超前地質預報（地質雷達法）施工作業(yè)指導書

43-35-超前地質預報（地質雷達法）施工作業(yè)指導書1.適用范圍適用于xx隧道工程超前地質預報（地質雷達法）作業(yè)。2.作業(yè)準備2.1施工前應充分掌握隧道設計圖紙及相關文件內容，并及時與現(xiàn)場進行核對，以確定合適的超前地質預報方法并配備相應機具設備。根據(jù)施工圖設計要求及現(xiàn)場實際情況做好超前地質預報作業(yè)技術交底。2.2熟悉《鐵路隧道超前地質預報技術規(guī)程》（Q/CR9217-2015）、業(yè)主下發(fā)有關超前地質預報的管理辦法等文件要求。2.3將隧道超前地質預報工作納入正常的施工工序管理，建立完善的信息收集和信息反饋系統(tǒng)。2.4熟悉了解已有勘察資料，掌握掌子面所處地段的地層巖性、構造特征、不良地質及水文地質特征。2.5熟悉了解其他預報手段探測成果，分析判斷掌子面所處地段工程地質與水文地質特征可能出現(xiàn)的差異（與勘察成果比較）。3.技術要求3.1技術指標3.1.1地層巖性預報，特別是針對軟弱夾層、破碎地層及特殊巖土的預測預報。3.1.2地質構造預報，特別是針對斷層、節(jié)理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構造發(fā)育情況的預測預報。3.1.3不良地質預報，特別是針對瓦斯等發(fā)育情況的預測預報。3.1.4地下水預測預報，特別是針對富水斷層、富水褶皺軸、富水地層中的裂隙水等發(fā)育情況的預測預報。3.2技術標準3.2.1探明斷層的性質、產狀、富水情況、在隧道中的分布位置、斷層破碎帶的規(guī)模、物質組成等，并分析其對隧道的危害程度。3.2.2測定瓦斯含量、瓦斯壓力、涌出量、瓦斯放散初速度等，評價隧道瓦斯嚴重程度及對工程的影響，提出技術措施建議等。4.施工程序與工藝流程4.1施工程序施工程序詳見圖1。4.2工藝流程工藝流程詳見圖2、圖3。圖1隧道超前地質預報工作程序框圖圖2超前地質預報實施流程圖圖3地質預報信息處理流程圖5.施工要求5.1施工準備5.1.1根據(jù)施工圖設計要求及現(xiàn)場實際情況做好超前地質預報作業(yè)技術交底。5.1.2超前地質預報施工前應熟悉相應隧道的設計圖紙，核對地質資料。5.1.3根據(jù)檢測方法準備好各種施工機械和檢測儀器，配備相應的專業(yè)人員。5.1.4檢測之前對儀器進行檢查，確保能正常運行。5.1.5準備好預測使用的各種材料。5.2施工工藝5.2.1隧道地質災害分級⑴根據(jù)地質災害對隧道施工安全的危害程度，分為以下四級，詳細影響因素見表1。A級：存在重大地質災害的地段，如大型暗河系統(tǒng)，可溶巖與非可溶巖接觸帶，軟弱、破碎、富水、導水性良好的斷層破碎帶，特殊地質地段，重大物探異常地段，大型、特大型涌水涌泥地段，誘發(fā)重大環(huán)境地質災害的地段以及高地應力、瓦斯災害嚴重的地段以及人為坑洞等。B級：主要針對中、小型涌水涌泥地段，較大物探異常地段，斷裂帶等。C級：主要針對水文地質條件較好的碳酸鹽巖及碎屑巖地段，發(fā)生涌水涌泥的可能性較小。D級：非可溶巖地段、小型斷層破碎帶，發(fā)生涌水涌泥的可能性極小。⑵超前地質預報堅持隧道洞內探測與洞外地質勘探相結合、地質方法與物探方法相結合、多種物探方法相結合、地球物理方法與超前水平鉆探相結合，輔助導坑與主洞探測相結合，開展多層次、多手段的綜合超前地質預報，并貫穿于施工全過程。