隧道施工地质预报规范

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1、隧道施工地质预报规范及公路水运桥隧 专项资质隧道施工地质预报参数有关问题2010年3月1 隧道施工地质预报规范 在我国，规范和规程历来是指导技术服务、产品生产、工 程施工、产品和工程验收的法规性文件。遗憾的是，在隧 道施工地质超前预报规范规程制定的方面，远远落后于实 际需要。 迄今为止，在各部委规范、规程中，尚未见有关于隧道施 工地质预报方面的规范、规程，仅见铁道部有铁路隧道 超前地质预报技术指南（铁建设2008105号）和铁路 隧道全断面岩石掘进机法技术指南（铁建设20071065 号）两指南，前者应是铁路部门关于隧道施工地质预报技 术方面较全面的总结，后者中有地质超前预报一章。铁路隧道超前

2、地质预报技术指南 总则明确“铁路隧道施工阶段应实施超前地质预报”，“勘察 设计阶段应根据隧道环境及特点进行超前地质预报方案设 计，并将费用纳入工程概算”，预报应“根据预报对象的特 点和超前预报方案设计，编制预报实施大纲并纳入施工组 织设计”，铁路隧道超前地质预报应“根据隧道环境及特点 ，选用适宜的方法并积极采用综合预报方法，提高预报的 准确率”，应“积极采用新技术、新设备、新方法”。 基本规定明确了： 1. 隧道地质超前预报应达到的目的 2. 预报应包括的主要内容 3. 隧道参建各方在地质超前预报工作中的职责与分工4. 预报单位人员及设备能力要求 5. 隧道地质预报应进行地质复杂程度分级，确定

3、重点预报 段，根据实施掌握的地质情况，及时调整地质复杂程度分级 、预报方法和技术要求 6. 五结合方法实施预报，结果综合分析，提高预报准确率 7. 充分利用平导、超前导坑、先行施工平行隧道 8. 充分利用既有隧道资料 9. 预报结果应体现及时性 10.预报结果应与实际情况、设计对比，总结经验教训，提 高工程地质勘察水平和预报水平隧道地质超前预报应达到的目的: 1. 进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质水文地质条件 ，指导施工的顺利进行； 2. 降低地质灾害发生的几率和危害程度； 3. 为优化工程设计提供地质依据； 4. 为编制竣工文件提供地质资料。预报应包括的主要内容: 1. 地层岩性预测预

4、报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层 及特殊岩土的预测预报； 2. 地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴 等影响岩提完整性的构造发育情况的预测预报； 3. 不良地质预测预报，特别是岩溶、人为坑道、瓦斯等发育 情况的预测预报； 4. 地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水 褶皱轴、富水地层中裂隙水等情况的预测预报隧道超前地质预报工作程序超前地质预报设计内容: 1. 隧道工程地质水文地质条件, 特别是不良地质与特殊岩 土、可能存在的主要工程地质问题及地质风险； 2. 地质复杂程度分级（根据隧道工程地质水文地质条件、 地质因素对隧道施工影响程度及诱发环境问题的程度，分复 杂

5、、较复杂、中等复杂、简单四级）； 3. 超前地质预报目的； 4. 超前地质预报设计原则、预报方案、（分段）预报内容 及不同方法的组合关系、技术要求； 5. 超前地质预报实施工艺要求； 6. 超前地质预报工作安全措施； 7. 超前地质预报工作量、占用工作面时间； 8. 超前地质预报概预算； 9. 其他需要说明的问题超前地质预报方法 1. 地质调查法（地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质 素描、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）； 2. 超前钻探法（超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影 ）； 3. 物探法（弹性波反射法：地震波反射法、水平声波反射 法、负视速度法、

