报专项方案PAGE57-新建铁路西安至成都客运专线XCZQ-3标段隧道超前地质预报专项方案新建铁路西安至成都客运专线XCZQ-3标段隧道超前地质预报专项方案1-目录第1章编制依据 -1-第2章XCZQ-3标段隧道概况 -2-2.1线路地理位置和路径 -2-2.2沿线隧道分布及概况 -2-2.2.1范家沟隧道 -2-2.2.2鲁家湾隧道 -3-2.2.3杨家湾隧道 -3-2.2.4罗家坪隧道 -3-2.2.5碉堡梁隧道 -4-2.2.6郑家沟隧道 -4-2.2.7彭家湾隧道 -4-2.2.8曹家湾隧道 -5-2.2.9夏家湾隧道 -5-2.2.10石梯子隧道 -6-2.2.11芋儿沟隧道 -6-2.2.12沙溪坝隧道 -6-2.2.13仙女岩隧道 -7-第3章超前地质预报的总体原则 -10-3.1开展综合超前地质预报的必要性 -10-3.2超前地质预报的内容 -10-3.3实施原则 -11-3.4综合超前预报总体方案 -12-3.4.1预报分级 -12-3.4.2各隧道主要预报方案 -12-3.5综合超前预报的工作流程 -17-3.6超前地质预报频率 -17-第4章TSP超前地质预报实施方案 -19-4.1TSP法检测原理 -19-4.2检测仪器简介 -20-4.3探测方法 -21-4.4测线布置 -22-第5章TRT超前地质预报实施方案 -24-5.1TRT超前地质预报基本原理及采用的仪器 -24-5.1.1TRT法基本原理 -24-5.1.2采用的仪器 -26-5.2TRT物探预测方法 -27-5.2.1传感器的安装 -27-5.2.2震源布置 -29-6.2.3藕合要求 -29-6.3处理结果解释与评估 -29-第6章瞬变电磁仪超前地质预报实施方案 -31-6.1瞬变电磁仪测试原理 -31-6.2采用的仪器 -32-6.3现场工作方式 -33-第7章地质雷达超前地质预报实施方案 -36-7.1地质雷达检测原理 -36-7.2检测仪器简介 -37-7.3测线布置 -38-第8章红外探水实施方案 -40-8.1红外探水原理 -40-8.2采用的设备 -40-8.3实施方案 -41-第9章超前水平钻孔 -46-9.1基本原理 -46-9.2采用的设备及技术参数 -46-9.3实施方案 -47-9.4地质编录 -50-9.5涌突水探测 -52-第10章超前地质预报报告提交 -54-第11章施工安全及质量保证措施 -55-11.1超前地质预报安全保证体系工作制度管理 -55-11.2质量保证体系工作制度管理 -55-第1章编制依据(1)《铁路隧道超前地质预报技术指南》(2)《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009J971-2009）(3)《铁路隧道工程施工技术指南》(4)相关隧道设计资料采用现行最新的规范和标准以及国家或行业其他测量规范、强制性标准。

第2章XCZQ-3标段隧道概况2.1线路地理位置和路径西成客专位于陕西省和四川省境内，新建线路北起西安枢纽，向南经户县，越秦岭后，经洋县至汉中，经宁强越大巴山后入川，经广元市、剑阁县、青川县后进入江油市，接入在建的成绵乐铁路客运专线，线路全长508.773km，其中，陕西境内西安北至陕川界线路长342.937km；四川省境内川陕界至江油线路长165.836km。新建铁路西安至成都客运专线西安至江油段（四川省境内）XCZQ-03标，正线范围里程为DK401+146～DK431+660，全长30.295km，包含13座隧道、约占线路长度的50%。2.2沿线隧道分布及概况本标段隧道从范家沟隧道（DK401+146～DK402+246.1）引出，经鲁家湾隧道、杨家湾隧道等，至仙女岩隧道（D3K425+953～DK431+590.8）结束，全线13座隧道共长15002.9m，其中仙女岩隧道为本标段最长隧道，全长5633m。表2.2-1XCZQ-3标正线隧道统计表区间分段分类标准隧道座数长度(m)合计（m/座）区段占比XCZQ-3标正线L≤1km73352.515002.9/1350%1km<L≤2km560173km<L≤10km556范家沟隧道隧区地表上覆第四系全新坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石角砾，分布于隧区缓坡地带，厚0～2m；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质及砂质结构，泥、钙质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解，失水收缩开裂等特性，砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质及钙质胶结，中厚～厚层状，质稍硬，具相变性，全风化带厚2～4m，可见原岩结构，岩体风化呈土状；强风化带厚2～8m，节理裂隙发育，质较软，以下属弱风化，属Ⅳ级软石。地下水主要为基岩裂隙水，隧区不良地质为顺层，未见特殊岩土。隧区位于川西北油气田区，隧道较长，设计为低瓦斯隧道。2.2.2鲁家湾隧道隧区地表上覆第四系全新坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石角砾，分布于隧区缓坡地带，厚0～2m；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质结构，泥质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解、失水收缩开裂等特性，局部为泥质粉砂岩，砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质胶结，中厚～厚层状，质稍硬，厚度变化大，全风化带厚0～6m，强风化带厚2～6m，以下属弱风化，属Ⅳ级软石，其中部分砂岩属Ⅴ级次坚石。地下水主要为第四系孔隙潜水与基岩裂隙水，隧区不良地质为顺层，未见特殊岩土。隧区不良地质为顺层，未见特殊岩土。2.2.3杨家湾隧道测区地表上覆第四系全新坡洪积层松软土，黑灰色，软塑状，土质较纯，含黄褐色铁锰质斑点。分布于测区的沟洼地带和鱼塘内，厚0～2m，属Ⅱ级普通土，不宜做填料；坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石角砾。分布于测区缓坡面上，厚0～2m，属Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质及砂质结构，泥、钙质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解、失水收缩开裂等特性，砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质及钙质胶结，中厚～厚层状，质稍硬。全风化带厚0～4m，可见原岩结构，岩体风化呈土状，属Ⅲ级硬土；强风化带厚0～8m，节理裂隙发育，质较软，属Ⅳ级软石；以下属弱风化，属Ⅳ级软石。地下水主要为第四系孔隙潜水与基岩裂隙水，测段不良地质为有害气体、顺层，特殊岩土为沥青、松软土。2.2.4罗家坪隧道隧区地表上覆第四系全新统坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石、角砾。