宜萬(wàn)線云霧山隧道工程地質(zhì)預(yù)報(bào)方案

1、云霧山隧道（DK242+105-DK248+720）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案一、編制依據(jù)云霧山隧道（DK242+105DK248+720）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案編制的主要技術(shù)依據(jù) 是：宜萬(wàn)線復(fù)雜隧道施工地質(zhì)及信息化設(shè)計(jì)實(shí)施細(xì)則（鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院）宜萬(wàn)線云霧山隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)（初稿）（鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院）宜萬(wàn)線云霧山隧道工程地質(zhì)勘察報(bào)告（鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院）鐵路工程物理勘探規(guī)程（鐵道部TB10013-2004）等有關(guān)規(guī)定和技術(shù)資料。二、主要工程地質(zhì)問(wèn)題宜萬(wàn)線共有隧道130座，長(zhǎng)度247.8km，其中巖溶隧道約占70%。地質(zhì)條件極其復(fù) 雜的長(zhǎng)大隧道可能發(fā)生較大突泥涌水，突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的隧道有13座

2、，而云霧山隧道 就是其中的一座。云霧山隧道位于恩施市白果壩鎮(zhèn)及屯堡鄉(xiāng)周家灣，隧道正洞里程是DK242+105 DK248+720（其中DK242+105DK242+926為復(fù)線），橫洞170m，隧道總長(zhǎng)共計(jì)7606m， 為114%。的單面上坡。預(yù)報(bào)區(qū)在新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶（川鄂褶皺帶）內(nèi)，主要構(gòu)造形跡以NENNE 向褶皺為主，背斜核部附近（DK244+637.9）發(fā)育有北東向的二次縱張斷裂一一白果壩 斷裂，與隧道走向夾角約45，屬于阻水?dāng)鄬印Ｋ淼来┰降牡貙佑泻湎?、奧陶系，地層巖性以頁(yè)巖、白云巖、灰?guī)r為主。三、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要內(nèi)容根據(jù)本段隧道的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，需要預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容是：1、巖

3、溶、溶洞及巖溶水；2、煤系地層；3、斷層；4、物探低阻帶。四、主要預(yù)報(bào)方法根據(jù)宜萬(wàn)鐵路總指要求，云霧山隧道應(yīng)開(kāi)展施工地質(zhì)工作，施工地質(zhì)工作主要針 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，及時(shí)提出改進(jìn)施工方法的意見(jiàn)及處理措施，保障建筑物的施工符合 實(shí)際情況，根據(jù)施工情況編錄施工竣工資料。隧道施工地質(zhì)工作包括四項(xiàng)內(nèi)容：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；施工期間圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；施 工地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)和災(zāi)害警報(bào)及施工方法；施工技術(shù)建議。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是隧道施工地質(zhì)工作中最主要的一項(xiàng)內(nèi)容。依據(jù)“宜萬(wàn)線復(fù)雜隧道施工地質(zhì)及信息化設(shè)計(jì)實(shí)施細(xì)則”（鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院）、 “宜萬(wàn)線云霧山隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)（初稿）”（鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院），超前地質(zhì) 預(yù)報(bào)主要包括

4、的內(nèi)容如下框圖所示：主要內(nèi)容超前地質(zhì)ffi報(bào)根據(jù)中鐵一局宜萬(wàn)項(xiàng)目指揮部的委托，我單位所承擔(dān)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)包括以下三 項(xiàng)工作：TSP203法、HSP法和地質(zhì)雷達(dá)法。五、預(yù)報(bào)工作分類根據(jù)宜萬(wàn)線施工地質(zhì)分級(jí)的規(guī)定和云霧山隧道的具體施工地質(zhì)情況，該隧道的超 前地質(zhì)預(yù)報(bào)劃分為三類：一般性地質(zhì)情況地段進(jìn)行一般性常規(guī)預(yù)報(bào)；可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi) 害地段進(jìn)行重點(diǎn)預(yù)報(bào)；特殊地質(zhì)災(zāi)害突發(fā)性地段隨時(shí)進(jìn)行預(yù)報(bào)。具體如下：1、常規(guī)預(yù)報(bào)：一般性地質(zhì)情況地段（施工地質(zhì)分級(jí)的C級(jí)和部分B級(jí)），以碎屑巖 和弱碳酸可溶巖為主。短距離預(yù)報(bào)采用地質(zhì)雷達(dá)法，預(yù)報(bào)間距20m；長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)采用TSP203法，預(yù)報(bào)間 距 150m。2、重點(diǎn)預(yù)報(bào)：可能

