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1、向莆铁路FJ-3A标超前地质预报专项方案 中铁十四局向莆铁路FJ-3A标超前地质预报专项方案1 向莆铁路FJ-3A标管区施工隧道概况向莆铁路FJ3A标段内共有10公里以上的长大隧道2.5座， 57公里的中长隧道3座，5003000米的中短隧道9座，500米以下隧道4座。每个隧道均存在不同类型的地质风险，其中尤其以戴云山隧道、棋盘石隧道、秀岩隧道最为突出：戴云山隧道存在着断层、涌水突泥段、落石、瓦斯、软岩大变形、岩爆、人工坑洞及采空区等高风险；棋盘石隧道和秀岩隧道存在断层、突泥涌水、高地温、岩爆等风险。尤溪隧道、秀岩隧道也存在断层、突泥涌水高风险，标段内其他隧道也不同程度存在着断层、塌方的可能性
2、。因此超前地质预报在隧道施工中显得尤其重要。为了准确预报，规避施工风险，我标段与石家庄铁道学院建立综合超前地质预报技术服务合同。石家庄铁道学院科研团队为FJ-3A标段提供全面隧道工程施工综合地质预报专项技术服务和培训工作。2 超前地质预报的必要性2.1 隧道施工与超前地质预报概述隧道施工超前地质预报是在隧道设计的基础上，为保证隧道施工安全、指导隧道工程施工、提高隧道工程施工质量而开展的隧道不良地质和施工地质灾害超前预报工作。是隧道施工不可或缺的一道重要施工工序，不论是矿山法施工还是新奥法施工，它都是重要的工作环节。因此，全面、完善、扎实的做好隧道施工超前地质预报工作既是设计单位及时进行动态设计
3、的基本依据，又是指导隧道施工正确决策、保证隧道施工安全、提高工程设计和施工质量、减少和杜绝突发地质灾害发生的有效和必要的隧道工程施工的基础性工作。长期超前地质预报能查明隧道掌子面前方隐伏的不良地质体的性质、种类、位置和规模，能半定量地确定掌子面前方的围岩地质条件（如不良地质体的围岩级别或富水性），以及对隧道施工的影响程度和有无发生施工地质灾害的可能。短期超前地质预报能根据地质体产状（走向、倾向和倾角），定量预报隧道掌子面已揭露的断层破碎带、特殊软岩（膨胀岩层）、煤层、富水砂岩等形状规则的不良地质体向掌子面前方延伸的情况、影响隧道的距离和尖灭点;能根据各类不良地质的前兆，定性或半定量地确定掌子面
4、前方较近距离内是否隐伏不良地质体;能应用仪器，定量探测掌子面前方近距离内上述隐伏的不良地质体的位置和规模。临近警报能通过一定监测技术和手段，对塌方、片帮、掉块、岩爆、瓦斯爆炸和突泥突水、煤与瓦斯突出等地质灾害进行预报或警报。长期超前地质预报可以帮助施工单位了解掌子面前方围岩的地质条件，较准确地了解掌子面前方100150米范围内的围岩地质情况，特别是不良地质发育情况;提前做好施工准备和施工计划，防患于未然。短期超前地质预报可以更准确地确定不良地质的性质、种类、位置和规模，以及围岩的级别;临近警报则可以确定塌方、片帮、掉块、突泥突水、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出和岩爆等能否发生;这种预报和警报为施工项目
5、在通过不良地质及时、有效地采取应急施工措施，防止发生施工地质灾害、特别是防治重大施工地质灾害提供了前提保障。超前地质预报对于隧道，特别是地质条件复杂、工期紧的隧道快速、安全施工来说，其作用和意义尤为突出。所以，超前地质预报应当，也必然要成为隧道施工的必不可少、不可或缺的工序。2.2向莆铁路FJ-3A标管区隧道施工超前地质预报的必要性向莆铁路FJ-3A标管区内的隧道中多数隧道围岩既有古老的前震旦系变质岩，也有古生界二叠系和中生界侏罗系地层；既有正常沉积岩、变质岩，也有火山岩和岩浆侵入岩；部分隧道或区段的围岩还存在煤系地层，属于瓦斯隧道。多数隧道，特别是长大隧道和中长隧道地质构造复杂，断层破碎带发