表1綜合超前地質預報工作分級影響因素施工地質分級ABCD復雜較復雜中等復雜簡單地質復雜程度(含物探異常)巖溶發(fā)育程度極強，厚層塊狀灰?guī)r，大型溶洞、暗河，巖溶密度每平方公里＞15個，最大泉流量＞50L/s，鉆孔巖溶率＞10%。強烈，中厚層灰?guī)r夾白云巖，地表溶洞落水洞密集、地下以管道水為主，巖溶密度每平方公里5~15個，最大泉流量10~50L/s，鉆孔巖溶率5~10%。中等，中薄層灰?guī)r，地表出現(xiàn)溶洞，巖溶密度每平方公里1~5個，最大泉流量5~10L/s，鉆孔巖溶率2~5%。。微弱，不純灰?guī)r與碎屑巖互層，地表地下以溶隙為主，最大泉流量＜5L/s，鉆孔巖溶率＜2%。。涌水涌泥程度特大（日出水10萬t以上）、大型突水（日出水1~10萬t）、突泥，高水壓。中小型突水（日出水1000~1萬t）、突泥。小型涌水（日出水100~1000t）、涌泥。日出水小于100t涌突水可能性極小。斷層穩(wěn)定程度大型斷層破碎帶、自穩(wěn)能力差、富水，可能引起大型失穩(wěn)坍塌。中型斷層帶，軟弱，中~弱富水，可能引起中型坍塌。中小型斷層，弱富水，可能引起小型坍塌。中小型斷層，無水，掉塊。地應力影響程度高應力，嚴重巖爆（拉森斯判據(jù)＜0.083，即巖石點荷載強度與圍巖最大切向應力的比值），大變形。高應力，中等巖爆（拉森斯判據(jù)0.083~0.15），中~弱變形。弱巖爆（拉森斯判據(jù)0.15~0.20），輕微變形。無巖爆（拉森斯判據(jù)＞0.20），無變形。瓦斯影響程度瓦斯突出：煤的破壞類型為Ⅲ（強烈破壞煤）、Ⅳ（粉碎煤）、Ⅴ（全粉煤）類，瓦斯放散初速度≥10，煤的堅固系數(shù)≤0.5，瓦斯壓力≥0.74Mpa。高瓦斯：全工區(qū)的瓦斯涌出量≥0.5m3/min。低瓦斯：全工區(qū)的瓦斯涌出量＜0.5m3/min。無。(地質因素)對隧道施工影響程度危及施工安全，可能造成重大安全事故。存在安全隱患?？赡艽嬖诎踩珕栴}。局部可能存在安全問題。誘發(fā)環(huán)境問題的程度可能造成重大環(huán)境災害。施工、防治不當，可能誘發(fā)一般環(huán)境問題。特殊情況下可能出現(xiàn)一般環(huán)境問題。無。分級預報方式A級預報：采用地質素描、地震反射波法（TSP、TGP等）、地質雷達、超前水平鉆探、加深炮孔等手段綜合預測。首先以長距離地震反射波法進行預測，同時中長距離的超前鉆探探查和短距離的雷達探測，每一個開挖循環(huán)，都進行加深炮孔探測。B級預報:采用地質素描，地震反射波法，輔以地質雷達，進行必要的單孔超前水平鉆和加深炮孔探測。當發(fā)現(xiàn)局部地段較復雜時，則按A級要求實施。C級預報：以地質素描為主。對重要的地質（層）界面、斷層或物探異?？刹捎玫卣鸱瓷洳ǚㄟM行探明，必要時單孔超前鉆探。D級預報：采用地質素描、輔以加深炮孔。5.2.2超前地質預報（地質雷達）方案⑴嚴格按照超前地質預報方案實施，科學組織，正確處理施工進度與超前預報工作的關系。當施工進度與超前預報發(fā)生矛盾時，施工必須為超前預報讓路，以避免盲目施工，確保超前預報實施，并起到指導施工的作用。⑵超前預報人員應能正確使用物探儀器設備，并具備判譯、預報能力。⑶參與超前預報工作的單位應按要求配備預測預報人員與超前探測儀器設備。⑷開展物探預報方法時，各架子隊應予以配合，提供條件。⑸當發(fā)現(xiàn)具有涌（突）水、涌（突）泥（砂），等大型地質災害時，參建各方應及時共同研究分析、提出處理方案及措施意見。