隧道超前地质预报方案

1、 目 录1、工程概况及地质情况11.1工程概况11.2工程地质特征11.3水文地质特征21.4 不良地址及特殊岩土21.5隧道工程地质条件的分析评价21.6隧道工程地质围岩分级21.7隧道工程地质条件评价31.8不良地质及特殊地质采取措施31.9 超前地质预测、预报的重要性32、超前地质预测、预报总体方案42.1预测、预报原则42.2预测、预报总体方案43、地质超前预报时间安排44、地质预报主要设备65、超前地质预报方法和手段65.1地质分析方法65.2超前探测75.3洞内涌突水的实时监测115.4洞外实时监测116.超前地质预报成果整理126.1分段地质预报成果表126.2隧道贯通后提供的资

2、料127.其它121、工程概况及地质情况1.1工程概况新建山西中南部铁路通道小水头1号隧道位于山西省古县并侯村附近，隧道起止里程DK384+125-DK385+075,全长950米，为单洞双线有碴隧道，隧道处于黄土台垣与太岳中低山交界地段，地形起伏较大，地形复杂，沟壑发育，坡度较陡，坡角约4050。隧道进出口及洞身为第四系覆盖层，沿山梁顶部及一侧山坡覆盖第四系土层，地表多为荒地，生长灌木，隧道最大埋深38米。1.2工程地质特征1.2.1地层岩性小水头1号隧道地址位于临汾运城新裂陷九原山塔儿山陷隆，毗邻浮山大断裂，隧道表覆为第四系上更新统(Q3al)砂质黄土、第四系中更新统洪积(Q2pl)黏质黄

3、土，三叠系下统刘家沟组(T11)砂岩。洞身部位为中更新统黏质黄土和三叠系刘家沟组砂岩，各层具体描述如下： 砂质黄土(Q3al):褐黄色，稍湿，稍密，土质较均匀，粘性较差，孔隙发育，局部含砂量较大，厚度35m。 黏质黄土(Q2pl)：黄褐色、棕红色，硬塑，土质不均，粘性一般，孔隙不发育，可见少量针状孔隙，含铁锰质结核、钙质结核局部成层，夹有细圆砾土层和砂层，局部半胶结。厚度5.040.0m。 砂岩(T11)：紫红色，成分以长石、石英为主，砂质结构，中-厚层状构造，节理裂隙发育，锤击易碎，强风化，岩芯多呈块状及短柱状，厚度3.05.0m。砂岩(T11)：紫红色，成分以长石、石英为主，砂质结构，中-

4、厚层状构造，节理裂隙发育，锤击易碎，强风化，岩芯多呈块状及短柱状，厚度大于20m。岩层产状：N65W/22S，三叠系刘家沟组砂岩主要发育两组节理，节理产状：15585、6065，均为微张节理，0.3mS0.8m，L5m。1.2.2地质构造 小水头1号隧道地址位于临汾运城新裂陷九原山塔儿山陷隆，毗邻浮山大断裂，隧道处于黄土台垣与太岳中低山交界地段，地形起伏较大，地形复杂，沟壑发育，坡度较陡，坡角约4050。隧道进出口及洞身为第四系覆盖层，沿山梁顶部及一侧山坡覆盖第四系土层，地表多为荒地，生长灌木。1.3水文地质特征1.3.1地表水勘测期间未见地表水出露。1.3.2.地下水地下水以基岩裂隙水为主，

5、埋深大于30m，水量受季节影响较大，主要受大气降水补给，根据附近水化验资料，地下水对普通混凝胡无侵蚀性。估算隧道正常涌水量为354m3/d。洞身单位涌水量为0.74 m3/dm，为弱富水区段。1.4 不良地址及特殊岩土隧道进出口表层分布有薄层砂质黄土，具有轻微非自重湿陷性。隧道进出口斜坡坡度较陡，特别是在雨季时水下渗到基岩面，上层黄土容易含水容易形成软弱面，故开挖时应注意防护。1.5隧道工程地质条件的分析评价1.5.1工程地质条件总体评价 隧道穿越黄土台垣区，地质构造相对简单；隧道进出口及洞身围岩为第四系中更新统洪积粘土质黄土夹砂砾石和三叠系刘家沟组砂岩，洞身近沿黏质黄土与砂岩界面及其附近穿越

