某隧道軌道交通工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案

目錄1、工程概況．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2．超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作目的及任務(wù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83．超前地質(zhì)預(yù)報(bào)組織機(jī)構(gòu)及職責(zé)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．94、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)總體方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．95、工作量預(yù)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．356、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)間安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．387、地質(zhì)預(yù)報(bào)主要設(shè)備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．388、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．389、其它．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．391、工程概況1.1工程范圍及說明某隧道是xx市軌道交通一號(hào)線（沙坪壩～大學(xué)城段）雙碑北站～賴家橋站區(qū)間的一部分，兩側(cè)與高架橋線路連接，隧道右線起點(diǎn)里程為K23+808.000，隧道右線終點(diǎn)里程為K28+137.000，全長約4.329km，是目前國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域擬建的最長山嶺隧道，屬長大山嶺隧道。某隧道進(jìn)洞口位于沙坪壩區(qū)中冶十八局預(yù)置構(gòu)件廠背后某的東麓山坡，線路標(biāo)高232.060m，出洞口位于陳家灣鎮(zhèn)香蕉園村常五間社某西麓的山坡上，線路標(biāo)高302.080m，隧道橫穿某山脈。線路走向基本垂直于某隧道進(jìn)口端為曲線，其余段為直線。K23+808.000（進(jìn)洞口）～K23+998.863為505m半徑的曲線，線間距由5.05m漸變?yōu)?.6m，K23+998.863～K28+137.000（出洞口）為直線，線間距為4.6m。線路以3‰的上坡進(jìn)洞，坡長92m，而后變坡為27‰的上坡，坡長2750m，再變坡為3‰的下坡至出洞口坡長1487m，最大埋深約270m，除洞口段外均為深埋隧道。1.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況1.2.1工程地質(zhì)條件隧址屬構(gòu)造剝蝕丘陵、熔蝕低山區(qū)。構(gòu)造剝蝕深丘區(qū)，包括兩段，位于低山兩側(cè)。進(jìn)洞口海拔高程200～270m，相對(duì)高差70m，地面坡度200～350，地面破壞比較強(qiáng)烈，切割深度20m～50m。出洞口一帶海拔280～320m，相對(duì)高差不大，地面坡度一般250左右，局部可達(dá)800～900巖性差異風(fēng)化切割深度可達(dá)十米。某隧道進(jìn)口位于某東麓—東西相對(duì)寬緩谷地，地形較緩，地表覆蓋層為第四系坡積層和殘積層，下伏基巖為侏羅系新田溝組～自流井組砂巖與泥巖互層，未見不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，出洞條件較好。洞身基本位于構(gòu)造溶蝕低山地區(qū)，山之兩側(cè)為陡峭砂巖，中部為地形較平的巖溶槽谷，海拔高程一般在450～500m。某隧道沿線出露地層有第四系填土、粉質(zhì)粘土、侏羅系珍珠沖組和三疊系須家河組～嘉陵江組地層。1.2.2水文地質(zhì)條件沿線地下水可劃分為第四系松散層孔隙水，碎屑巖類孔隙裂隙水和碳酸巖裂隙熔巖水。1.2.3可能的不良地質(zhì)條件擬建隧道走向2700，與地質(zhì)構(gòu)造線基本呈正交，隧道穿過觀音峽背斜軸部，為深埋隧道，圍巖主要為II～I(xiàn)V級(jí)，具有良好的成洞條件。可能的不良地質(zhì)有：隧道通過的嘉陵江組石灰?guī)r巖溶較發(fā)育，由于受背斜兩翼地層的限制，本地石灰?guī)r地層近似一個(gè)“天然水槽”，巖溶水豐富，由于本隧道位于侵蝕基準(zhǔn)面以上，不排除隧道掘進(jìn)過程中遭遇暗河或者巖溶管道水的可能，而在遇溶洞發(fā)生突水時(shí)，水中常攜帶大量泥沙，危害性大。隧道開挖，將打破地下水原有平衡，可能引起地表塌陷。隧道所通過的須家河組1、3、5段為含煤層瓦斯含量較低，但在施工中仍應(yīng)采取一定檢測和預(yù)防措施。1.2.4區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)概況(1)區(qū)域地質(zhì)地層：本隧道所要遇到的最老地層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組地層，根據(jù)區(qū)域資料推測，在背斜軸部還可能出現(xiàn)更老的飛仙關(guān)組地層。