地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)

地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)方案使用條件及目的超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報是隧道信息化施工的重要組成部分，也是隧道施工中一道重要的施工工序。超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報的目的是采用各種地質(zhì)分析、物探、超前鉆探等手段在隧道施工當中探明前方圍巖地質(zhì)情況，并根據(jù)前方地質(zhì)、水文條件的變化及時調(diào)整施工方法和采取相應(yīng)的技術(shù)措施，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率，從而編制竣工文件提供地質(zhì)資料。超前地質(zhì)預(yù)報的內(nèi)容針對本隧道工程的特點和施工技術(shù)要求，隧道施工期地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報應(yīng)包括以下內(nèi)容：斷層及斷層影響帶的位置、規(guī)模及其性質(zhì)。軟弱夾層的位置、規(guī)模及其性質(zhì)。隧道受巖溶地下水影響程度及巖溶形態(tài)的類型、位置、大小等。隧道內(nèi)圍巖級別變化趨勢。地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作的原則和要求1、超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報是隧道信息化施工的重要組成部分，施工階段應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報納入施工工序進行組織管理。2、地質(zhì)預(yù)測預(yù)報堅持隧道洞內(nèi)探測與洞外地質(zhì)勘探相結(jié)合、地質(zhì)方法與物探方法相結(jié)合、多種物探方法相結(jié)合，開展多層次、多手段的綜合超前地質(zhì)預(yù)報，并貫穿于施工全過稱。3、超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果應(yīng)體現(xiàn)及時性，有異常情況時應(yīng)及時通知決策部門和施工單位，及時采取措施，使不良地質(zhì)體始終處于可控狀態(tài)；在預(yù)報前方地質(zhì)情況正常的情況下，亦應(yīng)將預(yù)報結(jié)果及時通知決策部門和施工單位，使其安排正常施工工序，組織正常施工生產(chǎn)。4、地質(zhì)預(yù)報結(jié)論應(yīng)有書面報告，并及時交由決策部門和施工單位，隊所有預(yù)報資料應(yīng)存檔備案。5、施工過程中應(yīng)將實際開挖的地質(zhì)情況與預(yù)報情況與預(yù)報結(jié)果進行對比分析，及時總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，以指導(dǎo)和改進地質(zhì)預(yù)報工作。超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)是一門掙在發(fā)展中的技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，將逐步得到提高和完善。超前地質(zhì)預(yù)報管理工作也需要在實踐中不斷提高。四、地質(zhì)預(yù)報的方法和手段1、隧道超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報應(yīng)堅持常規(guī)地質(zhì)法、物理勘探法、鉆探法等多種預(yù)報手段綜合運用，取長補短，相互補充和印證的原則。并結(jié)合和隧道工程特點，以及局項目部安排，隧道超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的方法如下表：序號探測手段備注1地質(zhì)素描地質(zhì)素描或數(shù)碼碼成像形成隧道地質(zhì)基基礎(chǔ)資料2物探手段TSP遠距離探測斷層層破碎帶、巖巖層分界面面，用于地地質(zhì)條件負負責(zé)的隧道道3地質(zhì)雷達近距離探測隧底底、掌子面面巖溶4紅外探水探測含水斷層和和溶洞、是是否存在含含水破碎帶帶5地質(zhì)鉆探水平鉆探（300m）斷層、巖溶、瓦瓦斯、重大大物探異常常段等6加長炮孔鉆探（加加長3m）掌子面短距離巖巖溶、地下下水等揭露露2、隧道地質(zhì)超前預(yù)報實施方法1）地質(zhì)分析法，本隧道采用地質(zhì)素描法進行地質(zhì)分析。