5.2.3超前地質預報的內容和方法超前地質預報的目的是根據(jù)隧道圍巖地質復雜程度分級，采用一定的預報技術手段來確定隧道施工掌子面前方及周圍可能發(fā)生突（涌）水（泥）、塌方、掉塊、冒頂、放射性等地質災害風險源的位置、規(guī)模、性質、發(fā)育特征、強度、影響范圍等；對于巖溶隧道，還應對底板的巖溶發(fā)育情況以及巖溶水的賦存規(guī)模以及壓力進行預測。根據(jù)預測與預報的結果，建立災害應急處理方案與薄弱地段的施工方案，為隧道工程施工方案的制訂與風險防范提供動態(tài)可靠的依據(jù)，確保隧道施工地質風險安全可控。超前地質預報工作內容包括：超前地質預報；施工圍巖分級及穩(wěn)定性評價；災害評估及防治工程措施建議3項內容。⑴超前地質預報超前地質預報是隧道施工地質工作最主要的工作內容。其工作分為：既有資料收集；地質調查；洞內外水文調查；監(jiān)測測試；超前地質預測；綜合超前預報和成災警報等五項任務。①既有資料收集既有資料和相關地質成果的收集和分析,對存疑慮的相關重大地質問題和地段,必要時進行踏勘和補充恰當?shù)牡刭|工作。②地質調查：超前地質預報最基礎的工作，其主要內容包括：A.地質觀察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、位置、產狀、破碎帶寬度及構造巖劃分，斷層巖體的圍巖級別劃分及穩(wěn)定性評價。斷層坍方的地質原因，是地質觀察的重點。c.貫穿性節(jié)理——產狀、密度、寬度、延伸情況，節(jié)理面特征、力學性質。分析判斷組合特征、巖體完整性程度，控制局部坍方的構造內因。B.巖溶調查：巖溶規(guī)模（形態(tài)）、位置（洞體里程）、所屬地層和構造部位，充填物（成分、狀態(tài)）、洞體展布的空間關系。③洞內外水文調查A.洞內水文調查a.涌水點(處)調查空間：層位、構造部位、洞圍分布，含水體分布；時間：點(處)間的時效關系；制約：制約因素、補給來源、途徑、連通關系。b.涌水量預測：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；涌水量預測；c.水質水壓測試：包括水壓、水溫、水色、含泥沙量測定；d.危害評估B.洞外水文調查a.氣象觀測。b.重要排泄點、徑流點長期觀測；c.相關巖溶水文地質及環(huán)境水文地質調查調繪：相關巖溶水文調繪、地表坍方、變形調查；試驗：同位素、示蹤等；水質。④超前地質預測A.預測方法超前物探預測法：包括地震反射波法、地質雷達；超前鉆孔預測法：包括超前水平鉆孔、加深炮孔。B.預測有效距離長距離超前地質預測：其預報距離為100～150m。以地震反射波法為主結合地面地質工作綜合預報。短距離超前地質預測：其預報距離為15～30m以內。是在長距離超前地質預報的基礎上，以地質雷達、5～8孔5m加深炮孔和30m超前鉆孔為手段并結合掌子面地質素描工作綜合預報。中長距離超前預測：其預報距離為30～100m，是在長距離超前地質預測的基礎上，針對較大物探異常，以30～100m超前鉆孔為手段并結合掌子面地質素描工作綜合預報。⑤綜合超前預報和成災警報A.綜合超前預報內容地層、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。B.超前地質災害警報內容大型塌方；涌水涌泥；C.預報災害警報方法資料綜合分析法；不良地質前兆預測法；地質災害發(fā)生可能性判斷法。⑵施工圍巖分級和圍巖穩(wěn)定性評價圍巖穩(wěn)定性評價一般分為穩(wěn)定性初步評價和長期穩(wěn)定性評價。①施工圍巖分級，根據(jù)地質調查和物探預報資料確定巖石堅硬程度、完整性，并根據(jù)巖體含水情況劃分施工階段圍巖分級。