保上隧道超前地质预报方案

1、目目 录录 1.1.编制依编制依据据 .3 3 2.2.预报目的预报目的 .3 3 3.3.编制范围编制范围 .3 3 4.4.工程概况工程概况 .3 3 4.14.1 地质条件地质条件 .3 4.1.1 地层岩性.3 4.1.2 地质构造.3 4.24.2 气象、水文条件气象、水文条件 .4 4.2.1 气象条件.4 4.2.2 水文条件.4 5.5.超前地质预报方案超前地质预报方案 .5 5 5.15.1 预报方法预报方法 .5 5.25.2 超前地质预报工作流程超前地质预报工作流程 .6 5.35.3 作业要点及技术要求作业要点及技术要求 .7 5.3.1 超前钻孔法.7 5.3.2 地

2、质调查法.7 5.2.3 加深炮孔法.7 5.3.4 电磁波反射法.7 5.3.5 地震波反射法.8 5.45.4 组织机构及资源配置组织机构及资源配置 .12 5.4.1 组织机构及人员配置.12 5.4.2 设备配置.12 6.6.质量要求质量要求 .1212 7.7.安全措施安全措施 .1212 8.8.成果资料编制的内容及要求成果资料编制的内容及要求 .1313 9.9.工作制度工作制度 .1414 1010隧道各段拟用超前隧道各段拟用超前预预报方法报方法 .1414 1.1.编制依据编制依据 （1）客运专线铁路隧道工程施工技术指南（TZ214-2005） （2）铁路隧道工程施工技术指

3、南（TZ204-2008） （3）铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105 号） （4）隧道施工图其他相关标准、规范、细则。 2.2.预报目的预报目的 （1）进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工 的顺利进行； （2）降低地质灾害发生的几率和危害程度； （3）为变更设计和施工方案提供依据； （4）为编制竣工文件提供地质资料。 3.3.编制范围编制范围 适用于保上隧道（含辅洞）。 4.4.工程概况工程概况 4.14.1 地质条件地质条件 4.1.1 地层岩性 隧道通过的地层岩性有第四系全新统坡残积（Q4dl+el）粉质黏土、红黏土、角 砾土、碎石土。下伏

4、基岩三叠系下统罗楼组（T1l）泥岩、砂岩、页岩偶夹灰岩透镜 体，二叠系下统（P1）灰岩，石炭系（C1+2+3）灰岩、白云岩、白云质灰岩夹硅质 岩，泥盆系上统榴江组（D3l+w）灰岩、白云岩偶夹硅质岩、页岩，中统东岗岭组 （D2d）灰岩夹白云岩、硅质岩、泥质灰岩，坡折落组（D2p）灰岩夹硅质岩；下统 芭蕉箐组（D1b）白云岩、泥质灰岩夹硅质岩、钙质泥岩；坡脚组（D1p）泥质砂岩 夹页岩；寒武系上统博菜田组（3b）白云质灰岩、泥质条带灰岩夹泥质粉砂岩； 断层角砾（Fbr） 。 4.1.2 地质构造 隧址在大地构造上处于南岭纬向构造体系的西端，黔桂经向构造带的西南端， 构造复杂，段内发育董堡那桑圩断

5、层，岩体受构造影响严重，节理发育较发育， 岩体较破碎。断层特征如下： 名称位置主要特征 对工程影 响评价 董堡 那桑圩 断层 DK399+950 DK400+1 50 （平面位 置） 区域性断层，轴线与线位相交，交角约 13。断层走向 N70 W，倾向 SW，倾角 75，为逆断层，横贯测区。据物探资料， 断层破碎带约 100120m。断层附近岩层产状紊乱，牵引褶曲、 小断裂极发育，NE 盘地层为(T1l)砂岩夹泥岩、页岩，岩层产 状为 N30E/52NW，SW 盘岩层为(C1+2+3)灰岩、白云岩、白云 质灰岩，岩层产状为 N75E/80SE 该断层小 角度斜交 线路，对 隧道影响 很大。 4

6、.24.2 气象、水文条件气象、水文条件 4.2.1 气象条件 本线所经地区属亚热带湿润季风气候区，直接承受印度洋及太平洋水汽补给。 主要气象参数如下： 年平均气温 19.5，极端最高气温 39.5，极端最低气温-3.7，年平均风速 1.3m/s，最大风速 17.0m/s，年平均降雨量 1156.6mm，最大一日降雨量 172.2mm。 4.2.2 水文条件 隧址范围内地表水不甚发育，主要河流为西洋河，长年有水，水量较丰，沿河 两岸山间沟谷雨季有水汇入，靠大气降雨及基岩裂隙水补给。据设计定测水样 （2009-云桂水 WD-307）试验分析结果显示，水质类型属 HCO3-.SO42-Mg2+ .