地質(zhì)素描指正洞洞壁及掌子面素描，具體內(nèi)容主要包括以下幾個方面：（1）工程地質(zhì)①地層巖性，包括地層時代、巖性、巖體產(chǎn)狀等；②斷層，包括斷層性質(zhì)、位置、產(chǎn)狀、破碎帶寬度及構(gòu)造巖劃分，并進行斷層帶巖體的穩(wěn)定性評價；③節(jié)理，包括節(jié)理產(chǎn)狀、密度、寬度、延伸情況、節(jié)理面特性、理學(xué)性質(zhì)，分析組合特征、判斷巖體完整程度；④地應(yīng)力，包括高地應(yīng)力顯示性標志及其發(fā)生部位，如巖爆、軟弱夾層擠出、探孔餅狀巖心等現(xiàn)象；⑤特殊地層，煤層、瀝青層、含膏鹽層和含黃鐵礦層應(yīng)單獨描述；⑥塌方，應(yīng)記錄塌方部位、方式與規(guī)模及其隨時間的變化特征，并分析產(chǎn)生塌方的地質(zhì)原因。（2）水文地質(zhì)①出水點位置、出水狀態(tài)、水量、水壓、水溫、顏色、泥砂含量測定，必要時進行長期觀測；②水質(zhì)分析，判定水對建筑材料的腐蝕性；③出水點和地層巖性、構(gòu)造、巖溶、暗河等的分析；④必要時進行地表相關(guān)氣象、水文觀測，判斷洞內(nèi)涌水與地表徑流、降雨的關(guān)系；⑤必要時應(yīng)建立涌突水點地質(zhì)檔案。（3）巖溶包括巖溶規(guī)模、形態(tài)、位置、所屬地層和構(gòu)造部位，充填成分、狀態(tài)，以及巖溶展布的空間關(guān)系。（4）攝像和影像隧道內(nèi)重要的和具有代表性的地質(zhì)現(xiàn)象應(yīng)進行攝像或錄像。2）物探方法，包括TSP隧道地震波反射法、地震雷達法、紅外探測等。（1）TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)TSP（TunnelSeismicPrediction）是一種新穎、快速、有效、無損的反射地震技術(shù)。它是為隧道超橋地質(zhì)預(yù)報而專門設(shè)計的，其目的在于迅速超前地提供在開挖周圍及前方的三維空間的工程地質(zhì)預(yù)報。TSP方法探測距離遠，對大多數(shù)巖層，從隧道掘進面算起，其探測范圍可以達到前方100米，硬巖層甚至可達200米，最適合長期（長距離）超前地質(zhì)預(yù)報。TSP203現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集包括打接收器孔和爆破孔、埋置接收器管，連接接收信號儀器及爆破接收信號過程等工作。TSP203系統(tǒng)系統(tǒng)在圍巖較好的地段可測出前方100～200m范圍內(nèi)的巖層分界面、巖層的物理性質(zhì)、斷層破碎帶、洞穴、隱伏含水體等。根據(jù)本隧道的技術(shù)要求，本隧道每100m進行一次TSP203探測，每次探測范圍150m，全隧道共需進行20次。根據(jù)局項目部安排，此項物探方法委外施作。探測方法：爆破孔布置：TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)洞內(nèi)布置的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的邊墻上，一般情況下，它是由兩個接收器孔和24個爆破孔組成。接收器距掌子面約55m，在隧道兩側(cè)對稱布置，最后一個爆破孔距掌子面約0.5m。爆破孔間距1.5m，孔深1.5m，孔徑35～38mm,孔口距隧道底約1.0m,向下傾斜10°～20°，接收器與第一個爆破孔間距20m，接收器孔深2.0m，孔徑43～45mm，孔口距隧道底1.0m，向下傾斜5°～10°。TSP203檢測鉆孔平面布置示意圖②埋設(shè)傳感器桿：埋設(shè)傳感器前，先清孔，清除孔底虛碴，放入環(huán)氧樹脂藥卷，插入傳感器套桿，用鉆帶動其鉆動，保證環(huán)氧樹脂藥卷充分攪拌。待傳感器桿固定后，插入傳感器，注意傳感器方向朝向掌子面。③連接家產(chǎn)：把傳感器、檢波器（電腦）、起爆器、同步器連接起來，并檢查其是否正常工作，注意此時起爆器不得與雷管相連。④測量時間：測量時間選在施工交接班時間，要求工作面800m范圍內(nèi)不得有機械作業(yè)和作業(yè)人員作業(yè)，作業(yè)前與現(xiàn)場施工施工員聯(lián)系，以確定停工時間，此時準備好爆破藥卷、電雷管等。⑤裝藥爆破：由最里邊炮孔開始，逐個依次裝藥聯(lián)線，起爆器起爆，裝藥量根據(jù)圍巖情況，一般控制在10～40g左右。⑥成果分析：采用TSP203自帶的軟件分析系統(tǒng)，剔除一些明顯的干擾波，軟件自動分析，自動生成圖表，反映前方圍巖的物體特性，巖層分界線、軟弱帶、斷層的位置等信息。