分布于测区缓坡上，厚0～2m，属于Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质结构，泥质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解、失水收缩开裂等特性，局部为泥质粉砂岩，砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质胶结，中厚～厚层状，质稍硬，厚度变化大，全风化带厚0～4m，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～6m，属Ⅳ级软石，以下属弱风化，属Ⅳ级软石，其中部分砂岩属Ⅴ级次坚石。隧区不良地质为顺层，未见特殊岩土。2.2.5碉堡梁隧道隧区地表上覆第四系全新统坡洪淤泥质黏土，灰黑色，软塑～流塑状，分布于鱼塘表层，厚0～3m，属于Ⅱ级普通土；第四系全新统坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石角砾，零星分布于隧区缓坡面上，厚0～2m，属于Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质及砂质结构，泥、钙质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解，失水收缩开裂等特性；砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质及钙质胶结，中厚-厚层状，质稍硬，具相变性，全风化带厚2～4m，可见原岩结构，岩体风化呈土状，属Ⅲ级硬土，强风化带厚2～10m，节理裂隙发育，质较软，属Ⅳ级软石；以下为弱风化，属Ⅳ级软石。隧区不良地质为边坡顺层，无特殊岩土。2.2.6郑家沟隧道隧区地表上覆第四系全新统坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石角砾。分布于测区缓坡上，厚0～2m，属于Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩、砂岩，泥岩为紫红色，泥质粉砂质结构，泥质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解，失水收缩开裂等特性，局部为泥质粉砂岩；砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质及钙质胶结，中厚-厚层状，质稍硬，厚度变化大。全风化带厚0～5m，岩体风化呈土状，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～10m，节理裂隙发育，呈碎石状，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石，其中部分砂岩属Ⅴ级次坚石。测区不良地质为顺层，特殊岩土。2.2.7彭家湾隧道隧区地表上覆第四系全新统坡残积层粉质黏土，黄褐、灰黄色，硬塑状，土质不均，夹5%～30%砂泥岩质角砾，分布于地势平缓地带，厚0～3m，大多垦为梯田，局部土层较厚，属于Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙庙组下段泥岩夹砂岩，紫红、灰黄、灰白色，泥岩矿物成分以黏土矿物为主，长石、石英等次之，泥质胶结，泥质结构，薄～中厚层状构造，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化、失水开裂等特性；全风化带厚0～5m，呈土状，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～8m，节理裂隙发育，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石，部分弱风化砂岩可达Ⅴ级次坚石。2.2.8曹家湾隧道测区地表上覆第四系全新统坡洪积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，粘性强。分布于进口端地势较低地带，厚0～3m，属于Ⅱ级普通土；坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑，含少量砂泥岩质碎石角砾，分布于测区缓坡地带，厚0～3m，属于Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质及砂质结构，泥、钙质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解，失水收缩开裂等特性；砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质及钙质胶结，中厚-厚层状，质稍硬，具相变性。全风化带厚0～4m，可见原岩结构，岩体风化呈土状，属Ⅲ级硬土；强风化带厚1.2～5m，节理裂隙发育，质较软，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石。2.2.9夏家湾隧道隧区上覆第四系全新统坡崩积层粉质黏土，灰褐、褐黄等色，硬塑，土质不纯，局部夹少量角砾-块石，分布于D3K419+000～D3K419+145段堆积体内，厚2～17m，属于Ⅱ级普通土；坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石、角砾。分布于隧区缓坡上，厚0～2m，属Ⅱ级普通土；卵石土，褐黄色，稍密-中密，饱和，圆棱状，卵石Ф60-200mm占55%,粗圆砾Ф20-60mm占20%，分选性差，卵石及粗圆砾以砂岩为主，弱风化。充填物为粉质黏土，厚2～8m，分布于隧道进口端，属Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质结构，泥质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解，失水收缩开裂等特性，局部为泥质粉砂岩；砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质胶结，中厚-厚层状，质稍硬，厚度变化大。全风化带厚0～6m，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～12m，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石，其中部分砂岩属Ⅴ级次坚石。2.2.10石梯子隧道测区地表上覆第四系全新统坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石角砾。分布于隧区缓坡地带，厚0～2m，属于Ⅱ级普通土；上更新统粉质黏土，褐黄色，硬塑，土质纯，黏性强。广布于隧道进口端，厚0～3m，属于Ⅱ级普通土；卵石土，褐黄色，稍密中密，饱和，圆棱状，卵石Ф60-200mm占55%,粗圆砾Ф20-60mm占20%，分选性差，卵石及粗圆砾以砂岩为主，弱风化。