超前地质预报施工作业指导书

新建蒙西至华中地区铁路湘赣段

隧道工程

编号：MHTLSD-001

超前地质预报

施工作业指导书

2015年09月30日发布2015年10月10日实施

新建蒙西至华中地区铁路湘赣段

隧道工程

编号：MHTLSD-001

超前地质预报

施工作业指导书

单位：中交第一公路工程局有限公司

编制：_____________________________

批准：_____________________________

2015年09月30日发布2015年10月10日实

施

超前地质预报作业指导书

L适用范围

适用新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程MHTJ-27标段隧道超前地质预

报作业。

2.作业准备

作业指导书编写后，应在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设

计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。制定施工

安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行

上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。

检查传感器杆，连接线是否符合相美要求，根据围岩情况准备钻孔及注水机

具。

3.技术要求

3.1超前地质预报的内容

（1）不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方一定范围内有无突水、

突泥、岩爆及有害气体等，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施或建议。

（2）水文地质预很：预报洞内突涌水量的大小及其变化规律，并评价其对

环境地质、水文地质的影响。

（3）断层及其破碎带的预报：预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填

物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定程度，提出施工对策。

（4）围岩类别及其稳定性预报：预报学子面前方的围岩类别与设计是否吻

合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的

建议等。

（5）预测隧洞内有害气体含量、成分及动态变化。

3.2技术方法

加强超前地质预报，采用TSP203地震波探测仪、地质素描、超前水平钻孔、

加深炮孔等综合勘探的方法进行探测，超前地质预报是制定施工方案和工程措施

1

的主要依据，也是隧道施工的一道重要工序。本标段隧道施工中，在重点地段，

上述各种预报手段并用，一般地段以地质素描为主。实行动态监控，信息化施工。

加强对围岩监测，进一步掌握围岩的特性，为施工提供可靠的技术依据。

4.施工程序与工艺流程

4.1施工程序

实施方法：对于设计提供的不良地质地段，提前50nl进行探测。TSP203地

震波探测仪每100m施作一次；超前水平钻孔（每断面相置五孔，其中一个孔钻

取岩芯）30m一个循环，每循环搭接长度5叱地质素描每掘进循环进行一次；加

深炮孔每掘进循环进行一次，每次较爆破孔深2〜3米，严禁在残留炮孔内施作

加深炮孔。

根据几种探测手段的探测结果进行综合分析，互相验证，提出预测预报意见

和工程措施建议，及时反馈，以调整优化设计，进一步改进和完善施工工艺和方

法，实施信息化动态施工管理。

补充地质调查是在设计提供的地质资料的基础上，实地调查核实：不同地层、

岩性、岩层产状在隧道地表的出露及接触情况等。

4.2工艺流程

隧道综合超前地质预报的工作流程如图5.1-1

5.施工要求

5.1地质预报的分级管理与方案设计

（1）超前地质预强应实行分级管理，根据地质灾害对隧道施工安全的危害

程度，对工程进行地质灾害分级，采取不同地质预报方案。

（2）根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，地质灾害分为以下四级：

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、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾

害的地段，高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等。

2

开始

制定预报方案

远程

中程15〜60m近程0〜20

50〜

地质调查法

地震波法地震波

超前钻孔法

负视速度法

地质雷达法

HSP水平声波剖面

低频法探水

准确测定断层

破碎带、岩溶、

采空区、含水

构造的位置

实施施工方案

按原施工

组织设计言

息

进行施工一

又

赞

验证远程预报的准确♦

图5.1-1综合超前地质预报

3

B级：存在中、小型突水突泥隐患的地段，物探有较大异常的地段，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。

(3)地质复杂隧道的预测预报应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相垢合、

地质方法与物探方法相结合、辅助导坑与主洞探测相结合，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。不同地质灾害的预报方式可采用：

A级预报：采用地质分析法、地震波反射法、声波反射法、地质雷达、红外

探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。

B级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法，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

地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，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。