7、Ca2+.Na2+型水。根据铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 （铁建设2005157 号及2007140 号）判定，在环境作用类别为化学侵蚀环境及氯盐环境时，水中 SO42-、Mg2+、pH 值、Cl-对混凝土结构无侵蚀性。 地下水为第四系覆盖层孔隙潜水及基岩裂隙水。冲洪积层中含有较丰富的孔隙 潜水，坡残积层中富水性中等，水位埋深较大，区内仅在甲拿村出露一泉点，其它 地段未见地下水天然露头。隧道洞身地段以可溶岩为主，含水性及透水性较好，为 中等含水岩组，且地形横坡较为陡峻，地下水排泄较通畅，砂岩、泥岩、页岩段含 水性及透水性较差，为弱含水岩组，基岩裂隙水含量较少。据设计定测水样（2009- 云

8、桂水 WD-297）试验结果显示，水质类型属 HCO3-Ca2+.Na+型水。根据铁路混凝 土结构耐久性设计暂行规定 （铁建设2005157 号及2007140 号）判定，在 环境作用类别为化学侵蚀环境及氯盐环境时，水中 SO42-、Mg2+、pH 值、Cl-对混凝 土结构无侵蚀性。 设计资料显示，地下水动力学法预测的隧道正常涌水量 Q Q正 正= =50059(m3/d)，洪 水期涌水量 Q Q洪 洪= =75089（m3/d） 5.5.超前地质预报方案超前地质预报方案 5.15.1 预报方法预报方法 （1）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调查相结合、地 质方法与物探方法相

9、结合、平行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。隧道开挖前要编制超前地质预报实施细则， 内容包括超前地质预报实施方案、分段预报内容、方法及技术要点，并包括气象、 地下水位等观测计划和观测技术要求。在隧道开挖前应进行隧道中线地面踏勘，了 解隧道中线地面山体地质构造特点，为下一步洞内超前预报提供参考。 （2）地质资料数据采集系统：除用传统的地质法外，该隧道拟采用数码相机、 摄影等工程地质数据采集和编录系统。 长距离超前预报（100150m）：用 TSP203 地震波探测仪进行地质预报，该预报需 全隧道覆盖；中距离超前预报采用地质钻机（4050m） 、地质

10、雷达扫描（2030m） 等进行超前地质预报，与 TSP203 超前预报结果互相验证；短距离超前预报 （20m）：采用加长钻杆钻深孔探测实施，进一步验证前方地质情况；资料处理系 统：对编录和探测资料快速整理分析；超前预报系统：对超前探测处理的资料与原 有地质资料进行对比分析，以便能迅速、准确作出判断并反馈，及时预报可能出现 的地质现象，用以指导施工。 5.25.2 超前地质预报工作流程超前地质预报工作流程 有 有 无 有 信息反馈 开始 制定预报方案 远程 50200m 中程 1560m近程 020m TSP地震波法 超前水平钻探预报 地质调查法 超前钻孔法 或 地质雷达法 按原施工组织设 计进

11、行施工 准确测定断层 破碎带、岩溶、 采空区、含水 构造的位置 分段采用 进一步采用 判释不 良地质 构造的 位置及 影响范 围 按不同探测方法 相互验证，判断 断层破碎、岩溶、 采空区、含水构 造等的规模及位 置 修正、完善施工方案及抢 险措施，准备物资、设备 实施施工方案 验证中程预报的准确度 验证远程预报的准确度 5.35.3 作业要点及技术要求作业要点及技术要求 5.3.1 超前钻孔法 （1）孔数：利用管棚钻机钻孔，设计为 41 根管棚，取拱顶 1 根、两侧边缘各 1 根做为超前预报钻孔。 （2）孔深：按照管棚长度钻孔。 （3）钻孔前对作业人员进行岗前技术培训，并进行书面技术交底、质量

12、交底， 严格按设计要求进行施钻。 （4）钻孔过程中做好钻孔记录，包括钻孔位置、开孔时间、终孔时间、孔深、 钻进速度随深度变化情况、振动、卡钻位置、突进里程等。 （5）钻孔过程中及时留取岩样，并及时判定。 5.3.2 地质调查法 地质调查法包括隧道地表补充地质调查和洞内地质素描等。地质调查法应根据 隧道已有勘查资料、地表补充地质调查资料、洞内开挖工作面地质素描，通过地层 层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数 的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等，利用地质理论、地质作图和 趋势分析等工具，推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况。隧道地表补充地质调 查应在