充填物为粉质黏土，厚2～8m，分布于隧道进口端，属Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质及砂质结构，泥、钙质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解，失水收缩开裂等特性；砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质及钙质胶结，中厚-厚层状，质稍硬，具相变性。全风化带厚2～4m，可见原岩结构，岩体风化呈土状，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～8m，节理裂隙发育，质较软，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石。2.2.11芋儿沟隧道测区地表上覆第四系全新统坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，含少量砂泥岩质碎石角砾。分布于隧区缓坡上，厚4～16m，属于Ⅱ级普通土；粗角砾土，褐灰、褐黄等杂色，稍密状，潮湿～饱和，含粗角砾20%～40%，Ф2～6cm，碎石10%～30%，Ф6～20cm棱角状，级配差，石质主要为砂岩，粉质黏土充填。透镜状分布于隧区缓坡上，厚0～6m，属于Ⅲ级硬土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组下段泥岩夹砂岩，泥岩为紫红色，泥质结构，泥质胶结，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化崩解，失水收缩开裂等特性，局部为泥质粉砂岩；砂岩多为长石石英砂岩，浅灰、紫红色，中-细粒结构，泥质胶结，中厚-厚层状，质稍硬，厚度变化大。全风化带厚0～4m，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～8m，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石，其中部分砂岩属Ⅴ级次坚石。2.2.12沙溪坝隧道测区地表上覆第四系全新统坡残积层粉质黏土，黄褐、灰黄色，硬塑状，土质不均，夹5%～30%砂泥岩质角砾，分布于地势平缓地带，厚0～3m，局部较厚，属于Ⅱ级普通土；下伏基岩为侏罗系中统沙庙组下段泥岩夹砂岩，紫红、灰黄、灰白色，泥岩矿物成分以黏土矿物为主，长石、石英等次之，泥质结构，泥质胶结，薄～中厚层状构造，岩质较软，易风化剥落，具遇水软化，失水开裂等特性；全风化带厚0～2m，呈土状，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～12m，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石，部分弱风化砂岩可达Ⅴ级次坚石；侏罗系中统千佛岩组泥岩夹砂岩，泥岩为暗褐红色、青灰色，泥质结构，泥质胶结，薄～中厚层状构造，岩质软，易风化剥落，具遇水软化，失水开裂等特性；砂岩多为青灰色，细粒结构。全风化带厚0～2m，风化呈土状，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～8m，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带，属Ⅳ级软石，部分弱风化砂岩可达Ⅴ级次坚石。2.2.13仙女岩隧道测区地表上覆第四系全新统滑坡堆积粉质黏土，褐黄色、褐红、褐灰色，硬塑，含少量碎石角砾，分布于隧道洞身上D3K426+100～D3K427+137，DK430+055～DK430+600，DK431+350～DK431+532段，厚2～15m，属Ⅱ级普通土。第四系全新统滑坡堆积碎石土褐黄、褐灰、灰白等色，稍湿～潮湿，中密～密实，碎石约占50%，块石约占20%，余为角砾土及粘性土填充。粗颗粒以强风化泥岩为主，分布于隧道洞身上D3K426+100～D3K427+137，DK430+055～DK430+600段，厚5～21m，属Ⅲ级硬土。第四系全新统滑坡堆积块石土，褐黄、褐灰、灰色等，稍湿～潮湿，松散～中密，块石占60%～70%，余为碎石土、角砾土及粘性土填充，粗颗粒以砂岩为主，主要分布于隧道洞身DK431+350～DK431+532段，厚5～15m，属Ⅳ级软石。冲洪积粉质黏土，黄褐色，褐红色，硬塑，以粉质黏土为主，含少量碎石角砾，表层0.5m含植物根系，主要分布与隧道进口线路左侧平缓地带，厚2～6m，属Ⅱ级普通土。坡洪积卵石土，灰褐、褐黄等色，松散～稍密，卵石约占60%，粒径60-150mm,母岩主要成分为砂岩，级配较差，余为中粗砂填充，磨圆度较好，分布与沟床地带，厚0～3m，属Ⅲ级硬土。坡残积层粉质黏土，褐黄色，硬塑状，低洼地带表层多为软塑状，夹10%～20%弱风化砂，泥岩块碎石，土质不均，局部为碎石土。主要分布于斜坡表层，厚0～5m，属Ⅱ级普通土。据试验资料，该层土为弱膨胀土。坡残积层碎石土，灰褐、褐黄等色，松散～稍密，碎石含量50%～70%，粒径60～90mm，母岩主要成分为砂岩，级配较差，余为粉质黏土填充，厚0～3m，属Ⅲ级硬土。下伏侏罗系中统沙溪庙组下段泥岩夹砂岩，泥岩一般为紫红色，成分以黏土矿物为主，中厚层状，泥质胶结，失水易开裂，遇水易软化；砂岩一般为灰色，成分主要以长石为主含石英、云母局部含黏土矿物，细～中粒结构，中厚层状，钙质胶结，强风化厚1～5m，岩质软，岩体破碎，裂隙节理发育，裂隙处为黏土填充，局部已风化为泥状，属Ⅳ级软石；弱风化，岩质较硬，节理裂隙一般发育，岩体较完整，属Ⅳ级软石，部分砂岩属于Ⅴ级次坚石。中统千佛岩组泥岩夹砂岩，以泥岩为主，泥岩一般为紫红色，少量青灰色，泥质结构，薄～中层厚状；砂岩一般为青灰色，细～中粒结构，中厚～厚层状，钙质胶结。全风化带呈土状，可见原岩结构，厚0～4m，属Ⅲ级硬土；强风化带厚2～,6m，岩质软，岩体破碎，裂隙节理发育，裂隙处为黏土填充，属Ⅳ级软石；强风化带岩体较完整，属Ⅳ级软石，部分砂岩属于Ⅴ级次坚石。下统白田坝组泥岩夹砂岩、砾岩、煤线，泥岩一般为紫红色，成分以黏土矿物为主含砂质条带及结核，中厚～厚层状，泥质胶结，失水易开裂，遇水易软化；岩一般为灰色，成分主要以长石为主含石英、云母局部含黏土矿物及紫红色泥质条带，细～中粒结构，厚层状，钙质胶结；砾岩，骨粒成分主要以卵石为主，卵石间充填中粗砂，卵石含量约70%～90%，粒径1～4cm，厚层状，钙泥质胶结。本地层含煤层或煤线，本隧道钻探未发现煤层。泥岩夹砂岩，强风化厚1～3m，岩质软，岩体破碎，裂隙节理发育，裂隙处为黏土填充，局部已风化为泥状，属Ⅳ级软石，弱风化，岩质较软，节理裂隙一般发育，岩体较完整，属Ⅳ级软石，砂岩、砾岩多属Ⅴ级次坚石。段内不良地质主要为岩堆、顺层、有害气体等，无特殊岩土分布。根据XCZQ-3标段隧道施工的具体情况，我部拟开展的工作内容包括：超前地质预报：1）TSP法地质超前预报；2）瞬变电磁仪法地质超前预报；3）地质雷达法地质超前预报；4）红外探水5）超前水平钻孔本次施工组织将对以上5个方面的工作内容、操作步骤等实施方案进行详细介绍。