除白堊系、第三系缺失外，自三疊系至第四系均有不同程度的發(fā)育：巖層主要為一套海相、淺海相碳酸巖鹽、碎屑巖和內(nèi)陸河湖相碎屑巖沉積；巖性有灰?guī)r、白云巖、角礫巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)巖、砂巖等?；?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、角礫巖等碳酸巖鹽主要出露于背斜軸部，呈長條狀展布；砂巖、泥質(zhì)巖等主要出露于背斜兩翼。地質(zhì)構(gòu)造及地震：軌道交通一號(hào)線某隧道位于川東南弧形地帶，華鎣山帚狀褶皺束東南部。構(gòu)造骨架形成于燕山期晚期褶皺運(yùn)動(dòng)。某隧道走向穿越觀音峽背斜(詳見構(gòu)造綱要圖)，構(gòu)造線多呈NNE～SSW向，區(qū)域大型斷層少；節(jié)理（裂隙）發(fā)生與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，以走向NEE～SWW和走向NW～SE兩組較為發(fā)育。觀音峽背斜是線路穿越的主要構(gòu)造，嘉陵江組下段灰?guī)r組成背斜軸，須家河組砂巖組成背斜兩翼，地勢陡峭。地震：據(jù)有關(guān)歷史地震記載和近期地震觀測資料，1989年11月20日距xx40多公里的渝北區(qū)統(tǒng)景鎮(zhèn)（北緯29°51′，東經(jīng)106°57′）發(fā)生的5.2～5.4級(jí)地震，震中裂度6度，是xx地區(qū)有地震記載以來震中距xx最近，震級(jí)最強(qiáng)的首次破壞性地震，以前xx及鄰區(qū)的地震震級(jí)皆小，地震裂度小于6度，屬地震頻率高，震級(jí)小的弱震區(qū)。2008年5月12日四川汶川發(fā)生里氏8級(jí)地震，xx地區(qū)有明顯震感，地震烈度相當(dāng)于5度。(2)區(qū)域水文地質(zhì)軌道交通一號(hào)線某隧道區(qū)沿線基巖大片出露，第四系覆蓋層厚度小，背斜兩翼覆蓋少，槽谷區(qū)覆蓋嚴(yán)重；槽谷地區(qū)分布碳酸鹽巖，背斜兩翼分布砂巖泥巖互層的陸相碎屑巖。地下水富水性受地形地貌、巖性及裂隙發(fā)育程度控制。地下水受大氣降雨和地面池塘水體滲漏補(bǔ)給，隧道沿線大氣降水豐沛，地下水補(bǔ)給條件良好。一般情況下，第四系松散層含孔隙水，砂巖含孔隙裂隙水(主要為裂隙水)，碳酸鹽巖含裂隙巖溶水，泥巖為相對(duì)隔水層。根據(jù)沿線地下水的賦存條件、水理性質(zhì)及水力特性沿線地下水可劃分為第四系松散層孔隙水，碎屑巖類孔隙裂隙水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水。1)第四系松散層孔隙水：主要分布在第四系崩坡積層、殘坡積層土層中，多為局部性上層滯水，水量小，動(dòng)態(tài)幅度大，水質(zhì)成分由含水介質(zhì)的性質(zhì)決定。崩積、殘積、坡積層中的地下水，水質(zhì)較好，化學(xué)成分屬HCO3～Ca、Na型，礦化度低，對(duì)混凝土無侵蝕性。泉水流量一般小于或等于0.01L/s。2)碎屑巖類孔隙裂隙水：包括風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水，風(fēng)化裂隙水分布在淺表基巖強(qiáng)風(fēng)化帶中，為局部性上層滯水或小區(qū)域潛水，水量小，受季節(jié)性影響大，各含水層自成補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)。構(gòu)造裂隙水分布于厚層塊狀砂巖層中，以層間裂隙水或脈狀裂隙水形式儲(chǔ)存，泥巖相對(duì)隔水；水量稍大，動(dòng)態(tài)稍穩(wěn)定，泉水流量小于或等于0.08升/秒，為區(qū)域性潛水或局部承壓水。地下水水質(zhì)好，礦化度低，小于0.1g/L，水化學(xué)成分屬HCO3――Ca型或HCO3―Ca、Na型，周邊群眾多有遠(yuǎn)道來取水飲用。對(duì)混凝土無侵蝕性、溶蝕性。3)碳酸鹽巖裂隙巖溶水：含水巖組為三疊系中統(tǒng)雷口坡組、下統(tǒng)嘉陵江組，并以嘉陵江組為主要巖溶含水巖組。從地質(zhì)構(gòu)造部位看主要分布于觀音峽背斜軸部，而軸部的縱張裂隙發(fā)育給巖溶的和地下水的補(bǔ)給提供了良好的條件。巖性是控制巖溶發(fā)育強(qiáng)度的主要內(nèi)因，軸部多形成帶狀溶蝕槽谷，兩側(cè)為須家河組砂巖組成的山脊所隔，須家河底部的頁巖起隔水作用，使地下水沿巖溶槽谷展布的方向（南北向）作縱向徑流方式分明流、伏流（地下河）頻繁交替，互相銜接，巖溶水較豐富。水化學(xué)成分單一，水質(zhì)為重碳酸鈣型水，礦化度一般在0.3g/L以下。泉流量0.1～10L/s。根據(jù)區(qū)域資料，觀音峽背斜軸部某隧道通過段地下水流向由南向北，在北碚附近向嘉陵江排泄，水量豐富，枯季逕流模數(shù)＞6L/s·km2。從1：20萬水文地質(zhì)圖可知，本區(qū)地面分水嶺在擬建隧道以南20km的白市驛一帶，地下水分水嶺與地表分水嶺基本一致，地下水呈條帶狀分布于背斜軸部，本隧址區(qū)地下水由南向北作縱向徑流和排泄。區(qū)內(nèi)巖溶槽谷發(fā)育，形態(tài)多樣。本區(qū)巖溶發(fā)育經(jīng)歷了較長的發(fā)育期，在第三紀(jì)末已初具規(guī)模，現(xiàn)代的分布標(biāo)高主要在500米以上，其溶洞、暗河一般為干洞、干河；槽洼、槽溝的形態(tài)主要形成于更新世（200萬～300萬年左右），大致形成了5～6層溶洞。