②圍巖穩(wěn)定性評價：根據(jù)施工圍巖分級、掌子面穩(wěn)定狀態(tài)，綜合評價圍巖穩(wěn)定性。根據(jù)軟弱不利結構面楔體穩(wěn)定性分析，評價圍巖局部穩(wěn)定性，預報拱頂?shù)魤K、側壁片幫等災害。⑶災害評估、防治工程措施建議①災害評估內容：包括超前地質預報、圍巖穩(wěn)定性評價和隧底巖溶探查所反映的大型坍方、涌水涌泥、軟巖變形、圍巖穩(wěn)定性、隧底巖溶坍塌等方面。②災害評估方法：參照表1地質災害分級簡表中地質復雜程度，誘發(fā)環(huán)境問題的程度和結合工程特征評價各類災害對隧道施工安全、質量、工期、環(huán)境的危害評估。③防治工程措施建議：以設計資料為基礎，根據(jù)綜合預報的地質條件，從地質的角度出發(fā)，針對不同地質條件和地質災害及其危害程度，提出安全可行的處理措施建議。5.3超前地質預報（地質雷達）方法測試技術要求地質雷達法主要用于巖溶探測、斷層破碎帶、軟弱夾層等不均勻地質體或者其它含水地質體的探測。5.3.1探測目的體與周邊介質之間應存在明顯介電常數(shù)差異，電磁波反射信號特征明顯；探測目的體具有足以被探測的規(guī)模；不能探測極高電導屏蔽層下的目的體或目的層；測區(qū)附近不能有大范圍的金屬構件、焊接施工或無線電發(fā)射等較強的電磁波干擾。5.3.2地質雷達法預報距離：在泥質和軟弱破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)，一般每次預報距離應為15m，不宜超過20m；地質雷達連續(xù)預報時前后兩次重疊長度應不小于5m。5.3.3地質雷達探測儀器的主要技術指標應滿足下列要求：天線頻率序列可選，由于隧道特殊環(huán)境，宜選擇屏蔽天線（100～1000MHz）；5.3.4地質雷達探測的數(shù)據(jù)采集應符合下列要求：⑴通過試驗確定被探測體介電常數(shù)，合理選擇雷達天線的工作頻率。當探測對象情況復雜時，應選擇兩種及以上不同頻率的天線。當多個頻率的天線均能符合探測深度要求時，應選擇頻率相對較高的天線。⑵測網密度、天線間距和天線移動速度應反映出探測對象的異常，由于工作面通常采用上、下導洞開挖，工作面很狹小，根據(jù)工作面的具體情況，在檢測過程中宜采用兩橫兩豎或一橫三豎的布線方式，如下圖1、2所示?？筛鶕?jù)現(xiàn)場情況靈活布置測線，原則上應盡可能靠近工作面軸心位置，使測線距離盡可能長、盡可能多地采集數(shù)據(jù)，以備后期數(shù)據(jù)的分析處理。圖4兩橫兩豎式圖5一橫三豎式注：工作面上的線條為雷達測線布置線。⑶選擇合適的采集時間窗口和采樣間隔，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集中的干擾變化和效果及時調整工作參數(shù)。地質雷達數(shù)據(jù)采集時的信號觸發(fā)方式一般有3種，即測量輪觸發(fā)、時間觸發(fā)和人工觸發(fā)，宜采用人工觸發(fā)方式。⑷隧址區(qū)內不應有較強的電磁波干擾：現(xiàn)場測試時應清除或避開測線附近的金屬物等電磁干擾物；當不能清除或避開時應在記錄中注明，并標出位置。⑸支撐天線的器材應選用絕緣材料，天線操作人員應與工作天線保持相對固定的位置。測線上的巖體表面應相對平整，無障礙，且天線易于移動；測試過程中，應保持工作天線的平面與探測面基本平行，距離相對一致。⑹現(xiàn)場記錄應注明觀測到的不良地質體與地下水體的位置與規(guī)模等。