超前预报技术标书

PAGE新建铁路云桂线（云南段）站前工程隧道超前地质预测预报及监控量测评估第三标段（YGYB-3）技术标书投标单位：中国有色金属工业长沙勘察设计研究院编制日期：二零一零年十一月二日目录第一篇超前地质预测预报和监控量测实施大纲 232第一章实施方案 2321.工程概况 2321.1新建铁路云桂线（云南段）工程概况 2321.2第三标段（YGYB-3）工程概况 2332.超前地质预测预报实施方案 2342.1超前地质预测预报的目的和意义 2342.2隧道施工过程中常见的地质灾害 2362.3隧道超前地质预测预报的必要性和内容 2382.3.1隧道超前地质预测预报的必要性 2382.3.2隧道超前地质预测预报的内容 2392.4本工程超前地质预测预报执行的技术规范 2402.4.1中华人民共和国行业标准 2402.4.2中华人民共和国国家标准 2402.5超前地质预测预报采取的技术方案 2412.5.1隧道区域地质调查与宏观预报 2412.5.2长期（长距离）超前地质预报 2452.5.3短期（短距离）超前地质预测预报 2512.5.4超前水平钻孔探测 2622.5.5有毒有害气体的检测 2652.5.6隧道施工地质灾害临近报警技术 2672.5.7超前地质预测预报的重点、难点及应对措施 2692.5.8隧道施工综合地质超前预测预报 2702.6工作量预布置与工作量预估 2732.7超前地质预测预报拟投入的仪器设备 2743.隧道监控量测实施方案 2753.1隧道监控量测的目的和任务 2753.2隧道监控量测工作流程 2763.3监控量测项目的设置 2773.4作业标准及操作要点(必测项目) 2783.4.1洞内观察 2783.4.2洞外观察 2793.4.3拱顶下沉量测 2803.4.4周边收敛量测 2813.4.4地表下沉 2833.4.5不均匀沉降观测 2843.4.6复核频次 2843.5数据分析及信息反馈 2843.5.1监控量测数据分析处理 2843.5.2信息反馈与工程对策 2853.6选测项目 2873.7监控量测资料验收 2873.8监控量测工作量预估 2883.9监控量测拟投入的仪器设备 288第二章组织机构及组织保证 2901.超前地质预测预报的组织机构 2901.1组织机构 2901.2人员配置及其职能 2911.2.1专家顾问组 2911.2.2项目经理部成员及职责 2912组织保证措施 2922.1本工程工作程序 2922.2一般保证措施 2932.3建立超前地质预报信息数据库管理系统 294第三章保证预报质量的对策和措施 2961.质量目标与质量保证体系 2961.1质量目标 2961.2质量保证体系 2962.超前地质预测预报质量保证措施 2962.1预报前的质量控制 2962.1.1编制纲要及质量计划 2962.1.2设备、仪器的保证 2972.1.3技术交底 2972.2探测过程中的规范要求 2972.2.1TSP超前地质预报的规范要求 2972.2.2地质雷达超前地质预报规范要求 2972.2.3报告编写 2982.3外业施工过程中的质量控制 2982.4室内试验质量控制 3002.5内业资料整理的质量控制 3012.6纠正和预防措施 3013监控量测质量保证措施 3024．工程进度计划与措施 3034.1工期安排 3034.1.1总工期安排 3034.1.2阶段性工期安排 3034.2探测施工作业安排 3044.2.1TSP施工作业安排 3044.2.2地质雷达及红外探水施工作业安排 3044.2.3监控量测施工作业安排 3054.2.4单项预测预报探测时间预估 3054.3保证重（难）点工程预报及监测实施的措施 3064.3.1超前地质预测预报实施措施 3064.3.2监控量测实施措施 307第四章应提交的记录和报告 3091.地质素描提交资料的内容 3092.TSP超前地质预报提交资料的内容 3093.地质雷达超前地质预报提交资料的内容 3104.监控量测提交资料的内容 3105.最终报告提交资料的内容 3115.1超前地质预测预报总报告提交的内容 3115.2监控量测总报告提交的内容 3126.超前地质预测预报及监控量测成果提交时间 312第五章其他说明 3131.安全保证措施 3132.文明施工现场措施 3163.确保配合施工的措施 3174.对本工程的合理化建议 318新建铁路云桂线（云南段）隧道超前地质预测预报及监控量测评估投标文件技术部分PAGE293第一篇超前地质预测预报和监控量测实施大纲第一章实施方案1.工程概况1.1新建铁路云桂线（云南段）工程概况新建铁路云桂线（云南段）全长434公里，设计时速200公里，预留每小时250公里条件，覆盖云南省７个县２个区，是该省境内里程最长、标准最高、覆盖区县最多、投资规模最大的铁路项目，也是国家《中长期铁路网规划》中的干线铁路。云桂铁路的建设对扩大西南地区出海通道的运输能力，实现区域间优势互补和优化资源配置，促进云南、广西等西南地区经济社会发展都具有重要意义。新建铁路云桂线（云南段）由2部分组成（不含昆明枢纽及相关工程）：（1）从省界（D2K291+420）起，经过文山州的富宁县、广南县和丘北县，于弥勒江边街附近跨南盘江，经红河州的弥勒县后进入昆明的石林县，在宜良南侧再次跨越南盘江，经过阳宗镇，于昆明市呈贡新区东侧设昆明南站（D2K733+695），正线长度为431.183km（2）云桂线石林板桥站～南昆线石林南站（含车站改扩建工程）新建货车外绕线（单线）：线路正线长度24.529km，建筑长度27.006km（含石林板桥出站右线疏解）。新建铁路云桂线（云南段）是目前国内地理条件最为复杂的一条铁路干线，云南段隧道比例高达71%，总共有隧道93座，长度大于10千米的隧道多达11座，其中长度为18.2千米的石林隧道是国内最长的单洞双线铁路隧道。隧道超前地质预测预报及监控量测评估分为四个标段，各标段里程及隧道分布情况见下表:土建标和超前地质预报标段对应表序号超前地质预报和监控量测标段划分对应土建标段里程标段里程1一标（YGYB-1）一标省界～富宁隧道出口，里程范围D2K291+420～D2K352+612，正线长约61.192km二标富宁隧道出口～保上隧道出口，里程范围D2K352+612～DK407+080，正线长约54.468km2二标（YGYB-2）三标保上隧道出口～珠琳站（不含），里程范围DK407+080～DK473+300，正线长约66.220km四标珠琳站（含）～幸福隧道出口，里程范围DK473+300～DK539+130，正线长约65.83km3三标（YGYB-3）五标幸福隧道出口～南盘江四线大桥（含），里程范围DK539+130～DK598+140，正线长约59.010km六标南盘江四线大桥（不含）～石林隧道进口，里程范围DK598+140～D2K651+180，正线长约53.040km4四标（YGYB-4）七标石林隧道进口～石林板桥（含），里程范围D2K651+180～D2K686+950，正线长约35.770km八标石林板桥（不含）～昆明南站（不含），里程范围D2K686+950～D2K733+695，正线长约46.745km1.2第三标段（YGYB-3）工程概况新建铁路云桂线（云南段）隧道超前地质预测预报及监控量测评估三标（YGYB-3）里程范围为DK539+130～D2K651+180，分为两个土建标段进行施工，分别为五标段和六标段，其中五标段(YGT-5标段)为幸福隧道出口～南盘江四线大桥（含），对应里程范围DK539+130～DK598+140，正线长约59.010km，有隧道9座、桥梁12座，车站1座；六标段(YGT-6标段)为南盘江四线大桥（不含）～石林隧道进口，里程范围DK598+140～D2K651+180，正线长约53.040km，有隧道10座、桥梁13座，车站2座。