6、陆地声纳法；电磁波反射法：抵制雷达探 测）；红外探测，高分辨直流电法等）； 4. 超前导坑预报法（平行超前导坑法、正洞超前导坑法等 ） 预报距离分类 长距离预报(L100m),中长距离预报(30mL100m),短距离 预报(L30m)超前地质预报实施 实施超前地质预报应全面了解隧道址区地质情况,分析和 掌握存在的主要工程地质问题、地质灾害隐患及其分布范 围、核实地质条件复杂程度分级和超前预报方案内容，编 制实施大纲，将各种预报手段获得的资料进行综合分析， 编制地质综合分析成果报告。 实施大纲内容包括：1.编制依据2.工程概况3.地质概况4.地质复杂程度分级5.预报目的6.预报方案、分段预报内容

7、及具体预报方法、技术要求、 预报工作量7.工艺流程及操作要点8.组织机构设置及人力、设备资源9.质量要求10.安全措施11.成果资料编制的内容与要求12.工作制度13.预报成果的验证及技术总结要求14.其他需要说明的问题超前地质预报应编制预报报告、月报、年报和总报告地质分析成果报告（预报报告）内容包括：1.工作概况（包括工程概况及预报实施时隧道开挖工作面 状况）2.采用的各种预报手段（包括原理）及预报结果3.相互印证情况4.综合分析结论5.预报结论6.施工建议措施及下步预报工作计划隧道超前地质预报总报告内容包括1.工程概况2.地质概况（包括原由地质资料的概略情况及其结论，施 工开挖过程中揭示的

8、不良地质、特殊岩土及存在的主要工程 地质问题）3.设计预报方案和根据实际地质情况调整后的预报实施方 案 4.统计各种预报方法实际工作量，并与设计工作量进行对 比，分析增减原因5.预报与施工验证对比情况，包括预报准确率统计结果， 对预报进行评价6.设计与施工地质资料进行对比，对勘察资料进行评价7.施工过程中遇到的重大工程地质问题及其处理的经过、 措施、效果，运营中应注意的事项8.超前地质预报工作的经验与教训，采用新技术、新设备 、新方法的情况及推广应用的建议9.其他需要说明的问题10.附图和附件断层预报 内容：性质、产状、 富水情况、分布位置 、规模、物质组成、 对隧道的危害 预报方法：以地质调

9、 查法为基础，以弹性 波反射法为主要手段 ，必要时采用红外探 测、高分辨支流电法 探测断层含水性，超 前钻探验证。岩溶预报 内容：分布位置、规 模、充填情况、岩溶 水发育情况、对隧道 的危害 预报方法：以地质调 查法为基础，以超前 钻探法为主要手段， 结合多种物探手段进 行预报，宏观预报与 微观预报相结合，长 距离预报与短距离预 报相结合。涌水突泥预报涌水主要与含水构造（岩 溶含水体 、向斜地下盆 地含水构造 、密集节理 破碎和构造破碎岩体含水 带 、与含水构造单元相 连的构造破碎带）相关 涌泥主要与充填饱水粘土 、砂、石块岩溶，压性断 层上盘强烈破碎带饱水或 过饱水含泥块石密切相关 预报主要

10、是确定含水构造 、充填岩溶和压性断层位 置由前述可以看出，铁路隧道超前地质预报技术指南具有 以下几个明显的特点： 1.强调地质工作在隧道施工地质超前预报中的重要作用； 2.各种预报方法有其各自的优点和适用性，应视隧道具体情 况选用恰当的预报方法。 3.以地质调查法为基础，采用多种手段开展综合地质预报， 将各种预报手段获得的资料进行综合分析，进行预报结果验 证，是提高隧道施工地质超前预报水平和预报准确率的重要 保证。公路水运桥隧专项资质隧道施工地质预报参数 .1参数及地质预报设备 参数：节理、裂隙、软弱夹层、含水层、围岩级别 地质预报设备： 2.2参数解释 节理：岩石在应力作用下断裂变形阶段产生

