隧道超前地质预报实施方案

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1、1 隧道超前地质预报实施方案一、 工程概况新建云桂铁路 （广西段） 标起止里程为 DK174+800DK291+427，途经百色市田东县、田阳县、右江区和云南省富宁县剥隘镇，正线长度 103.34 公里， 共有隧道 50 座， 其中正线隧道 40 座， 长度 69835.5m,百色站疏解线 10 座，长度 4702m。本标段隧道地质情况较复杂， 围岩以泥质砂岩夹砂岩、 页岩为主，、级围岩分布范围较广，主要的不良地质有顺层、浅埋、断层、涌水、构造破碎带等。二、 超前地质预报目的由于隧道地质条件的复杂性和多变性， 在勘察阶段要准确无误地确定围岩的状态、 特征， 并准确预测隧道施工中可能引发的地质灾

2、害的位臵、 规模及性质是十分困难的。 为了进一步重视和加强地质超前预报工作， 真正将其落实到云桂铁路隧道施工的全过程， 纳入施工工序，特编制本实施方案，以确保超前地质预报工作有序开展，并在实践过程中进一步完善预测预报方法的针对性， 提高预测预报结果的准确性，及时指导施工和修正工程设计，确定施工方案和措施。三、 编制依据云桂铁路广西有限责任公司新建云桂铁路指导性施工组织设计 ；中铁十九局云桂铁路 (广西 )YGZQ-4投标书承诺、 合同书和云桂铁路（广西） YGZQ-4实施性施工组织设计 ；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2 （铁建设 2005160 号）铁道部发布的铁路隧

3、道工程施工技术指南 （ TZ 204-2008 ） ；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） ；铁道部发布的铁路隧道超前地质预报技术指南 ( 铁建设2008105 号 ); 新建云桂铁路有关隧道施工图、参考图。四、组织机构为了及时准确的对掌子面前方地质情况进行超前预报， 我项目部将委托有资质的三家单位实施本标段内的隧道实施物探法超前地质预报， 分别为北京中铁瑞威工程检测有限责任公司、 中铁二院及中铁十九局集团测试中心； 项目部另行组织经过培训的人员进行超前水平钻孔项目的超前地质预报，配备意大利产 casa C6型钻机，对全标段内隧道进行超前地质预报；

4、 项目部成立地质预报组， 项目总工程师为组长，人员组成如下：组长：项目总工程师 何副组长：项目副总工程师 周项目工程部长 魏成员： 北京中铁瑞威云桂项目组、 中铁二院云桂地质预报项目组、中铁十九局测试中心云桂项目组、各工区总工程师、地质工程师及C6钻机操作组。五、超前地质预报的内容和方法3 1、超前地质预报的内容地质超前预报的内容包括隧道所在地区地质分析与宏观地质预报、 隧道洞身不良地质及灾害地质超前预报和重大施工地质灾害临警预报。地质分析与宏观地质预报主要预报开挖面前方的围岩级别和稳定性， 及时修改设计， 调整支护类型， 预报洞内涌水量大小和变化规律以及对环境地质与工程的影响。不良地质及灾害

5、地质超前预报主要预报开挖面前方岩性变化和不良地质的范围、规模、性质，以及突水、突泥、坍塌、岩爆、有害气体等灾害地质的发生概率，提出施工预防措施；预报断层的位臵、宽度、产状、性质、破碎带物质状态、充水情况、稳定程度等，提出施工对策。重大施工地质灾害临警预报针对开挖面前方有可能引发的大规模突水、突泥、坍塌、冒落、变形等重大地质灾害建立临警预报系统， 主要预报隧道洞身所通过的深大富水断裂、富水向斜的核部、富水砂层、软土、极软岩、煤系地层等，评判其危害程度，提出施工方案对策。2 超前地质预报的方法高速铁路隧道施工地质超前预报主要有传统地质分析法、物探法、 超前钻探法、 超前平行导坑预报法及特殊地质灾害

6、所采用的相关方法。施工地质预报是一项系统性的工作，需纳入施工工序。4 地质调查法地质调查法包括隧道地表地质调查和隧道内地质素描， 是隧道地质超前预报最基本的方法，可以随时进行，不干扰施工。地表调查重点调查地层、 岩性在隧道的出露及接触关系， 特别是标志层的熟悉和确认； 洞内地质素描包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描。 主要内容为：A地层条件： 描述地层年代、 岩性、 层间结合程度、 风化程度等。B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、泥沙含量测定，以及地下水活动对围岩稳定的影响，必要时长期观测。C水质分析，判定地下水对结构材料的侵蚀性。地质调查法通过收集和分析

7、地质资料、 地表详细调查、 隧道内地质编录、素描、数码照相等方法，了解隧道所处地段的地质条件，通过对比、论证、推断、预报隧道前方的工程地质、水文情况。物理探测法物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的方法。 利用物探技术进行超前地质预报的优点是快速、 超前探测距离大、 对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用。主要包括有：A地震波反射法利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波来预报隧道掘进面前方的地质状况。现场采集信号时要求没有其它震源。B声波反射法5 声波反射法利用声波的反射波原理进行分析预报。C红外探测红外探测建立在红外辐射场的基础上，利用流动水体与周围岩体存在的温度差异， 定性评价开挖工作