第三标段（YGYB-3）需进行超前地质预测预报及监控量测评估的隧道分布情况见下表：第三标段（YGYB-3）需进行超前地质预测预报的隧道分布情况表序号隧道名称中心里程进口里程进口分界里程出口里程出口分界里程隧道长度(m)1扎营山DK558+588.5DK557+070.DK557+060.DK560+107.DK560+117.30372六郎DK580+838.5DK573+782.DK573+782.DK587+895.DK587+905.141133对门山DK592+848.DK588+056.DK588+055.04DK597+640.597+65095844长岭岗D1K604+837.5D1K602+435.D1K602+425.D1K607+240.D1K607+240.48055新哨D1K613+193.D1K607+445.D1K607+445.D1K618+941.D1K618+941.114966东风DK644+422.DK638+774.DK638+774.DK650+070.DK650+070.11296据调查，新建铁路云桂线（云南段）地处艰险山区，地形地质条件极其复杂，沿线山高谷深，桥隧相连，交通不便，施工条件极为困难，且沿线地质构造活动强烈，岩性变化频繁，地表漏斗洼地星罗棋布，地下暗河管道广泛分布，线路多穿越碳酸岩地层，工程地质和水文地质非常复杂。超前地质预测预报和监控量测第三标（YGYB-3）主要隧道有扎营山隧道、长岭岗隧道、东风隧道等，下伏基岩主要为灰岩、白云岩、辉绿岩，泥岩及页岩，存在着地下溶洞、断层、突泥涌水、采空区、煤系地层、塌方的可能性，因此超前地质预报在隧道施工中显得尤其重要。2.超前地质预测预报实施方案2.1超前地质预测预报的目的和意义随着社会经济的发展及西部大开发的推进，人们对交通的要求越来越高，高等级公路和高速铁路掀起新的建设高潮。在我国的多山地区，特别是我国西部，修路必不可少的会开凿隧道，而且隧道工程庞大。隧道工程建设中将会遇到较为复杂的地质环境条件，如碳酸盐分布地区的岩溶、暗河、岩溶陷落柱，高地应力区的岩爆、煤系地层中的煤与瓦斯突出，复杂的地质构造及地下水突涌、塌方、大变形等地质灾害，给隧道的施工带来很大的隐患，延缓工期，耗费大量资金，有时还会造成巨大灾难，危及施工人员的生命。随着我国铁路、公路运输隧道建设速度的加快，隧道的勘查设计时间比较短，在隧道开工建设前，很难提供足够的时间、物资来用于详细的岩土工程地质勘察，况且公路、铁路的隧道工程大多数在山区，隧道埋深大、长度大、地质条件复杂，就我国目前的勘察手段，很难准确全面的探明整座隧道的工程地质、水文地质条件，很难查明所有的不良地质作用。因此在隧道工程建设中进行超前地质预测预报显得尤为重要。隧道施工超前地质预测预报，就是利用一定的技术和手段，收集隧道所在区域的工程地质和水文地质资料，并运用相应的理论和规律对这些资料进行分析、研究，从而对施工掌子面前方岩体情况、不良地质体的部位及成灾可能性做出预报和解译。通过施工超前地质预测预报，查明掌子面前方的地质构造、围岩性状、结构面发育特征，特别是溶洞、断层、各类破碎带以及岩体含水情况，以便及时、合理地提前安排施工进度，修正施工方案，采取有效的对策和施工方法，极大地避免塌方、涌(突)水(泥)、岩爆等灾害，确保施工安全，加快施工进度，保证工程质量，降低建设成本，提高经济效益。目前常用的超前地质预报方法依据预报的距离可分为长距离超前地质预报和短距离超前地质预报两类。长距离超前地质预报方法主要有TSP隧道地震波预报技术、长距离超前水平钻孔等，短距离超前地质预报方法主要有掌子面地质素描、地质测绘、地质雷达、红外探测等。2.2隧道施工过程中常见的地质灾害一般认为影响隧道工程围岩的稳定性有八大主控因素：地层岩性，地质构造，原岩应力场，地下水，地质工程环境，地下工程设计结构，开挖工艺方法与支护体系等。其中前五大因素为客观地质因素，后三大因素为人为因素且受控于前五大因素。（1）断层破碎带在影响隧道工程地质条件的诸多地质因素中，构造碎裂断层影响最大。断层是隧道开挖过程中最常见的不良地质现象，断层破碎带分布区段是隧道围岩最不稳定的区段。断层及其破碎带又是岩溶发育地区溶洞水、地下暗河和淤泥带的最主要储存场所。封闭条件好的断层及其破碎带和小断层，也是煤系地层中的高压瓦斯的主要聚集空间。在隧道开挖后的地质环境中，这些地质因素会很快发生变化，所以断层及其破碎带是隧道发生施工地质灾害的主要根源之一。在构造断层带，碎裂作用与动力变质作用会极大地降低岩体强度。由于构造破坏、强烈的节理发育及整个透水性较高，导致断层带岩体的特征是变化大、风化强烈、完整性差。在这些地带，地下坑道拱部与边墙的稳定性都大大降低，自然应力常常发展成重力的2～3倍。这种应力可能破坏隧道的支撑与永久衬砌，而且有的还发生岩石崩与岩爆。当隧道横穿断层时，常伴有大量的突然涌水现象，并伴有岩石塌方事故。（2）溶洞大型溶洞和暗河主要发育在易溶岩的断层破碎带，两条或两条以上的断层交汇处，可溶岩和非可溶岩的接触界面处，可溶岩形成的较大型背向斜褶皱的核部等。岩溶发育地区施工的隧道，经常遇到由岩溶塌陷所形成的不良地质，如软岩较多的地层中穿过的隧道，经常会遇到岩溶陷落柱。在构造应力和上覆岩层重力作用下，有些溶洞发生坍塌，上覆煤系地层随之塌陷，从而形成大约成柱状形态的岩溶陷落柱，这些陷落柱既可以出现在煤系地层中，也可以充填在灰岩、白云岩的溶洞中，在灰岩、白云岩之上的其它软岩地层中也可以形成类似的陷落柱。岩溶陷落柱的地表特征主要是其形成的特殊地貌景观，如完整的煤系地层中出现圆环状的陷落洼地，周围岩层产状正常，洼地中的岩层形状杂乱，乱石林立，填充着不同地层的岩石碎块，周围岩层略显向洼地内弯曲。再如在黄土覆盖地区，由于雨水的下渗作用，常在地表形成陷坑或小盆地。（3）岩性交界面在隧道施工过程中经常会遇到围岩岩性变化，不同岩性的交界面导致断裂韧性变化，弹性性质变化，地应力变化，交界岩石断裂性质对水力裂缝的延伸能力影响规律，往往也是富含地下水的地方。围岩岩性交界面处隧道施工中可能造成重大工程灾害，一方面岩层间会出现贯穿节理、角度接触；另一方面不同岩性围岩物理性质、力学性质差异很大。在岩性变化段施工，两侧岩石物理性质不同，整体性很差，岩体自身承载能力弱，也是隧道衬砌变形或不均匀变形较大段。若岩性交界段在隧道洞口段，隧道洞口围岩应力重分布后没有稳定，同时隧道洞口边坡的变形也会受到很大的影响，这样会给隧道稳定性与安全性带来更大的危害。隧道围岩软弱夹层(如煤层等)对隧道稳定性也很不利，隧道施工到煤层发育段，会遇到围岩中夹有煤层，隧道掌子面稳定性大降低，出现落块、坍塌等地质灾害。（4）富水带岩体富水带主要是岩体中富含裂隙水、岩洞中填充物中富含地下水及断层破碎带中富含地下水等。富水带一般与断层破碎带相伴而生，岩体节理裂隙发育，地表水易成为地下水的补充，当与溶洞及地下暗河相连同时，可能会发生大的涌水和突泥。（5）有毒有害气体隧道工程建设中有时不可避免的要穿越煤系地层和赋存瓦斯及其它毒害气体的地层。当隧道穿过含瓦斯地层时，存在瓦斯燃烧或爆炸的危险；在煤质破碎及瓦斯压力高的地层还存在着煤和瓦斯突出的可能。如果隧道穿过赋存毒害气体如硫化氢（H2S）、二氧化氮（NO2）的地层，在掘进过程中会发生毒气涌出，会对施工人员的生命安全造成威胁。另外，在隧道掘进爆破过程中也会产生大量的有害气体，如硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)等，如果在爆破后不进行毒害气体检测，通风措施落实不到位，施工人员在含有大量毒害气体的环境中工作，会严重威胁施工人员的身体健康。赋存有毒有害气体的地层一般为软弱围岩，尤其是含瓦斯地层中的软弱夹层，用手可捻成粉碎状，稳定性差，支护施工要求高。因此加强有毒有害气体的检测也是隧道施工过程中重要的安全措施之一。2.3隧道超前地质预测预报的必要性和内容2.3.1隧道超前地质预测预报的必要性隧道施工超前地质预测预报是在隧道设计的基础上，为保证隧道施工安全、指导隧道工程施工、提高隧道工程施工质量而开展的隧道不良地质和施工地质灾害超前预报工作。是隧道施工不可或缺的一道重要施工工序，不论是矿山法施工还是新奥法施工，它都是重要的工作环节。