6、，地层交界处一般地下水易富集，含水率存在变大可能，隧道施工开挖后围岩塌方可能性大，应加强预支护，及时衬砌全隧属浅埋隧道，易发生坍方冒顶，施工时应及时超前预支护、加强衬砌及监控量测。全隧地质风险较高，存在塌方冒顶的风险，隧道总体地质条件差。1.5.2土壤最大冻结深度：0.47m。1.5.3地震动峰值加速度0.20g，地震基本烈度：V，地震动反映谱特征周期为0.35S。1.6隧道工程地质围岩分级（见围岩分级表）小水头1号隧道围岩分级表序号里程围岩级别长度(米)1DK384+125-DK384+705黄土级加强5802DK384+705-DK384+745明洞衬砌403DK384+745-DK384

7、+820黄土级加强754DK384+820-DK384+985黄土级复合式加强1655DK384+985-DK385+075黄土级加强906合计9501.7隧道工程地质条件评价1.7.1工程地质条件总体评价隧道穿越黄土台垣区，地质构造相对简单；隧道进出口及洞身围岩为第四系中更新统洪积粘土质黄土夹砂砾石和三叠系刘家沟组砂岩，洞身近沿黏质黄土与砂岩界面及其附近穿越，地层交界处一般地下水易富集，含水率存在变大可能，隧道施工开挖后围岩塌方可能性大，应加强预支护，及时衬砌全隧属浅埋隧道，易发生坍方冒顶，施工时应及时超前预支护、加强衬砌及监控量测。全隧地质风险较高，存在塌方冒顶的风险，隧道总体地质条件差。

8、1.7.2工程措施建议及施工注意事项：1）施工前应做好洞口截排水工程措施，建议进出口边仰坡坡率：砂质黄土、黏质黄土1：1.25，坡面需加强防护。2）隧道洞身沿穿土石分界线穿越，埋深浅，围岩稳定性较差，易产生坍方甚至冒顶，需加强超前预支护，及时衬砌，做好超前地质预测预报及监控量测等工作。3）应注意地下水对施工的影响，做好相关防护和排水工程。4）全隧施工中应按相关规范及文件要求做好超前地质预测预报工作，主要采用地质素描、监控量测等手段，对掌子面围岩稳定性进行分析判断，以确保施工安全，遇异常情况需强化超前预测预报手段及支护加固措施，以确保安全。1.8 超前地质预测、预报的重要性为保证小水头1号隧道的

9、顺利安全施工，避免地下水发育地段涌水、涌泥灾害的发生，防止造成地表水、地下水流失，破坏当地生态环境，确保施工安全，需要采取有限措施对隧道掌子面前方的地质情况进行较为准确的预测预报，开展施工地质超前预测预报工作，根据地质预报成果，制定有效施工方案，确定合理施工工艺，降低地质灾害发生机率，确保隧道工程施工人员和设备的安全，进而提高经济效益。2、超前地质预测、预报总体方案2.1预测、预报原则将超前地质预报纳入施工工序，做到先探测、后施工，不探测，不施工。探测时采用长短距离结合，多种探测方法优势互补。2.2预测、预报总体方案采用TSP203地质超前预报系统进行长距离宏观控制，每100m200m探测一次

10、；地质雷达进行短距离探测，进一步强化、补充和验证；对上述两种方法推断的地质异常地段采用超前水平钻短距离钻探。针对该隧道突泥、突水可能性大的特点，每20m采用红外线探水仪进行短距离实施；每次放炮后对掌子面进行地质素描，以初步推断前方岩层情况。本隧道全长范围进行地质预报方法及主要内容地质超前预报计划安排见表13。3、地质超前预报时间安排地质超前预报是隧道施工中的一个重要环节，作为一项工序纳入隧道施工中去。根据地质超前预报工作量、预测频率及每次开挖支护循环进尺，可以推算每循环各项地质预报所需时间。各种超前预测预报每次使用时间表见下页表4 预测预报方法表 表1里程存在地质问题预测预报方法备注DK384