5、發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害地段（施工地質(zhì)分級(jí)的A級(jí)和部分B級(jí)），以強(qiáng)碳 酸可溶巖、隔水與含水巖層界面、斷層帶、煤系地層和物探低阻異常帶為主。短距離預(yù)報(bào)采用地質(zhì)雷達(dá)法預(yù)報(bào)間距10m。長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)采用TSP203，預(yù)報(bào)間距 100m；以及HSP,預(yù)報(bào)間距50m。3、跟蹤預(yù)報(bào)：應(yīng)隨時(shí)探測(cè)預(yù)報(bào)，采用地質(zhì)雷達(dá)法、TSP203及HSP三種方法。六、預(yù)報(bào)里程與工作方法對(duì)云霧山隧道(DK242+105DK248+720)進(jìn)行工況分析后，常規(guī)預(yù)報(bào)及重點(diǎn)跟蹤預(yù)報(bào) 分段設(shè)計(jì)如下：1、常規(guī)預(yù)報(bào)段:隧道里程地質(zhì)級(jí)別地質(zhì)狀況工程地質(zhì)問(wèn)題工作方法DK242+850-DK243+330B寒武系中統(tǒng)光竹嶺 阻，灰石、白云巖， 巖體完整、節(jié)理發(fā)

6、 育巖溶、巖溶水TSPDK243+560-DK244+100B寒武系中統(tǒng)高臺(tái)+ 茅坪阻，白云巖及 頁(yè)巖互層，節(jié)理發(fā) 育，巖體破碎巖溶、巖溶水TSPDK244+100DK244+490B寒武系下統(tǒng)龍洞 阻，白云巖、灰石、 頁(yè)巖巖溶、巖溶水TSPDK244+490-DK245+440B寒武系下統(tǒng)天河板 阻泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖、 白云巖巖溶、巖溶水TSPDK247+400-DK248+160B寒武系耗子陀阻灰石、白云巖巖溶、巖溶水TSP2、重點(diǎn)預(yù)報(bào)段:隧道里程地質(zhì)級(jí)別地質(zhì)狀況工程地質(zhì)問(wèn)題工作方法DK242+105DK242+850A寒武系中統(tǒng)光竹嶺 阻，灰石、白云巖， 巖體完整、節(jié)理發(fā) 育巖溶、巖溶水，物

7、探低阻異常區(qū)TSP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)DK243+330-DK243+560A寒武系中統(tǒng)光竹嶺 阻，灰石、白云巖， 巖體完整、節(jié)理發(fā) 育巖溶、巖溶水物探異常TSP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)DK245+440DK245+570AA斷層破碎帶及影響帶巖體破碎、巖溶水發(fā)育巖溶、巖溶水?dāng)鄬油荒嗤凰甌SP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)DK245+570DK245+970AF寒武下統(tǒng)天河板 阻泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖、 白云巖巖溶、巖溶水、物探低阻帶TSP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)DK245+970DK247+050B寒武系中下統(tǒng)巖溶、巖溶水TSP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)DK247+050DK247+400A寒武系中統(tǒng)光竹嶺阻灰?guī)r夾白云巖巖溶、巖溶水

8、物探低阻帶TSP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)DK248+160DK248+720A奧陶系、灰?guī)r、頁(yè)有巖溶、巖溶水物探低阻帶TSP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)橫洞A巖溶、巖溶水TSP、HSP、地質(zhì)雷達(dá)七、預(yù)報(bào)工作量:1、常規(guī)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)位置預(yù)報(bào)方法正洞長(zhǎng)度（m）斷面（個(gè)）TSP203 法4375302、重點(diǎn)預(yù)報(bào):預(yù)報(bào)位置預(yù)報(bào)方法正洞橫 洞長(zhǎng)度（m）斷面（個(gè)）長(zhǎng)度（m）斷面（個(gè)）地質(zhì)雷達(dá)法32251601709TSP203 法3225331702HSP32256517043、合計(jì):J預(yù)報(bào)位置 預(yù)報(bào)方式正洞長(zhǎng)度 （單位:m）橫洞長(zhǎng)度 （單位:m）合計(jì) （單位:m）常規(guī)預(yù)報(bào)437504375重點(diǎn)跟報(bào)32251703395合