因此，全面、完善、扎实的做好隧道施工超前地质预测预报工作既是设计单位及时进行动态设计的基本依据，又是指导隧道施工的正确决策，是保证隧道施工安全、提高工程设计和施工质量、减少和杜绝突发地质灾害发生的有效和必要的隧道工程施工的基础性工作。长期超前地质预测预报能查明隧道掌子面前方隐伏的不良地质体的性质、种类、位置和规模，能半定量地确定掌子面前方的围岩地质条件（如不良地质体的围岩级别或富水性），以及对隧道施工的影响程度和有无发生施工地质灾害的可能。短期超前地质预测预报能根据地质体产状（走向、倾向和倾角），定量预报隧道掌子面已揭露的断层破碎带、特殊软岩（膨胀岩层）、煤层、富水岩层等形状规则的不良地质体向掌子面前方延伸的情况、影响隧道的距离和尖灭点;能根据各类不良地质的前兆，定性或半定量地确定掌子面前方较近距离内是否隐伏不良地质体;能应用仪器，定量探测掌子面前方近距离内上述隐伏的不良地质体的位置和规模。临近警报能通过一定监测技术和手段，对塌方、片帮、掉块、岩爆和突泥突水、煤与瓦斯突出等地质灾害进行预报或警报。超前地质预报对于隧道，特别是地质条件复杂、工期紧的隧道快速、安全施工来说，其作用和意义尤为突出。所以，超前地质预报应当，也必然要成为隧道施工的必不可少、不可或缺的工序。2.3.2隧道超前地质预测预报的内容（1）水文地质预报：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；（2）溶洞、断层及其破碎带的预报：预报溶洞、断层及其破碎带的位置、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，提出施工措施和建议；（3）围岩类别及其稳定性预报：预报掌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；（4）预测隧道内毒害气体含量、成分及动态变化；（5）对灰岩段隧道底下10m范围内是否存在溶洞进行探测。（6）其它不良地质预报：预报掌子面前方一定范围内有无采空区、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。2.4本工程超前地质预测预报执行的技术规范根据拟建工程的特点及对工程超前地质预测预报工作的技术要求，本工程超前地质预测预报中的各项工作均严格按照以下规范和规程(目前适用，但不限于以下版本，如有后继变更则以最新版本或最新颁发者为准)要求进行：2.4.1中华人民共和国行业标准《铁路工程物理勘探规程》(TB10013-2004)；《铁路隧道超前地质预报技术指南》（TZ204-2008）；《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）；《铁路隧道设计规范》（TB10003—2005J449—2005）；《铁路隧道施工规范》（TBJ204—86）；《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）；《浅层地震勘查技术规范》（DZ/T0170-1997）；《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2001）；《铁路工程不良地质勘察规范》（TB10027-2001）；《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB100025-2005）；《铁路隧道超前地质预测预报和监控量测技术指南》（铁建设〔2005〕105号）2.4.2中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2008)；《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）；《工程岩体分级标准》（GB50218-94）；《工程测量规范》（GB50026-2007）；《土的分类标准》（GB145-90）；《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086－2001)；《有害作业场所空气采样规范》（GB13733-92）；《地下工程防水技术规范》(GB50108－2001)等；《岩溶地质术语》（GB/T12329-90）；2.5超前地质预测预报采取的技术方案根据新建铁路云桂线（云南段）隧道工程的具体情况，结合设计文件及设计要求，采用隧道地质调查地质分析与宏观预报、隧道洞身不良地质长期（长距离）超前地质预报、隧道不良地质短期（短距离）超前地质预报、和重大施工地质灾害临近警报，共四个完整的、缺一不可的、系统的超前地质预报方案。2.5.1隧道区域地质调查与宏观预报隧道不良地质宏观预报是所有后续隧道洞身不良地质体超前预报、超前水平钻探和重大施工地质灾害临近警报等地质预报的基础，是不可缺少的重要一步。是在设计院提交隧道设计书的基础上进行的更深入的、专门化的地质工作和宏观超前地质预报方案。隧道不良地质宏观预报采用专门的地质调查方法、专门的地质分析技术，在隧道洞身开展具体超前地质预测预报之前，专门用于研究和预报隧道的主要不良地质类型（特别是成因类型）、成因特征、地质灾害和对隧道施工影响的一种专门超前地质预报方案，也是确定隧道洞身主要不良地质走向的惟一可采用的超前地质预测预报方案。隧道的主要不良地质类型（特别是成因类型）、成因特征、地质灾害和对隧道施工影响，以及隧道洞身主要不良地质走向的确定，对于后续的隧道洞身各种预报成果的解译，特别是对各种物探成果的解译十分重要；因为，每个预报区段内存在的主要不良地质的类型、走向及其与隧道空间关系、两壁出露的具体位置、规模特征和对隧道施工的影响等，都离不开前述分析得出的正确结论。隧道洞身主要不良地质走向的确定，还对超前地质预测预报最重要手段的TSP超前地质预测预报来说是最重要——探测壁的选择技术也至关重要——主要探测壁（布设炮眼的隧道壁）要选择隧道主要不良地质走向尽量平行传感器的隧道壁。特别是对于隧道设计的“盲区”，显得更为重要。只有在地质分析和宏观预报的原则指导下，才能更准确、更有效地实施洞身不良体地质超前预报和施工地质灾害监测、判断及临近警报等后续预报工作。特别是对于隧道超前地质预报占有极其重要地位的TSP(TGP)地震波探测来说，只有通过隧道所在地区主要洞身不良地质分析和宏观预报，才能正确选择炮眼钻孔布设边墙，才能更准确地布设炮眼的位置，才能在TSP解译阶段选择正确的搜索角和调谐角。所以，它更是提高TSP预报精度的关键技术之一。隧道不良地质宏观预报是在隧道不良地质分析的基础上进行的，主要包括：应用超前地质预测预报的地质理论进行隧址所在地区的区域地质分析，应用超前地质预报理论进行隧道的洞身不良地质分析，应用地貌地质学知识进行隧道的洞身不良地质的地貌分析。隧址所在地区的区域地质分析（1）研究的资料研究的资料主要为隧道设计文件和隧址所在区域1：10000地形图、地质图、地质构造图，对隧址所在区域的地形、地貌有比较详细的了解。（2）分析的目标分析的目的是应用超前地质预报的地质理论，初步分析并宏观预报隧道所在地区的主要构造方位、力学性质和构造多期活动特征及其不同方位构造对隧道围岩稳定性的影响程度，主要地层类型（如煤系地层、灰岩、白云岩等可溶岩地层等等）特征及其隧道围岩稳定性的影响程度，主要岩浆岩的类型（如侵入岩、喷出岩）特征、空间分布特征及其隧道围岩稳定性的影响程度，现今地应力特征及其与区域地壳运动的关系，等等。隧道不良地质分析（1）研究的资料研究的资料，主要是隧道详细地质勘探资料或隧道地形地质平面图、地质剖面图，和深入地表和洞内地质调查所取得的第一手地质资料。（2）分析的目标分析的目标，是在区域地质分析的基础上，应用超前地质预报理论分析并宏观预报隧道施工可能遇到的不良地质类型、大约位置、规模和产状（特别是走向），分析并宏观预报施工地质灾害的类型、发生的可能性和对隧道施工的影响程度。