「隧道超前地質(zhì)預(yù)報方案」.doc

隧道超前地質(zhì)預(yù)報方案1編制依據(jù)(1)公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)指南及交通部頒布的其他現(xiàn)行施工規(guī)范、安全規(guī)程、施工指南等。(2) 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)中國水利水電出版社。(3)近年來高速公路類似工程施工經(jīng)驗、施工工法、科技成果；國內(nèi)外相關(guān)高速鐵路的施工工藝及科研成果。2隧道工程概況標(biāo)段內(nèi)隧道工程地質(zhì)復(fù)雜，主要由殘積砂質(zhì)粘性土及全-強風(fēng)化花崗巖組成，洞身主要為中微風(fēng)化花崗巖。，隧道圍巖以、級圍巖為主，部分為、級圍巖。施工中必須加強超前地質(zhì)預(yù)報，并采取相應(yīng)的工程措施，保證安全順利地通過不良地質(zhì)段。根據(jù)設(shè)計提供風(fēng)險等級和超前地質(zhì)預(yù)報設(shè)計要求，我單位采取加深炮孔探測和超前水平地質(zhì)鉆孔倆種方法進(jìn)行圍巖觀測，以提供有效的施工措施保證施工安全、順利的進(jìn)行，對于出現(xiàn)地質(zhì)異常區(qū)域，我單位另增加TSP或地質(zhì)物探手段進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)分析，并報設(shè)計單位進(jìn)行核對、審批，重新進(jìn)行隧道風(fēng)險等級劃分。項目部對標(biāo)段內(nèi)隧道作業(yè)高度重視，在施工組織設(shè)計中已經(jīng)把超前地質(zhì)預(yù)報列入獨立的施工工序進(jìn)行檢測，制定“有預(yù)報才施工，不預(yù)報堅決不允許施工”的要求發(fā)放各施工隊執(zhí)行實施。為有效的執(zhí)行超前地質(zhì)預(yù)報的實施，項目部特別成立專職超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報實施小組，其中組長1人，副組長2人，組員5人，負(fù)責(zé)現(xiàn)場超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作的具體實施和資料收集整理，對隧道施工起到實施性的指導(dǎo)作用。并聘請專職預(yù)報隊伍負(fù)責(zé)標(biāo)段內(nèi)的隧道地質(zhì)超前預(yù)報施工。3隧道工程地質(zhì)條件本標(biāo)段隧道工程地質(zhì)復(fù)雜，主要由殘積砂質(zhì)粘性土及全-強風(fēng)化花崗巖組成，洞身主要為中微風(fēng)化花崗巖。，隧道圍巖以、級圍巖為主，部分為、級圍巖。4超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報目的地下地質(zhì)條件復(fù)雜，潛在、無法預(yù)知的地質(zhì)因素較多：多變的地形條件，地層破碎帶、斷層，富水巖層等。進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報的目的是：提供隧道掘進(jìn)前方的地質(zhì)情況，包括圍巖的完整性、斷層破碎帶和溶洞的規(guī)模和位置、不良地層的富水情況，進(jìn)而做出對圍巖類別的劃分和隧道開挖時穩(wěn)定性的分析，以確定合理的工程措施和合理的施工方法，以確保隧道施工安全順利的進(jìn)行。5超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報組織機構(gòu)和人員設(shè)備配置在項目部設(shè)施工地質(zhì)工作管理辦公室，辦公室設(shè)在工程管理部，負(fù)責(zé)組織項目部有關(guān)人員進(jìn)行預(yù)報培訓(xùn)和學(xué)習(xí)工作；預(yù)報物探設(shè)備管理與協(xié)調(diào)使用；預(yù)報實施情況監(jiān)督檢查。項目部分別成立專職超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報實施小組，負(fù)責(zé)現(xiàn)場超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作的具體實施和資料收集整理。人員組成及主要職責(zé)分工見表。超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報人員分工職責(zé)表序號姓名職 務(wù)職 責(zé)1陳顯鋒總工程師對地質(zhì)預(yù)報工作負(fù)全責(zé)，制定預(yù)報工作計劃和實施細(xì)則，審核預(yù)報成果。