地下水體系以暗河、溶洞的發(fā)育為主，其中處于水平循環(huán)帶的暗河、溶洞中的地下水作近于水平的運(yùn)動(dòng)，不斷地向侵蝕基準(zhǔn)面靠近，這種地下水對(duì)隧道建設(shè)影響不大；處于垂直循環(huán)帶的地下水運(yùn)動(dòng)方向垂直向下，可分為裂隙水和管道水，前者為散水、散流，水量小，對(duì)隧道影響較??；后者為管道流，在隧道施工中形成突水，其特點(diǎn)是流量大、壓力高，有泥沙涌出的可能，危害大。(3)地形及地貌根據(jù)區(qū)域資料，xx宏觀地貌景觀呈平行嶺谷低山丘陵地貌景觀，地貌格局嚴(yán)格受大地構(gòu)造控制，背斜成山，向斜成谷。軌道交通一號(hào)線某隧道屬于中部構(gòu)造低山區(qū)。海拔高程：220～580m左右，進(jìn)洞口高程232m，出洞口高程約304m，區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)（里程K27+300以南）583m。1)進(jìn)洞口丘陵區(qū)：即道路里程K23+800～K24+200段，長400余米，屬構(gòu)造剝蝕中～深丘地貌，其組成地層主要為自流井組，部分為珍珠沖組。本區(qū)海拔高程228～300米左右，地形坡角10～20°,地形較平緩，相對(duì)高差10～30米。隧道埋深20～60m；洞口里程K23+830，軌頂設(shè)計(jì)高程232.05；里程K23+800～K23+830（長約30m）段為高架橋段。2)東麓低山區(qū)道路里程K24+200～K25+200，長1000余米，屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，其組成地層主要為珍珠沖組、須家河組。本區(qū)海拔高程300～532米左右，地形坡角30～50°,地形較陡，相對(duì)高差50～70米。隧道埋深70～220m；軌頂設(shè)計(jì)高程245.7～269m。3)巖溶槽谷區(qū)本區(qū)位于道路里程K25+200～K27+200，長約2000余米，地貌上具有比較明顯的“兩槽一脊”的特征，巖溶對(duì)稱發(fā)育，可進(jìn)一步分為：東側(cè)槽谷區(qū)：道路里程K25+200～K26+150，長950余米，組成地層主要為雷口坡組、嘉陵江組。本區(qū)海拔高程510～530米左右，地形坡角5～10°,地形較平緩，相對(duì)高差10～30米左右；最低處以上、下堰為代表，高程496m左右。隧道埋深205～270m；軌頂設(shè)計(jì)高程269～290m。西側(cè)槽谷區(qū)：道路里程K26+150～K27+200，長1050余米，其組成地層與東槽區(qū)相同，仍為雷口坡組、嘉陵江組。本區(qū)海拔高程510～543米左右，地形坡角5～10°,地形較平緩，相對(duì)高差10～30米左右；最低處以余家灣水庫為代表，高程483m左右。隧道埋深181～227m；軌頂設(shè)計(jì)高程290～303m。4)西麓低山區(qū)：道路里程K27+200～K27+800，長500余米，屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，其組成地層主要為珍珠沖組、須家河組。本區(qū)海拔高程507～543米左右，地形坡角30～60°,地形陡峻，相對(duì)高差80～100余米。隧道埋深100～225m；軌頂設(shè)計(jì)高程303～304m左右。5)出洞口丘陵區(qū)：位于道路里程K27+800～K28+300段，長500余米，屬構(gòu)造剝蝕中～深丘地貌，其組成地層主要為自流井組、珍珠沖組、新田溝組、下沙溪廟組。本區(qū)海拔高程300～400米左右，地形坡角10～20°,地形為緩坡，相對(duì)高差10～30米。隧道埋深17～68m；洞口里程K28+130，洞口軌頂設(shè)計(jì)高程302m左右；里程K28+130～K28+300（長約170m）段為高架橋段。1.3.超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報(bào)的重要性施工中通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，掌握施工工作面前方工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，為施工提供可靠有效的地質(zhì)資料。通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)測可能引發(fā)隧道地質(zhì)災(zāi)害的不良地質(zhì)體位置、規(guī)模和性質(zhì)，并根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，提出相應(yīng)的技術(shù)措施與可行性建議，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)率，確保隧道工程施工人員和設(shè)備的安全，進(jìn)而降低工程成本。2、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作目的及任務(wù)根據(jù)本隧道上述地質(zhì)條件，非常有必要在施工期間做超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要是在隧道施工過程中根據(jù)設(shè)計(jì)、勘察地質(zhì)資料和已經(jīng)揭露的地質(zhì)情況，采用儀器設(shè)備和地質(zhì)學(xué)綜合分析方法，對(duì)隧道圍巖類別變化、不良地質(zhì)做出預(yù)測，預(yù)防塌方、突水、突泥、突氣等潛在的災(zāi)害性事故，減少施工的盲目性，優(yōu)化方案指導(dǎo)施工，有效的控制災(zāi)害以及為井巷支護(hù)提供依據(jù)。