主要包括：地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析，溶洞、暗河、岩溶陷落柱和岩溶淤泥带成生条件和分布规律分析，煤系地层中的煤层、采空区和瓦斯地质分析等。隧道不良地质的地貌分析（1）研究的资料主要是隧址所在地区1：5000～1：5万地形图或隧道地形地质平面图。（2）研究的目标是在隧道不良地质分析的基础上，研究隧道主要不良地质与地貌的关系，进而分析并宏观预报隧道主要不良地质，特别是断层破碎带，溶洞、暗河等岩溶不良地质大约位置、规模和产状（特别是走向）。为隧道不良地质的地质分析提供佐证。隧道宏观预报基本流程一般预报的流程如下：（1）收集隧址所在地区的区域地质资料→进行区域地质分析，初步进行宏观预报；（2）收集隧道详细地质勘探资料或隧道设计资料中的隧道工程地质资料（隧道地形地质平面图、地质剖面图及其地质说明→应用超前地质预报的地质理论进行隧道地质分析，进行进一步的宏观预报；（3）亲身进行深入的隧道地面地质调查，取得第一手隧道地表地质的资料→应用超前地质预报的地质理论进行隧道不良地质分析，并进行更进一步的宏观预报；（4）收集隧址所在地区小比例尺地形图或隧道地形地质图→应用第四纪地貌地质学理论，分析隧道主要不良地质的地貌特征和标志，为隧道不良地质宏观预报提供佐证。（5）在上述分析研究的基础上，最终进行隧道主要不良地质的、全面的宏观预报。隧道地质分析与宏观预报的主要内容（1）隧道的洞身主要不良地质的性质、成因和类型，特别是能够引发施工地质灾害的主要不良地质的成因类型；（2）隧道的洞身主要不良地质发育特征，特别是发育程度；（3）隧道的洞身主要不良地质的大约位置；（4）隧道的洞身主要不良地质空间分布规律，特别是分布方位特征；（5）隧道的洞身主要施工地质灾害，特别是施工地质灾害与主要不良地质的关系。从宏观预报的内容看：即在仪器探测之前，通过隧道地质分析与宏观预报这一重要步骤，已经初步掌握了施工隧道的主要不良地质大约状况，仪器探测只是起到验证和精确化的作用。关键技术（1）熟练掌握和运用超前地质预报的地质理论；（2）野外地质调查的基本功。隧道区域地质调查与宏观预报实施说明根据招标文件规定，地质素描由隧道施工单位负责实施，但超前地质预测预报工作是一个系统工程，需由多个探测手段进行综合分析。通过隧道区域地质调查及隧道内地质素描分析不良地质体对隧道施工的影响，以及隧道洞身不良地质体走向的确定，对后续的隧道洞身各种预报的成果解译，特别是对各种物探成果的解译十分重要，是地质超前预报工作中必不可少的组成部分。在地质超前预报工作中，若施工单位需要，我单位可按上述施工方法及技术要求进行技术指导和对地质素描的成果分析，以便更准确地进行超前地质预报。2.5.2长期（长距离）超前地质预报隧道洞身不良地质的超前预测预报，是隧道施工过程中最主要的安全措施。依据预报距离的长短，分为长期（长距离——下同）超前地质预测预报、短期（短距离——下同）超前地质预测预报两种预报方案。长期超前地质预报的预报距离为掌子面前方100米～150米以上。短期超前地质预报是在长期超前地质预报的基础上进行的，预报距离为掌子面前方15～30米。对于隧道不良地质体的长期超前地质预测预报来说，国内外主要采用TSP概况TSP（TunnelSeismicPrediction，隧道地震勘探）设备是由瑞士安伯格公司开发、生产的，是当前国内外最先进的隧道长期超前地质预报设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要手段。它与其它超前地质预报的设备相比，最大优点是：①探测和预报距离远（探测距离可达隧道掌子面前方300～500米，甚至更多；有效预报距离一般为掌子面前方100米，经验丰富者可有效预报150～200米）；②分辨率高（最高分辨率可达1米）；③抗干扰能力强（除了放炮、打钻以外，基本不受干扰）；④目前，TSP共开发出TSP-202系列和TSP-203、TSP-203PLUS、TSP-200系列，共两大系列、四种型号。本次投标拟采用瑞士AmbergMeasuringTechniqueLtd.生产的TSP203系统，拟投入2台套，系统的主要组成包括记录单元和接收器。TSP203系统的基本原理TSP探测时，在掌子面后方一定距离的隧道一侧边墙上布置一定数量的钻孔，通过TSP系统的爆破装置在钻孔中施以微型爆破来产生地震波信号，地震波沿隧道方向以球面波的形式传播，遇到反射界面反射回来由接收器接收，同时转换成电信号并放大。由于反射波的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关界面的性质以及产状密切相关，并通过不同数据表现出来，经过TSP系统的数据处理软件分析处理后，结合具体的地质情况，预测不良地质体的位置、宽度和产状等。TSP203系统的方法原理与野外布设瑞士安伯格公司开发的TSP数据处理软件能将地震波信息转化到隧道掌子面前方及周围区域的坐标系统上。由于地震波从起爆、经反射被接收的用时与反射界面到起爆点和接收器的距离之和成正比关系，所以知道了地震波的传播速度和反射用时就可以确定反射界面的位置和与隧道轴线的夹角。爆破孔接收孔爆破孔接收孔炮眼和传感器的布孔示意图TSP203超前地质预报系统的现场布置及测试过程由一系列炮点、两个三维接收传感器（X、Y、Z方向）、接收机及数据处理系统组成。信号记录单元：记录单元能够记录地震信号和质量控制。其基本组成为完成地震信号A/D转换的电子元件和1台便携式电脑。便携式电脑控制记录单元和地震数据记录、储存及进行处理和评估。记录系统有标准的12道输入。用户可以设置4个接收器。记录单元采用最新技术的24位A/D转换器，最小动态范围为120dB，可以获得10～8000Hz的频宽。接收器：接收器用于拾取地震信号，安装在一个特殊的套管里。套管与岩石之间采用注水泥或双组份环氧树脂牢固地结合。接收器由极灵敏的三分量地震加速度检波器（X-Y-Z分量）组成，频宽10～5000Hz，包含了所需的动态范围，能够将地震信号转换成电信号。每个接收器中，三分量加速度检波器按顺序排列，能确保在三维空间方向范围的全波场记录，所以能分辨不同波的类型，如P波和S波。TSP203仪器探测法的基本流程（1）准备探测材料，主要包括瞬发电雷管、乳化炸药或黑索金炸药、环氧树脂或水泥。（2）准备探测钻孔，依据地质调查、地质分析和宏观预报得出的隧道最主要不良地质的走向或依据掌子面前方100米以内的明显断层破碎带的走向，在最先见到最主要不良地质的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔；在距最外边（最后）一个炮眼15～20米，布设传感器套管钻孔（接收孔），隧道两壁各对称布置1个，其技术要求如下：①接收孔数量：2个，隧道每壁面一个。两个接收点比一个接收点接收到的信息丰富。直径：43-45mm/孔深2m，离地约1m，接收点孔深必须大于激发时在隧道壁上产生的面波的波长。接收点安装在隧道壁内2m深，就可以避免接收产生的面波。接收点孔的孔径必须足够大，但又不能太大，以便安装金属套管。布置：沿轴径向，用环氧树脂固结时，向上倾斜5-10度，用灰泥固结时向下倾斜10度。位置：距离掌子面46～55m。②爆破孔数量：一般24个，最少不应少于18个，太少会导致数据量的不足。直径：38mm（20～45mm），便于安装炸药。孔深：1.5m（最小0.8m，最大2.0m），离地约1.0m，炮孔太浅，容易产生强烈的声波和面波，且爆炸队隧道壁的破坏程度会增大，从而也会消耗掉激发能量。布置：沿轴径向，向下倾斜10～20度（用水封填），相对于隧道壁面倾斜10度，炮孔必须用水封填，这样避免产生强烈的声波，且能达到好的耦合效果，有助于于横波的激发（SH）。位置：第一个炮孔距离接收点孔20m（最小不应小于15m），其余炮孔间距为1.5m（最大2m），这是由观测系统定义的。③接收孔与爆破孔设置可根据现场情况作适当调整；④使用TSP203专用工具在爆破孔中充填炸药，要求炸药爆速大于3200m/s，每孔装药量为75-100克（根据隧道岩性调整）。装填炸药后在爆破孔中注满清水，以增强激发能量。