第3章超前地质预报的总体原则3.1开展综合超前地质预报的必要性隧道超前地质预报可以分为广义的超前预报和狭义的超前预报两类。广义的超前地质预报是指隧道在工程可行性阶段、勘察设计阶段和施工阶段的全部地质预报；狭义的超前预报是指隧道施工期的超前地质预报。本文的超前地质预报是指后者。施工期超前地质预报定义为：根据隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势和采用各种地球物理探测手段对隧道施工掌子面前方地质情况的探测结果，结合洞内外地质调查、掌子面素描结果和预报人员地质经验，对隧道前方可能遇到的不良地质体及由此可能引发的地质灾害的性质、分布位置、规模的预测。由于可行性研究阶段和勘察阶段投入的限制，依据既有地质资料和有限的钻孔地质资料、水文地质资料、物探资料及钻孔岩石岩心物理力学试验资料做出的施工设计与实际不符的情况经常出现。XCZQ-3标段隧道地质条件具有以下特点：大多属浅埋、顺层偏压隧道；地质较为单一，多为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、溶塌角砾岩等软弱围岩；个别隧道存在高承压水段，存在突水突泥风险；线路穿越川北油气地层，低瓦斯隧道较多；3.2超前地质预报的内容XCZQ-3标段隧道超前地质预报的内容主要包括：断层及其影响带和节理密集带的位置、规模和性质软弱夹层（含煤层、油砂岩）的位置、规模及其性质隧道涌水的位置、水压及水量不同岩类间接触界面的位置工程地质灾害可能发生的位置及规模隧道围岩级别变化及其分界位置不同风化程度的分界位置不良地质体（带）成灾的可能性3.3实施原则根据本项目隧道地质特点和超前预报探测要求，超前地质预报总原则：宜采取“长”“短”结合，长距离预报须覆盖整个隧道开挖过程，对断层破碎带、地质条件复杂段及局部可能涌水、破碎、溶洞等不良地质地段在采用长距离预报后采用地质雷达短距离预报，长期预报：TSP或TRT600，复杂时相互印证。中期预报：瞬变电磁仪或红外探水。短期预报：地质雷达、超前钻孔、长炮眼。具体探测原则根据具体超前预报手段并结合物探仪器设备特点制定如下：1）隧道超前地质预报须在掌握既有地勘成果基础上，合理运用恰当的物探手段（TGP、地质雷达等），同时利用现场地质跟踪及编录对物探结果进行修正，进一步提高认识水平和判断力，形成一个传统方法与物探方法有机结合的有效预报体系。首先根据隧址区既有地勘资料，采用动态的超前预报布置方案，即长距离预报先行，短距离预报跟进，复杂地段多手段相互印证，特殊地段辅助超前钻探等；其次，根据现场围岩实际开挖情况及所掌握的变化规律动态地调整前期预报方案，做到确保安全、有的放矢、取得实效、避免浪费。2）由于隧道洞口段不具备长距离预报条件，因此隧道洞口段80m范围内采用短距离地质雷达进行探测。地质雷达预报搭接长度为0~5米。3）洞身段在具备长距离预报条件时，采用长短结合，长距离(TSP/TGP)预报全程覆盖，长距离（TGP）预报先行、短距离预报（雷达）跟进的原则进行探测。根据长距离预报结果及既有地勘资料，对所圈定的异常区或岩溶发育区采用短距离手段进一步查明不良地质体的性质、赋存状况、工程地质特征等，如针对涌水、突水、突泥等水害宜采用瞬变电磁法进一步确认，对于一般涌水、围岩破碎和判定围岩级别等问题宜采用地质雷达。在遇地质条件特别复杂或风险较高时，须采用超前地质钻探等方法一步确认，确保工程施工安全。TGP预报搭接长度为0~10米。4）在地质构造发育复杂地段，由于地震波法的波长较长，分辨率相对较低，对于一些较小岩溶和溶蚀构造地震波反映不明显段，其地质预报原则仍采用长短结合，加强加密地质雷达探测预报，同时结合超前钻探（由施工单位完成）。3.4综合超前预报总体方案3.4.1预报分级根据隧道地质复杂程度分级，将地质预报措施分为A、B、C三个等级，根据不同类型地质和预报内容，选择不同方法和手段组合形成A、B、C三级综合预报系统。表3.4.1隧道地质复杂程度分级表复杂程度等级地段复杂A破碎带、构造、节理裂隙发育带、基岩裂隙水发育段。较复杂B顺层、油砂岩简单C除以上地段外图3.4.1-1地质预报A级措施图3.4.1-2地质预报B级措施C级一般地质段，采用地质素描，结合超前预报采用长距离预报即可，有异常时采用雷达或超前钻孔进行验证。3.4.2各隧道主要预报方案1、范家沟隧道范家沟隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-1范家沟隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK401+146～DK402+165√√√DK402+165～DK402+245√√√2、鲁家湾隧道鲁家湾隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-2鲁家湾隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK404+766～DK404+955√√√DK404+955～DK405+035√√√3、杨家湾隧道杨家湾隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-3杨家湾隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK405+475～DK405+555√√√DK405+555～DK406+520√√√DK406+520～DK406+600√√√4、罗家坪隧道罗家坪隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-4罗家坪隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK406+755～DK406+835√√√DK406+835～DK407+145√√√5、碉堡梁隧道碉堡梁隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-5碉堡梁隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK410+605～DK410+685√√√DK410+685～DK410+850√√√6、郑家沟隧道郑家沟隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-6郑家沟隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK411+025～DK411+575√√√DK411+575～DK411+655√√√7、彭家湾隧道彭家湾隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-7彭家湾隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK412+810～DK412+890√√√DK412+890～DK413+345√√√8、曹家湾隧道曹家湾隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-8曹家湾隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK414+935～DK415+015√√√DK415+015～DK415