重點異常區(qū)應重復觀測，重復性較差時應查明原因。5.3.5地質雷達探測質量檢查的記錄與原始記錄應具有良好的重復性，波形一致，異常沒有明顯的位移。5.3.6地質雷達探測的資料整理與解釋應符合下列規(guī)定：⑴地質雷達采集數(shù)據(jù)質量符合要求，雷達剖面應清晰；⑵解釋前應對采集數(shù)據(jù)進行編輯、濾波、增益等處理。情況復雜時，還應進行道分析、FK濾波、正常時差校正、褶積、速度分析、消除背景干擾等處理；⑶結合隧道地質情況、電性特征、探測體的性質和幾何特征綜合分析。必要時考慮影響節(jié)點常數(shù)的各種因素，制作雷達探測的正演和反演模型。5.3.7地質雷達法預報應編制探測報告，內容包括：探測工作概況、采集及解釋參數(shù)、地質解譯結果、測線布置圖（表）、探測時間剖面圖等，其中時間剖面圖中應標出地層的反射波位置或探測對象的反射波組。判斷隧道工作面前方的地質情況，并作出相應的結論與建議。5.4地質信息收集與處理超前地質預報建立一個地質信息系統(tǒng)，通過各種方法收集地質信息，進行綜合分析、判斷，編制信息預報成果由主管技術人員予以復核，并報設計、監(jiān)理。為變更設計和施工提供決策依據(jù)，及時調整施工方法和支護參數(shù)。經分析、整理的地質資料作為施工技術資料存檔。采用新的施工方法和支護參數(shù)后，有從施工過程中獲取新的地質信息，更新地質信息系統(tǒng)，經處理后再次反饋給施工，使地質信息收集、處理系統(tǒng)化。6.勞動組織現(xiàn)場配備技術人員和普通勞工協(xié)助實施。工程師2人，技術人員2人，普通勞工5人。7.材料要求根據(jù)地質超前預報設計確定。8.設備機具配置結合隧道地質圍巖分級、超前地質預報設計，超前地質預報方法配置如下表。表2設備配置表序號設備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量1地震波超前預報探測儀TSP臺12地質雷達SIR-20臺13地質羅盤儀DQY-1型臺24計算機臺25打印機臺16越野汽車輛17照相機臺18放射性、瓦斯探測儀必要時各備1臺臺19.質量控制及檢驗9.1按照超前地質預報實施性施工組織所制定的各項技術指標的要求，嚴格技術交底，做到目的明確、清晰地開展預報工作，使預報質量得到有效的控制，從而切實保證預報的精度和質量。9.2TSP超前探測前應對炮孔及接收器孔進行測量，其參數(shù)應嚴格滿足設計要求；接收器套管安裝要耦合完好；檢測噪音振幅峰值小于-78dB時方可接收數(shù)據(jù)，接收時要保持檢測噪音時最安靜的狀態(tài)，接收到的信號要求初值明顯；曲線隧道預報的終點不能偏離隧道中線30m。9.3在各項現(xiàn)場采集工作結束后，內業(yè)數(shù)據(jù)分析、處理以及報告編寫應及時，成果報告應有編制、復審核。9.4成果報告及時提交給項目部，做到信息化施工。9.5把預報、檢測結果與實際開挖情況進行比對，不斷總結，調整各種參數(shù)、方案組合等，對預報做出修正，提高準確性。9.6提高超前地質預報工作人員的解譯能力，提高預報準確率和預報技術水平。10.安全及環(huán)保要求10.1安全要求10.1.1超前地質預報人員應認真學習、執(zhí)行隧道施工安全規(guī)程，超前鉆探人員還應該認真學習、執(zhí)行鉆探安全技術操作規(guī)程。新參加員工（含臨時工）上崗前，必須經過安全生產教育，具有安全生產的基本知識，并應在班長或技術熟練人員的指導下工作。10.1.2隧道超前地質預報實施過程中應積極識別各種安全危險源，保障人員和機