（3）制作炸药的药卷，钻孔→检查钻孔是否合格→个别钻孔“返工”→洞内探测，采集数据。（4）室内数据处理、成图→成果图解译→编写TSP探测报告。（5）TSP隧道施工地质超前预报工作流程TSPTSP探测基础资料收集隧道设计资料隧道勘察资料区域地质资料野外地质踏勘2D成果（剖面）岩石力学参数地质预报报告1、掌子面前方围岩①工程地质条件岩性及其强度节理（裂隙）断层破碎带岩溶围岩类别②水文地质条件含水2、施工建议掌子面地质描述工程地质情况水文地质情况跟踪对比及信息反馈预报的准确性预报误差原因分析经验总结改进措施数据采集数据处理结果评估解决的主要技术问题和技术指标（1）每次探测的较准确的有效预报距离一般为掌子面前方100米（2）对隧道不良地质的最高分辨率可达1米。（3）预报精度：①较准确地预报一般隧道施工遇到的断层破碎带等造成坍塌或塌方的不良地质体的位置和规模；一般不能遗漏可造成坍塌50m3②较准确地预报一般隧道施工遇到的断层裂隙水、岩溶隧道遇到的溶洞、暗河、岩溶淤泥带和瓦斯隧道可能遇到的老窑、老崆或其他多水或富水不良地质体的位置和规模；一般不能遗漏可造成大涌水（50m3（4）较准确地预报区段的围岩级别（误差小于半级）；并能定性地预报区段主要不良地质发生塌方、突泥突水等施工地质灾害的可能性。（5）提出较恰当的施工辅助功法方案和应对措施。关键技术（1）主要探测壁（布设炮眼壁）的选择，至关重要；（2）应用超前地质预报的地质理论和物探理论进行成果解译，难度较大。2.5.3短期（短距离）超前地质预测预报短期超前地质预报是在长期超前地质预报的基础上进行的，预报距离为掌子面前方15～30米。主要采用地质素描法（掌子面编录预测法）、地质雷达探测、红外线和瞬变电磁等仪器和方法进行地质超前预测预报。地质素描预测法（1）地质素描的原理在隧道开挖过程中暴露出的地质状态才是客观的、真实地了解围岩实际状况，然后再对其进行地质描述和地质评价，采取最符合实际的支护设计和施工方法。地质素描法是利用地质理论和作图法，将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件的预测预报。这项工作属于隧道施工短期超前地质预报的一种常用的方法和技术手段。（2）地质素描特点1)地质素描法理论基础牢固，设备简单，操作方便，不占用或很少占用隧道施工时间，提交资料及时，成本低。2)对操作人员地质知识水平要求较高，一般要求地质专业人员来完成。3)靠有限之“见”预报范围有限，特别是在地层岩性变化极为复杂的隧道中预报的准确率更是如此。（3）地质素描的内容地质素描主要包括：基础地质资料、地表地质调查资料、掌子面地质素描。1)基础地质资料：主要是区域性地质资料、隧道勘测资料、隧道设计资料。所有这些资料，在预设计阶段，勘测设计单位都会有成套、系统资料，无需再费力气收集。2)地表地质调查资料：是在隧野外勘测时，调查到的地面水系分布、露头岩石的岩性、地层产状，岩石的风化程度等地质资料，可依此地质资料推断隧道处的地质状况，地表地质调查资料是施工作业时重要参考资料。3)掌子面地质素描：是在隧道开挖作业过程中，对己开挖的洞段和掌子面实际地质情况，不间断地记录其围岩岩性、结构、产状、断层、节理、溶洞、岩石风化、水文实况，并附以草图，是判断围岩级别的最直接资料，也是用以推断掌子面进深方向围岩状况的主要参照物，也是推断深向的地质状况的边界条件。基础地质资料与地表地质调查资料在隧道预设计阶段已经完成，在隧道超前预报时只需要收集一下就行，而掌子面地质素描是随道隧道开挖要不断完成的。掌子面地质素描中应当具体地记录以下各项内容，并描绘出掌子面素描图。①岩性：是最基本的地质资料。主要描述岩石名称、颜色、结构、构造、矿物成分、风化程度等。②断层：是地壳上主要的构造痕迹，它的形成、特性及规模决定地区地质构造复杂程度，对隧道施工影响极大，是开挖时发生塌方的主要地质原因之一。主要描述断层位置、产状、断层破碎带宽度及构造类型、断层性质及其与其它断层的关系、派生节理产状、密度及充填物等。③贯穿性节理：是造成块体塌方的主要原因之一。主要描述节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征(光滑、粗糙、起伏不平)，出露位置等。④岩脉及软弱岩层：岩脉侵入的位置往往是地壳的薄弱点。我们主要描述岩脉的岩性，出露位置、宽度、接触关系、破碎情况、风化程度等。⑤地下水：地下水增加了隧道施工难度。地层渗水影响喷射混凝土的质量，如在断层带内岩体破碎，或节理被次生粘土充填地段有水，则会大大降低围岩的自稳能力，增加坍塌甚至突水的可能。主要描述出水点位置、出水状态(滴、流、涌)、水量、出水点附近有无沉淀物等。同时了解水对混凝土的侵蚀性。地质素描记录如下表“隧道开挖工作面地质记录表”：隧道开挖工作面地质记录表隧道：日期：记录人：里程隧道中线方向埋深地下水状态地下水类型无水渗水或滴水线流股流工程地质岩性产状强度极硬岩Rb60MPa硬质岩Rb=3060MPa软质岩Rb=530MPa极软岩Rb<5MPa涌水量主要结构面组数产状间距（m）力学性质长度（m）节理张开程度(mm)充填物含泥沙情况无<0.50.511331节理无开挖工作面素描图2主要事项（4）掌子面地质素描的方法1)岩层层位预测法①基本原理：在掌子面和隧道两壁出露的岩层与地表某段岩层为同一和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预报掌子面前方将要出现的岩层。②关键技术：同一标准层及层系的确认。2)地质体延伸预测法①基本原理：在长期超前地质预报得出的不良地质体厚度的基础上，依据掌子面已揭露的不良地质体的产状和单壁始见的位置，经过一系列的三角函数运算，求得条带状不良地质体在隧洞掌子面前方延伸和消失的位置。②关键技术：隧道展开图的三角函数运算。3）不良地质前兆预测法这是侧重预报掌子面前方不良地质体性质的一种短期超前地质预测预报技术。①基本原理在隧道掘进过程中，在出现断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱和洞穴淤泥带之前，一般都会出现各自的明显或不明显的前兆标志；这些标志的出现，常常预示前述不良地质体已经临近了。因此，不良地质前兆预测法，一方面有助于掌子面前方不良地质体的性质的鉴别，也有助于对不良地质体临近的判断。=2\*GB3②主要技术指标在地质分析和宏观预报、TSP超前地质预报的基础上，不良地质前兆预测法预报不良地质性质的精度：a.断层破碎带的判断，一般可达到90%，经验丰富者，可达到95%以上。b.预报溶洞、暗河和岩溶淤泥带、岩溶陷落柱，以及老窑、老崆的判断，一般只能达到50～80%；经验丰富者，可达80～90%以上。对于这类不良地质性质的判断，主要还是靠超前水平钻探。③预报流程a.TSP超前预报；b.在临近TSP预报的主要不良地质时，加强洞内地质观测和编录；c.及时发出短期超前地质预报通知书，编写短期超前地质预报报告。④关键技术主要是隧道不良地质体的明显和不明显的前兆标志的确认。对于隧道工程来说：地质素描法，无论单纯用于保存地质资料的地质编录，还是作为一种短期超前地质预报的方法，它都应用于隧道施工的、从开挖到贯通的全过程。地质雷达探测与解译（1）基本原理探地雷达是一种有源电磁波装备，其基本原理是向地下发送高频电磁波（10MHz～1000MHz），然后接收从地下介质中反射回来的电磁波回波信号，通过对回波信号的分析、研究来识别地下目标及其特性。因此，探地雷达主要研究超高频电磁波在地下介质中的传播规律。由于雷达采用的是高频电磁波，因此其具有更高的探测分辨率，同时也带来更高的吸收和衰减作用，造成探测深度不大，一般在200MHz天线作用下，围岩电阻率在几百欧姆米时，有效超前探测深度在30米以内。地质雷达探测原理见：《地质雷达探测原理示意图》。（2）仪器设备本次投标拟采用瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR探地雷达系统，投入2台套。