9、計(jì)76001707770八、預(yù)報(bào)技術(shù)要求1、TSP203 法TSP和其它地震反射波方法一樣，采用了回聲測(cè)量原理（見(jiàn)圖1）。地震波在巖石 中以球面波形式傳播，當(dāng)遇到巖石物性界面（如斷層、巖石破碎帶和巖性變化等）時(shí)，一 部分地震信號(hào)反射回來(lái)，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)。反射的地震信號(hào)被檢波器接 收，反射信號(hào)的傳播時(shí)間和反射界面的距離成正比，故而能提供一種直接的測(cè)量。宜萬(wàn)線云霧山隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案 圖1 TSP203預(yù)報(bào)原理圖TSP203法的技術(shù)要求：.應(yīng)達(dá)到的有效探測(cè)距離TSP有效預(yù)報(bào)距離應(yīng)達(dá)到：A級(jí)地段100米，B、C級(jí)地段150米。需要預(yù)報(bào)區(qū)段大 于有效預(yù)報(bào)距離時(shí)應(yīng)多次預(yù)報(bào)，兩次預(yù)報(bào)重復(fù)

10、長(zhǎng)度不小于10米。.操作要求a、爆破鉆孔的布置要求：預(yù)報(bào)斷層構(gòu)造時(shí)爆破鉆孔應(yīng)根據(jù)斷層走向布置在與斷層夾角較小一側(cè)的隧道邊墻 上；預(yù)報(bào)巖溶則隧道兩側(cè)邊墻都應(yīng)布置爆破鉆孔進(jìn)行重復(fù)測(cè)量；每一次預(yù)報(bào)的炮數(shù)不 少于20個(gè)，炮間距1.5m；炮眼高度11.5m，所有炮眼與接收器的高度應(yīng)相同；炮眼 孔深1.21.5m (孔深應(yīng)盡量一致)，向下傾斜1020。，垂直于隧道軸向，或向前與掌 子面成10夾角；鉆孔完成后應(yīng)注意保護(hù)，防止?？?。b、爆破要求：遵守爆破安全規(guī)程的規(guī)定；使用毫秒級(jí)無(wú)延遲電雷管；炸藥量應(yīng)大于200m探 測(cè)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。c、接收器鉆孔的布置要

11、求：距掌子面約50m，距第一爆破孔20m；在隧道兩壁或一壁安置接收器，接收器安置 高度與炮孔一致；孔徑4245mm，孔深不小于2m，應(yīng)根據(jù)采用的藕合材料確定接收孔 上傾還是下傾，在水平方向上向洞口傾斜10。.接收器與孔壁的藕合必須緊密，施測(cè)時(shí)隧道中應(yīng)沒(méi)有其它振動(dòng)源。.資料分析：數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)對(duì)每一炮的波幅進(jìn)行調(diào)節(jié)，記錄不好或存在干擾時(shí)應(yīng)重新放炮；對(duì) 采集的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行三維波場(chǎng)處理，提取反射界面；對(duì)所采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理 后，以P波剖面資料為主對(duì)巖層進(jìn)行劃分，結(jié)合橫波資料對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，并遵 循以下準(zhǔn)則：&、正反射振幅表明硬巖層，負(fù)反射振幅表明軟巖層；b、若S波反射較P 波強(qiáng)，則表明巖層飽

12、含水；c、Vp/Vs增加或突然增大，常常由于流體的存在而引起;d、若Vp下降，則表明裂隙或孔隙度增加。最終提出掌子面前方反射界面的位置、性 質(zhì)等結(jié)論。提交的資料有：TSP野外記錄表，原始波形記錄，二維和三維反射界面的透視圖象， 聲波軌跡、頻譜、速率和位移結(jié)果，地質(zhì)解釋結(jié)果。2、地質(zhì)雷達(dá)法地質(zhì)雷達(dá)是基于地下介質(zhì)的電性差異，向地下發(fā)射高頻電磁波，并接收地下介質(zhì) 反射的電磁波進(jìn)行處理、分析、解釋的一項(xiàng)工程物探技術(shù)(見(jiàn)圖2)。其工作過(guò)程是由 發(fā)射天線送入地下一高頻電磁脈沖波，當(dāng)其在地下傳播過(guò)程中遇到不同的目標(biāo)體(巖 土體、空洞等)的電性介面時(shí)，有部分電磁能量被反射回來(lái)，被接收天線所接收，并宜萬(wàn)線云霧山

