超前地质预报实施方案

PAGEPAGE13向莆铁路青云山山隧道超前地质预报实实实施方案案1工程概况1.1自然地地地理概况况青云山隧道位于于于福建省省福州州市永泰泰县和和莆田市市涵江江区，起起点位位于永泰泰县岭岭路乡后后坑垄垄村，穿穿越青青云山国国家4A级风景区区和和藤山及及老鹰鹰尖省级级自然然保护区区。隧隧道处于于戴云云山脉南南段中中低山山山间地地貌，山山脉主主要走向向为北北东～南南西，山山峰林立立，沟沟谷深切切，多多悬崖峭峭壁。总总体地形形：DK49911+2550～DK49933+8550地形标高65～590m，地形坡坡度度相对较较缓，一一般20°～40°；DK49933+8550～DK50044+7000地形险峻峻，沟沟谷幽深深，标标高为230～10188m，中间最最高高山峰（对对山山）10311m。地形坡坡度度一般50°～80°，局部近90°，甚至倒倒悬悬。DK50044+7000～DK51133+4330海拔标高高为580～145m，地形坡坡度度较缓。1.2不良地地地质概况况1.2.1岩岩岩爆地段段青云山隧道最大大大埋深为900m，隧道埋埋深深较大地地段的的硬质脆脆性岩岩主要为为英安安质晶屑屑、角角砾凝灰灰岩、熔熔结凝灰灰岩、花花岗斑岩岩、正正长斑岩岩、流流纹岩、次次石石英二长长斑岩岩、凝灰灰质角角砂砾岩岩等。γ＝27KNN//m3，硬质脆脆性性岩单轴轴饱和和抗压强强度取取Rc＝100MMPPa。根据计算，青云云云山隧道道埋深深小于260m时，不会会产产生岩爆爆，埋埋深在260～390m范围有岩岩爆爆发生的的可能能或产生生轻微微岩爆。埋埋深深在390～730范围，会会产产生中等等规模模的的岩岩爆，埋埋深大于730m时，会产产生生较强岩岩爆。以下几段硬质岩岩岩地段：DK49922+2550～DK44993+88500、DK49944+5000～DK44995+44000、DK49955+7000～DK44998+00000、DK49999+1000～DK55000+33000洞身埋深730≥H≥390m，属于中中等等规模岩岩爆区区，DK50000+3000～DK55000+66000洞身埋深H≥730m，属于强强岩岩爆区。1.2.2软软软岩大变变形地地段青云山隧道软质质质岩为K1shh22a凝灰质砂砂砾砾岩、凝凝灰质质粉砂砾砾岩、细细砂岩等等，γ＝26.55KKN/mm3，软质岩岩单单轴饱和和抗压压强度取Rc＝2.5MMPPa，经采用用工工程岩体体分级级标准判判别法法计算评评定，DK50000+6000～DK55005+00000凝灰质砂砂岩岩隧道埋埋深H≥326m，位于极极高高应力区区，DK50055+0000～DK55005+22500凝灰质砂砂岩岩隧道埋埋深326≥H≥174m，位于高高应应力区，可可能能存在软软岩变变形。1.2.3高高高地温地地段正常情况下，地地地温随着着埋深深的增加加而均均匀上升升，青青云山隧隧道根根据实测测数据据反算：DK49922+5000～DK44993+22500、DK49944+5550～DK44997+99000、DK49999+2000～DK55005+33000共三段，预预预测温度度可能能超过28℃，大于我我国国矿山劳劳动保保护条例例的保保证工人人身心心健康和和工作作效率的的上限限温度，属属于于存在地地温危危害区域域。1.2.4弱透透透水层和和破碎碎带（断断层）地段段青云山隧道工程程程区域内内发现现12条较大的的断断层破碎碎带，均均属强富富水段段，最小小的涌涌水量571..336m3/d,最大的571..336m3/d,隧道开挖挖将将破坏原原来的的地下水水水力力平衡，在在水水压的作作用下下，沿裂裂隙发发育及断断层破破碎带地地段可可能发生生突泥泥、涌水水现象象。