隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)的研發(fā)-1課件

隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)的研發(fā)發(fā)表人：馬空軍吉草高速B20標(biāo)隧道施工QC小組二○一○目錄1、QC小組簡介2、課題研發(fā)背景3、課題選擇理由4、確定目標(biāo)5、提出各種方案并確定最佳方案6、制定對策7、對策實施8、效果確認(rèn)9、標(biāo)準(zhǔn)化10、總結(jié)與展望一、QC小組簡介二、課題研發(fā)背景----工程項目概況我標(biāo)段臥牛山隧道為雙線四車道分離式公路隧道，左線隧道長750米，最大埋深87米，起止里程為：LK299+010～LK299+760；右線隧道長766米，最大埋深89米，起止里程為：RK298+973～RK299+739。隧道洞身穿越Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖，基巖以全風(fēng)化～弱風(fēng)化花崗巖為主，地下水位均在洞頂以上，巖體基本質(zhì)量影響因素主要為地下水。其中Ⅳ、Ⅴ級圍巖段節(jié)理發(fā)育～較發(fā)育，呈碎塊狀，裂隙豐富，巖體強度很低，穩(wěn)定性差，成洞困難，且有囊狀強風(fēng)化巖體區(qū)域，易發(fā)生塌方；Ⅱ、Ⅲ級圍巖段節(jié)理不甚發(fā)育～發(fā)育，基本穩(wěn)定，局部易發(fā)生塌方或可能有掉塊和小塌方。

因此，塌方的預(yù)防與處理是臥牛山隧道施工技術(shù)和管理的重點和難點。

三、課題選擇理由（一）施工安全、進度、效益要求1、吉林省大部分地區(qū)地勢平緩，已建和在建公路、鐵路工程中隧道工程的比例相對很少，地方政府及業(yè)主、監(jiān)理單位缺乏足夠的隧道施工經(jīng)驗和常識，只對隧道施工安全事故、安全隱患提心吊膽。2、業(yè)主在施工承包合同文本和多次正式會議中明確：隧道發(fā)生塌方盡管是很平常的事，但不是正常的事；因塌方導(dǎo)致的損失和處理塌方的所有費用均由施工單位自行承擔(dān)，施工中必須按有關(guān)規(guī)范嚴(yán)格做好超前地質(zhì)預(yù)報和監(jiān)控量測工作。3、在公司和經(jīng)理部高度重視和大力支持下，吉草高速公路臥牛山隧道在整個施工過程中，一直按有關(guān)規(guī)范、連續(xù)進行隧道超前地質(zhì)預(yù)報，具有課題開發(fā)的可行性。三、課題選擇理由（二）問題的提出1、在臥牛山隧道施工過程中，如何預(yù)防和避免出現(xiàn)塌方事故，既是施工安全管理、進度控制、效益保證的關(guān)鍵，也是展示企業(yè)品牌和技術(shù)水平的機會。2、我QC小組成員原擬采用超前地質(zhì)鉆探、掌子面地質(zhì)素描、超前炮孔等常規(guī)方法進行隧道超前地質(zhì)預(yù)報，但是以上方法通過以往實踐經(jīng)驗證明：其預(yù)測準(zhǔn)確性、預(yù)測長度和避免工序干擾方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。3、值得一提的是：經(jīng)過多渠道統(tǒng)計，以上超前地質(zhì)預(yù)報常規(guī)方法的準(zhǔn)確性僅為30%--50%。因此，這些常規(guī)方法在隧道施工安全保障性、可操作性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。并制定了研發(fā)進度計劃圖：

四、確定目標(biāo)（一）課題目標(biāo)：

1、在不影響工期的合同前提下，及時準(zhǔn)確地查清臥牛山隧道開挖工作面前方工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，有效降低隧道地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機率，預(yù)防和避免掌子面出現(xiàn)塌方事故造成不必要的損失。

2、研發(fā)“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”，將隧道超前地質(zhì)預(yù)報的預(yù)測準(zhǔn)確度提高到70%及以上。（二）目標(biāo)值：

1、實現(xiàn)臥牛山隧道掌子面出現(xiàn)塌方小于3次，人員0傷亡，機械0損壞。2、“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”預(yù)測準(zhǔn)確度≧70%。五、提出各種方案并確定最佳方案（一）方案的提出

2009年4月25日至30日，我QC小組成員通過各種渠道，查詢并整理出包括多種超前地質(zhì)預(yù)報方法的系統(tǒng)圖（詳見下頁），為“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”研發(fā)方案的提出奠定了理論基礎(chǔ)和方法論。

