超前地质预报作业指导书

超前地质预报作业指导书1.适用范围本指导书适用于铁路隧Ⅴ级围岩超前地质预报施工。2.作业准备2.1内业技术准备将超前地质预测、预报纳入正常施工工序中，作为隧道"信息化"施工的重要组成部分，并形成制度，是施工规范需要，也是现代化施工发展趋势。现为确保成昆铁路峨眉至米易段隧道施工安全质量，特制订本作业指导书。2.2外业准备施工作业层中所涉及的各种外部数据收集，修建生活房屋，配齐生活、办公等所需设施，满足主要管理、技术人员进场生活、办公需要。3.技术要求成昆铁路峨眉至米易段沿线部分隧道穿越地段工程地质条件复杂主要为粉质粘土、强风化岩层、浅埋洞段及偏压地段，隧道安全问题为隧道工程施工的重点。地质超前预报中各种方法的特点：TSP203作业快，测距长，干扰相对少，可以与多种预测法结合应用，但精度不高，解释难度大，适于做长距离预测；地质雷达可以准确测定短距离内隧道四周和低部的空洞、水体情况，可补充TSP203的不足；红外线探水仪适于判断地下水情况，作业快，干扰少，较准确，但水量水压无法测定；超前水平钻孔基本可以100%的揭示地下水及围岩物理力学性能，但干扰大，用时长，费用高。在施工中，根据各种方法的特点确定地质超前预报的原则是：以常规地质综合分析法为基础，TSP地质超前预报系统做长距离宏观控制，地质雷达做近距离判断，红外线探水仪做连续地下水探测，水平钻孔为必-155-做项目，形成综合地质超前预报系统。并组成专业预报小组，建立健全隧道地质超前预报工作制度，配备先进的仪器设备，开展地质超前预报工作。4.施工程序及工艺流程工艺流程见图5.施工要求5.1地质调查法-156-5.1.1使用条件常规地质法适用于为近期开挖、支护提供预报（设平导时视超前正洞的长度）。对开挖面的围岩级别、岩性、围岩风化与变质情况、节理裂隙、岩层产状、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开挖后洞内的围岩地质特征分析来推测开挖面前方的地质情况，据以指导施工。此法的关键在于工程地质工程师的经验丰富和现场详细的地质纪录和物探资料。5.1.2技术内容和要求施工前预报：根据设计给出的隧道地质条件说明资料，认真分析隧道的地质断面图、平面图，掌握隧道的地质特点和水文特点。进行长距离，宏观预报各段隧道可能出现的不良地质情况。施工常规地质法预报：主要完成开挖面的地质素描，地质展示图，并利用TSP203预报资料、雷达检测资料、红外线探水资料、超前钻孔资料进行地质分析预报，是综合地质预报的中枢。施工阶段地质资料记录：首先对开挖地段进行地质调查，调查的主要依据为：隧道开挖面地质素描、岩石结构面调查和涌水观测记录。开挖面地质素描内容有：岩性、岩层产状、软弱夹层、岩脉穿插情况；断层及破碎带的形态、产状、宽度、填充物特征；主要节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。岩石结构面调查内容有：围岩的岩石结构产状、节理的延伸性、粗糙起伏情况、张开程度。地下水出露情况、水量大小等；岩溶的形态、大小、位置走向等；围岩节理内含水情况。-157-地质素描采用图表形式形象纪录。施工阶段地质预测：根据开挖面地质素描、岩石结构面调查记录采用前推法预测前方地质情况，首先按1:100的比例做出开挖面前方一定长度的展开图，逐一将开挖面地质素描和岩石结构面的记录资料，按其产状、节理轨迹线绘制到展示图上，最后按其节理走向和轨迹延伸并结合TSP203的预报成果、地质雷达预报成果和超前钻孔的钻芯地质资料画出前方地质情况。地下水地质预测：现场技术人员根据以往施工经验对地下水作如下经验性预报：当隧道由弱可溶岩进入强可溶岩的边界部位时，可能发生涌水；根据大突水点的涌水特征：一般有渗→滴水段→线状渗水段→集中涌水段→高压喷水段，当隧道由渗、滴水段进入线状渗水段时，应作好出现集中涌水的准备；进行超前预报的施工防治能取得较好的效果；钻孔内出现浑水，前方可能有涌水；若浑水能喷射5m以上，则前方可能有大于30～50L/s的涌水存在；当超前钻孔能喷射3.5m以上，或涌水速度大于7m/s，或风钻孔内有涌水速度大于14m/s的出水，则前方可能出现大于20L/s的涌水存在；当地温测值出现比前一点低时，可能有涌水。5.2超前水平钻孔5.2.1使用条件采用超前水平钻机，对钻进过程中钻速和钻碴的变化的分析来对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。也可以通过超前钻探取芯测定含水率为主要手段确定下一步施工方案。一般使用的是冲击钻，通过冲击器的响声、钻速及其变化、岩粉、卡钻情况、钻杆振动情况、冲洗液的颜色及流量等粗略的探明岩性、岩石强度、岩石完整性、-158-溶洞、暗河及地下水发育情况。