RAMAC/GPR探地雷达系统的主要技术指标为：探测深度：系统性能为100db，用50MHZ天线，电导率为0.001ms/m时，探测距离可达到40m以远。探测深度是衰减系数、天线频率和介电常数的函数。即便是同一岩性，由于空隙度或裂隙大小不同，含水量不同，从而使衰减系数变宽，相应探测深度也会明显不同。天线耦合：天线耦合问题也是影响预报效果的一个关键因素，匹配好坏影响天线发射功率的变化。RAMAC/GPR型雷达系统的天线在开挖工作面上工作时，由于凹凸不平，测量时天线要移动，不能保证与开挖工作面的距离不变，因而必须研究弥补这种耦合问题造成影响的有效途径。对探测不远的目标，天线与开挖面最近接触距离＞1/2波长，而对于较远目标的探测可采用点测法、定点转角探测法及复测法。另外，掌子面岩层保持平整，以克服耦合不良造成的信息忽大忽小以及形成假信号的问题。探测干扰：雷达探测时，为解决干扰问题，采用专用支架移动天线，避免人的感应和天线晃动所带来的干扰。分辨率：相对介质常数如为9m时，横向分辨率：用80MHZ天线时，在深度为20m时为1.8m左右，用100MHZ天线时为2.2m左右。在开展地质雷达探测以前，必须依据以下条款检查探测适应性，其技术要求如下：1)探测对象与周围介质之间应存在明显电性差异且电性稳定；2)探测对象与探测距离相比应具有一定规模，探测距离不宜过大（30m以内）。探测目的体在探测天线偶极子轴线方向上的厚度应大于所用电磁波在围岩中有效波长的1/4，在探测天线偶极子排列方向的长度应大于所用电磁波在围岩中第一菲涅尔带直径的1/4；当要区分两个水平相邻的探测对象时，其探测对象间的最小水平距离要大于第一菲涅尔带直径；3)掌子面不能被极高电导屏蔽层如金属板等覆盖；4)探测工作区内不能有大范围的金属构件或无线电发射频源等较强的人工电磁波干扰。（3）主要技术要求1）测网布置应符合下列规定：①要根据设计、监理等相关单位的技术文件或合同规定布置测线，应使检测成果具有代表性，并能真实地探测区域的工程地质情况；②测网布置应根据任务要求，探测对象的大小与探测距离等因素综合考虑。测网和工作比例尺的选择应以能发现有意义的最小异常，在平面图上能清楚地反映出探测对象的位置和形态为原则，一般要求至少有2～3条测线通过主要探测对象。当点测时，点距宜为0.2～0.5m，在异常区域至少有3～5个测点表现出异常。2）仪器参数的选取应符合下列规定：①通过现场试验确定天线和仪器参数，应得出试验结论。天线工作频率的选取应根据探测目的层的埋深、分辨率、介质特性以及天线尺寸是否符合场地需要等因素综合考虑。一般宜选取中心频率较低的天线；根据本次任务的地层条件以及探测任务，选定100MHz天线；②记录时窗的选择由最大探测距离、上覆地层的平均电磁波速以及雷达反射信号的质量来确定，要保证所有可用信号全部采集。每扫描记录时窗一般为200ns；③采样率宜选择天线中心频率的6～10倍；每扫描采样点数可为1024；④应根据掌子面平整情况确定采样方式。进行点测时，应遵循Nyquist定律，当探测对象变化不大时，点距可适当放宽；进行连测时，应先进行点测与连测对比试验，确定连测效果与点测效果相近的最大天线移动速率为连测工作天线移动速率。3）现场工作应符合下列规定：①当剖面布置隧洞、陡壁、边墙等处时，应按工程图的要求，同时绘制测线分布的截面图；②应详细查验测区内及附近电磁干扰情况和干扰源位置、特性，并记录班报；③现场测量时，应清除天线和天线电缆附近的金属物，支撑天线的器材应用绝缘材料，并与承载的车架和天线操作员保持一定距离，天线操作员应将沿线的情况进行记录或报主机操作员。同时，操作员应保持对雷达显示器的不间断监视，发现异常情况，应立即报现场技术负责并进行班报记录；④检查工作应均匀分布在不同测线段，重点选择在主要异常地段或质量可疑地段。检查工作量不得少于总工作量的5%～20%。（4）主要技术指标地质雷达探测多是TSP等长期超前地质预报的基础上进行的（也有单独进行的），所以预报的精度大多超过长期超前地质预报。1）有效预报距离一般为掌子面前方20米，经验丰富者可达掌子面前方30～40米。2）在TSP长期超前地质预报成果的基础上，能较准确预报隧道隧洞不良地质体的性质：对于断层破碎带的判断，一般可达80%；经验丰富者可达90%以上；对于溶洞、暗河、岩溶淤泥带、老窑和老崆等洞穴式不良地质体判断一般可达80%；经验丰富者，可达90%以上。3）预报不良地质体位置的精度一般为80%，经验丰富者可达95%以上。4）预报不良地质体规模的精度一般为70%，经验丰富者可达90%以上。（5）预报流程1）依据探测目标，在洞内合理布置测线→洞内探测，数据采集；2）数据处理→各测线电磁波频谱图。3）依据电磁波的频率、振幅和同轴连续性特征，进行成果图解译。4）编写地质雷达探测报告。（6）关键技术1）地质雷达探测属于电磁波探测技术，施工场地能够形成电磁波的干扰因素很多（这一点与TSP探测有明显不同）；所以，排除地质因素以外的、其它电磁波干扰，对地质雷达探测是最为关键的技术。2）电磁波频谱图的解译技术。红外线探水本技术实施方案拟投入2台套HW-304型探水仪，是根据探测红外场强的变化来预测掌子面前方是否有含水体存在。（1）基本原理1）红外辐射场的形成物质由分子组成，分子处于不停的运动状态。由于分子震动或转动，地下岩体、水体每时每刻都在向外界发射红外波段的电磁波，从而形成红外辐射场。物理场具有能量、方向、动量等信息特征。有灾害必定有灾害源，有灾害源必定有灾害场。而“物理场”传播的距离永远大于“场源”。因此，在安全距离之外，根据灾害场的出现，可提前发现和预报灾害源的存在。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，辐射场有密度、能量、方向等信息，岩层在向外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，干燥无水的地层和含水地层发射不同的红外辐射。地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，红外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来确定掌子前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。通过测试掘进工作面和隧道开挖纵向的地湿场变化情况，根据介质的辐射红外波段长的能量变化，判析前方是否为隐伏含水构造体，有无发生突涌水的可能。2）正常场与异常场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，该红外辐射场就为正常场。其物理意义是被探隧道掌子面前方20～30m范围内无灾害源。因此必须要掌握正常场，不知道正常场就无法确定异常场。初期工作应把正常场测长一些。②异常场：当掌子面前方或隧道外围存在含水构造时，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的叠加，从而形成异常场；其物理意义是被探隧道掌子面前方20～30m范围内灾害源。（2）仪器设备探水仪具体见下图《HW-304型红外探水仪图》HW-304型红外探水仪图（3）红外探水的测试方法1）在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水。掌子面上9个数据的最大差值大于10μw/cm2，就可以判定有水。2）由掌子面向掘进后方（或洞口）按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。红外辐射曲线上升或下降均可以判定有水，其他情况判定无水。红外探测的特点是可以实现对隧道全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧道外围空间及掘进前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间。