+260√√√9、夏家湾隧道夏家湾隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-9夏家湾隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK417+761～DK417+841√√√DK417+841～DK419+014√√√10、石梯子隧道石梯子隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-10石梯子隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK419+535～DK419+615√√√DK419+615～DK420+585√√√11、芋儿沟隧道芋儿沟隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-11芋儿沟隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK421+365～DK422+775√√√DK422+775～DK422+855√√√12、沙溪坝隧道沙溪坝隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报。表3.4.2-12沙溪坝隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔DK423+190～DK423+270√√√DK423+270～DK424+148√√√13、仙女岩隧道仙女岩隧道主要以地质调查法及长距离地质预报（TGP）贯通正洞全隧道，洞口段80米范围采用地质雷达进行预报，承压水段采用红外探测。表3.4.2-13仙女岩隧道各里程预报方案里程预报等级TRT或TGP地质雷达地质调查法超前钻孔红外探测DK425+953～DK426+033√√√DK426+033～DK431+506√√√DK431+506～DK431+586√√√DK429+900～DK430+300√√√√DK426+090～DK426+190√√√√3.5综合超前预报的工作流程要推动隧洞超前预报水平，提高预报准确度，就必须将地质调查方法与多种物探方法有机结合起来，对地质物探资料进行系统处理和综合分析。其工作方法和主要内容为：1）收集、熟悉地质资料了解工程区内宏观的地质环境、大型构造形迹的发育分布规律以及工程围岩所处的具体构造部位、岩体的结构特征、节理裂隙发育程度、岩体完整性、岩石(体)强度、地下水状态等；掌握全隧洞的地质背景，指出存在的不良地质问题和地段，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、性质和防治措施，目的在于保证隧洞施工设计、施工方法和措施能顺应地质情况的变化适时做出调整和修改。

2）施工地质编录对已开挖洞段地质状态作详细真实的描述，可作为超前预报的依据，该内容包括岩性、岩石坚硬程度及完整情况、断层及破碎带、节理裂隙、地下水状态、不良地质现象等作编录。

3）围岩特性测试根据工程需要，对岩石物理力学特性进行补充测试，如岩石点荷载强度、岩石回弹值、岩体弹性模量、软弱面剪切强度等，有时还应进行初始地应力和二次应力场的测试等。上述数据是预报围岩稳定性的重要参数。

4）地球物理探测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，据此判断出隧洞工作面前方的地质情况。采用多种物探仪器进行超前探测，常用的物探方法有TRT三维成像、地质雷达、TSP隧道超前地质预报系统等技术。5）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的施工地质组，对上述地质和物理探测资料进行整理和综合分析，最后做出施工面前方不良地质问题的预测预报。3.6超前地质预报频率对洞口段80米段，采用地质雷达进行短期超前地质预报，每20~30米探测预报一次，每次搭接0~5米对进洞80米以上具备预报条件时，采用TGP/TSP进行中期超前地质预报，原则上全长范围内平均每100米左右探测预报一次，每次搭接0~10米。当中、短期确定的重点不良地质地段，可能有险情时，应及时赶到现场确认地质情况，做出临兆预报或提出处理建议。第4章TSP超前地质预报实施方案TSP超前地质预报是勘测设计阶段以后工程地质工作的继续，主要目的为探测或预测开挖工作面前方围岩工程地质和水文地质情况，获取详实可靠的地质信息，如围岩类别、断层带和破碎带位置、性质、规模、富水等，进行信息反馈。并对探测到的地质情况进行综合分析，做出判断，提出地质预报成果，作为指导施工和优化支护参数、围岩类别变更等动态设计的依据。4.1TSP法检测原理TSP法是利用地震波反射回波方法测量的原理。地震波震源采用小药量炸药激发产生，炸药激发在隧道边墙的风钻孔中，通常24个炮孔布置成一条直线。地震波的接收器也安置在孔中，一般左右洞壁各布置一个。地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到弹性波阻抗差异界面时，例如断层、岩体破碎带、岩性变化或岩溶发育带等，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质继续传播。反射的地震信号被高灵敏度的地震检波器接收，反射信号的传播时间与传播距离成正比，与传播速度成反比，因此通过测量直达波速度、反射回波的时间、波形和强度，可以达到预报隧道掌子面前方地质条件的目的。在一定间隔距离内连续采用上述方法，结合施工地质调查，可以得到隧道围岩的地质力学参数，如动弹性模量、动剪切模量和动泊松比参数等。工作中结合相关的地质资料和施工地质工作，总结预报经验可以提高预报的准确性。图4.1TSP法检测原理示意图4.2检测仪器简介采用TSP（TunnelSeismicPrediction）技术进行预报中，本项目使用的仪器为TGP206型隧道地质超前预报系统。TGP206（TunnelgeologyPrediction)隧道超前地质预报系统由北京市水电物探研究所根据上一代TGP12的使用经验最新研制，具有国际先进技术水平。TGP206隧道超前地质预报系统包括仪器主机、配件和处理软件三部分组成。隧道地质超前预报仪器的主机是现场地震波采集的主要设备，TGP206采用整体机箱式结构，其CPU控制单元、存储、显示单元与放大电路，整体结构安装在仪器机箱内，仪器箱体具有防静电、防电磁、防水、防震，并且牢固轻便，能适应恶劣的隧道施工环境条件，能够为地质预报工作的顺利开展提供保障。图4.2-1TGP206主机(a)图4.2-2TGP206主机(b)4.3探测方法接收传感器是隧道地震数据采集关键的设备之一，其性能直接关系到地震数据的质量和地震波资料成果图的质量。隧道地震波预报需要精密三分量检波器，检波器应具有高保真和高指向性性能、应具有高灵敏度和相对较高频率的宽带频响特性。以上检波器性能是保证地震波波形完整、纵横波信息丰富明确的重要环节。TGP206速度型检波器在高灵敏度、高指向性方面具有突出的优势，和适应岩体地震波检测的高频宽带特性。