由于于隧道道穿过的的岩层层存在弱弱透水水层和破破碎带带（断层层），隧隧道开挖挖后，形形成地下下水的的人工排排泄边边界，隧隧道附附近水力力梯度度加大，对对结结构面的的潜蚀蚀作用变变强，最最后导致致裂隙隙张开度度增大大，岩体体强度度减弱，变变形形加剧，并并形形成新的的裂隙隙，这些些新裂裂隙反过过来又又促进地地下水水向隧道道的汇汇流，如如此下下去隧道道施工工过程中中地下下水会从从裂隙隙、断层层中涌涌入隧道道，给给隧道施施工带带来很大大的难难度，也也会破破坏青云云山景景区的瀑瀑布流流水。2地质超前预预测测预报2.1地质超超超前预测测预报报的目的的本标段隧道地质质质情况复复杂，有有断层、节节理理裂隙段段，有有高地温温段，有有软弱围围岩，有有岩爆地地段等等。不良良地质质具有较较强的的隐蔽性性。通通过地质质超前前预报，及及时时发现异异常情情况，预预报掌掌子面前前方不不良地质质体的的位置、产产状状、含水水情况况及围岩岩结构构的完整整性，从从而为优优化施施工方案案提供供依据，为为预预防隧道道可能能形成的的灾害害性事故故及时时提供信信息，以以便提前前做好好预防措措施，避避免造成成损失失。通过过预报报，可以以了解解掌子面面前方方短距离离内的的工程地地质条条件、围围岩类类别，为为正确确选择开开挖断断面、支支护设设计参数数和施施工方法法提供供依据。超前地质预报是是是保证正正确选选用合适适的施施工方案案方法法的重要要依据据，我单单位拟拟采用的的超前前地质预预报方方法：、先先采采用TSP22003超前地质质预预报仪预预报前前方围岩岩的结结构特性性，基基本掌握握断层层或软岩岩大变变形地段段的大大致位置置，待待开挖至至预测测的断层层结构构面15-220米时，再再采采用超前前水平平地质钻钻机进进行超前前钻孔孔，准确确判断断断层位位置及及断层内内充填填物的性性质、富富水情况况及水水压，判判断涌涌水的可可能性性，制定定相应应的、可可行的的技术措措施和和施工方方案并并严格按按方案案进行施施工，在在超前处处理措措施实施施后进进行隧道道施工工，地质质专业业工程师师进行行详细的的地质质调查和和断面面地质素素描，通通过三者者有机机结合，准准确确判断前前方未未开挖地地段的的围岩情情况及及超前处处理措措施的效效果。2.2超前地地地质预测测预报报组织机机构施工中将超前地地地质预报报工作作作为一一个工工序来进进行安安排，成成立专专业超前前地质质预报小小组，配配备先进进的预预测与预预报设设备和仪仪器，建建立地质质预报报管理组组织机机构，由由总工工程师任任组长长，工程程部长长任副组组长，地地质专业业工程程师、水水文工工程师、试试验验专业工工程师师、物探探程师师任成员员的组组织机构构，配配备TSP22003地质超前前预预报仪、HSP水平声波波反反射仪、红红外外探水仪仪、超超前水平平地质质钻机、数数码码摄像机机等先先进仪器器以组组成完善善的超超前地质质预测测预报体体系，全全面实施施本隧隧道的超超前地地质预测测预报报工作。组组织织机构见见图1。组长：总工程师组长：总工程师工程部长工程地质水文地质物探专业试验专业图1质探测与与预报报组织机机构图总工程师任组长长长：全面面负责责综合测测试与与超前地地质预预报工作作，直直接向项项目经经理负责责；工程部长任副组组组长：组组织工工程地质质、水水文地质质、物物探及试试验等等专业人人员进进行超前前地质质预报日日常工工作；地质工程师：负负负责隧道道工程程的地质质超前前预报和和调绘绘、监测测以及及测试、试试验验资料的的分析析、研究究，提提出施工工工程程措施建建议；；水文工程师：负负负责水文文地质质调绘、测测试试及隧道道涌水水量的预预测与与环境水水文地地质评价价；物探专业工程师师师：负责责物探探测试工工作；；试验专业工程师师师：负责责岩、土土、水样样的测测试、试试验工工作。