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1、新建沪昆铁路客运专线湖南段 隧道超前地质预报方案 中铁一院新建沪昆铁路客运专线湖南段 隧道超前地质预报项目部 二一一年四月 新建沪昆铁路客运专线湖南段 隧道超前地质预报方案 编 写：孙 岭 项目负责：孙 岭 项目总工：李来喜 中铁一院 新建沪昆铁路客运专线湖南段 隧道超前地质预报项目部 二一一年四月 目 录 1 超前地质预报目的与任务超前地质预报目的与任务.- 1 - 2 工程概况工程概况.- 1 - 2.1 线路概况.- 1 - 2.2 主要技术标准.- 1 - 3 编写依据编写依据.- 2 - 4 预报内容预报内容- 3 - 5 超前地质预报方法超前地质预报方法- 3 - 5.1 地质调查
2、法 .- 4 - 5.2 地震反射波法 .- 6 - 5.3 地质雷达法.- 9 - 5.4 红外测温探测法 .- 12 - 6 预报频次预报频次- 15 - 6.1 地质调查法.- 15 - 6.2 地震反射波法.- 15 - 6.3 地质雷达探测.- 15 - 6.4 红外测温探测.- 16 - 6.5 超前水平钻探.- 16 - 7 组织结构组织结构- 17 - 7.1 人员结构.- 17 - 7.2 项目管理机构人员组成表 .- 18 - 8 资源配置资源配置- 19 - 9 安全应急预案安全应急预案- 20 - 9.1 现场安全施工.- 20 - 9.2 加强监控量测.- 20 -
3、10 成果报告的编制成果报告的编制.- 21 - 11 工作制度工作制度.- 21 - 11.1 与监理、施工单位的联系制度 .- 21 - 11.2 地质预报成果提交的时限及信息传递方式 .- 22 - 11.3 超前地质预报工作安排及函接.- 22 - 12 相关图表相关图表.- 22 - - 1 - 1 超前地质预报目的与任务超前地质预报目的与任务 （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， 指导中铁十六局集团沪昆客专 CKTJIII-1 标铁路沿线隧道工程施工的顺利 进行； （2）降低地质灾害发生的机率和危害程度，尤其是复杂地质地区隧 道风险； （3）为优化工程设计提
4、供地质依据； （4）为编制竣工文件提供地质资料。 2 工程概况工程概况 2.1 线路概况线路概况 线路自湖南省长沙市的长沙南站（不含）始，止于湘黔省界的新晃西 站（DK917+500(杭长里程，长昆起点)DK424528.255） ，正线全长 416km。沿途经过湖南省长沙市、湘潭市、娄底市、邵阳市、怀化市共计 5 个地级市。全线新建湘潭北站、韶山南站、娄底南站、邵阳北站、新化 南站、溆浦南站、新怀化站、芷江北站、新晃西站 9 个车站。 2.2 主要技术标准主要技术标准 铁路等级：客运专线。 正线数目：双线。 - 2 - 速度目标值：250 公里/小时，基础设施预留进一步提速条件。 最小曲线半
5、径：4000m。 最大坡度：20，特殊地段 30。 到发线有效长度：650m。 牵引种类：电力。 机车类型：动车组。 列车运行控制方式：自动控制。 行车指挥方式: 综合高度集中。 3 编写依据编写依据 （1） 铁路隧道超前地质预报技术指南(铁建设2008105 号)； （2）铁道第三勘察设计院集团有限公司长沙至昆明铁路客运专线 施工图 ； （3）铁道部第二工程局主编铁路工程施工技术手册 ； （4）铁道部发布的客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准 (铁建设 2005160 号)； （5） 铁路工程物理勘探规程(TB 10013-2004)； （6） 铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南(TZ 2
6、31-2007)； （7）关于印发沪昆铁路客运专线湖南段隧道超前地质预报实施细 则的通知(沪昆湘工管201118 号)； - 3 - 4 预报内容预报内容 1、不同岩性接触带的位置、接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况 2、有害气体赋存情况 3、隧道内围岩级别变化趋势 5 超前地质预报方法超前地质预报方法 针对本隧道的地质条件及工程特点，超前地质预报采用的具体方法为 地质调查法、物探法（地震反射波法、地质雷达探测法、红外探测温探测 法） 、超前钻探等。 工作程序为： 预报实施组 T S P 超 前 预 报 地 质 雷 达 预 报 现 场 红 外 探 水 现 场 超 前 水 平 钻 掌 子 面 地
