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1、1隧道工程超前地隧道工程超前地质预报质预报方案方案一一 、隧道工程概况、隧道工程概况广州至珠海新建铁路复工工程 SG-3 标段的隧道工程，位于广东省鹤山市境内，共 4 条隧道,即:晒布岗隧道、鹤嘴隧道、鹤山湖一号隧道、鹤山湖二号隧道,均为铁路双线隧道。具体里程、长度、开挖工法如下表：隧道名称起止里程长度工法备注晒布岗隧道DK76+380- DK76+603223双侧壁导坑法三台阶七步法鹤嘴隧道DK76+725- DK77+7601035双侧壁导坑法三台阶七步法台阶法鹤山湖 1 号隧道DK78+242- DK78+452210双侧壁导坑法三台阶七步法三台阶临时仰拱法 鹤山湖 2 号隧道DK78+
2、575- DK78+780155双侧壁导坑法三台阶七步法三台阶临时仰拱法汇 总1623 二、工程地二、工程地质质及水文情况及水文情况1、工程地质本标段区域属丘陵剥蚀地貌，局部较陡，植被较发育。 晒布岗隧道自然坡度约 1535 度, 局部较陡,达 45 度,植被较发育.表层分坡残积粉质黏土,厚约 13m,局部有基岩出露,下覆基岩为泥盆系中下2统砂岩,褐红色,浅紫红色,以钙质、砂质胶结为主,节理裂隙发育,中厚层状,风化程度为全风化弱风化,部分风化不均匀,岩层产状 318 度48 度,地下水不发育,隧道进口受一小型断层的影响,出口段自然坡较陡。鹤嘴隧道自然坡度约 1540 度, 局部较陡,达 50
3、度,植被较发育.表层分坡残积粉质黏土,厚约 13m,局部有基岩出露,下覆基岩DK76+720DK77+450 为泥盆系中下统砂岩,砾岩,岩层产状 326 度42 度,其中 DK76+720DK77+235 主要为砂岩,DK77+235+450 主要为含砾砂岩,DK77+450730 为寒武系砂岩加页岩,岩层产状 144 度45 度, 以钙质、砂质胶结为主,节理裂隙发育,中厚层状,风化程度为全风化弱风化,部分风化不均匀,出口段自然坡较陡。鹤山湖一号、二号隧道自然坡度约 1535 度, 局部较陡,达 45 度,植被较发育.表层分坡残积粉质黏土,厚约 13m,局部有基岩出露,下覆基岩为寒武系变质砂岩
4、,部分页岩,灰色,灰紫色,以泥质,灰质胶结为主,节理裂隙发育,薄层状,主要以全风化强风化为主,有少量的弱风化,风化不均匀, 岩层产状 150 度35 度/192 度41 度,产状不稳定,地下水不发育, 坡残积土层遇水易软化。2. 水文水文情况情况根据设计图纸，本标段隧道工程处于丘陵区，地下水不发育,主要是以风化裂隙和构造节理为地下水赋存区，大气降水为地下水的主要补给来源，水量很小，水位变化不显著，但也要注意涌水预报。三、超前地超前地质预报质预报目的及内容目的及内容1.超前超前预报预报目的目的开挖前对地质情况的了解对于隧道建设有着十分重要的作用。通过超3前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不
5、良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧道涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，保证施工安全，同时还能节约大量资金。隧道超前预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失，节约投资等具有重大意义。2.超前超前预报预报内容内容不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方一定范围内有无突水、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。水文地质预报：预报洞内突涌水量大小及其变化规律，并评价对坏境地质水文地质的影响。断层及破碎带的预报：预报
6、断层的位置、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，提出施工对策。围岩级别及其稳定性预报：预报掌子面前方的围岩级别与设计是否相吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确保二次衬砌时间的建议等。设计图纸中未发现本标段隧道工程有有害气体的地质资料，但我们在施工中也对隧道洞内有害气体含量、成分级动态变化进行监测。预报的重点内容：预测开挖面前方的地质情况，围岩整体性、岩层走向、软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响。四、超前地四、超前地质预报质预报方式、方式、设备设备及方法及方法根据本标段隧道工程的设计要求和地质资料，确定本标段隧道工程采4否是用地质素描的方式进行
7、地质预报，如开挖后部分岩层破碎段，则采用 TSP进行超前地质预报（晒布岗隧道 DK76+380DK76+410 段用 TSP 超前地质预报系统），极破碎地段采用超前水平钻孔进行地质预报。预报方式：地质素描、TSP-203 超前地质预报、掌子面超前钻孔预报。超前地质预报流程见下图：1、地、地质预报计质预报计划划施工过程中必须将超前地质预报纳入施工工序管理，做到先探测、后施工，不探测不施工。实施计划总的思路是：以地质素描短期预报为主，长期预报为辅，遇有不良地段时采用 TSP203 超前地质预报系统进行长距离宏观控制，加大超前水平钻探的力度，加强常规地质综合分析，根据地质预报结果，经专业人员资料整理