2.3超前地地地质预测测预报报的方法法为保证隧道的顺顺顺利施工工，避避免地下下水发发育地段段突水水、突泥泥的发发生，防防止地地表水、地地下下水流失失，破破坏青云云山景景区生态态环境境，确保保隧道道施工安安全，需需要采取取有效效措施对对隧道道掌子面面地质质情况进进行较较为准确确的预预测预报报，根根据隧道道的具具体情况况，判判定超前前地质质预报内内容并并纳入工工序管管理之中中。经过超前地质预预预报，在在开挖挖后对地地质条条件再次次认知知，通过过对比比反馈信信息和和分析，逐逐步步提高对图2超前地地地质预报工工作作内容程程序图图2.3.1超前前前探测主要针对地下水水水发育地地段的的断层破破碎带带及其影影响带带、岩层层接触触带、构构造及及发育带带2.3.1.111超前物探探长距离超前物探探探：首选选方法法为TSP22003地质探测测仪仪（探测测距离离约200m），对比比方方法为水水平钻钻孔超前前探测测。TSP22003超前地质质预预报系统统是利利用地震震波在在不均匀匀地质质中产生生的反反射波特特性来来预报隧隧道掘掘进面前前方及及周围临临近区区域的地地质状状况。它它是在在掌子面面后方方边墙一一定范范围内布布置一一排爆破破点（间间距1.5米），进进行行微弱爆爆破，产产生的地地震波波在隧道道前方方体内传传播，当当岩石强强度发发生变化化，界界面两侧侧岩石石的强度度差别别越大，反反射射回来的的信号号、返回回的时时间和方方向差差别越大大，通通过专用用数据据处理软软件处处理得到到岩体体强度变变化界界面的信信号也也就越强强。返返回信号号被经经过特殊殊设计计的接收收器接接收转化化成信信号并进进行放放大，通通过专专用数据据处理理软件处处理，得得到岩体体强度度变化界界面的的位置及及方位位。见TSP22003地质预报报系系统现场场测试试示意图3。图3TSPPP203地质预报报系系统现场场测试试示意图图TSP203地地地质预报报系统统的操作作方法法：在距距开挖挖掌子面5米处的边边墙墙上（按按示意意图）布布置探探测爆破破点，间间距1.5米，用风风枪枪在布点点处垂垂直打眼眼，深深度为150㎝，在靠靠近近掌子面面同侧侧边墙上上打一一排爆破破点。在在距掌子子面55米处同侧侧边边墙上打打一接接地孔（深深2米）。将将爆爆破孔内内渣粉粉用高压压风吹吹干净后后装0.055KKG炸药，用用电电雷管逐逐个起起爆。将TSP22003探头放入入接接地孔并并抵紧紧孔底，启启动动TSP22003地质预报报系系统，待待系统统正常后后，指指挥人员员发令令起爆，待待地地震波信信号在在系统中中传输输完毕后后保存存图像，然然后后进行分分析前前方地质质情况况。2.3.1.222水平钻孔孔超超前探测测采用钻孔超前探探探测，钻钻孔孔孔径≥50mm，钻孔长长度≥60m，准确探探测测前方围围岩的的地质情情况，并对TSP22003地质预报报系系统的超超前探探测成果果进行行验证。在在TSP22003地质预报报系系统的分分析基基础上，只只能能描绘前前方围围岩断层层破碎碎带的准准确位位置、围围岩完完整程度度及坚坚硬程度度的大大致情况况，但但不能准准确判判定含水水情况况。因此此，为为了更准准确判判定断层层内的的充填物物及含含水情况况，在在距TSP22003地质预报报系系统的分分析的的破碎带带界面面30米，用水水平平钻孔进进行超超前探测测。