結(jié)合招標(biāo)文件要求，此次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要工作目的及任務(wù)為：1）不良地質(zhì)預(yù)報(bào)及災(zāi)害地質(zhì)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)掌子面前方一定范圍內(nèi)有無突水、突泥、巖爆及有害氣體等，并查明其范圍、規(guī)模、性質(zhì)，提出施工措施或建議；2）溶洞、斷層及其破碎帶的預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)溶洞、斷層及其破碎帶的位置、寬度、產(chǎn)狀、性質(zhì)、充填物的狀態(tài)，是否為充水?dāng)鄬?，并判斷其穩(wěn)定程度，提出施工措施和建議；3）水文地質(zhì)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)洞內(nèi)突涌水量的大小及其變化規(guī)律，并評(píng)價(jià)其對(duì)環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)的影響；4）圍巖類別及其穩(wěn)定性預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)掌子面前方的圍巖類別與設(shè)計(jì)是否吻合，并判斷其穩(wěn)定性，隨時(shí)提供修改設(shè)計(jì)、調(diào)整支護(hù)類型、確定二次襯砌時(shí)間的建議；5）評(píng)價(jià)洞口的穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)特殊巖土及不良地質(zhì)作用，并提出防治措施建議；3、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)組織機(jī)構(gòu)及職責(zé)我目部成立超前地質(zhì)預(yù)報(bào)組，配置物探、水文、地質(zhì)、試驗(yàn)專業(yè)人員并配備預(yù)測、預(yù)報(bào)設(shè)備和儀器，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，有效地對(duì)前方不良地質(zhì)做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，保證施工生產(chǎn)的安全和正常進(jìn)行。職責(zé)分工如下：經(jīng)理部總工程師任組長：全面負(fù)責(zé)綜合測試與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作；副總工程師、工程技術(shù)部部長任副組長：組織工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、物探及試驗(yàn)等專業(yè)組成人員進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)日常工作；工程地質(zhì)人員：負(fù)責(zé)隧道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性分析，并對(duì)前方地質(zhì)特征做出推斷；水文地質(zhì)人員：負(fù)責(zé)水文地質(zhì)分析，并對(duì)前方水文地質(zhì)特征做出推斷；物探員：負(fù)責(zé)物探測試工作；試驗(yàn)員：負(fù)責(zé)巖、土、水樣的測試、試驗(yàn)工作。4、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)總體方案4.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原則將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)納入施工工序，做到先探測、后施工，不探測，不施工。探測時(shí)采用長短距離結(jié)合，多種探測方法優(yōu)勢互補(bǔ)。4.2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)總體方案4.2.1本隧道主要地質(zhì)問題是巖溶區(qū)的溶洞突水突泥、斷層破碎帶可能出現(xiàn)的坍塌以及含氣層的瓦斯等等，保證施工安全的關(guān)鍵是對(duì)不良地質(zhì)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，在綜合分析的基礎(chǔ)上采取針對(duì)性的預(yù)報(bào)措施。根據(jù)隧道的地質(zhì)情況，結(jié)合國內(nèi)同類工程中的施工經(jīng)驗(yàn)，采用目前最先進(jìn)的現(xiàn)代物探手段綜合預(yù)報(bào)，以解決本隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)問題，探測掌子面前方及坑道周圍的地質(zhì)異常體，為隧道施工以及變更施工工藝提供依據(jù)。