7、 质 素 描 现 场 收 集 地 质 信 息 隧 道 不 良 地 质 现 象 观 测 提 交 预 报 最 终 成 果 各 种 测 试 设 备 准 备 超 前 预 报 资 料 整 理 预 报 成 果 现 场 验 证 质量控制组预报辅助组 超前地质预报项目部 工程项目指挥部 - 4 - 5.1 地质调查法地质调查法 1、工作方法 包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素 描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等。 隧道内地质素描：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“隧道地质 展示图” 、填写“掌子
8、面地质素描记录表” 。主要内容如下： （1）工程地质： a）地层岩性：描述地层时代、岩性、层间结合程度、风化程度等。 b）地质构造：描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等 c）地应力：包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱 夹层挤出、探孔饼状岩芯等现象。 d）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及其对继续掘进的影响。 e）有害气体存在情况。 （2）水文地质： a）地下水的分布、出露形态及围岩的透水性、水量、水压、水温、 颜色、泥砂含量测定，以及地下水活动对围岩稳定的影响，必要时进行长 期观测。地下水的出露形态分为：渗水、滴水、滴水成线、股
9、水（涌水） 、 暗河。 b）水质分析，判定地下水对结构材料的腐蚀性。 c）出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等的关系分析。 - 5 - d）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。 e）必要时应建立涌突水点地质档案。 （3）围岩稳定性特征及支护情况 记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式以及 初期支护后的变形情况。发生围岩失稳或变形较大的地段，详细分析、描 述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等。 （4）进行隧道施工围岩分级。 （5）影像 隧道内重要的和具代表性的地质现象应进行摄影或录像。 2、技术要求 （1）按照地质素描的内容和现场记录
10、格式，重点、复杂地段每循 环一次，其它地段不超过10m一次在开挖后对掌子面和左右边墙进 行素描、数码摄像。 （2）素描图、记录必须在现场进行，素描一律“写实” ，不做任 何换算。素描图式、图例、比例、用语应统一，按要求采取标本（包 括定向标本） 。 （3）施工一定距离后，隧道地质素描图，应分段完善、总结，并 作出相应的隧道纵断面图、表。 - 6 - 5.2 地震反射波法地震反射波法 5.2.1 地震反射波法（TSP203） 1、工作原理 图图 2 TSP 探测原理探测原理 地层地层 或或 断层断层 入射波前 反射波前 震源 检波器 检波器 隧道 TSP（Tunnel Seismic Predi
11、ction ahead）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（24 个炮点，通常布置在隧道轴向 与构造走向相交为锐角的隧道边墙， ）用小当量炸药激发产生。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，一部分地 震信号反射回来（图 2） ，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信 号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过 TSPwin 软件处理，了解掌 握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。 2、工作方法与布置 布置超前地质预报探测钻孔：一般情况下，在测试的时候，在确定的 隧道的侧壁上，布置 24 个爆破探测