超前探孔每循环环环原则上上设3个，钻孔孔深深度不小小于60m，两循环环之之间搭接接长度度不小于5m。3个探孔中中其其中一个个须采采用地质质钻机机进行取取芯，通通过对芯芯样完完整程度度的分分析及钻钻孔速速度的快快慢、钻钻孔出水水的清清浊及水水压，来来判断对对掌子子面前方方地质质情况，根根据据钻孔的的出水水量及水水压可可判定前前方围围岩的富富水情情况及涌涌水可可能性的的大小小。采用超前水平钻钻钻孔可以以最直直接的揭揭示掌掌子面前前方的的地质特特征，准准确率很很高。采采用长短短钻孔孔相结合合，并并结合其其它探探测成果果，可可取得良良好效效果。超超前水水平钻孔孔采用用MK50型地质钻钻机机施工。探探孔孔布置如如图4所示。图4探孔布布布置示意图图根据预报及探测测测的结果果，分分析判定定围岩岩的级别别，决决定是否否采取取预注浆浆或超超前支护护、加加强支护护等措措施。2.3.2常规规规地质法法2.3.2.111超前上导导开开挖揭示示在Ⅳ级围岩段采采用用台阶法施施施工时，上上道道坑超前前下导导坑可达达到50-11000米、通过过上上导坑的的开挖挖揭示隧隧道围围岩的真真实情情况，做做好掌掌子面与与侧壁壁的量测测和地地质素描描。主主要工作作有：：对应位位置的的里程桩桩号、底底层岩性性特征征、结构构面性性质与产产状及及发育程程度、岩岩体破碎碎程度度与充填填情况况、洞壁壁变形形破坏特特征、突突泥与坍坍方部部位。方方式与与规模及及其随随时间的的变化化特征。为了确保上导坑坑坑的安全全施工工，必须须辅以以TSP22003地质预报报系系统的超超前地地质探测测及预预报分析析。2.3.2.222洞内涌水水的的实时监监测①上导坑各涌水水水点（掌子子面面炮眼涌涌水）的的实时监监测。检检测内容容包括括：各涌涌水点点空间分分布、水水量、水水压、水水质与同同位素素化学，各各涌涌水点位位置（里里程）、地地层层岩性、裂裂隙隙与岩溶溶发育育等特征征。②上导坑洞身身涌涌（突）水水水的动态态监测测。包括括：涌涌（突）水水的的地质档档案、水水量、涌涌（突突）水的的空间间分布、单单点点涌（突突）水水及其动动态、涌涌（突）出出机机制、涌涌（突突）水的的化学学与同位位素化化学动态态特征征等。③上导坑洞内内气气温与湿度度度的实时时监测测2.3.2.333洞外实时时监监测岩溶水地表排泄泄泄点检测测包括括：天窗窗、泉泉点和暗暗河的的水量及及动态态、水化化学与与同位素素化学学变化特特征等等。地表河流排泄点点点检测包包括：：隧道通通过地地带上下下游河河水流量量及动动态、水水化学学与同位位素化化学变化化特征征等。拟拟选3～5各控制断断面面，要求求每5～10天检测一一次次。大气降水与气温温温检测：：隧道道所处地地段设设3～5各监测控控制制点，要要求每每天监测测。根据勘测资料以以以及超前前地质质预报工工作和和实施的的洞内内外监测测所获获得的资资料，进进行综合合分析析，对隧隧道内内可能发发生大大规模（高高压压）涌（突突）水水突泥的的地段段施工方方案进进行设计计。超超前地质质预报报流程见见图5.18。2.3.3岩爆爆爆的预测测预报报岩爆是地质高应应应力状态态下的的应力突突然释释放。在在隧道道埋深大大于400米的地段段进进行岩爆爆预测测和采取取逐步步释放应应力等等措施，确确保保隧道施施工安安全。①以超前探孔为为为主，辅以以地地震波、电电磁磁波、钻钻孔岩岩性及钻钻速测测试等手手段进进行分析析预报报。结合合开挖挖面附近近岩体体的观察察及地地质素描描，分分析岩石石的动动态特征征。