地震波在非均质、非连续、和各向异性的地质体中传播时，由结构面、构造面产生的地震反射波具有椭球体性质，椭球体携带有反射面空间分布重要信息和反射面的性质信息，定位明确的三分量检波器可以实现上述信息的采集，实现地震波的极化分析、计算和多波预报的目的。检波器与围岩采用黄油耦合，定向安置孔中三分量检波器，如下图所示。图4.3-1检波器耦合方法记录接受器孔、距离接收器最近的炮孔和隧道掌子面的公路里程桩号，以及各炮孔间的距离，以上数据填写在《TGP现场数据记录表》中；爆破孔药量一般控制在50～70克，采用计时线炸断的触发方式，在孔中灌满水的条件下激发，按序依次起爆和进行数据采集。工作中对测线布置段至隧道掌子面间的隧道围岩进行地质描述，以利于资料解释。图4.3-2激发药卷图4.3-3埋深三分量检波器4.4测线布置预报检测时在掌子面后方布置激发孔和检测孔。激发孔要求为：在隧道壁的同一水平线上从里向外布置24个炮孔，炮孔间距1.5-2.0m，炮孔高度1.1m。与接收孔的最近距离为20m图4.4-1工作布置示意图图4.4-2钻孔布置平面示意图现场数据采集情况如4.4-3所示。图4.4-3现场数据采集第5章TRT超前地质预报实施方案隧道施工应采取长距离宏观预报与段距离准确预报相结合、隧道内探测与洞外地面调查相结合、地质与物探方法相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿施工全过程（在通过超前预报判断无异常及危险前，不得掘进施工）；根据不同的地质复杂程度，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。针对XCZQ-3标段隧道的超前地质预报工作，本方案拟采取长、中、短相结合，多种方法相印证的方式进行。采用的预报方法有：TRT法、TSP法、瞬变电磁仪法、地质雷达法等。本章首先对TRT超前地质预报进行介绍。5.1TRT超前地质预报基本原理及采用的仪器5.1.1TRT法基本原理震源震源实际上反射物位置的确定需要很多震源-传感器定义的椭球反射物Tunnel→SourceReflectorReceiverReceiver隧道传感器传感器图5.1.1-1TRT探测原理TRT法与TSP法的预报原理基本一致，即采用的是地震波超前预报法，地震波反射探测的方法很早就在土木工程和采矿作业等许多方面得到利用。这种技术的原理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来（图5.1.1-1），一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面和岩体内不连续界面。反射地震信号被高敏度地震信号传感器接收（图5.1.1-2），通过信号处理和分析，用来了解隧道掌子面前方地质的性质（软弱带、破碎带、断层、含水带等），位置及规模。图5.1.1-2采集到的地震波信号正常入射到边界的反射系数计算公司如下：假设R为反射系数，P为岩层的密度，V等于地震波在岩层中的传播速度。地震波从一种低阻抗物质时，反射系数是正的；反之，反射系数是负的。例如，当地震从软粗岩传播到硬的白云时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时，回波的极性回反射。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易探测到。TRT法采用层析扫描成像技术，形成立体、直观的三维立体图，立体图的反射边界每一点离散图像是由空间叠加所有的地震波形计算得来，这样对于前方体状地质体，如溶洞、空腔等的探测十分有效，这也是相对于TSP法的优越之处。5.1.2采用的仪器采用TRT法进行超前地质预报的设备为“TRT6000超前地质预报系统”，如图5.1.2所示。该系统是由美国C-ThruGruound工程有限公司开发，采用层析扫描成像技术获得隧道前方的全息图，准确率高，适用范围广，预报距离长，能准确预报掌子面前方100～200m的地质情况，代表国际上隧道超前地质预报领域最领先的技术水平。TRT6000采集箱TRT6000采集仪图5.1.2TRT6000超前地质预报系统系统主要组成及其技术特性：1）TRT6000记录单元接收器端口：9个；记录通道：24个；采样间隔：31、64、125、250、500、1000或2000μs；记录带宽：40~15000Hg；模数转换：32位；记录长度：16000采样数每通道；频率范围：10Hg-75000Hg；测量精度：最好10cm2）低频过滤25，35，50，70，100，140，200，400Hg(降低传输距离和土的噪声)；高频过滤：250，500，1000Hg(降低风噪)；3）延迟0~9999ms，每毫秒调节；工作电压：直流12伏；工作温度：0~70℃；电源：外接电源90~240伏交流，50/60Hg；探测距离：软岩一般150米；硬岩一般300米5.2TRT物探预测方法5.2.1传感器的安装由于TRT系统需要得到的是地质情况的三维图，需要在安装的传感器较多，在不同的部位共安装11个传感器（如图5.2.1-1所示）。安装过程简捷方便，检测人员到现场安装即可，不需要提前打炮眼（较其它预报系统更节省人工费用）。在距离最后一个震源点10米处开始布置传感器，左右边墙各四个，每隔5米（里程方向）布置一个，隧道中心线拱顶处布置2个，如图5.2.1-2至图5.2.1-4所示。图5.2.1-1TRT6000超前预报震源及传感器的典型布置图5.2.1-2传感器位置标记图5.2.1-3埋设好后的传感器图5.2.1-4现场采集数据5.2.2震源布置在掌子面两侧布置震源，两侧各布置两组，每组沿竖向（高程方向）布置三个震源点。每个震源点相差大约1米，两组间隔2米（里程方向）。击震点布置在掌子面后的裸露的岩体（或已到强度的初期支护）上，采用锤击即可，不需要提前打炮眼，(较之其它预报采用钻眼爆破方式击震，更安全，更节省人工费用)。6.2.3藕合要求接收器与孔壁的藕合必须紧密，施测时隧道中应没有其它震动源。6.3处理结果解释与评估采集的数据采用TRT6000专用软件进行处理。TRT数据处理流程由下面八个步骤组成：下载地震波数据和震源、传感器位置的坐标；设定地层成像区域和最佳精度（节点数目）的大小；设定滤波，选取每个记录的直达波，并计算地震波的平均波速；为所选区块构建地震波速度模型；为数据处理设定过滤参数；重复步骤③、④、⑤处理数据。直到处理结果达到平衡，噪音干扰哀减到足够小；设定背景2（比例、颜色代码）来显示结果；审查和分析在岩层中探测到得异常的平面（二维）和立体（三维）绘图。采集的TRT数据，通过TRT软件进行处理，获得P波、S波波速，地质层析扫描成像图片，在成果解释中，P.S波资料，地质层析扫描成像图为依据，对现象进行解释。