12、孔，如下图所示，爆破测试孔垂直于 - 7 - 隧道壁，深 1.5m 直径 40mm42mm，向下倾斜 10，间隔 1.5m，距离隧 道底部 1m，从掌子面与隧道壁的交点处开始布置 1#孔,依次后推,直到第 24#孔。用直径 40mm42mm 钻制。 布置接收器钻孔：在与爆破探测孔同测隧道壁，同高的延长线上，距 离最外一个爆破探测孔（第 24#孔）15m20m 处，布置接收器钻孔，接 收器钻孔垂直于隧道壁，深 2.0，直径 42mm45mm，向下倾斜 10，用 直径 50mm 钻制（如图 3 所示） 。 超前地质预报测试炸药与雷管的选择：施工单位应向超报组提供炸药 和雷管，炸药应选用乳化防水炸药
13、，雷管选用瞬发电雷管。每次测试消耗 炸药 3000g4000g，雷管 24 发。 测试过程中，隧道内暂停施工，减少噪音对 TSP 超前预报探测系统的 影响。 爆破手将适当药量的炸药及一枚电雷管装入爆破测试孔，并注水封闭 爆破孔，撤离到安全区内。测试人员引爆炸药，采集现场测试数据，直到 24 个孔结束。如果遇到哑炮、弱炮，则该测试孔重新测试。 测试完毕后，整理设备，撤离现场，恢复隧道内施工。 3. 资料处理与信息判释 1） 、初步选定原始波形（X、Y、Z） 2） 、选定波谱分析窗口 3） 、波谱分析 4） 、带通滤波 5） 、调节、选择、拾取初至波 - 8 - 2. 仪器设备操作及技术要求。 1
14、）根据隧道施工情况及地质条件，确定接收器和炮点在隧道左右边墙的位置； 2）接收器和炮点位置应在同一平面和高度上； 3） 、一般情况下，钻孔的位置不应偏离设定的位置；特殊情况下，以设定的位置为圆心，可在半径 0.2m 的范 围内移位； 4） 、钻孔孔身应平直顺畅，能确保耦合剂、套管或炸药放置到位； 5） 、用环氧树脂作为耦合剂，安装接收器套管；用电子倾角测量仪测量接收器孔的几何参数，并作好记录。 6） 、在激发前，炮孔应用水或其他介质充填，封住炮口，确保激发能量绝大部分在地层中传播。 7） 、仪器噪音振幅峰值小于-78db 时，方可引爆雷管炸药接收记录。 图图 3 TSP 法探测炮孔布置图法探测
15、炮孔布置图 - 9 - 6） 、确定纵、横波、初至波的位置 7） 、各炮点的资料能量平衡经 Q 值评价提取反射波 8） 、分离纵、横波 9） 、波速分析成像 10） 、深度偏移 11） 、拾取反射界面。 4、技术要求 1） 、TSP 有效预报距离不超过 100 米，两次预报搭接长度不小于 10 米。 2） 、每次预报完成后，在 24 小时内通过电子邮件将结果提交给建设 单位、监理单位、施工单位。纸介质报告每月提交一次。 5.3 地质雷达法地质雷达法 1、工作原理 图图 4 地质雷达探测原理示意图地质雷达探测原理示意图 地质雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自 - 10 -
16、地下介质界面的反射波（见图 4） 。电磁波在介质中传播时，其路径、电 磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据 接收到波的旅行时间、幅度与波形资料，可推断介质的结构。 2、工作方法与布置 (1).在掌子面距离地面高约 1.5 米、4 米布置两条横测线 R1-R1、R2- R2、，掌子面中心布置一条纵测线 R3-R3、进行扫描，工作布置见图 4。 图图 4 地质雷达探测工作布置图地质雷达探测工作布置图 3、仪器设备操作及技术要求。 1）系统增益不应低于 150db； 2）信噪比大于 60db； 3）采样间隔不大于 0.5ns； 4）采用连续测量的方式； 5）天线操作人员应与工作天线保持相对固定的位置。 6）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。 4、资料处理与信息判释 - 11 - 图图 5 地质雷达资料处理流程图地质雷达资料处理流程图 1)由于高频雷达信号衰减且容易受到干扰，现场采集的雷达数据必须 使用专用雷达处理软件，经频