本項(xiàng)目擬投入的預(yù)報(bào)方法主要包括以下五個(gè)方面：1）地質(zhì)素描2）地震反射法長期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)以及電磁波反射法短期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)；3）紅外探水法短期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)；4)超前水平地質(zhì)探孔短期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)；5)超前炮孔本項(xiàng)目超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用上述五種方法有機(jī)結(jié)合，綜合應(yīng)用，相互印證，從不同方面發(fā)現(xiàn)異常、揭示異常情況，組成地質(zhì)超前預(yù)報(bào)完整的技術(shù)體系，達(dá)到判釋準(zhǔn)確。地質(zhì)素描：對(duì)開挖面圍巖、巖性、圍巖風(fēng)化變化情況、節(jié)理裂隙、產(chǎn)狀、斷層分布和形態(tài)、地下水等情況。超前炮孔：每次掘進(jìn)開挖鉆孔時(shí)，拱頂部位布設(shè)5至7孔，布置如圖一所示；有地質(zhì)情況可能會(huì)有異常的地段增加至17個(gè)，短距離探測掌子面的地質(zhì)及含水狀況。根據(jù)現(xiàn)場開挖具體情況，全線采用地震波反射法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)或同等性能的儀器全線探測，每次探測距離不小于100m，而且兩次探測間應(yīng)重復(fù)10—20米。每20-30米進(jìn)行電磁波反射法短期預(yù)報(bào),而且要重點(diǎn)進(jìn)行隧道的周邊體的探測,查找隧道周邊隱伏的巖溶、暗河、地質(zhì)破碎帶、及其它不良地質(zhì)、防止開挖通過后，隧道頂板、底板及側(cè)壁出現(xiàn)災(zāi)害性的突水突泥。水平超前鉆孔作為施工中主要的探測手段,用以驗(yàn)證超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的精度,并直接探明涌水壓力、瓦斯突出壓力及其含量，水平超前鉆孔按隧道全長進(jìn)行探測，孔徑108mm，每次鉆孔深度200m，必要時(shí)進(jìn)行取芯分析。紅外探水每隔20米探測一次。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)計(jì)劃安排表表1地質(zhì)預(yù)報(bào)項(xiàng)目單位測量頻率地質(zhì)素描次每開挖后超前炮孔次每次掘進(jìn)開挖鉆孔，一般7孔，可能會(huì)有異常段加至17個(gè)。TSP203探測次每100m進(jìn)行一次地質(zhì)雷達(dá)探測次每20－30米探測一次、全隧道周邊探測紅外探水次每20m進(jìn)行一次超前水平地質(zhì)探孔次一般3個(gè)孔，可能會(huì)有異常段時(shí)進(jìn)行7孔針對(duì)各種不良地質(zhì)情況采用相應(yīng)有效的預(yù)報(bào)方法進(jìn)行預(yù)報(bào)，具體見表2。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要項(xiàng)目、內(nèi)容表2項(xiàng)目預(yù)報(bào)主要內(nèi)容主要方法/儀器重點(diǎn)預(yù)報(bào)地段常規(guī)預(yù)報(bào)圍巖級(jí)別巖性特征，節(jié)理、裂隙發(fā)育特征和巖體結(jié)構(gòu)特征地質(zhì)素描法，TSP203巖石破碎帶地下水賦存狀態(tài)涌水量大小、水壓力、變化規(guī)律，環(huán)境水文地質(zhì)特征紅外線探水法；超前地質(zhì)鉆孔，地質(zhì)雷達(dá)，紅外線探水儀，壓力計(jì)富水地段異常預(yù)報(bào)破碎帶位置、規(guī)模、破碎程度及寬度、充填情況TSP203，地質(zhì)雷達(dá)，超前地質(zhì)鉆孔，地質(zhì)素描法巖石破碎帶富水地段大小、位置，充填情況、與水關(guān)系TSP203，超前地質(zhì)鉆孔，紅外線探水法，地質(zhì)雷達(dá)裂隙水、地下水發(fā)育地段溶洞位置、充填情況等TSP203，地質(zhì)雷達(dá)，超前地質(zhì)鉆孔，紅外線探水法4.2.21）地質(zhì)分析方法地質(zhì)分析法有地質(zhì)調(diào)查和隧道開挖面地質(zhì)素描兩種方法。地質(zhì)調(diào)查：對(duì)地貌、地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查與地質(zhì)推理相結(jié)合的方法有針對(duì)性的補(bǔ)充地質(zhì)資料。補(bǔ)充地質(zhì)資料的主要內(nèi)容包括：不同巖性、地層在隧道地表的出露及接觸關(guān)系，巖層產(chǎn)狀及變化情況；構(gòu)造在隧道地表的出露、分布、性質(zhì)、變化規(guī)律及產(chǎn)狀變化；地表巖溶發(fā)育情況和分布規(guī)律。地質(zhì)調(diào)查方法：地質(zhì)預(yù)報(bào)組人員根據(jù)建立的標(biāo)準(zhǔn)地層剖面，結(jié)合地質(zhì)巖性變化規(guī)律，確定各巖層層序、產(chǎn)狀、厚度、位置。對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行跟蹤調(diào)查后，展開有針對(duì)性的地質(zhì)調(diào)會(huì)，詳細(xì)核對(duì)勘察設(shè)計(jì)資料，為地質(zhì)預(yù)報(bào)做好基礎(chǔ)工作。