第6章瞬变电磁仪超前地质预报实施方案6.1瞬变电磁仪测试原理应用瞬变电磁法预报隧道施工工程地质灾害是近年来发展的一种新方法，虽然这种方法应用到其他领域已取得了许多成功的经验，但具体应用到隧道施工过程中的地质灾害预报技术仍不十份成熟，很多情况依赖检测人员的经验。瞬变电磁法(Transientelectro-magneticmethod)属于时间域电磁法，简称(TEM)，它遵循电磁感应原理，其机理是导电介质在阶跃变化的电磁场激发下而产生的涡流场效应，即利用一个不接地的回线或磁偶极子(也可以用接地线源电偶极子)向地下发射脉冲电磁波作为激发场源(习惯上称为“一次场”)，根据法拉第电磁感应定律,脉冲电磁波结束以后，大地或探测目标体在激发场(即“一次场”)的作用下，其内部会产生感生的涡流，这种涡流有空间特性和时间特性(称为“二次场”)。该二次电磁场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳磁场(图6.1-1、图6.1-2)。其大小与诸多因素有关，如目标体的空间特征和电性特征、激发场的特征等，而且因为热损耗的缘故会逐渐减弱直至消失。人们虽然不能直接测量这种涡流的大小，但是可以利用专门仪器观测这种涡流产生的电磁场的强弱、空间分布特性和时间特性，达到在时间上由早到晚、深度上由浅到深的勘探目的,从而来解决有关地质问题。由于瞬变场的强度及延迟时间是与地下地质目标体的电性、规模及产状等参数有关的,地质体的导电性越好,瞬变场的强度就越大且热损耗就越小,故衰减越慢,延迟时间越长。因此,根据瞬变场的特征,就可以判断地下地质体的电性和规模,根据剖面测量结果可推断出其赋存位置、埋深及产状等。图6.1-1矩形回线产生的磁力线图6.1-2半空间的等效涡流环瞬变电磁法超前地质预报技术相对与其它预报方法有其自身独有的优势,同时也存在着一些暂时无法克服的缺陷。其优点包括：(1)预报时间短,每次预报大约需要30-40min，比TSP、陆地声纳等预报手段耗时均短,预报时只需将台车退离掌子面20m以外即可，不会影响隧道的正常施工。(2)预报距离虽然低于TSP等长距离预报方法，但相对于地质雷达等短距离预报手段而言，属于中距离预报方法。(3)对水体较为敏感，预报较为准确，故常用着隧道掌子面前方的涌突水预报。其缺点包括：(1)由于瞬变电磁法对低阻体非常敏感,隧道支护结构(钢拱架、格栅拱架、锚杆等)对预报结构影响较大。(2)瞬变电磁法对岩溶水反应较为敏感,而对围岩质量、破碎程度等反应不敏感,不能准确预报，故该方法通常作为一种辅助预报方法，与其他预报方法一起共同预报前方围岩的情况。6.2采用的仪器目前，隧道工程采用的瞬变电磁仪系统主要包括2种：一种是加拿大产的PROTEM47瞬变电磁系统、一种是中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所IGGETEM-20瞬变电磁仪。目前这两套设备均可用于隧道的超前地质预报中。其中IGGETEM-20瞬变电磁仪是一种便携式宽时窗范围智能化的通用型仪器,发射波形为双极性方波。其硬件主要由IGGETEM-20B系统发射机、IGGETEM-20B系统接收机、发射线圈、接收探头组成，该系统专门针对采矿、隧道工程而开发，具有预报准确性高、预报距离长（可达50-80m），目前已在国内的隧道工程中大量采用，且取得了很好的效果。图6.2IGGETEM-20瞬变电磁仪6.3现场工作方式根据XCZQ-3标段隧道工程超前地质预报的工作特点及工作要求，采用的发射装置经过比较，选用为3m×3m×8匝线框，接收装置选用后向屏蔽的SB-250K瞬变场磁探头。目前瞬变电磁法普遍采用的大线圈发射、大线圈或中心探头接收装置，此类装置具有体积效应影响大且分辨率较差的缺点。借鉴瞬变电磁场在其他行业的成功经验，同时结合铁路隧道的特点，在本标段隧道超前预报工作中，拟采用小回线(发射线圈一般采用3m×3m)大电流发射、中心探头接收方式的小装置瞬变电磁法。这种装置发、收同点，在近场观测，不仅避免了记录点问题，而且减小了体积效应，受地形影响小，不受静态效应的影响，从而大大提高了瞬变电磁法的探测精度和分辨率。1）发射线圈针对隧道特殊的工作环境，掌子面大小以及最大探测深度来确定发射线圈的边长。客专铁路隧道掌子面较宽，大约14m。因此，发射线框确定为3m×3m。在隧道掌子面上进行测量时，在隧道中可以布测10～12个测点。一般情况下要求掌子面前方探测距离能达到50m以上，根据以往对发射线圈匝数的实验研究结果，表明采用8匝线圈效果最好。2）接收装置接收装置选用接收中心探头形式，为了验证应用接收探头的应用效果，我们在隧道内分别应用接收探头(等效于50m×50m的方形线框所测量感生电动势)和接收线圈(3m×3m)进行了探测对比，实验表明瞬变场磁接收装置采用中心探头，并且探头前部的装有屏蔽筒，在坑道使用时可以减小外部干扰的影响，并且探头后面进行特殊加工可以屏蔽探测后方信号；同时还发现接收探头能接收到掌子面前不良地质体产生的微弱信号，提高探测的分辨率。因此，在对隧道进行探测时，我们采用中心探头作为接收装置。该方式的优点是:（1）与目的物耦合较好；（2）发射线圈逐测点移动,不会有激发盲区；（3）发射磁矩和接收磁矩较大；（4）符合隧道掌子面作业场地要求。3）工作方式具体工作方法是在洞外进行发射线框支架(3m×3m树脂材料框架)组装,将发射线框附于支架之上。在洞内进行发射机、接收机、探头和线框的连接,并将探头安装在支架上。然后对掌子面进行探测,按照图6.3所示0.5m点距逐点移动线框并进行数据采集，完成数据采样后进行数据存储，结束现场测试。如遇到围岩级别较低、钢拱架(或格栅拱架)紧跟掌子面施作的情况，可将左右边界测点远离边墙1-2m探测，以减少钢拱架(或格栅拱架)等金属质支护结构对探测结果的影响。图6.3线圈移动方式

第7章地质雷达超前地质预报实施方案7.1地质雷达检测原理地质雷达(GPR)方法是一种用于确定地下介质分布情况的电磁波法。其方法原理是在探测范围无大量铁磁性物体干扰的情况下，高频电磁波以宽频脉冲的形式，通过发射天线定向送入地下，经过存在电性差异的地下地层或目标体的反射后返回地面，由接收天线接收。高频电磁波在地下传播时，其路径、电磁场强度以及波形等将随所通过介质的电性性质及几何形态的变化而变化。因此,通过对时域波形的采集、处理和分析，可以确定地下界面、地质体的空间位置及结构。原理如图7.1-1所示。图7.1-1地质雷达基本原理示意图地质雷达在隧道衬砌的质量检测中应用较为普遍，但采用100MHz低频天线时，也可以用来对掌子面前方30m范围内的地质条件进行超前预报。地质雷达在以下情况下对前方地质条件的超前预报取得了较好效果：断层破碎带溶洞等体状地质体富水带如图7.1-2至图7.1-4所示。图7.1-2地质雷达对断层的反映情况图7.1-3溶洞探测图7.1-4富水带探测7.2检测仪器简介本项目地质雷达超前预报采用的是美国劳雷公司生产的最新产品：SIR-3000型便携式透地雷达，如图7.2所示。发射天线频率为：100MHz。预报距离：不大于30m。图7.2SIR3000型透地雷达7.3测线布置应用地质雷达对掌子面测量时，首先根据目标体的性质来选择测量参数，包括雷达天线的中心频率、时窗长度、介质的相对介电常数等；其次采集方式的选择，对于SIR-3000型为例，它包括连续采集、控制轮测量、逐点采集三种测量方式。连续采集是在事先布置好的测量线以一定的速度移动天线来采集数据的采集方式，具有工作效率高的特点便于界面的连续追踪。逐点采集在测点上逐个进行数据采集，一般在表面起伏变化大的情况下采用；控制轮采集是通过控制轮行走为记录打标记，资料位置标记均匀准确，一般在表面平整的机场跑道、高速公路路面等场合采用。在隧道超前地质预报中，由于掌子面凹凸不平，故采用逐点采集的方式进行，这样既可以减少测量过程的误差，提高预测的精度，并且点测测量占用时间短，因而不会影响施工进度。在进行点测测量前需根据掌子面的具体地质状况来进行测线的布置，选择合适点测间距。掌子面测线布置通常有两种方式：两横两竖式、一横三竖式，分别如图7.3-1和图7.3-2所示。对于铁路隧道而言，采用一横三竖式的情况较多。图7.3-1两横两竖式测线图7.3-2一横三竖式测线