13、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案由主機(jī)記錄，得到從發(fā)射經(jīng)地下界面反射回到接收天線的雙程走時(shí)t。地質(zhì)雷達(dá)方法是 由已知條件推斷未知情況的方法，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速已知時(shí)，可根據(jù)測(cè)到的精確t值 求得目標(biāo)體的位置和埋深。GPR發(fā)射器巨a GPR接收器圖2地質(zhì)雷達(dá)工作原理地質(zhì)雷達(dá)法的技術(shù)要求：.應(yīng)達(dá)到的有效探測(cè)距離：地質(zhì)雷達(dá)的有效探測(cè)距離在完整灰?guī)r地段應(yīng)達(dá)到30m，在巖溶發(fā)育地段根據(jù)雷達(dá)波 形判定。兩次預(yù)報(bào)的重復(fù)長(zhǎng)度5m左右。.儀器要求：用于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的地質(zhì)雷達(dá)可選用SIR2000、SIR10H或RAMAC等型號(hào)，天線應(yīng) 使用中心頻率為3050MHz和100MHz的兩種低頻屏蔽天線。.現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集要求：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)

14、采集主要是在掌子面上進(jìn)行，采集前應(yīng)對(duì)掌子面進(jìn)行平整處理，使雷達(dá) 天線與掌子面能有較好的藕合，在掌子面附近應(yīng)沒(méi)有其它的金屬物體；一般應(yīng)采取連 續(xù)觀測(cè)方式；應(yīng)充分利用避車洞或超前鉆探揭露的地質(zhì)界面等有利地段求取地層的相 對(duì)介電常數(shù)和電磁波速度。.資料分析：雷達(dá)記錄應(yīng)清晰，反射波形、同相軸明顯，不合格的記錄應(yīng)重測(cè)；對(duì)合格的記錄 應(yīng)根據(jù)記錄的情況進(jìn)行必要的處理如：編輯、濾波、增益、褶積、道分析、速度分析 和消除背景干擾等，求得時(shí)間剖面；在時(shí)間剖面中應(yīng)標(biāo)出探測(cè)對(duì)象的反射波組，確定 反射體的形態(tài)和規(guī)模；解釋確定反射體的位置、形態(tài)，推斷其充填情況；必要時(shí)應(yīng)制 作模型進(jìn)行反演解釋。根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征

15、，通過(guò)同相軸的追蹤，可分析 地下介質(zhì)、地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)，確定反射波組的地質(zhì)含義。3、HSPHSP即水平聲波反射法，利用聲波在地層中傳播、反射，通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)接收反 射信號(hào)，來(lái)預(yù)報(bào)隧道施工開(kāi)挖面前方及周圍區(qū)域的地質(zhì)情況。HSP方法能夠預(yù)測(cè)隧道施 工中的不良和特殊地質(zhì)問(wèn)題，分辨率高，精度高，可探測(cè)掌子面前方60120米內(nèi)的構(gòu)造斷裂、軟弱夾層，破碎帶等不良地質(zhì)體，也可近距離探測(cè)巖溶具體形狀和邊界位 置。這種方法的特點(diǎn)是各檢測(cè)點(diǎn)所接受的反射波路徑相等，因此反射波組合形態(tài)與反 射界面形態(tài)相同，圖像直觀。從圖中可看出，直達(dá)波是雙曲線形態(tài)，反射波是直線形， 很容易區(qū)分。HSP方法的技術(shù)要求有：.應(yīng)達(dá)到的有效探