13、洞内地质超前预报前进行，并在实施洞内地质超前预报过程中根据需要随时 补充。地质素描随隧道开挖及时进行，地层岩性变化处、构造发育部位等复杂、重 点地段每开挖循环应进行一次；一般地段每 1020m 进行一次。 5.2.3 加深炮孔法 （1）孔深：较爆破孔深 3m 以上。 （2）孔径：与爆破孔径相同。 （3）数量：一般地段每断面拱部 1 点、两侧边墙各 1 点。特殊地质地段加密。 （4）钻孔过程中发现富水或溶洞等异常情况应及时反馈信息，并采用其他预报 手段进行综合预报，查明情况确保施工安全为变更设计提供依据，严谨盲目装药放炮。 （5）加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施。 （6）揭示异常情况的钻孔资料应

14、作为技术资料保存。 5.3.4 电磁波反射法 （1）采用地质雷达探测，是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及 反射。根据传播速度和反射脉冲走时进行超前地质预报探测。 （2）每次探测深度约为 30m，两次探测重复距离为 5m。 （3）地质雷达探测仪器的技术指标应满足下列要求： 1）系统增益不应低于 150dB； 2）信噪比应大于 60dB； 3）采样间隔不应大于 0.5ns、模数转换器不应低于 16 位； 4）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。 （4）数据采集应符合下列要求： 1）通过试验选择雷达天线的工作频率、确定介电常数。 2）测网密度、天线间

15、距和天线移动速度应反映出探测对象的异常，测线也采用 十字或网格形式布设。 3）选择合适时间窗口和采样间隔，并根据数据采集的干扰变化和效果及时调整 工作参数。 4）采用连续测量的方式，不能连续测量的地段可采用点测。 5）隧址区内不应有较强的电磁波干扰；现场测试是应清除或避开测线附近的金 属物等电磁干扰物；当不能清除或避开时应在记录中注明，并标出位置。 6）支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员应与工作天线保持相对固定 的位置。 7）测线上天线经过的表面应相对平整，无障碍，且天线的平面与探测面基本平 行，距离相对一致。 8）现场记录应注明观测到的不良地质体与地下水体的位置与规模等。 9）重点异

16、常区应重复观测，重复性较差时应查明原因。 5.3.5 地震波反射法 TSP 地震波法适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况，对断层、软硬岩接触 面等面状结构反射信号较为明显。 5.3.5.1 TSP 法工作原理 TSP 方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点（根据 地层或构造的走向，通常在隧道的左或右边墙，大约 24 个炮点）用小量炸药激发产 生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分 入射波前 地震信号反射回来（图 1），一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被 高灵敏度的加速度地震传感器器接收并以数字形式记录下来。采集数据通过 TSPw

17、in 专用软件处理，便可了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、 含水岩层等）和位置及规模。 5.3.5.2TSP 法使用的仪器 1 套 TSP203plus 超前地质预报系统主要组成及其技术特性： （1）记录单元：12 道，24 位 A/D 转换，采样间隔 62.5s 和 125s，最大记 录长度为 1808.5ms，记录带宽 8000Hz 和 4000Hz，动态范围 120dB。 （2）接收器（检波器）：三分量加速度地震检波器，灵敏度为 1000mV/g5%，频率范围为 0.55000Hz，共振频率 9000Hz，横向灵敏度1%，操 作温度 065。 TSPwin PLUS

18、 2.1 软件：数据采集、处理及评估一体化，高度智能。 5.3.5.3 野外数据采集工作 （1）观测系统设计及准备工作 图 1 TSP 探测原理 地层地层 或或 断层断层 震源 反射波前 传感器 隧道 入射波前 接收器位置安装在距开挖面约为 55m，设计 24 炮， 2 个接收器位于隧道左右边 墙接收。观测系统详细情况见表 1： 观测系统详细情况表 表 1 接 收 器 孔炮 孔 数量2 个，位于隧道的左、右两边墙24 个, 位于隧道的左边墙 直径50mm 钻头钻孔38mm 钻头钻孔 深度 2m1.5m 定向垂直隧道边墙，上倾 510垂直隧道边墙，下倾 1020 高度离隧底高 1m离隧底 1m

19、位置距离开挖面 54m第 1 个炮点离同侧接收器孔 20m，炮点距 1.5m 观测系统示意见图 2。 （2）准备工作要求 每次 TSP 数据采集： 掌 子 面 接 收 器 R1 接 收 器 R2 炮 孔 S24 炮 孔 S23 炮 孔 S22 炮 孔 S5 炮 孔 S4 炮 孔 S3 炮 孔 S2 炮 孔 S1 55m 20m 掘进方向 应准备瞬发电雷管 24 支，防水乳化炸药 4Kg（32），采集数据时作震源使 用； 提供接收器孔附近的隧道轮廓半径、拱顶至施工地面的铅直高度、净空尺寸 等数据； 提供接收器孔、掌子面的里程，以及两者之间的地质素描图； 钻孔前，应用测量工具测定接收器孔和炮孔的位