隧道開挖面地質(zhì)素描：地質(zhì)預(yù)報(bào)人員對(duì)隧道開挖面的地質(zhì)狀況作如實(shí)的調(diào)查和編錄，采集必要的數(shù)據(jù)，具體包括：開挖面地層、巖性、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育程度及開挖面滲水、水的來源流量等。受構(gòu)造影響程度、圍巖穩(wěn)定狀態(tài)等進(jìn)行編錄。地質(zhì)素描方法和預(yù)報(bào)成果見下表。地質(zhì)素描方法和預(yù)報(bào)成果序號(hào)方法形成成果1用羅盤儀，洞內(nèi)觀察等方法，實(shí)測巖層產(chǎn)狀、節(jié)理產(chǎn)狀、微構(gòu)造產(chǎn)狀、斷層層面產(chǎn)狀等資料，采取分段測繪。分析巖體各種參數(shù)，對(duì)開挖面地質(zhì)評(píng)價(jià)，繪制常規(guī)地質(zhì)預(yù)報(bào)展示圖和分段地質(zhì)預(yù)報(bào)書。2繪制標(biāo)準(zhǔn)地層剖面和巖層位預(yù)報(bào)預(yù)測軟弱巖層的位置，圍巖穩(wěn)定況，提出施工措施建議。3觀察開挖面斷層及微構(gòu)造出露情況、量測巖層產(chǎn)狀分析斷層、微構(gòu)造的產(chǎn)出的規(guī)律和在開挖面的部位、構(gòu)造走向與隧道軸線關(guān)系，作出地質(zhì)預(yù)報(bào)圖。2）地震反射法長期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法原理及儀器設(shè)備TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，是專門為隧道和地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)，目前在該領(lǐng)域的先進(jìn)設(shè)備，它為方便快捷的預(yù)報(bào)掌子面前方100－200m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，為隧道工程以及變更施工工藝提供依據(jù)。TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測的基本原理是應(yīng)用了地震波的反射波原理，如圖4-1所示。圖4-1TSP203工作原理地震波是由特定位置進(jìn)行小型爆破所產(chǎn)生，布局一般是24個(gè)爆破點(diǎn)沿著隧道左壁或右壁平行隧道隧洞底板成直線排列，炮孔深1.5m，間距1.5m，由人工制造一系列有規(guī)則排列的輕微震源，形成地震震源斷面。這些震源發(fā)出的地震波遇到地層層面、節(jié)理面，特別是斷層破碎帶界面和溶洞、暗河、巖溶陷落柱，淤泥帶等不良地質(zhì)界面時(shí)，將產(chǎn)生反射波。反射震動(dòng)信號(hào)由布置在單壁或是雙壁的傳感器接受，并將接受的數(shù)據(jù)傳送給記錄單元，由于反射信號(hào)的傳送時(shí)間與到地質(zhì)界面的距離成正比，反射信號(hào)的強(qiáng)度與相關(guān)界面的性質(zhì)、界面的產(chǎn)狀密切相關(guān)。通過對(duì)反射波數(shù)據(jù)記錄分析，得出相關(guān)隧道構(gòu)造剖面及圍巖的物理力學(xué)參數(shù)。本次擬采用瑞士AmbergMeasuringTechniqueLtd.生產(chǎn)的TSP203系統(tǒng)，擬投入1-2臺(tái)套，系統(tǒng)的主要組成包括記錄單元、接收器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。信號(hào)記錄單元：記錄單元能夠記錄地震信號(hào)和質(zhì)量控制。其基本組成為完成地震信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換的電子元件和1臺(tái)便攜式電腦。便攜式電腦控制記錄單元和地震數(shù)據(jù)記錄、儲(chǔ)存及進(jìn)行處理和評(píng)估。記錄系統(tǒng)有標(biāo)準(zhǔn)的12道輸入。用戶可以設(shè)置4個(gè)接收器。記錄單元采用最新技術(shù)的24位A/D轉(zhuǎn)換器，最小動(dòng)態(tài)范圍為120dB，可以獲得10～8000Hz的頻寬。接收器：接收器用于拾取地震信號(hào)，安裝在一個(gè)特殊的套管里。套管與巖石之間采用注水泥或雙組份環(huán)氧樹脂牢固地結(jié)合。接收器由極靈敏的三分量地震加速度檢波器（X-Y-Z分量）組成，頻寬10～5000Hz，包含了所需的動(dòng)態(tài)范圍，能夠?qū)⒌卣鹦盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。每個(gè)接收器中，三分量加速度檢波器按順序排列，能確保在三維空間方向范圍的全波場記錄，所以能分辨不同波的類型，如P波和S波。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：由AmbergMeasuringTechniqueLtd.自主開發(fā)的tsp1.1系列數(shù)據(jù)處理軟件具有功能強(qiáng)大、處理簡便、可得到多參數(shù)等優(yōu)特點(diǎn)。方法優(yōu)勢TSP-203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是專門為隧道和地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)的、目前世界上在這個(gè)領(lǐng)域較先進(jìn)的設(shè)備,它具有以下特點(diǎn):(1)適用范圍廣：適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。