一般对掌子面前方有水无水的准确率较高，特别在石灰岩洞段，预报准确率高达80%。对于新建铁路云桂线（云南段）隧道来说，红外探水主要是在TSP长期超前地质预报的基础上进行的，对长期预报的多水和富水区段的进一步验证。2.5.4超前水平钻孔探测基本原理水平钻探法是超前地质预报最直接的一种方法，通过钻探对掌子面前方获取的地层岩性进行鉴别确定其埋藏距离与厚度(或宽度)，溶洞及充填的性质，能查明钻探深度内的地下水的赋存条件，可进行水量、水压的测定。当为煤系地层时，可确定煤层厚度和进行瓦斯含量测定，对超前地质预报成果进行验证，同时利用所取岩芯可进行室内试验，测试岩石的物理力学性质。超前水平钻探预报的准确度好，判识率高，但占用时间长，效率低，施工难度大，严重影响施工时间，一般不宜全隧道隧洞连续进行。可根据地质素描、TSP超前地质预报、地质雷达、红外探水结合区域地质资料综合分析，若掌子面前方无不良地质、特殊地质现象时可以不钻，因岩溶发育的复杂性、隐蔽性及物探资料的不确定性，为减少或避免灾害性地质的发生，在构造发育带及岩溶发育区必须进行水平超前工程钻探。水平超前钻探的目的（1）查明地层岩性，确定其埋藏位置与厚度以及特殊岩土、不良地质情况；（2）查明地下水的赋存情况，进行水量、水压的测定；（3）采取符合质量要求的试样，测试围岩的物理力学性质；当为煤系地层时，可确定煤层厚度和毒害气体含量。水平超前钻探的施工方法超前水平钻探可选用RPD-150C多功能快速钻机，该设备通过全液化传动的冲击回旋钻机，钻进过程中可由传感器将钻探信息反馈到记录仪和记录卡上包括：钻孔深度、钻孔速度、转数、旋转扭力、推进力、打击力、排水压、Ev能等在内的各种数据，对掌子面前方的地质情况进行分析和调查的。该型钻机主要采用三种钻孔方式：旋转力成孔、推进力成孔和油压冲击力成孔，可以根据不同的地层特点，有选择性地选取钻进单管或取芯双管钻具，采用不同的钻进方式，适应地层广，钻进速度快且不易卡钻。水平超前钻探的施工步骤：（1）施工准备：RPD—RPD—150C水平钻机示意图（2）钻孔布置视不良地质的性质和可能发生施工地质灾害的严重程度来决定。对于较大的断层破碎带，布置1孔、至多2～3孔即可达到目的；对于溶洞、暗河或岩溶淤泥带等可能突水区段，则以布置5孔为宜。布孔的位置，则主要依据长期、短期超前地质预报的结论来确定。当布置多个钻孔时，可呈放射状延伸到地下洞室掌子面的周边外，孔深35m～100m不等。（3）水平钻进钻孔施工过程当中应特别注意送水压力的变化，当送水压力达到2Mpa且钻机钻孔速度变慢时，须采用后退钻杆等措施待送水压力降到1Mpa后再继续进行钻孔。钻孔施工过程当中应将旋转扭矩设定在10Mpa以下；若达到10Mpa以上强行施工时，容易发生卡钻并导致钻杆折断。钻孔至设计深度后，撤出钻杆。施工中要将各种记录数据保存完好，并注意观察钻具的磨损程度，同时注意保证施工人员的安全。（4）数据处理通过对现场钻孔泛水的情况、钻探过程中对软弱岩层的直观纪录以及数据卡内的数据分析，可对前方地层中的软弱棉、赋水情况以及可能出现的溶强的规模、位置等进行准确判断。另外，当在钻进过程中取有试样时，还可综合室内实验的结果对围岩成分和等级进行判定。水平超前钻探的技术要求（1）对要求鉴别地层和取样的钻孔，均采用回转方式钻进，预计采取试样或进行原位测试的钻孔，按具体实施方案以及有关规定要求钻进；（2）在破碎岩层中视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。冲洗液漏失严重时，采取充填、封闭等堵漏措施。(3)钻进时密切注意进尺速度、孔内涌水漏水程度和其他参数的变化情况，掌握孔内异常情况，取芯时动作要轻，编录时着重说明岩石质量指标RQD值和岩芯样节理、裂隙的发育情况；（4）对于取芯水平钻探，为便于对现场记录进行检查核对或进一步编录，勘探点应按要求保存岩土芯样，岩芯全部存放在岩芯盒内，顺序排列，统一编号。岩土芯样保存到钻探工作检查验收为止，必要时，在工程合同规定的保证期内长期保存。在检查验收之后拍摄岩土芯样的彩色照片，纳入预报成果资料。超前水平钻探实施说明根据招标文件规定，超前水平钻探是由隧道施工单位负责实施，但超前地质预测预报工作是一个系统工程，需由多个探测手段进行综合分析。水平钻探能直观反映掌子面前方的不良地质体，是地质超前预报工作中必不可少的组成部分。在地质超前预报工作中，若施工单位需要，我单位可按上述施工方法及技术要求进行技术指导和水平钻探成果分析，以便更准确地进行超前地质预报。2.5.5有毒有害气体的检测在隧道的修建过程中有时不可避免的要遇到穿越煤系和赋存瓦斯的地层。当隧道穿过含瓦斯地层时，存在瓦斯燃烧或爆炸的危险；在煤质破碎及瓦斯压力高的地层还存在着煤和瓦斯突出的可能。瓦斯的主要成分为甲烷(CH4)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)等。另外，在隧道爆破掘进时也会产生毒害气体，如一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)等，因此，在隧道的施工过程中进行有毒有害气体的检测与预报是非常有必要的。有害气体的检测超前地质预测主要是通过搜集隧道沿线的地质测绘、钻探并结合物探资料对隧道沿线可能出现有害气体的地层岩性、地质构造进行综合分析的基础上，对有害气体存在的种类、危害性进行预测，以便进行设计及施工组织。一般来说，隧道施工过程中可能遇到的天然有害气体来源主要有:①天然生成气源；②岩体内派生的深部气源；③富含有机质或碳质的地层，④煤系地层等。因此，针对这些可能的气源，在隧道掘进时应重点查明下列问题:地层岩性方面:当隧道上方存在一定厚度的覆盖层时，重点查明下列岩性或地层的空间分布、厚度变化特征，尤其在隧道影响范围内及存在于隧道之下方时，往往是可能的有害气体来源。①含煤地层及煤层；②砂岩、粉砂岩、泥岩；③白云岩、灰岩、泥灰岩；④油页岩、碳质页岩及含沥青的地层；⑤富含有机物的泥炭层等。地质构造方面：主要查明隧道沿线有无下列特征构造:①是否处于剧烈的地壳活动区，隧道有无断裂构造及其它破碎带与之相联系；②年轻活动地槽内的断裂带、节理密集带；③规模较大的褶皱构造(背斜、向斜)以及是否存在与含气有关的特殊岩类。有毒有害气体的监测明确监测目的，选择仪器类别。简单地说，有害气体的监测有两个目的：第一是测爆，第二是测毒。所谓测爆是检测隧道中可燃气含量(主要指瓦斯)，超标报警，以避免爆炸事故的发生；测毒是检测井巷中有毒气体含量(主要指硫化氢、二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等)，超标报警，以避免工作人员中毒。测爆选择可燃气体检测报警仪，测毒选择有毒气体检测报警仪。隧道中有害气体预报最高允许浓度报警值见下表隧道内毒害气体最高允许浓度报警值名称符号最高允许浓度报警值，体积百分数瓦斯CH41.5一氧化碳CO0.0024二氧化碳CO20.5二氧化氮NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.0042.5.6隧道施工地质灾害临近报警技术隧道超前地质预测预报只能预测隧道施工过程中有可能发生地质灾害，但是在什么时候发生却不知道，这就需要建立隧道施工地质灾害临近预警机制。隧道施工地质灾害监测、判断和临近警报技术在隧道所在地区不良地质宏观预报和隧道不良地质体长期、短期超前预报的基础上进行的，也是广义超前地质预报的第三道工序。主要包括施工地质灾害的环境监测技术、施工地质灾害发生可能性的判断技术。隧道施工地质灾害的环境监测技术这是施工地质灾害警报技术的基础工作也是第一步的工作。主要包括：不良地质体性质的鉴定和区分技术，地下水涌水量监测技术，煤与瓦斯突出的环境监测技术，岩爆发生的环境监测技术。（1）塌方地质体性质鉴定和区分技术。主要包括：断层破碎带和岩溶陷落柱等塌方不良地质体性质的鉴定和区分技术，溶洞、暗河、稠性和稀性岩溶淤泥带等突泥突水不良地质体性质的鉴定和区分技术。（2）涌水量的监测技术。