20、置，接收器孔和炮孔应在同一 水平面上，并用红油漆标记。炮孔标记序号（距离接收器最近的炮孔为 S1）； 严格按照要求钻孔（距离、孔深、角度）； 孔身要直，孔内的残渣和泥浆要用水冲出； 配备往炮孔中灌水的工具； 采集数据时切断影响数据质量的干扰源，最好隧道内不进行其他作业。 5.3.5.4 数据采集及结果分析 （1）数据采集： 采用 X-Y-Z 三分量同时接收，采样间隔 62.5s，记录长度 451.063ms（7218 采样数）。激发地震波时，采用无爆炸延期的瞬发电雷管，防水乳化炸药（药卷包 装，100 克/卷），激发药量为 200，150，100 克，起爆前注水封堵炮孔。 实际激发和记录地震数

21、据 24 炮。所记录的地震数据质量高，可用于后续数据处 理和评估。 （2）结果分析 采集的数据采用 TSPwin PLUS 2.1 专用软件进行处理。 处理时，首先正确输入隧道及炮点和接收点的几何参数。剔除质量差的记录道。质 量合格的地震道才用于数据处理和解释。由于测区围岩为花岗岩，地震波传播较快, 预报长度约为 141m。 基本处理流程包括 11 个主要步骤，即：数据设置带通滤波初至拾取拾取处理 炮能量均衡Q 估计反射波提取P、S 波分离速度分析深度偏移提取反 射层。 处理的最终成果包括 P 波、SH 波、SV 波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反 射层、岩石物理力学参数等，以及反射层二维分

22、布。 5.3.5.5 处理结果解释与评估 处理成果的解释与评估，主要基于以下的地震勘探基本准则： （1）反射振幅越强，反射系数和波阻抗的差别越大。 （2）正反射振幅表明正的反射系数，表明坚硬岩层；负反射振幅表明软弱岩层。 （3）若横波反射比纵波强，则表明岩层饱含水。 （4）纵横波速度比有较大的增加或泊松比突然增大，常常因流体的存在而引起。 （5）若纵波速度下降，则表明裂隙密度或孔隙度增加。 5.3.5.6 探测报告的应用 根据超前地质探测的报告内容，制定相应的施工措施，与原设计围岩不相符的 段落，开挖应谨慎。并根据实际开挖的围岩情况并结合超前地质探测结果进行围岩等 级设计变更工作。 5.45.

23、4 组织机构及资源配置组织机构及资源配置 5.4.1 组织机构及人员配置 分部成立超前地质预报管理小组，负责组织本工程超前地质预报工作，具体如 下： 组长：刘江涛（分部总工） 组员：孙奇云（工程部长）、王建明（安质部长）、陈则强（技术员）、李学 明（作业班长）。 除上述管理小组成员外，在预报实施中，根据预报方法配置相应的操作人员。 5.4.2 设备配置 隧道超前地质预报主要设备如下： 超前水平地质钻机 3 台；钻孔风枪 120 台、钻孔台车 4 台 6.6.质量要求质量要求 （1）现场严格按各预报方法要求进行超前预报，保证各方法操作的准确性。 （2）资料整理规范、齐全、及时、准确。 （3）注意

24、各预报段落的前后搭接过渡长度。 7.7.安全措施安全措施 （1）超前地质预报人员应认真学习、执行隧道施工安全规程，超前钻探人员还应 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积极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、防护靴、安全帽和防尘（防毒）口罩 等防护用品。 （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

25、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）当隧道岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物时，必须严格执行国 家现行的煤矿安全规程、铁路瓦斯隧道技术规范等的有关规定。超前地质 预报工作应采用防爆型的仪器、设备。当采用非防爆型时，在仪器设备及操作空间 20m 范围内瓦斯浓度必须小于 1%。超前钻探必须采用水循环钻或湿式钻孔，严禁携 带火源进洞。 （8）弹性波反射法超前地质预报现场采集数据使用的炸药和雷管必须由持有爆破 证的专人领用，爆破作业必须

26、由专业爆破工操作。非专业人员严禁从事爆破作业。 （9）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。 （10）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。 （11）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。 8.8.成果资料编制的内容及要求成果资料编制的内容及要求 按照铁路隧道超前地质预报技术指南和验标要求，及时填写各种施工 记录和质量记录。 （1）地质素描：每次地质素描应填写施工阶段围岩级别判定卡（指南中附录 E.2.2）和隧道地质展示图（指南中附录 F），按照表格内容认真填写、描绘； 影像资料做好备份。