（2）地質(zhì)雷達當TSP203系統(tǒng)預(yù)報前方有溶洞、暗河水體、巖體層面等不良地質(zhì)時，其規(guī)模、形態(tài)需要具體了解，就需用地質(zhì)雷達進行探測。根據(jù)局項目部安排，此項物探方法委外施作。探測方法：在開挖掌子面上，以上、中、下水平和左、右為骨架布置若干水平測線和豎線測線向前方探測，每條測線可構(gòu)成一條剖面，各條剖面上的綜合地質(zhì)信息即構(gòu)成了前方一定范圍內(nèi)的空間地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)。測線的密度可視所探測地段的圍巖地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度和所要求的探測控制精度選定，圍巖約負責(zé)，要求的控制精度越高，則測線密度就越大，反之越小。根據(jù)探測資料，首先對各方面剖面進行綜合分析，定性判定前方地質(zhì)情況并定量確定有關(guān)異常體、條、帶等位置、深度及其空間分布情況，再結(jié)合具體的地質(zhì)條件（如斷層、節(jié)理、裂隙與隧道走向的夾角和傾角及其對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響程度）、地壓因素（靜壓、動壓和二次平衡壓），詳細劃分和界定圍巖類別，以便主動采取超前支護措施。根據(jù)本隧道的技術(shù)要求，本隧道地質(zhì)雷達預(yù)測每25m進行一次，每次探測范圍15m，全隧道共需進行79次探測。圖4.4.6-1地質(zhì)雷達測線布（3）紅外線探水法 采用HY—303防爆紅外線探測儀進行超前防水預(yù)測預(yù)報，紅外探水如下圖所示。A：供電電極；M/N;測量電極；B：相對無窮遠點（AB>300m）；p：含水體接觸點紅外探水儀示意圖了解掘進前方10～30米范圍內(nèi)是否存在含水斷層和溶洞、是否存在含水破碎帶。向兩壁外側(cè)探測了解兩壁外側(cè)是否存在隱伏水體、是否存在與隧道走向成小角度斜交的斷層、是否存在溶洞。根據(jù)本隧道的技術(shù)要求，本隧道紅外探水預(yù)測每25m進行一次，每次探測范圍30m，全隧道工需進行79次探測，根據(jù)局項目部安排，次項物探方法委外施作。隧道施工進程中應(yīng)用HY—303型防爆型紅外線探測儀對前方30m范圍內(nèi)進行含水層的定性探測。探測方式為：①掌子面上3*3網(wǎng)格上九個點溫度或熱輻射數(shù)據(jù)。②掘進后面掌子面方向靠近掌子面50m內(nèi)左邊墻、拱部、右邊墻紅外輻射場數(shù)據(jù)曲線，也成為背景趨勢曲線。判別標準：一般式是利用掌子面上探測數(shù)據(jù)兩點間最大讀書差值，參考背景趨勢曲線，來判斷前方含水可能性。3）鉆探方法鉆探方法是最直觀、可靠的超前預(yù)報手段，對來自物探或其他方法認為重點懷疑地段，采用鉆探探測，通過對鉆孔取巖心，并利用巖心作式樣進行試驗的分析，鉆孔鉆速測試根據(jù)鉆機在巖石中的鉆進速度和巖石特性之間的關(guān)系來判斷，判斷地層變化、巖性差異、地層含水量等信息。鉆孔布置：一般在施工面布置不少于3個超前鉆孔，部分巖層破碎地段或斷層破碎帶需增加鉆孔數(shù)，以不少于5個孔為宜，位置位于斷面上半部分中間。鉆孔布設(shè)如下圖（正常情況下只用上部三個孔）：探孔布置示意圖每個斷面設(shè)五個超前探水孔，進行超前地質(zhì)預(yù)報和探測，現(xiàn)場施作時可根據(jù)圍巖情況進行增減和調(diào)整位置。（2）鉆孔方法：水平超前鉆孔平行于隧洞軸線。按物探方法預(yù)報提供的不良地質(zhì)里程位置，在距不良地質(zhì)10～15m處，停止開挖，在開挖面進行鉆孔，鉆孔直徑φ75mm，鉆孔長度為穿過不良地質(zhì)，必要時并取芯。鉆孔終孔點須在隧道開挖輪廓線外不大于5～7m。其鉆孔方向，其鉆孔的水平角、傾角以及鉆孔在開挖面上的位置須按平面、刨面坐標進行計算，并按設(shè)計推算可能見不良地質(zhì)點位置。鉆探應(yīng)符合下列規(guī)定：①鉆探口徑和鉆具規(guī)格應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定。②成孔口徑應(yīng)滿足取樣、測試和鉆進工藝的要求。③應(yīng)嚴格控制非連續(xù)取芯鉆進的回次進尺，使圍巖分界精度符合要求。④巖芯鉆探的巖芯采取率，對完整和較完整巖體不應(yīng)低于80%，較破碎.巖體不應(yīng)低于65%；對需重點查明的部位（滑動帶、軟弱夾層等）應(yīng)采用雙層巖芯管連續(xù)取芯。(2)鉆孔長度：根據(jù)現(xiàn)有機具和鉆孔經(jīng)驗以及本隧道的技術(shù)要求，本隧道每次水平鉆孔深度取30m左右，全隧道均需進行超前鉆孔。