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1、隧道超前地质预报作业指导书1、编制目的提供隧道掘进前方的地质情况，包括围岩的完整性、断层破碎带和溶洞的规模和位置、不良地层的富水情况，进而做出对围岩类别的划分和隧道开挖时稳定性的分析，进而确定合理的工程措施和合理的施工方法，以确保隧道施工安全顺利的进行。2、适用范围适用于新建九景衢铁路浙江段站前工程JQZJZQ-2标管段内隧道超前地质预报。3、编制依据铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设(2008)105号；铁路隧道工程施工技术指南(TZ204-2008)；新建九景衢铁路浙江段站前工程JQZJZQ-2标施工图纸及招标文件等相关资料。4、超前地质预报实施方案4.1超前地质预报的方法本标段隧道超前地
2、质预报的主要方法见下表：超前地质预报的方法序号预报方法预报内容预报工具预报频率1地质调查及地质素锚岩性、结构面产状及不良地质现象。数码相机开挖后及初期支护后进行，每次爆破后2加深炮孔探测掌子面超前5m范围围岩状。风枪、钻孔台架开挖钻孔时进行3超前钻探法掌子面超前3050m范围围岩状况。超前水平钻机每隔3035m一个断面，搭接不小于5m4地震波法划分地层界限、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。TSP超前预报仪地质异常区域4.2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
3、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。随着隧道施工的掘进，对地表沿中线进行调查，地表调查应超前隧道施工；对地质构造、岩性在隧道地表的出露及接触关系，细化至隧道正洞及平面施工里程；进一步确认岩溶、断层、节理发育地带等不良地质构造在隧道地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况；对地表沟渠、低洼地、河流走向和高程等与隧道的空间关系进行分析。4.3地质素描法隧道
4、开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法，它是地质调查的细化和补充。4.3.1素描目的结合勘察和地质调查取得的地质资料，辅助TSP、孔内雷达进行综合分析与解释，可以预测隧道前方地质情况，为隧道运营维护提供全面准确的地质资料。4.3.2素描内容4.3.2.1工程地质地层岩性：描述地层时代、岩性、层间结合程度、风化程度等；地质构造：描述断层、褶皱、节理列隙特征、岩层产状等；岩溶：描述岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶腔（洞、室）的空间展布关系；特殊地层：煤层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层等应单独描述；人为坑洞：影响范围内的各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧道
5、的空间关系；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、探孔饼状岩性等现象；塌方：应记录塌方与规模及时随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响；有害气体及放射性危害源存在情况。4.3.2.2 水文地质地下水的分布、出露形态及周围的透水性、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；水质分析，判定地下水对结构材料的腐蚀性；出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等的关系分析；必要时进行气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系；必要时应建立涌突水点地质关系。4.3.2.3 围岩稳定性特征及支护情况记录
6、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。4.3.3资料整理隧道开挖工作面地质素描和洞身地质素描资料整理应符合下列技术要求：4.3.3.1 开挖工作面地质素描，主要描述工作面立面围岩状况；4.3.3.2 洞身地质素描是对隧道拱顶、左右边墙进行的地质素描，直观反映隧道周边地层岩性及不良地质体的发育规模、在空间上对隧道的影响程度，通过隧道地质展视图形式表示；4.3.3.3 地质素描应随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段应每开挖循环进行一次
7、素描，其它一般地段不应超过10m进行一次素描；4.3.3.4 地质素描图应采用现场绘制草图、室内及时完成，必须在现场根据实际情况记录，不得回忆编制或室内制作。地质素描原始记录、图、表应当天整理；4.3.3.5 地质素描资料应及时反映在隧道工程地质平面图和纵断面图上，并应分段完善、总结；4.4加深炮孔法加深炮孔是一种传统而可靠的工程地质探测方法，具有研判准确，直观的优点。加深炮孔可根据需要探测和了解隧道开挖前方几米范围内围岩的工程地质情况；通过钻孔了解和释放影响隧道掘进施工的地下水；通过加深炮孔观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层进行准确定位。加长炮孔按双层布置，钻眼深度比开挖进尺深度长3米以上
8、，隧道爆破开挖时难免出现哑炮，为了确保安全，钻眼时不得在原有残眼位置打钻。加深炮孔方法是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定岩层的规模和产状。4.5地震波法(TSP)采用TSP203探测仪根据地震泼的回波原理，通过人工制造一系列规则布置的轻微震源，由三维地震波接收仪在计算机的监控下采集这些震源所发出的地震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体（如地层层面、节理面、岩溶面，特别是断层破碎带等）被反射返回的地震波数据。这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向是