涌水量监测的方法，主要有仪器测量法和简易涌水量监测法。简易涌水量监测法是利用超前钻孔的地下水喷射距来预报涌水或突水级别的方法。（3）煤与瓦斯突出的监测技术。主要是煤与瓦斯突出产生的基本地质条件的分析、研究和观测。主要有：①高地应力地区；②高量、高压瓦斯煤层；③煤包、压冲逆断层下盘、封闭的背斜核部、小断层交汇处等特殊构造部位的预测预报；④构造煤的存在。（4）岩爆的监测技术。主要是分析研究和观测岩爆产生的基本地质条件。主要有：①高地应力地区，特别是大小水平地应力比值＞1.5的地区；②200米～700米埋深的隧洞；③坚硬、脆性的岩石，完整或基本完整但表面参差不齐的岩体和干燥的围岩；隧道施工地质灾害的判断技术隧道施工地质灾害的环境监测技术是施工地质灾害警报技术中的最关键技术，也是第二步的工作。主要包括：塌方、突泥突水、煤与瓦斯突出和岩爆等等重大施工地质灾害发生可能性的一系列判断技术。（1）断层破碎带塌方可能性的判断①断层上下盘岩性和岩石力学性质②断层力学性质③断层复合与复合特征④断层破碎带的厚度⑤断层破碎带的物质组成和胶结程度⑥断层破碎带的围岩结构⑦断层破碎带的产状及其隧洞的空间关系⑧地下水和地应力的影响（2）岩溶陷落柱塌方可能性的判断①岩溶陷落柱的规模大小②岩溶陷落柱的干、湿性③岩溶陷落柱的含泥量和物质组成④岩溶陷落柱边缘的地下水特征（3）突泥突水可能性的判断①距隧道底1米的独孔喷射距≤5米，相当涌水量小于100米②喷射距=5米～9米，相当涌水量为100～300米3③喷射距=9米～12米，相当涌水量为300～400米3④喷射距>12米，相当涌水量大于400米3/（3）煤与瓦斯突出可能发生的判断技术。主要是煤与瓦斯突出可能发生的各种前兆的及早、准确警报。（4）岩爆发生可能性的判断。在具备前述四大基本围岩环境的前提下，小型岩爆的发生即是大型岩爆即将发生的可靠前兆。2.5.7超前地质预测预报的重点、难点及应对措施超前地质预测预报的重点超前地质预测预报的重点主要包括隧道开挖过程中经常遇到不良地质体，如断层、破碎带、溶洞、岩性交界面、富水带、突泥涌水、坍塌、有毒有害气体等。超前地质预测预报的难点从实际隧道施工超前预报结果来看，不同的隧道施工地质超前预报方法有各自的优缺点。地质素描法有可靠的理论基础，不占或很少占用施工时间，适用性强，成本低，操作简便，但靠有限之“见”难以预报较大范围内的地质情况，特别是在地层岩性变化极为复杂(如强烈褶皱地层)的隧道中预报的难度很大。超前水平钻探是最直接有效的地质超前预报方法，但一次钻探距离短，费用高且占用施工时间长。一些常用的方法都依赖各类探测仪器，如远距离探测的TSP超前地质预报系统，近距离探测的有地质雷达等，虽然取得了较好的效果，但也具有各自的缺陷。其一，仪器成果的多解性，在探测成果图中，断层、节理、软弱岩层界面，都以相近的异常带的形式出现，差别甚小，在经验不足或解释水平不高的情况下很难加以区分。其二，以电磁波为基础的地质雷达，很难克服施工隧道内的干扰因素，因而影响探测成果的准确性。对于浅层地震仪和TSP等以地震波作为探测基础的仪器来说，也要求洞内尽量减少噪音，才能保证精度。而其他超前地质预报方法大多处于定性或半定量预报的水平。应对措施（1）加强宏观预报工作，利用宏观预报地质调查和地质分析的结果指导后续的超前地质预测预报工作，使后续预报工作更有针对性，预报结果更具准确性。（2）保证超前预测预报的质量，如宏观预报收集的资料一定要准确、齐全；提高预报结果的解释水平；消除预报过程中的干扰因素。（3）采用综合超前地质预报方法。根据各种仪器和手段获得的信息，进行室内分析整理，最后做出较为准确的地质预报成果，及时有效地指导隧道施工。2.5.8隧道施工综合地质超前预测预报单一的隧道施工地质超前预报手段在实际应用中存在明显的不足，主要体现在：(1)预报的结果与施工单位所期望的结果有一定的差距：(2)不注重实际地质条件，不进行实地的踏勘复查，而盲目的相信物探仪器的探测结果：(3)由于预报准确率低，导致预报后仍然发生塌方突水等灾害，从而造成施工单位对预报的信任度比较低：(4)预报成果准确率的计算没有统一标准，无法客观评价预报的成果。地质物探综合分析是综合地质预报方法的中枢，它对施工过程中所采用的各种预报手段获得的资料进行归纳、分析、对比，提出最终预报结论和工程措施建议，指导施工，并确定下一步预报的方案和各预报手段工作计划。具体的内容有：分析掌握已有地质资料，结合本次地质调查资料，隧道施工地质编录、按地质经验法对围岩特性进行判定、围岩特性测试以及地球物理探测综合分析等。隧道施工综合超前地质预测预报体系见下图。收集已有的资料和研究的成果收集已有的资料和研究的成果实地踏勘以及详细勘察室内对所有收集的资料分析以及对隧道通过区地质条件有新的认识进驻隧道施工现场开展预报中长期施工地质超前预报短期或跟着超前地质预报地质体投影法断层参数法水文地质测绘物探法地质雷达法临近前兆法超前水平钻孔法同位素连通法地质编录前推法超前导洞法超深风钻孔法负视速度法直达地震波法直达声波法TSP法陆地声纳法针对具体工程的地质情况、施工情况从预报的效率、效果、手段的可操作性、经济成本等几个方面综合考虑，不断比选，选出短期预报最优的手段针对具体工程的地质情况、施工情况从预报的效率、效果、手段的可操作性、经济成本等几个方面综合考虑，不断比选，选出长期预报最优的手段预报成果最终施工超前地质预报成果，提交给施工单位对预报区段的地质进行详细的编录并且对后续的预报进行修正表面波法预报成果必要时再次地面地质调查，以对地质情况有更深刻的认识反馈积累经验反馈优化预报手段隧道施工综合地质超前预报技术新建铁路云桂线（云南段）隧道超前地质预测预报及监控量测评估投标文件技术部分2.6工作量预布置与工作量预估 根据招标文件提供的各标段地质超前预报工程量及各标段工程地质条件的特点，现对新建铁路云桂线（云南段）隧道超前地质预测预报及监控量测评估第三标段（YGYB-3）超前地质预测预报各个单项的工作量作出如下预估：（1）施工地质编录（地质素描）：按隧道掘进每30m一段次进行地质编录，预估2700次；（2）围岩特性测试：在地质编录中除对围岩性质、围岩分类等外，若发现存在岩爆等高应力岩体特征时进行围岩应力测定工作，预估16次；（3）TSP长期地质超前预报：全线采用TSP203配合经验法进行超前地质预报，每次有效预报长度按100米计算，需要预报924次；（4）地质雷达和红外探水法短期地质超前预报：在TSP探测到掌子面前方有断层、岩溶等复杂地质情况时进行地质雷达和红外探水等短期超前地质预测预报。根据相关工程经验，地质雷达每次探测距离为25m，预计需要探测842次；红外探水每次探测距离为30m，预计需要探测1607次。（5）有害气体监测：工作量根据工程需要确定，计划检测800次；（6）超前水平钻探：对于地质条件较为简单、岩性稳定的地段可不进行超前水平钻探；对软弱层、地层分界处、地形突变处和巷道转折处可布置1个钻孔；对岩溶发育区应至少在掌子面的对角布置2个钻孔，或按三角形角点布置3个水平钻孔，以查明岩溶发育的位置、特征和分布规律；对断层部位应按照便于巷道内施工的原则，在掌子面上的最大等边三角形角点布置3个钻孔，以确定断层的空间产状。超前水平钻探工作量按工程需要确定；（7）取样：土样：主要针对隧道内溶洞填充物进行取样，进行溶洞填充物的物理力学性试验。取样按每洞1～２件进行取样，取土样的数量根据实际情况确定；水样：在进行超前水平钻探时，若遇见地下水，取水样2件进行地下水水质分析，取水样的数量根据实际情况确定；岩样：在进行支护设计时，如对围岩的物理力学性质不甚了解，可取样进行岩石物理力学性质试验，取岩样的数量根据实际情况确定；（8）抽（测）水试验根据现场实际情况按有关规范、规程及标准另行商定；新建铁路云桂线（云南段）隧道超前地质预测预报第三标段（YGYB—3）工作量预估表序号项目名称预计工作量备注1施工地质编录2700次地质素描发预测预报（该工作由施工单位实施）2围岩特性测试16次围岩地应力测试3TSP长期地质预报924次地震波法4地质雷达842次根据TSP预测的不良