第8章红外探水实施方案8.1红外探水原理地质体每时每刻都在向外部发射红外能量，并形成红外辐射场，从而把地质体内部的信息以红外场的方式传递出来。当隧道前方和外围介质相对比较均匀，且不存在隐蔽灾害源时，沿隧道走向分别对顶板、左边墙、右边墙向外进行探测，所获得的红外曲线具有正常场特征。当隧道前方或外围空间有隐蔽灾害源时，其产生的灾害场就会叠加到正常场上，使正常场中的某一段曲线发生畸变，畸变段则称为红外异常。红外探测即根据红外异常来确定隐蔽灾害源的存在，这下灾害源包括含水断层、含水溶洞、地下暗河等。（1）正常场：当隧道掌子面前后的围岩较好时，即围岩的介质相对正常时，在掌子面后方（已开挖部分）探测时所获得的红外探测曲线将近似为一条直线，该红外辐射场就是正常场，其物理意义是被探测隧道掌子面前方30m范围内没有灾害源，因此必须要掌握正常场，不知道正常场就无法确定异常场。（2）异常场：当隧道掌子面前方或隧道边墙存在含水构造时，同样在掌子面后方（已开挖部分）探测时，红外探测曲线就会出现明显的弯曲，曲线上的数据也将出现突变，即会出现含水构造产生的红外辐射场与围岩的正常辐射场相叠加，从而形成异常场，其物理意义是被探测隧道掌子面前方30m范围内有灾害源。8.2采用的设备本标段红外探水采用HW－304型红外探测仪，是在303型的基础上向前迈进了一步，它可将探测场强数据储存在仪器内，用通讯电缆与计算机连接后，可将探测数据直接传输至计算机，实现快速准确成图。在复杂地质条件下，特别是岩溶发育地区，相对掘进隧道的隐伏水体或含水构造，除了出现在掘进前方之外，还可能出现在顶板上方、底板下方、两边墙外部。针对复杂水文地质特点，红外探测仪可实现全空间全方位探测。1）使用环境条件：温度：0℃——+40℃湿度：应不大于80％。在潮湿环境工作不应超过8小时。大气压力：（0.8－1.1）×105Pa。无腐蚀性气体和强电磁场干扰。2）技术参数：瞄准方式：红色激光电源：镍氢可充电电池电源电压：1.2V×5电流参数：正常工作电流为18mA背景光电流为28mA激光器电流为20mA辐射场场强分辨率：H档为：0.05mw/cm2M档为：0.07mw/cm2液晶显示：LCD，带背景光照明仪器尺寸：180×88×34（mm）重量：350g3）其具体地质预报内容如下：通过超前探测可预报掘进前方30米范围内地下水发育情况。通过对顶板上方探测，可确定隧道上方30米范围有无含水层或含水构造。通过对底板下方探测，可了解下方有无含水构造，以预防滞后突水。别向两边墙外部探测，了解30米范围内有无含水体或者含水断层，以预防含水断层在前方与隧道相交造成大突水。8.3实施方案1）实施流程①红外探测工作流程框图（见下图）②探测时间：应选在爆破及出渣完成后进行。③测线布置：在掌子面上均匀布置9个测点，地质情况复杂或探测过程中发现异常后加密测点。④掌子面测量：测量开始前应对一点进行重复测量，当多次读数基本稳定时再开始正式测量。测量值应为红外场强平均值。每测完一个点应松开测量开关，然后再进行下一点的测量。开始开始测点、线布置掌子面测量洞身段测量资料分析提交成果报告，指导施工施工地质素描对比分析，总结提高图8.3-1红外探测实施流程⑤洞身段测量：同④掌子面测量。注意在测量时应尽量避免干扰源，如照明灯、通风口、空压机等，如不能避免，在探测过程中应在备注栏中注明。⑥在下列情况下所采集的探测数据为不合格：a.仪器已显示电池电压不足，未更换电池而继续采集的数据b.开挖工作面炮眼、超前探孔等钻进过程中所采集的数据c.喷锚作业后水泥水化热影响明显的部位所采集的数据d.爆破作业后测线范围内温差明显时所采集的数据e.测线范围内存在高能热源场（如照明灯、空压机等）时所采集的数据⑦探测数据和曲线的分析与判定应符合下列要求：a.探测数据和曲线的分析与判定以地质学为基础，并结合现场的工程地质和水文地质条件b.通过探测与施工开挖验证，总结出正常场的特点，才能分辨出异常场c.分析由探测数据绘制的探测曲线前，必须认真检查探测数据的可靠性d.分析解释时应先确定正常场，再确定异常场，由异常场判定地下水体的存在e.在分析单条曲线的同时，还应对所有探测曲线进行对比，比如两边墙探测曲线的对比，依此确定隐蔽水体或含水构造相对隧道的所在空间位置f.沿隧道轴向的红外探测曲线和开挖掌子面红外探测数据最大差值应结合起来分析，在实践中不断总结经验，作出符合实际的分析⑧资料分析：有效预报长度应在30m以内，连续预报时前后两次重叠长度应大于5m。根据掌子面上9个测点数据之间的最大差值来判断掌子面前方是否存在含水构造。将隧道拱顶以及两侧边墙测得的数据分别绘制红外辐射曲线，根据曲线的趋势来判断是否存在含水构造。2）探测曲线的分析（1）、探测曲线的可靠性，是建立在正确数据的基础上。当你探测读数错误和记录错误时，或者绘图报错数据时，你都会得到错误的曲线，错误的曲线将会导致误判。（2）、为避免上述错误的发生，故要求：①操作人员在探测过程发现读数出现明显变化时，应在探点周围多探几个点，以确认读数的可靠性②记录人员听到报数后，应回报并记录，遇到读数突变点要求操作员重测③输入计算机的数据应作检查（3）、分析曲线前应审查探测曲线是否正确：如果左边墙和右边墙所测曲线上某个点位出现了高值或低值，而该条曲线相对位置没有任何异常，显然是探测时读数错误；如果在开挖面上探测，断面中部某个点位读数值很低，而周围点位的读数值很接近，显然是读数错了，因为这不符合场的变化规律。（4）、在复杂水文地质条件下，除了预防前方，还要预防隧道外围的隐蔽水体。这是通过曲线对比来完成的。3）报告的编写（1）、通过对边墙探测进行超前探水预报从掌子面往洞口方向布置3条测量线（左右边墙各一条、拱顶一条），沿隧道轴线方向布设点距为5m的n条测线，在南广超前高铁隧道超前地质预报中n取值为11，当探测曲线起伏在安全值范围内，则说明前方不存在隐含水体；当探测曲线起伏超出安全值范围，则说明前方存在隐含水体。地质情况复杂或探测过程中发现异常后增加测线及加密测点。对边墙探测进行的预报实例（图8.3-2、图8.3-3）：图8.3-2红外探测法成果图（无水或少量渗水）图8.3-3红外探测法成果图（富水带探测）通过对边墙探测得出的探测数据和探测曲线图。探测曲线起伏超出安全值范围，由此推断在探测段D1K394+612～+582范围内为一般多水带，做好防排水工作,小心施工。（2）、通过对掌子面探测进行的超前探水预报在掌子面上布设n行探点，每行m个点，计算出每一行和每一列任意两数值间的最大差值，在此次探测中n取3,m取3。当最大差值大于安全值时，说明前方存在隐含水体。(在南广线隧道经过多次探测安全值范围定为10)。

第9章超前水平钻孔9.1基本原理超前水平钻孔通过钻速等过程观测、岩芯采取率统计、钻孔岩芯鉴定等来确定掌子面前方地层的展布、岩石的软硬程度、岩体完整性、可能存在的断层、空洞的分布位置，从而进行地质超前预报。同时在岩溶区段的钻进过程中，可根据孔内的涌水大小来判断前方含水体的赋存情况和规模，为隧道的防突水及处置措施提供依据。1）钻速判断钻速高：软质岩；钻速低：硬质岩；卡钻：节理裂隙发育或断层破碎带；急剧加