11、+125-DK384+538浅埋黄土地段地质素描、TSP203、有异常增加掌子面地质雷达、红外探水超前地质钻探（23孔）。DK384+538-DK384+664地质一般,泥岩为主地质素描。有异常时增加掌子面地质雷达。DK384+664-DK387+075浅埋黄土地段地质素描、TSP203、红外探水。有异常增加掌子面地质雷达、超前地质钻探（23孔）。超前地质预报主要项目、内容 表2项目预报主要内容主要方法/仪器重点预报地段常规预报围岩级别岩性特征，节理、裂隙发育特征和岩体结构特征地质素描法，TSP203 断层破碎带、软弱围岩地段地下水赋存状态涌水量大小、水压力、变化规律，环境水文地质特征红外线探

12、水法；钻探孔，测流计，红外线探水仪，地质雷达，压力计异常预报断层位置、规模、破碎程度及宽度、充填情况TSP203，钻探孔，地质素描法断层破碎带 地质超前预报计划安排表 表3地质预报项目单位测量频率TSP203探测次每100m进行一次红外探水次每20m进行一次地质雷达次有异常时每30 m进行一次超前水平地质探孔次有异常时进行（23）孔地质素描隧道延米每次开挖后进行每循环各分项地质预报使用时间表 表4序号预报项目每循环使用时间（min）1地质素描102TSP地质预报603红外仪探水154地质雷达探测105超前水平钻孔探测2404、地质预报主要设备超前地质预报主要设备配见下表5：超前地质预报主要设备

13、配置表 表5序号设备名称型号数量1超前预报仪TSP2031套2地质雷达SIR20001台3红外探水仪HY-3031台4水平钻机DK-1502套5地质罗盘仪2套6笔记本电脑IBM1台7数据记录仪SYMPA1台5.1地质分析方法地质分析法有地质调查和隧道开挖面地质素描两种方法。地质调查：对地貌、地质进行调查与地质推理相结合的方法有针对性的补充地质资料。补充地质资料的主要内容包括：不同岩性、地层在隧道地表的出露及接触关系，岩层产状及变化情况；构造在隧道地表的出露、分布、性质、变化规律及产状变化；地表岩溶发育情况和分布规律。地质调查方法：地质预报组人员根据建立的标准地层剖面，结合沉积规律，确定各岩层层

14、序、厚度、位置。对地质构造进行跟踪调查后，展开有针对性的地质调会，详尽地核对细化勘察设计资料，为地质预报做好基础工作。隧道开挖面地质素描：地质预报人员对隧道开挖面的地质状况作如实的调查和编录，采集必要的数据，具体包括：开挖面地层、岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录。地质素描方法和预报成果见表7。综合超前地质预报系统框图无其他情况无其他情况工程地质分析预测判断前方有大型断层破碎带TSP203超前地质预报30100米超前钻孔830米超前钻孔判断前方有小型断层破碎带30米红外线、雷达补充物探30米内红外线补充探水动态设计根据设计施工判断前方无不良地质隧道周壁雷达、红外线补探结

15、束有不良形态施工隧道周壁雷达、红外线补探施工有不良形态动态设计5.2超前探测5.2.1超前物探主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及裂隙发育带。1）远距离超前物探选用TSP203超前地质预报系统TSP203系统在围岩较好地段可测出前方100200m范围内的岩层分接口、岩层的物理性质、断层等，围岩完整性较差时，预测范围在50100m之间。地质素描方法和预报成果 表7序号方法形成成果1用罗盘仪，洞内观察等方法，实测岩层产状、节理产状、微构造产状、断层层面产状等资料，采取分段测绘。分析岩体各种参数，对开挖面地质评价，绘制常规地质预报展示图和分段地质预报书。2绘制标准地层剖面

16、和岩层位预报预测软弱岩层的位置，围岩稳定况，提出施工措施建议。3观察开挖面断层及微构造出露情况、量测岩层产状分析断层、微构造的产出的规律和在开挖面的部位、构造走向与隧道轴线关系，作出地质预报图。TSP203作业流程：准备工作测量孔位、钻孔埋设传感器记录孔位连线检查暂停施工爆破拾波恢复施工、成果分析。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，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。钻孔位置如图“TSP203系统作业布置图”所示。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

17、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。待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面联机检查：把传感器、检波器（计算机）、起爆器、同步器连接起来，并检查其是否正常工作，注意此时起爆器与雷管断开。测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面300米范围内停止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5080g左右，围岩较差时，可加大，但不能超过100g。TSP203系统作业布