它是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報(bào)隧道掌子面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)情況。(2)預(yù)報(bào)距離長:能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方100～350ｍ范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況,圍巖越完整預(yù)報(bào)長度越大。(3)對(duì)隧道施工干擾?。核稍谒淼朗┕らg隙進(jìn)行,即使專門安排此項(xiàng)工作,也不過一個(gè)小時(shí)左右。它的接收器和炮眼不是在掌子面上,而是在掌子面附近的邊墻上,施工接收器孔和爆破孔時(shí)不影響正常的隧道掘進(jìn),只是在接收信號(hào)時(shí)為減少噪音干擾做短暫停工。(4)提交資料及時(shí)：在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的第二天即可提交正式成果報(bào)告。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套專用處理軟件,通過分析就可得出斷層破碎帶、軟弱夾層或其它不良地質(zhì)體相對(duì)于隧道的空間位置及圍巖的力學(xué)特性參數(shù)表。由于上述的特點(diǎn),TSP系統(tǒng)已被廣泛使用,以避免隧道施工中的盲目性帶來的地質(zhì)災(zāi)害。在隧道隧洞的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中，有很多種方法。例如：瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)掃描、沖擊鉆探、水平鉆探及TSP勘探等。在諸多方法中，TSP勘探顯示出了強(qiáng)大的優(yōu)勢?，F(xiàn)場施工數(shù)據(jù)采集進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)采集前，我們先布置檢波器接收孔孔位，其布置示意圖如圖4-2所示。圖4-2接收點(diǎn)孔位布置圖接收點(diǎn)鉆孔的基本要素：①數(shù)量：1個(gè)或2個(gè)。2個(gè)時(shí)，隧道左右壁面對(duì)稱布置各一個(gè)。②直徑：40-43mm/孔深2m。③布置：沿軸徑向，當(dāng)安置傳感器的套管用環(huán)氧樹脂固結(jié)時(shí)，接收點(diǎn)鉆孔向上傾斜5-10度，而用灰泥漿固結(jié)時(shí)鉆孔下傾斜10度。④高度：離地面約1米。⑤位置：離掌子面大約50－55米位置，距離第一個(gè)炮孔16－20米。接收套管的安裝：接收點(diǎn)鉆孔處理完畢后，則需要將固定傳感器的套管安裝于其中，有兩種不同的方法將傳感器套管固定在巖體中。①灌注水泥灰完成接收點(diǎn)鉆孔后應(yīng)盡可能快地安裝接收器套管。安裝套管前，鉆孔必須用一種特殊的雙組分非收縮水泥灰進(jìn)行填充，水泥灰由顆粒很細(xì)的砂漿組成?？梢杂靡环N管壁很薄的PVC管和漏斗來進(jìn)行充填。然后將接收器套管推進(jìn)剛剛填充過水泥灰的接收器鉆孔中。②安裝環(huán)氧樹脂固定套管當(dāng)接收器套管所使用環(huán)氧樹脂固結(jié)時(shí)，完成接收器鉆孔后，應(yīng)馬上安裝接收器套管。必須保證將足夠多的環(huán)氧樹脂藥卷塞入鉆孔內(nèi)。因?yàn)門SP系統(tǒng)的檢波器安裝有一定的方向性，所以在安裝接收套管的過程中，務(wù)必在套管正確插入接收點(diǎn)鉆孔中的同時(shí)，注意如圖4-3中示意形式對(duì)準(zhǔn)套管內(nèi)側(cè)的V字形凹槽，其中兩V字形凹槽應(yīng)位于一鉛垂面內(nèi)。圖4-3接收套管安裝示意圖通過大量的實(shí)踐證明，用水泥灰和環(huán)氧樹脂安裝套管是有區(qū)別的，如圖4-4所示。從記錄波形的放大顯示我們可以看出，環(huán)氧樹脂安裝套管耦合效果比水泥灰的好。在條件許可的情況下，我們應(yīng)該盡可能運(yùn)用環(huán)氧樹脂固定套管。圖4-4兩種不同安裝方式的效果比較傳感器的安裝： TSP系統(tǒng)的接收單元是一個(gè)極度靈敏的三分量加速度接收器，由三部分組成，總長2米，每部分長670毫米。安裝過程需將三部分連接起來，連接時(shí)需小心謹(jǐn)慎，不要折斷各部分的連接插頭。在傳感器上有一黑色磁鐵，如果接收單元安裝正確，該磁鐵所指的方向是掌子面。安裝好了的傳感器如圖4-5所示。圖4-5傳感器的安裝檢波器的安裝遵循下面的步驟：①測試套管與孔壁之間用水泥灰填充后結(jié)合的牢固程度，并檢查套管底部是否受到機(jī)械損壞。②揭開接收器套管上的防護(hù)蓋，檢查其是否受到污染。如有必要可以用安裝在清潔桿或測試器桿的墊圈進(jìn)行擦洗。③在接收單元的轉(zhuǎn)軸上涂抹潤滑油促進(jìn)滑動(dòng)，并用清潔桿上的墊圈相互交合。④再利用工具箱中的電子儀表對(duì)鉆孔的傾斜度進(jìn)行測量。⑤小心移動(dòng)傳感器部件，并將它插入接收器套管。插入之前，傳感器必須調(diào)整好方位，以確保傳感部分圓形黑色磁體任何情況下都正好指向掌子面方面。⑥傳感部件插入到套管一定深度后，停止繼續(xù)推動(dòng)傳感部件，以便將其與延長件相連。⑦小心將延長部件轉(zhuǎn)動(dòng)擰在傳感部件上，然后將其推入套管中，最后，將其與后座相連。