复杂地段采用回钻取芯钻。回钻取芯钻的岩芯鉴定可靠，地层变化里程可以准确测定，一般只在特殊地层、特殊目的、需要精确的判断情况使用。5.2.2技术内容和要求在隧道施工通过岩溶、断层破碎带段每开挖30m，利用超前水平地质钻孔对开挖前进方向进行30～50m的钻探。每个循环搭接长度在3～5米。在可溶岩地段、可溶岩与非可溶岩过渡接触带，以及断层破碎带施工中运用钻具进行长sm的超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。对超前探测的异常段，需增加钻探。钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。钻探应符合下列规定：1)钻探口径和钻具规格应符合现行国家标准的规定。2)成孔口径应满足取样、测试和钻进工艺的要求。3)应严格控制非连续取芯钻进的回次进尺，使围岩分界精度符合要求。4)岩芯钻探的岩芯采样率，对完整和较完整岩体不应低于80％，较破碎和破碎岩体不应低于65％；对需重点查明的部位（滑动带、软弱夹层等）应采用双层岩芯管连续取芯。5)当需确定岩石质量指标RQD时，采用75mm口径（N型）双层岩芯管和金刚石钻头。-159-对富水隧道应及时探明地下水的储量及分布，探水的方法主要采用钻探法，另辅以电法、红外线法等。5.3TSP203超前地质预报系统5.3.1使用条件TSP203适用于极软岩到至极硬岩的任何地质情况。系统在围岩较好地段可测出前方100～200m范围内的岩层分界面、岩层的物理性质、断层等，围岩完整性较差时，预测范围在100～150m之间。5.3.2技术内容和要求钻孔：在距离工作面50米处钻深度为1.5m的孔，布置传感器；自工作面起，每隔1.5m钻孔一个，钻孔深度为1.5m，共24个孔，最后一个孔与传感器的距离大于20m。所有钻孔的高度尽可能的在同一标高线上。钻孔完毕后，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好纪录。埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌。待传感器杆固-160-定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面。连线检查：把传感器、检波器（电脑）、起爆器、同步器连接并检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连。测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800米范围内不得有机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等。装药爆破：由最里边炮孔开始，逐个依次装药联线，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在50～80g左右，围岩较差时，可加大，但不能超过100g。恢复施工：爆破一结束，马上可以恢复施工，一般停工时间在45min左右。成果分析：采用TSP203自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前方围岩的物理特性，岩层分界线、软弱带、断层的位置等信息。在隧道施工中，TSP203系统在断层破碎带、低阻区、岩石界面、不良地质地段范围内按每100m段进行预测。5.4地质雷达5.4.1使用条件地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方的岩体中的传播和反射，根据传波速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种方法。-161-当TSP203系统预报有溶洞、暗河水体、岩层层面等不良地质时，其规模、形态需要具体了解，就需要用地质雷达进行探测。本标段所有隧道在遇到溶洞时，使用地质雷达，在溶岩发育地段，对隧道周壁均应采用地质雷达探测，预报隧道周围的岩溶形态。5.4.2技术内容和要求一起的技术指标：系统增益不应低于150dB;信噪比不应大于60dB；采样间隔不应大于0.5ns、模数转换器低于16位；具有可选的信号叠加、实时滤波、点测与连续测量、手动与自动位置标记等功能。隧道掘进过程中，每开挖150m通过TSP203对开挖前进方向进行中长距离（100～200米）预报，对一定规模的断层破碎带和岩溶带进行预报。地质雷达在完整的岩石地段测报距离宜在30m以内，在岩溶发育地段的有效探测长度则根据雷达的波形情况判定。