18、置图恢复施工：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2）近距离超前物探选用地质雷达预报地质雷达预报是用电磁波反射原理进行探测，通过测定与岩溶含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体，含水的断层、岩性界面和溶洞等。采用地质雷达进行短距离（1040m）的精细岩性结构变化情况的预报。作为TSP203超前地质预报的补充，在高水压地段对TSP203预报的异常点，比如确定异常体的规模、性质、危害有困难时采用地质雷达作为补充。同

19、时地质雷达用于隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位可能隐伏岩洞穴的探测，效果较好。地质雷达预报方法和预报成果表见表8。5.2.2红外线探水红外线探水每20m测量一次。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值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。 地质雷达预报方法和预报成果表 表8预测方法预报成果探测充水的地质确定断层、岩性的界面，确定异常岩体的规模、性质、危害程度。隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位可能突水、突泥及涌水等超前防水预测预报：了解掘进前方20m30m范围内，是否存在隐伏水体、是否存在含

20、水断层和溶洞、是否存在含水破碎带。每次防水超前探测预报15分钟。向隧道上方探测、下方探测是确保掘进工程安全不可缺少的一环，其根本原因在于上方或下方都存在承压隐伏水或含水构造，一旦在卸压时岩溶水涌入隧道，将会造成重大灾害。向隧道两壁外侧探测：其目的是了解支承顶板的两个侧壁外缘是否存在空洞，是否存在威胁隧道安全的含水构造。其作用有两个：一是确保当前施工安全，二是确保使用期间不出问题。防滞后突水探测：在灰岩地层中，掘进隧道时，虽然当时后方不突水，但不等于以后不突水，因为当掘进破坏地层结构后，隧道外围的承压水，将会突破薄弱地段压入卸压区。根据探测曲线特征判断含水构造或含水体的潜在危害。红外探水方法：红

21、外探测属非接触探测，在隧道壁上来定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。定好探点后扣动扳机，就可在仪器屏幕上读取探测值。具体做法如下：进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m点距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进断面处。在掘进断面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每迂回到一个顺序号，就站到隧道中央，分别用仪器的激光器打出的红色班使之落到左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器扳机分别读取探测值，并做好记录。然后转入下一序号点，直至全部探完。探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、两壁探测曲线。5.2.3水平钻孔超前探测当TS

22、P203系统预报前方有断层、破碎带、岩层层理明显时，采用地质钻机进行超前探孔，对开挖面前方1530m范围的含水构造、水量及水压进行预测，在长期长距和其它长期短距预报的基础上，用超前水平钻探法进一步对特别差的地质段取得可靠的资料。用凿岩台架钻孔探测钻孔深度以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。30m以内无异常情况时，改用地质钻机探测，继续钻孔，深度为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以后的探测则由下一循环钻孔探测完成。日常的钻孔探测：全隧在上述超前预测、预报的基础上，全隧还应采用

23、常规地质法进行短距离超前地质预报，根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分炮眼加深23m的探测情况，对掌子面进行地质素描，并进行地质做图，综合地表调查情况，掌子面前方一定范围（520m）的地质条件进行预测、预报。5.3洞内涌突水的实时监测（1）正洞各涌突水点（掌子面炮眼涌突水）的实时监测。监测内容包括：各涌水点的水温、水量、水压、水质与同位素化学，各涌突水点位置（里程）、地层岩性、裂隙与岩溶发育特征等。（2）正洞洞身涌（突）水动态监测。包括：涌（突）水点地质档案，涌（突）水点空间分布、单点涌（突）水量及其动态、涌（突）出机制、涌（突）水的化学与同位素化学动态特征等。（3）正洞洞内气温与湿度的实时监测。5.4洞外实时监测岩溶水地表排泄点监测包括：天窗、泉点和暗河的水量及动态、水化学与同位素化学动态特征等。地表河流监测包括：隧道通过地带上下游水流量及动态、水化学与同位素化学动态特征等。选35个控制断面，要求510天监测一次。大气降水与气温监测：隧道所处地段设35各监测控制点，要求每天监测。6.超前地质预报成果整理6.1分段地质预