16、測(cè)距離：?jiǎn)吸c(diǎn)反射的有效探測(cè)距離應(yīng)達(dá)到50m左右，兩次探測(cè)的重復(fù)段應(yīng)大于5m。.儀器要求；通道數(shù)不低于12道的地震儀，現(xiàn)用于外業(yè)工程勘探的地震儀均可用來(lái)進(jìn)行單點(diǎn)反 射預(yù)報(bào)；檢波器可采用28Hz垂直檢波器；要求地震儀和檢波電纜具有較好的絕緣性能， 電纜的絕緣電阻應(yīng)大于1MQ，檢波器內(nèi)阻應(yīng)一致，各道檢波器相位差不大于05ms；地 震儀的時(shí)間觸發(fā)系統(tǒng)正常，不存在誤觸發(fā)和延遲現(xiàn)象。.現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集要求：數(shù)據(jù)采集的時(shí)間段，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有其它振動(dòng)源；在掌子面上隨機(jī)布置510個(gè)鉆孔，應(yīng) 均勻分布，孔深11.5m；炸藥置于孔底，與孔壁藕合嚴(yán)密，藥量50g左右，最大不超 過(guò)75g；檢波器隨機(jī)均勻的垂直安置在掌子面上，必要

17、時(shí)可用棉被將掌子面覆蓋，以防 聲波干擾；在已施工完洞身部位用錘擊求取地層的傳播速度。.整理與處理：對(duì)單道記錄進(jìn)行濾波、壓制干擾和指數(shù)增益調(diào)整；對(duì)于每一道不同炮的記錄和每 一炮不同道的記錄進(jìn)行對(duì)比分析，以規(guī)律性好、重復(fù)性好的記錄道進(jìn)行解釋；必要時(shí) 應(yīng)進(jìn)行正演計(jì)算。4、綜合預(yù)報(bào)技術(shù)要求超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用的物探手段是一種在測(cè)定巖體各種物理參數(shù)之后，推斷分析巖 體性質(zhì)的間接性測(cè)試方法。為提高預(yù)報(bào)水平，應(yīng)堅(jiān)持隧道洞內(nèi)探測(cè)與洞外勘探相結(jié)合、 地質(zhì)方法與物探方法相結(jié)合、多種物探方法互相結(jié)合、地球物理方法與超前水平鉆探 相結(jié)合的原則，開(kāi)展多層次、多手段的綜合預(yù)報(bào)分析。在資料分析中，首先必須充分利用掌子面上取得的

18、地質(zhì)素描資料，以其為資料分 析的重要參數(shù)；還必須掌握隧道的既有地質(zhì)資料，對(duì)重要異常均應(yīng)布置水平超前鉆探， 根據(jù)鉆探資料對(duì)物探成果進(jìn)行復(fù)解，以確保綜合預(yù)報(bào)成果結(jié)論的可靠性。對(duì)物探的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)嚴(yán)格按鐵道部第四勘察設(shè)計(jì)院制定的“宜萬(wàn)線復(fù)雜隧 道施工地質(zhì)實(shí)施細(xì)則”和鐵道部頒發(fā)的“地球物理勘探規(guī)程”實(shí)施。九、資料分析1、分析流程.TSP203:數(shù)據(jù)處理流程如下：建立數(shù)據(jù)IT 帶通濾波器 11首至信號(hào)的提起跳點(diǎn)信號(hào)處理|一平衡能量I q-評(píng)估 T反射波提取I p-s波分離 J謎率分析 i顧度偏移|1反射面提取.HSP：數(shù)據(jù)處理流程如下：數(shù)據(jù)采集 I 數(shù)字濾波 1 均衡排序II速度分析II反射面提|人工判斷.地質(zhì)雷達(dá)法：數(shù)據(jù)處理流程如下：數(shù)據(jù)文件 I 均衡排序件編輯字濾打度分皿判釋2、異常解釋在資料分析中，應(yīng)堅(jiān)持多種方法相互結(jié)合、物探與鉆探相互結(jié)合的原則，對(duì)產(chǎn)生 疑問(wèn)的異常在條件允許的情況下要進(jìn)行復(fù)測(cè)，以及由施工單位進(jìn)行超前鉆孔；對(duì)可能 產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的重大異常，應(yīng)由施工地質(zhì)組組織進(jìn)行多專家會(huì)診，確認(rèn)后簽報(bào)提出。3、報(bào)告提交.現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告：現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)以表格形式提供(表格以指揮部下發(fā)的表格為準(zhǔn)，指揮部 沒(méi)有規(guī)定的項(xiàng)目應(yīng)雙方商定，以施工方使用方便為準(zhǔn))。.正式報(bào)告(階段性)：正式報(bào)告應(yīng)在一周內(nèi)提交，包括工作測(cè)線布置圖、原始典型記錄、剖面圖、解釋 參數(shù)和解釋結(jié)果等，技術(shù)說(shuō)明力求