2李東副總工程師負(fù)責(zé)預(yù)報工作的落實，分析整理預(yù)報數(shù)據(jù)，編制預(yù)報成果報告，提出施工建議。3肖文坦工程部部長負(fù)責(zé)預(yù)報工作的全面落實，分析整理預(yù)報數(shù)據(jù)，編制預(yù)報成果報告，提出施工建議。4向輝隧道工程師負(fù)責(zé)段預(yù)報工作的物探儀器設(shè)備操作，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與整理。資料收集整理、歸檔。5王永鵬隧道工程師負(fù)責(zé)段預(yù)報工作的物探儀器設(shè)備操作，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與整理。資料收集整理、歸檔。6工作程序地質(zhì)預(yù)報主要流程為：預(yù)報通知（現(xiàn)場駐地監(jiān)理） 預(yù)報實施及現(xiàn)場記錄 自檢、報檢驗收 資料整理 監(jiān)理確認(rèn)和歸檔具體操作流程見圖6-2-1所示。圖6-2-1 超前地質(zhì)預(yù)報操作流程7地質(zhì)超前預(yù)報的內(nèi)容和方法7.1地質(zhì)預(yù)報的要求本標(biāo)段隧道主要采用地質(zhì)調(diào)查法與加深炮孔鉆探法相結(jié)合的方法進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報，如有必要，在地質(zhì)異常區(qū)域采用TSP探測儀或水平鉆機進(jìn)行長距離超前探測。各種探測必須以地質(zhì)為中樞，加強隧道地質(zhì)工作，將地質(zhì)綜合分析貫穿到施工的整個過程中，實行地質(zhì)、物探相結(jié)合，中長距離探測與短距離探測相結(jié)合，優(yōu)化組合，綜合應(yīng)用，確保隧道安全、快速、優(yōu)質(zhì)施工，不留后患，全面確保隧道施工取得經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益三者的最優(yōu)結(jié)合。7.2地質(zhì)超前預(yù)報的內(nèi)容1、超前地質(zhì)預(yù)報的內(nèi)容超前地質(zhì)預(yù)報是隧道施工地質(zhì)工作最主要的工作內(nèi)容。其工作分為既有資料收集；地質(zhì)素描；洞內(nèi)外水文調(diào)查；監(jiān)測測試；超前地質(zhì)預(yù)測；綜合超前預(yù)報和成災(zāi)警報等六項任務(wù)。（1）既有資料收集既有設(shè)計資料和相關(guān)地質(zhì)成果的收集和分析,對存疑慮的相關(guān)重大地質(zhì)問題和地段,必要時進(jìn)行踏勘和補充恰當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)工作。（2）地質(zhì)素描施工地質(zhì)最基礎(chǔ)的工作，包括正洞、超前平導(dǎo)和輔助導(dǎo)坑洞壁地質(zhì)及掌子面地質(zhì)素描，見圖7-2-1所示。其主要內(nèi)容包括：地質(zhì)觀察A.地層巖性：地層時代劃分，巖組劃分，巖石劃分，巖體性態(tài)，切割程度，圍巖等級等。B.斷層：斷層性質(zhì)、位置、產(chǎn)狀、破碎帶寬度及構(gòu)造巖劃分，斷層巖體的圍巖級別劃分及穩(wěn)定性評價。斷層坍方的地質(zhì)原因，是地質(zhì)素描的重點。C.貫穿性節(jié)理：產(chǎn)狀、密度、寬度、延伸情況，節(jié)理面特征、力學(xué)性質(zhì)。分析判斷組合特征、巖體完整性程度，控制局部坍方的構(gòu)造內(nèi)因。 D.地應(yīng)力：高地應(yīng)力顯示性標(biāo)志(巖爆、軟弱夾層擠出，探孔餅狀巖心等現(xiàn)象)及其發(fā)生部位。E.特殊地層：煤層、含膏鹽層和含黃鐵礦層等單獨素描。圖7-2-1 隧道地質(zhì)素描圖（3）洞內(nèi)外水文調(diào)查洞內(nèi)水文調(diào)查A.涌水點(處)調(diào)查空間：層位、構(gòu)造部位、洞圍分布，含水體分布；時間：點(處)間的時效關(guān)系；制約：制約因素、補給來源、途徑、連通關(guān)系。B.涌水量預(yù)測實用量測：反映瞬時特征和短期變化特征；長期觀測：反映長期變化特征和動態(tài)特征；涌水量預(yù)測。C.水質(zhì)水壓測試包括水壓、水溫、水色、含泥沙量測定。D.危害評估洞外水文調(diào)查A.氣象觀測。B.重要排泄點、徑流點長期觀測；C.