8、 、经验积累预报地质分析与设计对比上报设计院开挖制定措施超前预报方案拟定现场地质资料的调查地质资料研究1.地质素描2.TSP-203 地 质预报系统3.超前钻孔5进行分析研究后，拟定相应对策以指导施工。多管齐下，力争把发生地质灾害的机率降至最低。地质超前预报计划见 地地质质超前超前预报计预报计划表划表 。地地质质超前超前预报计预报计划表划表预测预报手段仪 器预 报 内 容预报频率及 计 划地质素描罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺、数码相机等简单工具对开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、破碎带分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过对洞内围岩地质特征变化分析
9、，推测开挖面前方地质情况。地质素描在每次开挖后进行TSP203技术TSP203超前预报仪重点探查规模较大的破碎带、裂隙发育带等。每隔100m用TSP203探测一次水平超前钻孔钻机选型用MKD-5S型全液压钻机，将超前钻孔作为主要的探测手段，用以验证超前地质预报的精度，并直接探明前面围岩地段的涌水压力及其含量。按隧道全长进行探测，孔径50mm。每次钻孔深度30m，必要时进行取芯分析。（每侧一孔）2、超前地、超前地质预报设备质预报设备配配备备根据各隧道工程地质条件，采用地质素描、TSP203 地质预报系统、超前钻孔探测等综合地质预报技术，预测开挖工作面前方一定范围内的工程地质。由地质预报队具体负责
10、超前地质预报工作，主要资源配置见表 超前地超前地质预报质预报主要主要设备设备配置表配置表 。超前地超前地质预报质预报主要主要设备设备配置表配置表序号设 备 名 称数 量1TSP203 超前预报仪1 套2MKD-5S 型全液压钻机（超前水平地质钻机）1 台6序号设 备 名 称数 量3数码相机1 部3、 、预报预报方法方法地质素描根据铁路工程岩土分类标准对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在
11、地表地层（岩层）层序中的位置和层位。依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的
12、水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。TSP203地震（声）波由特定点上的小规模爆破产生，并由电子传感器接收。当地7震波遇到岩石强度变化大（如物理特性和岩石类型的变化、破碎带、破裂区、陷穴的出现）的界面时，在绕射点处部分射波的能量被反射回来。反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。TSP203 系统特别适用于高分辩率的隧道折射地震（微地震）勘探，以及断裂和岩石强度降低地带的监测。TSP203 系统理论上可预测 150300m的距离。量测准备包括测线布置、钻孔、接收器及传感器套管安装，准备工作与隧道施工作业同步进行。测线由 2 个接收器孔和 24 个
13、炮孔组成，接收器距掌子面约 55m，最后一个爆破孔距掌子面约 0.5m。爆破孔布置在一侧边墙上，间距 1.5m，孔深 1.5m，孔径 1945mm，孔口距隧底约 1.0m，向掌子面方向倾斜约 10，向下倾斜 1020。接收器与第一个爆破孔间距 20m，接收器孔深 2.4m，孔径 3245mm，孔口距隧底 1.0m，向洞口方向倾斜约 10，采用水泥沙浆固定时向下倾斜 510，采用环氧树脂固定时，向上倾斜510。在接收器及传感器套管安装完成 12h 后，进行爆破孔装药、传感器插入及功能性测试，然后引爆爆破孔，对每次爆破进行地震信号记录。在正式爆破采集数据时，洞内一切施工停止，以尽可能减少采集到的数
14、据受外界噪声的干扰。该过程约需 45min。通过 TSP203 专用软件对隧道内采集到的原始资料进行以压制干扰、提高信噪比和分辨率、提取地震参数为目的的技术处理。数据处理前，先确定描述隧道轮廓的参数、各炮孔的装药量等数据，再通过专用软件处理，给出掌子面前方结构的剖面及各种地震参数。数据处理后，提供的直接成果是围岩性质可能发生岩性变化的位置、各8反射界面围岩的物理性质。通过人工解释，得出反射界面的岩性参数、产状及其相互关系，以及各步解释后的隐含信息，以预测不良地质段的性质。为保证预报长度、预报精度，提高预报质量，在一切可能的情况下尽量减少环境噪音。确定好采样间隔和采样数目，采用早强膨胀水泥砂浆使
15、接收器与岩体粘贴好，以保证采集信号的质量。（3） 超前水平钻探超前钻探是隧道施工期超前地质预测预报最直接、最有效的方法，也是对其他探测手段成果的验证和补充。通过钻孔钻进速度测试和对钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水、气状况等诸方面的资料。预报为单孔，孔深一般 4060m，采用地质钻机接杆钻孔。为防止遇高压水时突水失控，开孔采用 120 钻头，孔内放入 3.0m 长的 108 钢管做为孔口管，孔口管伸出掌子面 50cm，孔壁间用环氧树脂加水泥浆锚固，孔口管伸出部分安封闭装置，并与注浆泵联接，以便遇高压水时及时封堵并注浆。钻孔时作业平台要求平稳、牢固，钻机施工时不晃动。施钻过程中，由地质工程师详细记录钻速、水质、水量变化情况，并对岩芯进行统一编录、收集，综合判断预报前方水文、地质情况。4、 、预报预报效果效果检查检查开挖到预报位置时，将实际地质进行素描，和预报地质资料进行对比，以此来评价预报的准确性，积累经验，为以后的预报提供参考，并及时将预测数据、结果反馈至设计院，调整设计、改变施工方案。