11、的构造统称为 断裂构造，凡断裂两侧的岩石沿断裂面未发生明显位移或 仅有微量位移的断裂，称为节理。 裂隙：岩石在非应力作用下产生的断裂构造称为裂隙。 软弱夹层：在岩石形成过程中，由于岩石矿物组成、物质 成分、固结、压实等原因形成的强度较低（岩石饱和单轴 抗压强度低于Mpa）的岩层，且其上、下岩层为硬岩层的，称为软夹层；由于构造应力作用，原本为硬岩层的岩 层因破碎失去其本来具有的稳定性，而其上、下岩层在构造 应力作用下仍然保持其固有的稳定性或稳定性降低极小，因 破碎失去其本来具有的稳定性的岩层称为弱夹层；弱夹层和 软夹层统称软弱夹层。 含水层：在岩石形成过程中，由于岩石物质成分、固结、 压实等原因

12、形成的岩石空隙率相对较高，含水程度相对较高 的岩层，称为含水层。 通常，含水的密集节理破碎带和构造破碎岩体、与含水构造 单元相连的构造破碎带亦称含水带或含水层；岩溶含水体 、 向斜地下盆地称为含水构造。围岩级别：工程岩体分级标准（GB 5021895）以岩体完整性、 岩石质量作为分级的基本参数，以主要结构面状态、岩体含 水情况、和初始应力状态作为修正参数来进行工程岩体级别 的确定。铁路隧道设计规范（TB10003-2005，J449-2005）规定 ，铁路隧道围岩分级根据岩石的坚硬程度、岩体的完整性和 岩体的声波纵波速度进行围岩的基本分级，结合隧道工程特 点，考虑地下水状态、初始地应力状态的必

13、要的因素进行修 正。公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定的围岩分级 与工程岩体分级标准（GB 5021895）一致。2.3地质超前预报原理当隧道前方围岩中介质存在弹性差异时，在介质间接触 界面也即波阻抗界面或波速界面处，入射波发生反射折射 和透射现象。将常规地震勘探钻孔垂直地震剖面法应用于水 平状态的隧道中，即在隧道掌子面后一定距离边墙上布置激 振点，在激振点与隧道掌子面间边墙上布置系列接收点接收 由激振点激发的地震波直达波信号和经隧道掌子面前方界面 （断层、岩性分界面等）反射回来的地震波信号，利用直达 波速度和反射波走时曲线与直达波走时曲线交点计算推测隧 道掌子面前方反射界面距隧

14、道施工掌子面间的距离和产状。 根据界面上波前质点位移原理，利用矢量法推断反射震相在 测点的初始运动方向或极性，进而推断反射界面阻抗的性质 ，区分反射界面前方介质的相对好坏。TSP法隧道施工地质预报原理与地震反射负视速度）法相同 ，但其采用深度偏移方法，且在成像前进行二维Radon变换 ，利用视速度差异，消除与隧道走向近乎平行的反射界面； 反映前方围岩软硬状况、界面位置、界面与隧道轴线相交所 呈现的角度及距掌子面的距离，初步测定岩石的弹性模量、 密度、泊松比等参数。 2 .4问题显然，采用TSP进行隧道施工地质超前预报测试，可以 也仅可以给出软弱夹层和界面位置的预报，但（1）软弱夹层具体是软夹层

15、或弱夹层；（2）界面性质是断层、岩性分界面或空洞前界面；（3）岩层是否含水仍需结合隧道所处地质背景和预报人员的经验作出判断 。更谈不上对节理、裂隙和围岩级别的测试和确定。因此，在申报公路水运桥隧专项资质考核中，应充分注 意：1.应在隧道掌子面测定节理、裂隙产状、密度，统计其 分布，观测掌子面岩体含水状况，估定岩石强度； 2.根据掌子面岩体节理裂隙发育状况、估定岩石强度、 岩体含水状况，给出隧道掌子面至前方第一界面间隧道围岩 建议级别。3.根据探测结果分析施工掌子面前方界面分布，结合隧 道所处地质条件分析掌子面前方界面间介质性质、含水特性 。4.给出隧道施工掌子面前方界面（断层、岩性分界面等 ）的里程位置、界面间介质性质，含水介质（含水层）的位 置。5.给出隧道开挖施工特别是不良地质处理措施建议。