8、面前方和隧道周围岩体的含水情况，对于流动水体有较好的反映，但孤立的静止水体不明显。红外探测只能预报地层岩体中有没有水， 至于水量大小则无法探明， 因而红外探测目前只限于定性预报。D直流电法利用供电极 A，接收极 M、 N所形成电位等势线形成等势体球壳，来反映前方低阻异常区。有效探测距离 80m以上。E地质雷达地质雷达利用高频电磁波在不同电性界面上的反射特性进行探测预报。 隧道内一般金属构件比较多， 地质预报要求仪器应有一定的预报长度，因而用于超前地质预报的地质雷达天线应使用低频屏蔽天线。根据设计要求，本标段将采用的物探法为： TSP203、地质雷达、红外线探水及高分辨直流电法。根据不同的要求，

9、采取不同的物探措施，现将物探法分为以下 4类：6 序号 适用条件 适用风险等级 物探类型 主要手段1 软弱夹层， 非可溶岩接触带，地表物探异常带、差异风化带及可能出现其它不良地质体。含炭（煤）地层。坍 方 风 险 及 变 形 风险为中度 WT-1 TSP203 2 非可溶地段断层及其破碎带、可溶岩岩溶中度发育地段， 可能出现的节理密集带。坍方风险为高度、突水 突 泥 风 险 为 中 度及以上。WT-2 TSP203+红 外 探测3 可溶岩岩溶强烈发育地段、可溶岩与非可溶岩接触带等可能出现溶洞、溶蚀破碎带及富水节理密集带。突水突泥高度风险、地表失水高度风险、坍方高度风险。WT-3 TSP203+

10、地 质 雷达 +红外探测4 岩溶极发育 （极强烈） 地段；煤层采空区。 高压富水断层。突水突泥极高风险、地表失水极高风险、坍方高度风险。WT-4 TSP203+高 分 辨直流电法 +地质雷达 +红外探测超前地质钻探超前地质钻探是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种地质超前预报方式。 它可直接提示隧道开挖面前方几十米的地层岩性、岩体结构完整程度、构造、地下水、岩溶洞穴填充物及其性质、 岩体完整程度等资料， 还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标。超前地质钻孔拟采用 casa C6 多功能钻机，超前探测 30-150 米，验证中近距离物探超前探测的异常地段。 钻孔是否取岩芯根

11、据不同地质条件确定。加深炮孔：即加深炮眼超前探测，利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况， 在每一循环钻设炮眼时布设 3 5个钻孔加深 3m以上作为探测孔。根据不同地质条件及其不同要求，将钻探法分为以下 7 类：7 序号 适应条件 适用风险等级钻探类型 主要手段 备注1 所有工点 全部风险类型 ZT-1 加深炮眼（ 5 孔） 最基本 手段2 地 表 存 在 构 筑物 及 隧 道 浅 埋偏压地段。坍方风险为高度、 变形风险为中度 ZT-2 超前钻孔（ 2 孔） +加深炮孔（ 5 孔） ，其中 1 孔取芯。3 高地应力： 软岩大变形及岩爆坍方风险为中度、 变形风险为中度、 岩爆风

12、险为中度ZT-3 超前钻孔（ 3 孔） +加深炮孔（ 5 孔） ， 其中 1 孔取芯， 1 孔为地应力测试孔。4 地质构造带， 岩层接触带， 物探异常区。突水突泥中度风险、坍方中度风险 ZT-4 超前钻孔（ 3 孔） +加深炮眼（ 5 孔） ，其中一孔取芯。5 岩溶发育区 突水突泥中度风险、地表失水高风险 ZT-5 超前钻孔（ 5 孔） +加深炮眼（ 10 孔） 。6 高压富水地段 突水突泥高风险、 地表失水极高风险 ZT-6 超前钻孔（ 5 孔） ，所有探测孔均需设置关水阀门， 1 孔设置测压装备。 其中 3 孔作为定位孔。7 煤系地层 瓦斯及煤层突出高度风险 ZT-7 在距离 15m垂直距

13、离处设置 1个超前钻孔， 初步探测煤层位置，在距初探煤层 10m处钻 5个超前钻孔， 并进行相关参数测试，其中 2 个孔要求取芯。六、超前地质预报工作的工艺流程1、超前地质预报的工艺流程针对本标段隧道地质的复杂性和多变性， 施工中采取综合超前地质预报的手段，即按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的方法提高前方地质判断的准确性， 根据各种探测方法的特点， 可分为长可分为长距离控制预报、中距离预报、短距离验证预报等。研究既有资料，制定预报方案。首先，研究既有区域地质，工程地质资料， 必要时到地表补充测绘， 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。 通过对既有资料的分析和把握， 制定

14、预报预案， 针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级， 不同级8 别的地段采取不同的预报手段， 以达到既预报准确又节约有限预报资源的目的。综合超前地质预报工艺流程图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。正常 异常异常异常长距离预报 地质分析法中长距离预报短距离预报研究既有资料制定预报方案地质素描红外探测

15、超前水平钻探正常正常地质综合判断总工程师、地质组施工方案隧道施工加深炮眼探测地质雷达TSP 或 HSP 预报深孔水平钻探等9 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，发生突水突泥可能性较小。D 级：非可溶性地段，发生突水突泥可能性极小。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。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、地震波反射法或声波反射法、地质雷达、红外探测、 超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预测预报， 然后采用中长

16、距离地震波反射法或声波反射法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验证。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。例如在岩溶发育的灰岩地区， 由于岩溶发育的复杂性， 应采用 A 级预报方式。 长距离预报10 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区的地质界限、地层岩性、地质构造、围岩级别、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。中距离预报在隧道穿过大的地质断层时采用仪器 （地质雷达、 红外 探测仪、HSP 水平声波反射法）和超前