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1、精选优质文档-倾情为你奉上新建晋豫鲁铁路通道ZNTJ-10标范家山隧道超前地质预报实 施 方 案编 制： 熊 伟审 核： 潘能武审 批： 林三国中铁五局晋豫鲁铁路通道ZNTJ-10标项目经理部隧道三队2010年4月目 录专心-专注-专业1 编制依据1)铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设2008105号。2）晋豫鲁铁路通道建设“六位一体”管理文件（试行）。3)铁路工程地质勘察规程(GB50287-99)。4)铁路工程地质钻探规程(TB10014-98)。5)爆破安全规程(GB6722-2003)。6)工程测量规范（GB 50026-2007）。7)铁路工程物理勘探规程(TB10013-2004)
2、。8）现场踏勘地质调查所获得的工程地质、水文地质等调查资料。9）指导性施组及相关文件。 10）范家山隧道施工图纸。2 本隧道工程地质及水文地质条件该隧道全长10190m，起止桩号为DK419+820DK430+010，该隧道区地层岩性：表层为第四系上更新统砂质黄土，下伏基岩为三叠系下统和尚沟组砂岩夹泥层、刘家沟组砂岩夹泥层。隧道洞身发育有一F正断层，该断层为三叠系刘家沟组内发育的一正断层，断层与隧道洞身大角度相交于DK424+312m处，断层宽度约50m，断层走向为N26E/80S，断层上下盘岩性为砂岩夹泥层，上盘产状：N30W/3N，下盘产状：N50W/4S，由于受断层影响，该面砂岩、泥岩岩
3、体较破碎，对隧道工程有一定的影响。隧道进口附近有沁河、出口附近有泗水河、洞身的半沟均有常年流水；河水水质较好，对钢筋混凝土结构和混凝土结构无侵蚀性。洞身地下水主要为基岩裂隙水。本地段没明显不良地质发育，特殊岩土主要为湿陷性黄土，隧道出口段发育有薄层第四系上更新统砂质黄土，具自重湿陷性，场地内省属于II级中等湿陷性场地。表2-1 新建晋豫鲁铁路ZNTJ-10标范家山隧道超前地质预报地质调查分析表桩号段地层岩性地质情况说明风化程度围岩级别隧洞埋深(m)DK419+820DK421+450（1630m）砂岩、泥岩互层中低山区，通过地层主要为三叠系下统刘家沟组砂岩夹泥岩。砂岩：青灰色、灰白色为主，中粗
4、结构，中厚层构造，IV级软岩，紫红色泥岩，薄层状构造，风化层厚约48m，岩层垂直节理发育，改组垂直节理的切割可能产生坍顶或掉块，估算正常涌水量868m3/d，最大涌水量1736m3/d；强风化IV0160DK421+450 DK423+600（2150）砂岩、泥岩中低山区，通过地层主要为三叠系下统刘家沟组砂岩夹泥岩。砂岩：青灰色、灰白色为主，中粗结构，中厚层构造，IV级软岩，紫红色泥岩，薄层状构造，风化层厚约48m，岩层垂直节理发育，改组垂直节理的切割可能产生坍顶或掉块，估算正常涌水量1225m3/d，最大涌水量4900m3/d；弱风化III级为主160300DK423+600 DK426+0
5、00（2400）砂岩、泥岩中低山区，通过地层主要为三叠系下统刘家沟组砂岩夹泥岩。砂岩：青灰色、灰白色为主，中粗结构，中厚层构造，IV级软岩，紫红色泥岩，薄层状构造，风化层厚约48m，岩层垂直节理发育，改组垂直节理的切割可能产生坍顶或掉块，估算正常涌水量918m3/d，最大涌水量1836m3/d；弱风化III级为主300120DK426+000 DK428+300（2300）砂岩、泥岩中低山区，通过地层主要为三叠系下统刘家沟组砂岩夹泥岩。砂岩：青灰色、灰白色为主，中粗结构，中厚层构造，IV级软岩，紫红色泥岩，薄层状构造，风化层厚约48m，岩层垂直节理发育，改组垂直节理的切割可能产生坍顶或掉块，估
6、算正常涌水量918m3/d，最大涌水量1836m3/d；弱风化III级为主12080DK428+300 DK430+010（1710）砂岩、泥岩中低山区，通过地层主要为三叠系下统刘家沟组砂岩夹泥岩。砂岩：青灰色、灰白色为主，中粗结构，中厚层构造，IV级软岩，紫红色泥岩，薄层状构造，风化层厚约48m，岩层垂直节理发育，改组垂直节理的切割可能产生坍顶或掉块，估算正常涌水量918m3/d，最大涌水量1836m3/d；强风化IV、V级8003 地质复杂程度分级根据本隧道水文及工程地质条件及可能存在的风险因素，按铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设2008105号本，对应表2-1，将该隧道复杂程度分为“复
7、杂”、 “中等”、“简单”三级，详见表3-1。表3-1 地质复杂程度分级桩号段复杂程度分级预报重视程度备注DK419+820DK419+87555m复杂重点预报DK419+875DK419+92025 m中等加强预报DK419+920DK424+2004280m简单常规预报DK424+200DK424+500300 m复杂常规预报DK424+500DK429+9005400m简单常规预报DK429+900DK429+95050 m中等加强预报DK429+950DK430+01060 m复杂重点预报4 实施超前地质预报的目的通过超前地质预报工作，进一步查清本隧道因前期地质勘察工作的局限而难以探查