相關(guān)巖溶水文地質(zhì)及環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查調(diào)繪：相關(guān)巖溶水文調(diào)繪、地表坍方、變形調(diào)查；試驗：同位素、示蹤等；水質(zhì)。（4）監(jiān)測測試天然氣、軟巖變形、地面沉降變形監(jiān)測及洞內(nèi)地應(yīng)力測試。其中隧道周邊位移量測，包括拱頂下沉、凈空水平收斂及必要時增設(shè)的隧底上鼓量測（采用儀器為收斂計、水準(zhǔn)儀、塔尺）和隧道淺埋段、山間洼地、巖堆、破碎帶、偏壓洞口的地表下沉量測（采用儀器為水準(zhǔn)儀、塔尺等）為必測項目。（5）超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)測方法A.地質(zhì)編錄預(yù)測法(圖解法、類比法、斷層參數(shù)法)；B.超前物探預(yù)測法：包括TSP-203等。C.超前鉆孔預(yù)測法；預(yù)測有效距離A.長距離超前地質(zhì)預(yù)測：其預(yù)報距離為100150m。以TSP、斷層參數(shù)法等為手段結(jié)合地面地質(zhì)工作綜合預(yù)報。B.短距離超前地質(zhì)預(yù)測：其預(yù)報距離為1530m以內(nèi)。是在長距離超前地質(zhì)預(yù)報的基礎(chǔ)上，以58孔5m超長炮眼孔和30m超前鉆孔為手段并結(jié)合掌子面地質(zhì)素描工作綜合預(yù)報。C.中長距離超前預(yù)測：其預(yù)報距離為3060m，是在長距離超前地質(zhì)預(yù)測的基礎(chǔ)上，針對較大物探異常，以3060m超前鉆孔為手段并結(jié)合掌子面地質(zhì)素描工作綜合預(yù)報。（6）綜合超前預(yù)報和成災(zāi)警報綜合超前預(yù)報內(nèi)容地層、完整性及含水情況；斷層及富水情況；大型巖溶及富水情況；暗河。超前地質(zhì)災(zāi)害警報內(nèi)容大型塌方；突水突泥；煤類突出、天然氣燃燒爆炸；巖爆、軟巖大變形。7.3地質(zhì)超前預(yù)報的方法本標(biāo)段隧道地質(zhì)超前預(yù)報的主要方法見下表7-3-1所示表7-3-1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報的方法預(yù)報方法預(yù)報內(nèi)容預(yù)報工具預(yù)報頻率地質(zhì)調(diào)查及地質(zhì)素描巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及不良地質(zhì)現(xiàn)象地質(zhì)羅盤、數(shù)碼相機等開挖后及初期支護(hù)后進(jìn)行，每次爆破后進(jìn)行加深炮孔探測掌子面超前5m范圍圍巖狀況風(fēng)槍、鉆孔臺架開挖鉆孔時進(jìn)行超前鉆探法掌子面超前3050m范圍圍巖狀況超前水平鉆機每隔3035m一個斷面，搭接不小于5m地震波法劃分地層界線、查找地質(zhì)構(gòu)造、探測不良地質(zhì)體的厚度和范圍TSP探測儀地質(zhì)異常區(qū)域（1）地質(zhì)調(diào)查法對地質(zhì)較簡單的地段，以地質(zhì)調(diào)查法為主。利用常規(guī)地質(zhì)理論和作圖法，根據(jù)隧道已有的勘察資料、地表補充地質(zhì)調(diào)查資料、洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查資料、隧道開挖面地質(zhì)素描、圍巖數(shù)碼照片，通過地層層序?qū)Ρ?、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析、斷層要素與隧道幾何參數(shù)的相關(guān)性分析、地質(zhì)作圖和趨勢分析、隧道內(nèi)不良地質(zhì)臨近前兆分析等，推測開挖工作面前方可能揭示的地質(zhì)情況。其特點為：設(shè)備簡單，占用時間少，是其他探測方法的地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)依據(jù)。人員素質(zhì)要求高，須掌握較豐富的地質(zhì)學(xué)理論知識和現(xiàn)場工作經(jīng)驗。在隧道埋深較淺，地質(zhì)構(gòu)造不太復(fù)雜的情況下，地質(zhì)調(diào)查法有很高的準(zhǔn)確性。（2）加深炮孔法對地質(zhì)條件較復(fù)雜的地段，如地層分界線、角度不整合接觸帶、物探異常段、次級斷層、富水段等，在地質(zhì)調(diào)查法的基礎(chǔ)上，采用加深炮孔探測。利用風(fēng)鉆或鑿巖臺車等在隧道開挖工作面鉆小孔徑淺孔獲取地質(zhì)信息，每斷面均勻選取3孔，外插角1，搭接長度不小于1.5m，加深炮孔至5米進(jìn)行超前探測。加長炮孔布置示意圖：（3）超前鉆探法超前地質(zhì)鉆探是在掌子面布設(shè)36個探孔，采用水平鉆機進(jìn)行超前鉆探。