9、与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的，通过分析可以得到前方地形的地层力学参数和空间位置数据，从而形成预测预报结果。TSP-203超前地质预报系统量测方法见下图4.5.1钻孔采用风钻成孔，不能有塌孔、堵孔情况，各孔的参数满足观测系统要求。当接收孔和爆破孔成孔后，需立即插入孔径略小、长度稍长的PVC管，以保护钻孔防止堵孔，在埋设接收器或炸药时，再将PVC管取出。4.5.2接收器埋设在现场测试至少12小时前，将特制的接收器套管插入孔内，并采用不收缩水泥或锚固剂进行孔内灌注使其与周围岩体粘合在一起，保持接收器套管与周围岩体良好耦合。在现场测试时，将接收传感器安装在特制套管内，连接电缆至TSP主
10、机。TSP系统布置示意图4.5.3炸药埋设将瞬发电雷管与炸药连接牢固，塞入爆破孔孔底，然后灌水封闭炮眼。电雷管的两根引线接出孔外与起爆线相连。每个炮眼根据围岩软硬、完整程度及距接收传感器位置的远近装入不同份量的一级岩石乳化炸药(1050g)。4.5.4试验数据采集在放炮采集信号时，应停止周围300m范围内一切施工干扰，自第一炮眼(近接收传感器)激发地震波，记录仪将同时启动并记录地震波信号，分别记录左、右壁传感器的3个分量信号。自动存盘记录后，依此在其它炮眼激发地震波，直到最后一炮记录结束，完成野外试验数据的采集。有效激发孔数不少于20孔。4.5.5爆破要求使用毫秒级无延迟电雷管，炸药量应大于2
11、00m探测距离要求，一般50g左右，最多不大于75g。应保证炸药与炮孔严密藕合，所有炮孔必须采取堵孔和注水措施。遵守爆破安全规程的规定，现场爆破作业必须严格遵照爆破作业有关规程，应由拥有爆破作业资格的专业炮工负责药包包扎与引爆作业，现场配备必要的爆破安全员以确保爆破安全。4.5.6室内数据分析处理采集的TSP数据，通过TSPwin软件进行处理。TSPwin软件处理流程包括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。要得出最准确的TSP预报结果就必须结合现场地质特征对这些参数进行修改。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间
12、转换为距离（深度），可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。通过TSPwin软件处理，可以获得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、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分布。4.5.7资料整理室内数据分析处理一般在24小时内完成，并提交正式成果报告。报告内容主要包括：判断前方一定范围内的围岩完整程度、地下水发育状态，指出前方可能存在的影响施工安全的因素，并从地质角度提出处理意见等。4.6超前钻探法超前地质钻探是利用钻机在隧道掌子面进行钻探
13、获取地质信息的一种超前地质预报方法，是对TSP和地质雷达等手段探测到的异常地质体的确认。适用于各种地质条件下的隧道超前地质预报，在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段必须采用。4.6.1技术要求4.6.1.1钻进方式超前地质钻探主要采用冲击钻和回转取芯法，二者应合理搭配使用，提高预报准确率和钻探速度，减少占用开挖工作面的时间。一般情况下采用冲击钻法，冲击钻法不能取芯，但可通过冲击器的响声、钻速及变化、岩粉、卡钻情况、钻杆震动情况、冲洗液的颜色和流量变化等粗略探明岩性、岩石强度、岩体完整性、溶洞、暗河及地下水发育情况。复杂地质地段采用回转取芯法，回
14、转取芯法在煤层及试验、溶洞及断层破碎带物质成分的鉴定、岩土强度试验取芯等需要精确判断的情况下使用。4.6.1.2 孔数断层、节理密集带或其它破碎富水地层每循环可只钻一孔。富水岩溶发育区每循环可宜钻35个孔，揭示岩溶时，应适当增加，以满足安全施工和溶洞处理所需资料为原则。煤层、瓦斯地质预报孔数根据不同的距离钻13个孔。孔位具体布置需根据现场实际情况确定。4.6.1.3 孔深不同目的不同地段的钻孔应采用不同的钻孔深度。钻孔过程应进行动态控制和管理，根据钻孔情况可适当调整孔深，以达到预期目的为原则。在需连续钻探时，一般每循环可钻3050m，必要时也可钻100m以上的钻孔。连续预报时两循环前后应重叠5
15、8m。4.6.1.4 孔径孔径应满足钻探取芯、取样和孔内物探测试的要求，并应符合铁道部现行铁路工程地质钻探规程（TB10014）的规定，煤层瓦斯超前钻探孔应符合铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设2008105号第5.4.4条的规定。4.6.2现场工作要求4.6.2.1采用系统的钻探程序测量布孔；设备就位；对准孔位，固定钻机；开孔、安装孔口管；成孔验收。4.6.2.2 控制钻进方向钻孔定位完毕后，对机座加固，使钻进过程中位置不偏移，做到钻孔完毕钻机位置不变；对钻具的导向装置尽可能加长，并选用刚度较强的钻杆；当岩层由软变硬时采用慢速、轻压钻进一定深度后，改用硬岩的钻进参数，应减少换径次数；本循环钻孔完毕后，根据测量得出的钻具下沉量，下一循环钻探时可调整孔深、仰俯角等措施控制下沉量在设计要求的范围内；其它富水岩溶发育区钻探应终孔于隧道开挖轮廓线以外58m。在富水地段进行钻探必须采取防突措施；测钻孔内水压时，需安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，待压力表读数稳定一段时间后