由于受各種條件的限制，本系統(tǒng)圖中每種預(yù)報方法都有各自的優(yōu)缺點，我們只能有選擇性地將它們中的兩種或多種方法組合在一起，構(gòu)成“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”，使它們各自揚長避短、各顯神通。五、提出各種方案并確定最佳方案（一）方案的提出

由于受各種條件的限制，系統(tǒng)圖中每種預(yù)報方法都有各自的優(yōu)缺點，我們只能有選擇性地將它們中的兩種或多種方法組合在一起，構(gòu)成“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”，使它們各自揚長避短、各顯神通。通過采用“排除法”，我們QC小組成員初步選擇了以下幾種相對適合的方法作為“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”的組合因子：地質(zhì)分析法、超前水平鉆孔法、地質(zhì)雷達探測法、隧道地震波預(yù)報法（簡稱：TSP）。同時，我們QC小組成員運用“頭腦風(fēng)暴法”提出以下幾種組合方案：A．地質(zhì)分析法+超前水平鉆孔法；B．地質(zhì)分析法+超前水平鉆孔法+地質(zhì)雷達探測法；C．地質(zhì)分析法+超前水平鉆孔法+隧道地震波預(yù)報法（TSP法）；D．地質(zhì)分析法+地質(zhì)雷達探測法+隧道地震波預(yù)報法（TSP法）。五、提出各種方案并確定最佳方案（二）方案的比選--1（三）確定最佳方案

經(jīng)過對各種組合方案進行認(rèn)真對比分析后，我們QC小組確定選擇：

適用范圍最廣、預(yù)報距離最長、安全性最高、對施工干擾性最低、最具有經(jīng)濟性、準(zhǔn)確性和高效性的最佳組合方案——“地質(zhì)分析法+地質(zhì)雷達探測法+隧道地震波預(yù)報法（TSP）”。

從而，構(gòu)成“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”。六、制定對策選定最佳方案后，我們QC小組成員根據(jù)實際情況，討論確定了“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)實施流程圖”。隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)實施專業(yè)化小組設(shè)置專業(yè)儀器配備地質(zhì)理論知識和儀器操作方法學(xué)習(xí)隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)現(xiàn)場探測綜合預(yù)報系統(tǒng)實施成果、方法總結(jié)是否成功？不成功成功六、制定對策同時，我們QC小組成員根據(jù)流程圖，認(rèn)真制定了相應(yīng)的研發(fā)對策。詳見以下《隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)研發(fā)對策表》。★專業(yè)儀器配備

RIS-K2型探地雷達

TSP-200型儀器B.合理設(shè)置研發(fā)活動基金和獎勵條例為激發(fā)和保持經(jīng)理部技術(shù)人員、現(xiàn)場施工人員加入QC小組活動中來，促進QC科研課題的正常開展，經(jīng)理部專門設(shè)置了QC小組活動基金；為帶動QC小組成員的科研積極性，確保科研課題能夠盡快取得成果，QC小組專門制定了QC科研課題獎勵條例，將獎勵條例已寫入《經(jīng)理部施工技術(shù)管理辦法》，并已紅頭文件的形式下發(fā)給經(jīng)理部全體員工。實施效果：1、經(jīng)理部QC小組兩天內(nèi)迅速成立，核心成員共8人，現(xiàn)場配合人員10人。2、經(jīng)理部QC小組從無到有，每月?lián)碛?000元的活動資金，經(jīng)常與公司和集團公司超前地質(zhì)預(yù)報負(fù)責(zé)人保持聯(lián)系、溝通和交流。3、經(jīng)理部QC小組活動正常開展，得到現(xiàn)場施工隊伍的擁護和歡迎，“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報”研發(fā)過程基本不影響施工工序和進度。實施二：理論知識培訓(xùn)和儀器操作練習(xí)A.組長、副組長加強自身學(xué)習(xí)，鼓勵組員參與培訓(xùn)討論1、QC小組組長、副組長帶領(lǐng)組員查閱地質(zhì)理論知識、學(xué)習(xí)超前地質(zhì)預(yù)報儀器使用說明書、熟悉隧道設(shè)計圖紙、掌握超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)的實施辦法。2、激發(fā)和鼓勵小組成員參與知識培訓(xùn)、操作方法學(xué)習(xí)和實施步驟討論等。B.嚴(yán)格執(zhí)行考核和獎罰制度1、當(dāng)QC小組成員參加培訓(xùn)和學(xué)習(xí)后，經(jīng)理部將不定期對小組成員進行內(nèi)業(yè)、外業(yè)考核，并根據(jù)考核成績進行適當(dāng)?shù)莫劻P。2、在QC小組研發(fā)活動期間，小組成員不得出現(xiàn)無故遲到、早退、缺席等違反活動紀(jì)律的行為，否則，經(jīng)理部將對其進行相應(yīng)的處罰。實施效果：