连续预报时前后两次重叠长度应在5m以上。5.5其它地质工作内容及方法岩溶和断层破碎带形态调查：调查岩溶的形态、规模及其分布位置、高程、延伸方向、涌水量大小、充填物情况。-162-地表监测：依据提供的工程地质、水文地质图，暂定隧道中线两侧各1.5公里与居民生活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。监测内容主要为水量、水温、水压、水质的变化以及当地的气象与降水。监测手段主要为测量、摄影、笔记等。洞内监测：用数码摄像机将开挖后、没有支护以前的隧道侧壁进行摄像,通过编辑,制成具有里程标志的连续的影视资料，从而分析地层节理、裂隙的变化情况。随着隧道施工进展，通过测试窗量测裂隙，即在洞壁画定一定面积，对节理进行统计，计算隧道围岩的渗透张量；尝试通过裂隙的统计预测岩溶通道出现的概率。涌水监测：进行涌水动态的实时监测，包括涌水点的空间分布、单点涌水量、涌出压力、涌出机制和涌水的化学与同位素化学特征等。以10天为单位进行长期观测，根据地下水的动态变化，间接地判断工作面前方的地质情况是否变化，尤其重点观察大涌水点和集中的出水点。地温检测：随隧道的施工进度，对隧道工作面气温及水温进行监测，编制进度气温、水温变化曲线，预测前方地温变化。应力测试：当开挖面前方的自重应力，接近或等于岩爆临界应力值时，对前方围岩进行原位应力测试，做出岩爆评估。6.劳动组织劳动力组织方式：采用架子队组织模式。配备熟悉使用所用仪器的专业人员进行仪器操作和数据处理。一般配置技术人员3人。7.材料要求无。8.设备机具配置黄家堡隧道超前地质预报主要施工设备-163-序号设备名称单位数量备注1地质罗盘仪台1地质素描，形成隧道地质基础资料2超前水平钻机台1可探测断层、岩溶、瓦斯、异常段等3数码相机台1留存影像资料9.质量控制及检测1）采用综合超前地质预报方法时，应将各预报手段所获得的资料进行综合分析与判断，并编制地质综合分析成果报告，内容应包括工作概况、采用的各种预报手段及预报结果、相互印证情况、综合分析预报结论、施工措施建议及下步预报工作计划等。2）施工过程中应将实际开挖的地质情况与预报结果进行对比分析，及时总结经验教训，指导和改进地质预报工作；超前地质预报方案应根据实际地质情况及时进行调整，并按有关程序批准后执行。3）要将解译结果与开挖后实际地质情况比较，不断总结经验，提高解译水平。10.安全及环保要求1）人员安全要求①超前地质预报人员应认真学习、执行隧道施工安全规程，超前钻探人员应认真学习、执行钻探安全技术操作规程。新参加人员（含临时工）上岗前，必须经过安全生产教育，具有安全生产的基本知识，并应在班长或技术熟练人员的指导下工作。②隧道超前地质预报实施过程中应识别各种安全危险源，保障人员和机械设备的安全。③进入隧道工作必须穿戴合体的工作服（天然气、瓦斯隧道严禁穿着易于产生静电的服装）、防护靴、安全帽和防尘（防毒）口罩等防护用品。-164-④严禁上班前和工作中饮酒。⑤地质预报工作必须在现场找顶作业结束（必要时初期支护）后进行，开始工作前应观察操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探开挖工作面附近是否还有危石存在，确保预报人员的安全。⑥高处作业时作业台架必须安设牢固，台架周围应设置防护栏，凡患有高血压、心脏病等不适应高处作业者不得上架作业。⑦钻机使用的高压风、高压水的各连接部件均应采用符合要求的高压配件，管路应连接、安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂高压风、水伤人；高压电路接线应由专业电工操作。⑧钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙等伤人。⑨为便于控制超前钻孔揭露大量地下水时的水流及采取措施，孔口应安设孔口管和闸阀，且孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。2）设备安全要求①设备技术状态良好，能确保正常、安全使用。②操作人员必须熟知设备性能和操作规程，严格遵守设备操作、使用和维护保养规定，按照设备使用说明书的有关规定操作使用。③严禁设备带故障使用，防止拼设备和精机粗用，违规代用，使用设备时不得任意改变其性能和用途，禁止随意拆卸零部件和附属设备。④设备的随机附件、备件、专用工具应专人保管，责任到人。⑤设备使用后要按照出厂装箱位置装好设备，设备搬运要轻拿轻放，做好防潮防雨工作。⑥仪器运输时应机不离人，人不离机，保证仪器运输安全，按照要求在指定-165-时间内到达待测地点。⑦