在綜合地質(zhì)超前預(yù)報中的各種方法中，TSP203作業(yè)快，測距長，干擾相對少，可以與多種預(yù)測法結(jié)合應(yīng)用，但精度不高，解釋難度大，適于作長距離預(yù)測；地質(zhì)雷達可以準確測定段距離內(nèi)隧道四周和底部的空洞、水體情況，可補充TSP203系統(tǒng)的不足;d地質(zhì)鉆探基本可以揭示地下水及圍巖物體力學(xué)性能，但干擾大，用時長，費用高。而加長炮孔鉆探設(shè)備簡單、操作方便、費用低、占用隧道施工時間短，在巖溶地段效果加好。因此施工中應(yīng)采取多種預(yù)報手段綜合運用，取長補短，相互補充和印證，確保地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報的準確性。六、預(yù)報工作技術(shù)要求1、地質(zhì)素描，隨開挖進行，一般地段10m素描一次，負責(zé)地段每循環(huán)進行一次，包括掌子面、左右邊墻、拱頂及隧底。2、超前水平鉆孔，全隧道均需施作，一般每循環(huán)25m；斷層、節(jié)理密集帶或其它破碎富水地層每循環(huán)可只鉆3孔；巖溶發(fā)育區(qū)每循環(huán)鉆5個孔。3、TSP全隧道需施作，100m進行一次預(yù)報，每次預(yù)報有效長度150m。4、地質(zhì)雷達全隧道均需施作，25m進行一次預(yù)報，每次預(yù)報有效長度30m，連續(xù)時前后兩次重疊長度在5m。5、紅外探測全隧道均需施作，25m進行一次預(yù)報，每次預(yù)報有效長度30m，連續(xù)預(yù)報時前后兩次重疊長度在5m。七、預(yù)報資料編制1、地質(zhì)分析法，應(yīng)編制資料：1）掌子面素描圖2）特殊地段縱、橫斷面圖3）隧道竣工工程地質(zhì)縱斷面圖2、TSP隧道地震震波反射法法預(yù)報應(yīng)編編制探測報報告，內(nèi)容容包括探測測工作概況況、地質(zhì)解解譯結(jié)果、分分析處理波波形圖、頻頻譜圖、深深度偏移剖剖面圖、二二維成果顯顯示圖及巖巖體物理力力學(xué)參數(shù)表表3、地質(zhì)雷達法預(yù)預(yù)報應(yīng)編制制探測報告告，內(nèi)容包包括探測工工作概況，地地質(zhì)解譯結(jié)結(jié)果、測線線布置圖（表表）、探測測剖面圖、采采集及解釋釋參數(shù)。4、紅外探測預(yù)報報應(yīng)編制探探測報告、內(nèi)內(nèi)容包括探探測工作的的概況、地地質(zhì)解譯結(jié)結(jié)果、掌子子面探測數(shù)數(shù)據(jù)圖、左左右邊墻及及拱頂三條條測線的探探測曲線圖圖。5、超前水平鉆探探預(yù)報應(yīng)編編制探測報報告、內(nèi)容容包括工作作概況、鉆鉆孔探測結(jié)結(jié)果、鉆孔孔綜合柱狀狀圖。6、綜合分析探測測報告及災(zāi)災(zāi)害警報，內(nèi)內(nèi)容包括工工作概況、采采用的各種種預(yù)報手段段及預(yù)報結(jié)結(jié)果、相互互印證情況況，綜合分分析預(yù)報結(jié)結(jié)論、災(zāi)害害警報、施施工方法和和施工技術(shù)術(shù)建議。7、超前地質(zhì)預(yù)報報工作應(yīng)編編制周報、月月報、年報報。八、地質(zhì)預(yù)測預(yù)預(yù)報設(shè)備、儀儀器序號探測設(shè)備、數(shù)量量、方法備注1地質(zhì)羅盤儀二臺地質(zhì)素描形成隧道地質(zhì)基基礎(chǔ)資料2TSP203一臺委外遠距離探測斷層層破碎帶、巖巖面分界面面3地質(zhì)雷達一臺委外近距離探測隧底底、掌子面面巖溶4紅外線控測儀一臺委外近距離探測含水水斷層和溶溶洞、是否否存在含水水破碎帶5地質(zhì)鉆機一臺水平鉆探斷層、溶巖、瓦瓦斯、重大大物探異常常段等九、人員及組織織機構(gòu)設(shè)置置在局項目部的領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)下，我我項目部成成立以總工工程師為組組長，相關(guān)關(guān)部門負責(zé)責(zé)人、各作作業(yè)隊技術(shù)術(shù)負責(zé)人為為組員的超超前地質(zhì)預(yù)預(yù)測預(yù)報小小組組長：XX副組長：XX組員：XX各隧道施工隊成成立相應(yīng)的的超前地質(zhì)質(zhì)預(yù)測預(yù)報報小組，并并在經(jīng)理部部的領(lǐng)導(dǎo)下下，按照職職責(zé)分工、責(zé)責(zé)任協(xié)調(diào)、歸歸口管理各各自負責(zé)管管段內(nèi)的隧隧道超前地地質(zhì)預(yù)測預(yù)預(yù)報工作。十、安全措施1、TSP203