②从可能发生岩岩岩爆的地段段采采集试件件进行行X射线粉晶晶衍衍射成份份分析析、岩爆爆岩断断口电镜镜扫描描分析、岩岩爆爆岩石力力学试试验研究究（包包括在MTS刚性压力力机机上进行行单轴轴压缩条条件下下的应力—应变全过过程程试验、岩岩性性倾向性性指数数（wet）测试、卸卸卸载条件件下岩岩石变形形破裂裂机制研研究等等），并并根据据成果指指导后后续施工工判断断岩爆发发生的的可能性性。③参考有关资料料料及类比类类似似条件工工程，预预测岩爆爆发生生的可能能性。在隧道埋深大于于于600米的地段段必必须采取取逐步步释放应应力的的措施，如如预预留光爆爆层等等。⑹软岩大变形段段段的预测青云山隧道软质质质岩为K1shh22a凝灰质砂砂砾砾岩、凝凝灰质质粉砂砾砾岩、细细砂岩等等，γ＝26.55KKN/mm3，软质岩岩单单轴饱和和抗压压强度取Rc＝2.5MMpa。凝灰质质砂砂岩隧道道埋深深H≥326m，位于极极高高应力区区，凝凝灰质砂砂岩隧隧道埋深326≥H≥174m，位于高高应应力区，可可能能存在软软岩变变形。对岩体的单轴饱饱饱和抗压压强度度的测定定是至至关重要要的，通通过岩石石的单单轴饱和和抗压压强度及及隧道道埋深可可判定定是否为为软岩岩大变形形段。如如果是，则则要要采取相相应的的加强支支护措措施，抵抵抗软软岩的大大变形形。2.3.4高地地地温段的的预报报在设计预测的高高高地温段段，每每隔50米在边墙墙上上打眼（深深度度为1米），将将应应变式温温度计计装入孔孔底，采采用软木木或泡泡沫塑料料封堵堵好孔口口，进进行地温温实测测。当地地温超超过28度，则要要采采取喷雾雾降温温措施。2.3.5地地地质复勘勘与补补勘隧道施工前，根根根据设计计图纸纸提供的的地质质资料，对对施施工现场场进行行地质复复勘，地地质复勘勘的目目的是提提供线线路及周周围地地段系统统的地地质资料料，并并与设计计资料料进行核核对。地地质复勘勘的工工作包括括取样样、检查查、地地质专家家对现现场的实实地考考察。根根据地地层变形形、植植物根系系、地地下水出出露情情况、岩岩石构构成及其其他地地质线索索，建建立地质质系统统的构造造关系系，绘制制相应应的地质质构造造图。地质复勘的重点点点工作对对隧道道顶附近近的陷陷穴、滑滑坡、渗渗水通道道、偏偏压等进进行调调查。发发现异异常情况况时，根根据需要要决定定是否补补勘。3.1信息反馈馈馈与质量量保证证措施3.1.1预测测测信息反反馈地质测试与超前前前预报成成果资资料采取取分报报告与总总报告告相结合合的信信息反馈馈方式式。每天天将现现场采集集的资资料进行行分析析和汇总总，并并向施工工和技技术负责责人进进行汇报报；每每周进行行一次次归纳汇汇总。每200m分段提供供报告，分分段地质测测试预报完完成后，在在3天内向设设计单位和和业主提供供说明和图图件，5天之内提提供分段成成果报告。对对地质条件件与设计变变化较大、影影响隧道施施工安全，可可能产生地地质灾害的的重点地段段（富水地地带、不同同岩性接触触带、节理理密集带等等）所做的的地质超前前预报，及及时反馈给给业主、设设计单位进进行动态设设计；情况况紧急时，先先及时采取取防范措施施，有条件件时邀请有有关方进行行现场会勘勘，再以书书面形式报报告业主、设设计单位，以以保证施工工安全。根据地质超前预预预报提供供的信信息，制制定相相应的不不良地地质3.1.2质量量量保证措措施为了保证地质测测测试与超超前预预报质量量，成成立QC小组，实实行行全面质质量管管理，按ISO990001质量体系系的的要求，建建立立内部质质量管管理机制制，制制定岗位位责任任制，保保证测测试预报报工作作按计划划运行行，严格格按图图5超前地质质预预报流程程图