根據(jù)鉆機在鉆進(jìn)過程中的推力、扭矩、鉆速、成孔難易及鉆孔出水情況（必要時提取巖芯進(jìn)行分析）來確定前方的地層及巖性，同時進(jìn)行涌水量、水壓測試和水質(zhì)分析，判定掌子面前方地層含水情況及地下水的性質(zhì)。其鉆孔布置示意圖如下圖所示，掌子面中部兩邊的超前鉆孔應(yīng)水平且有一定水平偏角13，掌子面上部的超前鉆孔仰角11.5，掌子面下部兩邊的超前鉆孔俯角11.5、水平偏角13。探孔孔徑一般為108mm，孔深3050m，搭接長度不小于5m。（4）物探法 采用TSP203探測儀根據(jù)地震潑的回波原理，通過人工制造一系列規(guī)則布置的輕微震源，由三維地震波接收儀在計算機的監(jiān)控下采集這些震源所發(fā)出的地震波沿隧道前方及四周區(qū)域傳播而遭遇不良地質(zhì)體（如地層層面、節(jié)理面、巖溶面，特別是斷層破碎帶等）被反射返回的地震波數(shù)據(jù)。這些回波信號的傳播速度、延遲時間、波形、強度和方向是與相應(yīng)的不良地質(zhì)體的性質(zhì)和分布狀況緊密相關(guān)的，通過分析可以得到前方地形的地層力學(xué)參數(shù)和空間位置數(shù)據(jù)，從而形成預(yù)測預(yù)報結(jié)果。TSP測量原理見下圖所示：鉆孔要求：預(yù)報斷層構(gòu)造時爆破鉆孔應(yīng)根據(jù)走向布置在與斷層夾角較小一側(cè)的隧道邊墻上。預(yù)報巖溶時爆破鉆孔應(yīng)布置在沒有橫洞和停車道的一側(cè)。爆破鉆孔應(yīng)選擇布置在完整灰?guī)r段落上，不宜在隧道邊墻巖溶發(fā)育的段落做TSP試驗，此時應(yīng)加強地質(zhì)雷達(dá)和水平鉆孔進(jìn)行超前探測。每一次預(yù)報的有效炮數(shù)不少于20個，炮間距1.5m。炮眼高度11.5m，所有炮眼與接收器高度應(yīng)相同（與隧道底板平行）。炮眼孔深1.21.5m（孔深盡量一致），向下傾斜1020，垂直于隧道軸向。鉆孔完成后應(yīng)注意保護(hù)，防止塌孔。接收器孔距掌子面約50m，距第一爆破孔1520m。必須在隧道兩壁各安置1個接收器，接收器安置高度與炮孔一致,孔徑4245mm，孔深2 m，應(yīng)根據(jù)采用的藕合材料確定接收孔上傾還是下傾。接收器與孔壁的藕合必須緊密，施測時隧道中應(yīng)沒有其它振動源。具體鉆孔布置情況如圖7-3-5所示。上傾510)(上傾5101m接收器孔接收器孔橫截面（接收器孔）)(下傾10201m炮孔炮孔橫截面(炮孔,左或右側(cè))下傾102050m掌子面1520m接收孔1隧道軸炮孔S1 S2 S3 S23 S24接收孔22m2m1.5m1.5m 1.5m圖7-3-5 接收器孔和炮孔布置示意圖爆破要求：遵守爆破安全規(guī)程的規(guī)定，使用毫秒級無延遲電雷管，炸藥量應(yīng)大于200m探測距離要求，一般50g左右，最多不大于75g。應(yīng)保證炸藥與炮孔嚴(yán)密藕合，所有炮孔必須采取堵孔和注水措施。資料的處理和整理：數(shù)據(jù)采集時應(yīng)對每一炮的波幅進(jìn)行調(diào)節(jié)，記錄不好或存在干擾時應(yīng)重新放炮。對采集的數(shù)據(jù)及時進(jìn)行三維波場處理，提取反射界面。提交以下資料：A.現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表（如表7-3-6）；B.X、Y、Z三個分量的原始記錄；C.頻率譜；D.縱橫波分離后的P、SH、SV波形圖；E.P、SH、SV波的極度偏移圖（橫坐標(biāo)為里程）；F.二維結(jié)果圖（橫坐標(biāo)為里程）；G.巖石參數(shù)曲線圖（橫坐標(biāo)為里程）；H.巖石參數(shù)表（如表7-3-7）；I.電子文檔。 表7-3-6 TSP現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表 隧道（第 標(biāo)） 號 年 月 日掌子面里程炮孔布置左邊墻右邊墻接收器里程高度孔深傾角耦合劑耦合狀態(tài)左右炮點參數(shù)序號距離孔深高差藥量備 注123456789101112131415注：第一炮的距離為炮點到接收器的距離，以后為孔間距。高差為各炮孔與接收器的高差，高為正，低為負(fù)。操作: 記錄: 復(fù)核: 施工監(jiān)理:表7-3-7 TSP解釋巖石參數(shù)表隧道（第 標(biāo)） 號 年 月 日序號里程波速P/S泊松比密度剪切模量拉梅常數(shù)體積模量動楊模量靜楊模量圍巖級別PSHSVPSHSVPSHSV制表： 復(fù)核： 負(fù)責(zé)：8預(yù)報成果預(yù)測預(yù)報的成果由項目部工程管理部進(jìn)行匯總后