5.2超前地质预报方法

5.2.1超前地质预测预报方法

隧道施工超前地质预测预报方法主要有传统的地质分析法，物探法、超前探

孔探测法、超前坑道法等。根据隧道地质的复杂性和多变性，施工中采取综合超

前预测预报手段，即长短结合、上下对照、定量和定性相结合提高预测前方羽岩

的准确性。根据各种探测方法的特点分为长距离控制预测、中距离预测、短距离

验证预测。

(1)研究既有资料，编制预报方案

首先，研究既有区域地质、工程地质资料，以达到对整个地区地质情况有一个比

较全面和深刻的认识，如可溶岩分布情况、构造发育情况、地表水系发育情况等。

通过对这些资料的分析和把握，制定预报预案，管对不同地段的地质情况进行地

4

质预报重要性分级，不同级别的地段采取不同的预报手段。

（2）地质灾害分级

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、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。

（3）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。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。

根据指导性施工组织设计要求，隧道穿越断层破碎带、可溶岩与非可溶岩

接触带及岩溶洼地对应带采用A级超前探测，其余地段采用B级超前探测。

（4）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

5

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，

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。

(5)中长距离预很

中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP、深孔水平钻探等对学子面

前方30〜100nl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10m以匕以便前后两次重

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。

(6)TSP203地质预报系统

TSP-203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。它是在掌子面后方边墙

上一定范围内布置一排爆破点，依此进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周

围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分

信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。返回的信

号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放入，根据信号返回的时间

和方向，通过专用数据处理软件处理，可以得到岩体强度变化界面的方位。反射

界面岩石的性质通过以下方法加以判断：出现较高的反射振幅、较大的反射系数

和较小的弹性阻抗，表示反射界面的岩石密度和波速较高；波形中央出现正的反

射振幅，表示反射界面的岩石是坚硬的。如果是负的反射振幅，表示反射界面是

软弱岩石。S波反射比P波反射更强表示反射界面富含水。Vp/Vs增大或突然增

大表明流体存在，Vp下降则表明岩石裂隙或空隙度增大。

(7)短距离预报

短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、超前钻孔、加深

炮孔等方法进行预报，比如掌子面前方20m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。

6

6.地质素描

随开挖及时进行，应每开挖循环进行一次素描，进行掌子面编录，结合地面

地质体投射，预报前方的地质情况。地质素描随隧道开挖及时进行，木标段隧道

内地质素描填写见表6-1o

表6-1掌子面地质素描记录表

工程名称施工里程

编号项目名称状态描述其他

学子面开挖宽开挖高开挖面开挖

1

尺寸度(m)度(m)积(m2)方式

掌子面正面不能

2稳定正面掉块正面挤出

状态自稳

毛开挖随时间松弛、自稳困难、要

3自稳要超前支护

面状态掉块及时支护

岩石强度

430〜6015〜305〜15<5

(MPa)

风化程度

5微风化弱风化强风化全风化

裂隙宽度

6>53〜51-3<1

(mm)

7裂隙形态密集部分张开开口夹有粘土

8涌水状态无水渗水整体湿润涌出喷出特别大

围岩级别

9

划分

附图

制表：复核：现场监理工程师:

7

6.1工程地质

（1）地层岩性，包括地层时代、岩性、岩体产状等；

（2）断层，包括断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，并进

行断层带岩体的稳定性评价；

（3）节理，包括节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征、力学性

质，分析组合特征、判断岩体完整程度；

（4）岩溶，包括岩溶规模、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。

（5）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。

6.2水文地质

（1）出水点位置、出水状态、水量、水压、水温、颜色、泥砂含量测定，

必要时进行长期观测；

（2）水质分析，判定水对建筑材料的腐蚀性；

（3）水点和地层岩性、构造、岩溶、暗河等的关系分析；

（4）必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降

雨的关系；

（5）必要时应建立涌突水点地质档案。

6.3摄像和影像

隧道内重要的和具代表性的地质现象如溶洞、暗河等应进行摄像或录像。

6.4超前地质钻探

在高压富水岩溶发育区应连续重叠式进行，每循环钻90m/3孔或150m/5孔,

开挖24〜26nb留6〜4m止浆岩盘，也可进行深孔钻探，比如每循环钻60〜80m,

留8〜5m止浆岩盘，但随着钻孔深度的增加，钻具下垂加大，孔位易偏离设计值,

钻孔应终孔于隧道开挖轮廓线以外5〜10m。采用水循环钻；钻孔应安设孔口管

和闸阀，揭露大量地下水时及时关闭闸阀，使地下水始终处于可控状态，以便制

定和采取有效处理措施；因钻孔主要是探测有无溶洞及岩溶水，为提高钻进速度,

8

减少工序时间，可采用冲击钻，特殊地段应采用回转取芯钻，以便对岩心进行鉴

定。超前钻孔揭示岩溶后，应适当加密，并可采用地质雷达及其它物探手段进行

精细探测，以查清岩溶规模及发育特征。

6.5加深炮孔探测

由于隧道开挖炮眼数量较多，且风钻打眼比较方便，在每循环掌子面对其中

的几个炮眼加深至5〜7nl作为预报探测孔，实践证明会收到较好的效果，可探明

掌子面前方地质情况，使掌子面前方总有3〜5m以上的岩盘，避免或减少岩溶地

区隧道突泥、突水事故的发生。

6.6TSP203地质预报系统实施

(1)TSP203系统在围岩较好地段可测出前方100〜200田范围内的岩层分

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50〜100m

之间。

(2)钻孔：在距离工作面50nl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1.5%最后一个孔与传感器的距离

大于20mo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。

(3)埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚硝，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

感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面。

(4)连线检查：把传感器、检波器(电脑)、起爆器、同步器连接起来，并

检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连。

(5)测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800m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。

(6)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100go

(7)恢夏施工；爆破一结束，马上可以恢复施工，一般停工时间在45min

9

左右。

(8)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。

(9)在木标段施工中，TSP203系统在隧道全长范围内按每100m进行预测。

6.7地质雷达

当TSP203系统预衣前方有溶洞、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。

隧道在遇到暗河、溶洞时，使用地质雷达，在溶岩发育地段，对隧道周壁采

用地质雷达探测，预报隧道周围的暗河和岩溶形态。

6.8超前钻孔预测

(1)当TSP203系统预报前方有断层、空洞、岩层层理明显时，采用MGY-80

和MGY-100A锚固钻机进行超前探孔、XY-2岩芯钻机取芯。

(2)本标段隧道断层破碎带、岩溶及喑河分布在不同地段，地质条件十分

复杂。采用钻孔预测时采取以下方法：钻孔深度以30m为限，30m以内出现异常

情况时，按预定方案实施，钻孔出水，安装压力表及水表，测定地下水的压力和

流量。

(3)MGY-80.MGYT00A钻机预测:30nl以内无异常情况时，继续钻孔，深

度为50〜100m,无异常情况，按正常程序施工，出现异常按预案实施并测定水

压和水量。100m以后的预测则由下一循环钻孔探测完成。MGY钻机参数为：最大

钻孔深度100m,开孔直径HOmm；终孔直径为65mm；带冲击器钻100m约24小

时。取芯8天。

(4)日常的钻孔预测：在每次钻孔过程中，指定在拱顶、两侧拱腰、两侧

边墙脚及仰拱底部附近的1〜2个辅助眼加深1〜5m,依靠对钻孔速度变化的直

觉，判断前方围岩的变化，采用YT-28风钻。

6.9特点比较

(1)在综合地质超前预报中的各种方法中，TSP203作业快，测距长，干扰

10

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底部的空洞、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。

（2）在隧道施工中，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，超前水平钻孔等形成综合地质超前预报系统。

7.劳动组织

每工班劳力安排：仪器操作员2人，记录员1人，钻孔装药6人，注水操作

2人，连线工2人，电工1人，专职质量员1名、专职安全员1名。

8.材料要求

（1）药卷、电雷管、连接线的性能指标应符合探测要求的规定；传感错杆

表面光整，无凹凸破损，质量检查合格。

（2）施工用水的水质应符合工程用水标准。

9.设备机具配备