8、的、隐伏的重大地质问题，及时掌握和反馈隧道地质条件信息，调整和优化隧道设计参数、防护措施，为优化隧道施工组织、制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据。根据本隧道工程及水文地质条件，在认真分析前期勘察资料的基础上，结合地表调查情况分析，该隧道地质情况复杂，断层、向斜等异常地质构造多，施工中可能遇含水断层，不同程度的渗、流水及涌水、垮塌等地质灾害，对该隧洞工程施工超前地质预报必须采取多种方法综合预报，查明隧洞掌子面前方存在的较大不良地质缺陷的规模、空间分布情况等，以便为施工、设计及时做出正确的处理预案，确保工程施工顺利完成，避免安全事故发生或造成人员伤亡事故。5 超前地质预报方法与技术本隧
9、道属高风险隧道，超前预报工作要高度重视，必须开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程，必要时还要进行不良地质体详查，对该隧道工程施工超前预报主要即以地质分析为基础、物探方法为手段，宏观预报（地表调查）、中长距离预报（地震波反射法）、短期预报（表面地质雷达及红外线预报）相结合的综合预报体系。（1）宏观预报。通过对该隧道的已有勘察资料以及地表调查情况分析，将预报等级划分为“常规预报”、“加强预报”、“重点预报”三个预报级别。确定预报难点、重点，编写预报方案，指导中期、短期超前预报顺利进行及物探手段的优化组合。（2）中长距离预报。采用地震波反射法对掌子面前方100150m处较大的构造
10、及岩体质量进行初步预报。进一步提出预报的重点，为短距离预报提供指导。（3）短距离预报。采用表面地质雷达及红外线探测技术对掌子面前方30m范围内的地质情况进行准确预报，指导施工。5.1 不同地质复杂程度的预报方法及工艺流程（1）常规预报常规预报主要采取以地质分析为基础、物探方法为手段，宏观预报（地表调查、洞内地质素描及加深炮孔资料整理）、中长距离预报（地震波反射探测预报）相结合的预报体系。其预报流程图见下页图5.1-1常规预报工艺流程图。图5.1-1 常规预报工艺流程图（2）加强预报加强预报主要采取以地质分析为基础、物探方法为手段，宏观预报（地表调查、洞内地质素描及加深炮孔资料整理地表调查）、中
11、长距离预报（地震波反射探测预报）、短期预报（表面地质雷达及红外线预报）相结合的预报体系。其预报流程图见图5.1-2加强预报工艺流程图。5.1-2 加强预报工艺流程图（3）重点预报重点预报主要采取以地质分析为基础、物探方法为手段，宏观预报（地表调查、洞内地质素描及加深炮孔资料整理）、中长距离预报（地震波反射探测预报）、短期预报（表面地质雷达及红外线预报）、超前钻孔及辅以特殊方法预报相结合的综合预报体系。其预报流程图见图5.1-3重点预报工艺流程图。图5.1-3 重点预报工艺流程图5.2 TSP203plus超前预报TSP作为一种地震波反射法中长期的预报，其预报范围一般界定为100150m，其目的
12、除了为短期预报提供指导意义外，还同时能够为施工单位制定一个相对长期的施工计划提供科学的依据。5.2.1基本原理由微爆破引发的地震信号分别沿不同的途径，以直达波和反射波的形式到达传感器，与直达波相比，反射波需要的传播时间较长，TSP系统由测得的从震源直接到达传感器的纵波传播时间换算成地震波传播速度 （5.2-1）式中：爆破孔到传感器的距离,直达波的传播时间.在已知地震波的传播速度下，就可以通过测得的反射波传播时间推导出反射界面与接受传感器的距离，以及在隧道断面的距离，其理论公式为： （5.2-2）式中，反射波传播时间； 爆破孔与反射界面的距离；传感器与反射界面的距离。地震反射波的振幅与反射界面的
13、反射系数有关，在简单的情况下，当平面简谐波垂直入射到平面上时（如图5.2-1所示），其上的反射波振幅和透射波振幅分别为： （5.2-3） （5.2-4）其中，入射波振幅；，反射波和透射波振幅；，反射界面两侧介质的速度；，反射界面两侧介质的密度；界面的反射系数。由图5.2-1可知，当入射波振幅一定时，反射波振幅与反射系数成正比；而反射系数与反射界面两侧介质的波阻抗有关，其主要由界面两侧介质的波阻抗差决定，波阻抗差的绝对值越大，则反射波振幅就越大，当介质的波阻抗大于介质的波阻抗，即地震波从较为疏松的介质传播到较致密的介质时，反射系数0，此时，反射振幅和入射振幅的符号相同，反射波和入射波具有相同的极性；反之，如果地震波从较为致密的介质传播到较疏松的介质时，此时，反射系数0，则反射振幅和入射振幅的符号相反，因此反射波和入射波的极性相反，从而可清楚的判断地质体的变化。1122AiAlAr图5.2-1 地震波的垂直入射5.2.2 观测系统布置通过在掘进面后方一定距离内的钻孔中进行微型爆破来发射地震波信号，爆破的地震波在岩体中以球面波的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，当波在隧道前方遇到一界面时，将有一部分波从界面处反射回来，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也越强。TSP测量系统中使用了两对三分量高灵敏度传感器，高灵敏度传感器按放在特制金属管内放入钻孔中，分别