QC小組全體成員都掌握了地質(zhì)理論知識和隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)的原理，對課題的研發(fā)打下了堅實的理論基礎(chǔ)和智力基礎(chǔ)。實施三：超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)現(xiàn)場探測A.制定臥牛山隧道超前地質(zhì)預(yù)報計劃

2、臥牛山隧道右洞超前地質(zhì)預(yù)報計劃表B.根據(jù)人員水平、設(shè)備性能、系統(tǒng)特征進行合理調(diào)整1、根據(jù)QC小組討論研究決定：

劉功大負(fù)責(zé)超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)的總體實施組織安排；

馬空軍并負(fù)責(zé)TSP探測方法的具體實施；

吳袁華負(fù)責(zé)地質(zhì)雷達超前預(yù)報的具體實施；

李鐵義負(fù)責(zé)地質(zhì)分析法預(yù)報具體實施。2、鑒于TSP200每次探測距離為200～300m、RIS-K2型地質(zhì)雷達每次探測距離為20～30m、地質(zhì)分析法每次探測距離為2～5m，必須綜合安排超前地質(zhì)預(yù)報的方式、時間。具體安排如下：

a.在隧道左、右洞口起點里程必須采用地質(zhì)雷達提前探測30m；b.在隧道暗洞起點里程必須采用TSP200和地質(zhì)雷達各自進行探測，并進行探測結(jié)果綜合對比分析；c.進入洞身后，隧道每隔290米進行一次TSP200探測，搭接10米；每隔25米進行一次地質(zhì)雷達探測，搭接5米；d.隧道地質(zhì)分析在每循環(huán)開挖前進行。E.超前地質(zhì)預(yù)報工序納入正式施工工序

1、超前地質(zhì)預(yù)報小組長與施工班長必須保持密切聯(lián)系，小組長和施工班長都必須高度重視超前地質(zhì)預(yù)報工作的必要性、連續(xù)性、準(zhǔn)確性。2、當(dāng)每次將施工至計劃探測里程時，施工班長及時通知小組長安排技術(shù)人員進行探測預(yù)報，做好探測記錄，在下道工序開始前半個小時必須出具探測報告給施工班長，以便班組進行必要的施工準(zhǔn)備和調(diào)整。3、施工班長要在每次地質(zhì)預(yù)報前調(diào)整工序和人員機械安排，為地質(zhì)預(yù)報工序提高足夠且合理的時間，將超前地質(zhì)預(yù)報作為隧道施工過程的重要工序。實施效果：1、目前，臥牛山隧道已貫通，通過以上幾項實施措施整個施工期間掌子面僅出現(xiàn)2次塌方，且實現(xiàn)了人員0傷亡、機械0損壞。2、臥牛山隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報過程中實現(xiàn)了“專業(yè)化、程序化、規(guī)范化、系統(tǒng)化”，探測準(zhǔn)確度達到71.83%。八、效果確認(rèn)（一）效果檢查

依靠組建專業(yè)化的超前地質(zhì)預(yù)報實施小組，將超前地質(zhì)預(yù)報工序真正納入施工工序，通過小組成員的規(guī)范操作、充分比對、認(rèn)真分析和系統(tǒng)歸納，我們QC小組已研發(fā)出一套“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”，臥牛山隧道掌子面出現(xiàn)塌方僅2次，且人員0傷亡，機械0損壞；同時，將超前地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確度從30%～50%提高到71.83%，并實現(xiàn)隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作的“四化”和“三性”。

通過探測過程可以看出“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”已經(jīng)正常順利地實施，目標(biāo)值已實現(xiàn)。（二）主要創(chuàng)新點

1、組建了專業(yè)化的超前地質(zhì)預(yù)報QC小組，將超前地質(zhì)預(yù)報工序真正納入施工工序。2、研發(fā)出一套“隧道超前地質(zhì)綜合預(yù)報系統(tǒng)”，將超前地質(zhì)預(yù)報的預(yù)測準(zhǔn)確度從30%～50%提高到71.83%。