6、育。部分隧道或区段属于浅埋或深埋隧道。总之，预计向莆铁路FJ-3A标管区施工隧道，特别是占主导地位的长大或中长隧道，基本属于地质复杂隧道，或者至少一般以上的隧道区段属于地质复杂隧道。经统计，仅设计的风险区段和经过地质和地貌分析得出的潜在风险区段就多达39公里以上（见FJ-3A标管区隧道地质情况统计见表）。在这类隧道或区段施工，若没有高水平的超前地质预报与恰当辅助工法施工的紧密配合，最容易发生坍塌塌方、突泥突水、岩爆甚至瓦斯爆炸等施工地质灾害。显然，要保证所属管区隧道的安全、按期贯通，隧道超前地质预报，特别是高水平的超前地质预报，就成为必不可少的工作。3 采取的技术方案、方法和仪器配备根据本标段
7、隧道工程具体情况，结合设计文件及设计要求，采用隧道地质调查地质分析与宏观预报、隧道洞身不良地质长期（长距离）超前地质预报、隧道不良地质短期（短距离）超前地质预报、超前钻探和重大施工地质灾害临近警报，共五个完整的、缺一不可的、系统的超前地质预报方案。3.1隧道地质调查地质分析与宏观预报隧道不良地质宏观预报是所有后续的隧道的洞身不良地质体超前预报、超前钻探和重大施工地质灾害临近警报等地质预报的基础，是不可缺少的重要一步。 这是一项在设计院提交隧道设计书的基础上进行的、更深入进行的、专门化的地质工作和宏观超前地质预报方案。 隧道不良地质宏观预报采用专门的地质调查方法、专门的地质分析技术，并在隧道洞身
8、开展具体超前地质预报之前，专门用于研究和预报隧道的主要不良地质类型（特别是成因类型）、成因特征、地质灾害和对隧道施工影响的一种专门超前地质预报方案，也是确定隧道洞身主要不良地质走向的惟一可采用的超前地质预报方案。 隧道的主要不良地质类型（特别是成因类型）、成因特征、地质灾害和对隧道施工影响，以及隧道洞身主要不良地质走向的确定，对于后续的隧道洞身各种预报成果的解译，特别是对各种物探成果的解译十分重要；因为，每个预报区段内存在的主要不良地质的类型、走向及其与隧道空间关系、两壁出露的具体位置、规模特征和对隧道施工的影响等，都离不开前述分析得出的正确结论。隧道洞身主要不良地质走向的确定，还对超前地质预
9、报最重要手段的TSP超前地质预报来说是最重要探测壁的选择技术也至关重要主要探测壁（布设炮眼的隧道壁）要选择隧道主要不良地质走向尽量平行传感器的隧道壁。特别是对于隧道设计的“盲区”，显得更为重要。只有在地质分析和宏观预报的原则指导下，才能更准确、更有效地实施洞身不良体地质超前预报和施工地质灾害监测、判断及临近警报等后续预报工作。特别是对于隧道超前地质预报占有极其重要地位的TSP(TGP)地震波探测来说，只有通过隧道所在地区主要洞身不良地质分析和宏观预报，才能正确选择炮眼钻孔布设边墙，才能更准确地布设炮眼的位置，才能在TSP解译阶段选择正确的搜索角和调谐角。所以，它更是提高TSP预报精度的关键技术
10、之一。 隧道不良地质宏观预报是在隧道不良地质分析的基础上进行的。主要包括：应用超前地质预报的地质理论进行隧址所在地区的区域地质分析，应用超前地质预报理论进行隧道的洞身不良地质分析，应用地貌地质学知识进行隧道的洞身不良地质的地貌分析。3.1.1隧址所在地区的区域地质分析3.1.1.1 研究的资料研究的资料主要采用隧道设计文件和1：10000地图。3.1.1.2分析的目标分析的目的是应用超前地质预报的地质理论，初步分析并宏观预报隧道所在地区的主要构造方位、力学性质和构造多期活动特征及其不同方位构造对隧道围岩稳定性的影响程度，主要地层类型（如煤系地层、灰岩、白云岩等可溶岩地层等等）特征及其隧道围岩稳
11、定性的影响程度，主要岩浆岩的类型（如侵入岩、喷出岩）特征、空间分布特征及其隧道围岩稳定性的影响程度，现今地应力特征及其与区域地壳运动的关系，等等。3.1.2 隧道不良地质的地质分析3.1.2.1 研究的资料研究的资料，主要是隧道详细地质勘探资料或隧道地形地质平面图、地质剖面图，和深入地表和洞内地质调查所取得的第一手地质资料。3.1.2.2 分析的目标分析的目标，是在区域地质分析的基础上，应用超前地质预报理论分析并宏观预报隧道施工可能遇到的不良地质类型、大约位置、规模和产状（特别是走向），分析并宏观预报施工地质灾害的类型、发生的可能性和对隧道施工的影响程度。主要包括：地层层序和特殊岩层分析，构造
12、体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析，溶洞、暗河、岩溶陷落柱和岩溶淤泥带成生条件和展布规律分析，煤系地层中的煤层、采空区和瓦斯地质分析等等。3.1.3 隧道不良地质的地貌分析3.1.3.1 研究的资料主要是隧址所在地区1：50001：5万地形图或隧道地形地质平面图。3.1.3.2 研究的目标是在隧道不良地质的地质分析的基础上，研究隧道主要不良地质与地貌的关系，进而分析并宏观预报隧道主要不良地质，特别是断层破碎带，溶洞、暗河等岩溶不良地质大约位置、规模和产状（特别是走向）。为隧道不良地质的地质分析提供佐证。3.1.4 隧道宏观预报基本流程一般预报的流程如下
13、：（1） 收集隧址所在地区的区域地质资料进行区域地质分析，初步进行宏观预报；（2） 收集隧道详细地质勘探资料或隧道设计资料中的隧道工程地质资料（隧道地形地质平面图、地质剖面图及其地质说明应用超前地质预报的地质理论进行隧道地质分析，进行进一步的宏观预报；（3） 亲身进行深入的隧道地面地质调查，取得第一手隧道地表地质的资料应用超前地质预报的地质理论进行隧道不良地质分析，并进行更进一步的宏观预报；（4） 收集隧址所在地区小比例尺地形图或隧道地形地质图应用第四纪地貌地质学理论，分析隧道主要不良地质的地貌特征和标志，为隧道不良地质宏观预报提供佐证。（5） 在上述分析研究的基础上，最终进行隧道主要不良地质
14、的、全面的宏观预报。3.1.5 隧道地质分析与宏观预报的主要内容（1） 隧道的洞身主要不良地质的性质、成因和类型，特别是能够引发施工地质灾害的主要不良地质的成因类型；（2） 道的洞身主要不良地质发育特征，特别是发育程度；（3） 隧道的洞身主要不良地质的大约位置；（4） 隧道的洞身主要不良地质空间分布规律，特别是分布方位特征；（5） 隧道的洞身主要施工地质灾害，特别是施工地质灾害与主要不良地质的关系。从宏观预报的内容看：即在仪器探测之前，通过隧道地质分析与宏观预报这一重要步骤，已经初步掌握了施工隧道的主要不良地质大约状况，仪器探测只是起到验证和精确化的作用。3.1.6关键技术（1） 熟练掌握和运
15、用超前地质预报的地质理论；（2） 野外地质调查的基本功。3.2 长期（长距离）超前地质预报 隧道洞身不良地质超前预报，是最主要的预报方案。依据预报距离，分为长期（长距离下同）超前地质预报、短期（短距离下同）超前地质预报两种预报方案。长期超前地质预报的预报距离为掌子面前方100米150米以上。对于隧道不良地质体的长期超前地质预报来说，国内外主要采用TSP（隧道地震探测仪）等仪器探测方法来进行。3.2.1 TSP概况TSP（Tunnel Seismic Prediction，隧道地震勘探）设备是由瑞士安伯格公司开发、生产的，是当前国内外最先进的隧道长期超前地质预报设备，也是当前超前地质预报技术中的
16、最重要手段。它与其它超前地质预报的设备相比，最大优点是：探测和预报距离远（探测距离可达隧道掌子面前方300500米，甚至更多；有效预报距离一般为掌子面前方100米，经验丰富者可有效预报150200米）；分辨率高（最高分辨率可达1米）；抗干扰能力强（除了放炮、打钻以外，基本不受干扰）；对隧道施工影响很少（钻孔和测试均在隧道侧壁进行，若准备工作较好，洞内探测时间仅用45分钟）。目前，TSP共开发出TSP-202系列和TSP-203、TSP-203PLUS、TSP-200系列，共两大系列、四种型号。本项目主要采用TSP-203系列仪器进行超前地质预报。TSP-203为智能解译型，又称“普及型”。 在基本原