⑧小心轉(zhuǎn)動(dòng)后座部分，并將其插進(jìn)套管，直到后座抵到套管頂部。在底座頂端的細(xì)長部位插進(jìn)套管之前，應(yīng)檢查其頂部的箭頭是否指向正面。⑨擰開底座端的蓋子，用電纜將接收器與面板上的記錄單元連接起來。面板上標(biāo)有“傳感器輸入端”標(biāo)志。要確保電纜線不布置在靠近動(dòng)力線、變壓器以及其它能產(chǎn)生強(qiáng)電磁場和聲波信號(hào)的地方。為了避免電磁感應(yīng)，應(yīng)將傳輸電纜線全部散開。炮孔布置：離隧道底板1.2m高的隧道一壁布置24個(gè)爆破孔，第一爆破孔離檢波器孔圖4－6炮孔布置示意圖16m－20m，爆破孔間距為1.5m，孔徑為φ40mm，深度為1.5-2m度,使用TSP203專用工具在爆破孔中充填炸藥，要求炸藥爆速大于3200m/s，每孔裝藥量為75-100克減小數(shù)據(jù)采集過程中的誤差因素措施：原始數(shù)據(jù)是結(jié)論的基礎(chǔ)，為了保障解釋的合理性，確保原始數(shù)據(jù)的可靠性，盡量減少干擾因數(shù)，因此在數(shù)據(jù)采集過程中，我們應(yīng)該注意以下問題：（1）接收器的安置接收器是把波的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，能否接收到信號(hào)。接收信號(hào)質(zhì)量的好壞與接收器安置條件直接相關(guān)。放置接收器時(shí)應(yīng)力求使波在最短的時(shí)問內(nèi)傳至接收器，所以當(dāng)應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)的理論能確定掌子面前方主要構(gòu)造破碎帶和不良地質(zhì)體的主要產(chǎn)狀時(shí)可用一個(gè)接收器接收，此時(shí)應(yīng)把接收器放在隧道的前進(jìn)方向和構(gòu)造線的走向夾角成鈍角的一側(cè)，因?yàn)檫@樣會(huì)在最短的時(shí)間內(nèi)接收到最多的有用信息，如果不能用地質(zhì)力學(xué)的理論推測出前方不良地質(zhì)體的產(chǎn)狀，則應(yīng)該在兩側(cè)分別放置一個(gè)接收器才能接收到較好的信號(hào)。接收器應(yīng)盡量安置在結(jié)構(gòu)致密的巖層中，以避免疏松巖層對(duì)反射信號(hào)的濾波效應(yīng)，影響接收信號(hào)的頻帶寬度及主頻值。（2）震源炸藥的選擇和填充在TSP-203探測中。炸藥是人工激發(fā)波動(dòng)信號(hào)的來源。震源炸藥的選擇應(yīng)保證炸藥有較高的爆速和與待測的巖石介質(zhì)有相匹配的波阻抗，同時(shí)，炸藥的用量應(yīng)嚴(yán)格控制以避免產(chǎn)生不必要的噪聲信號(hào)和對(duì)高頻信號(hào)的抑制，盡可能產(chǎn)生有力脈沖信號(hào)(寬頻帶信號(hào))。炸藥藥量直接與激發(fā)信號(hào)的頻帶寬度及主頻值直接相關(guān)，而分辨率又取決于子波頻帶及主頻值，所以合理的藥量是激發(fā)的關(guān)鍵之所在。填裝炸藥力求與鉆孔緊密接觸，爆炸激發(fā)前應(yīng)向孔內(nèi)注水，一則保證炸藥密實(shí)；二則保證炸藥與鉆孔有良好的耦合。減少能量的損耗。（3）線圈的放置因數(shù)據(jù)的采集過程就是把機(jī)械的波動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的過程，所以波動(dòng)信號(hào)的改變意為著電壓信號(hào)的改變，如果采集數(shù)據(jù)時(shí)傳輸電纜仍纏在線圈上則會(huì)由于線圈的感抗作用產(chǎn)生較大阻抗．使電壓信號(hào)發(fā)生變化而在成圖和地質(zhì)解釋時(shí)誤認(rèn)為是地質(zhì)條件的變化，故采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)把線圈放開，避免產(chǎn)生較大的阻抗電壓。同時(shí)，散開的傳感器接收電纜應(yīng)避免將其置于高壓電纜附近，以防止在接收電纜中感應(yīng)出50赫茲的交變電流。（4）雷管的選擇在數(shù)據(jù)采集時(shí)，觸發(fā)器的功能是保證炸藥的引爆和主機(jī)的采集信息能同步，這里有個(gè)假設(shè)條件是炸藥的引爆不需要時(shí)間，但實(shí)際并非如此，電雷管的工作原理是電流的熱效應(yīng)。據(jù)焦耳定律．達(dá)到一定的溫度需要有一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是比主機(jī)開始采集數(shù)據(jù)的滯后時(shí)間，這會(huì)造成主機(jī)采集數(shù)據(jù)與引爆的不同步或者說主機(jī)用于真正采集數(shù)據(jù)的時(shí)間減少，即相應(yīng)的有效的探測距離降低，同時(shí)數(shù)據(jù)的質(zhì)量也差。因此．在雷管的選用上應(yīng)盡可選用靈敏度高的，一則延期小，二則延期誤差小。其中雷管的延時(shí)誤差是一個(gè)很重要的因素，如果雷管延時(shí)誤差很大，將嚴(yán)重影響后續(xù)初至波拾取及速度分析。所以雷管的選擇是一個(gè)很重要的因素。下面兩圖中左邊為爆炸有延時(shí)誤差的記錄，右圖為無延時(shí)誤差的記錄。（5)接收器和震源的位置接收器有效接收段的中點(diǎn)位置應(yīng)與所有爆破點(diǎn)的中心位置在同一條直線上，其誤差不應(yīng)過大．且此直線應(yīng)與隧道的軸線平行。如直線不是水平直線而是傾斜的，此時(shí)的結(jié)果圖是以此直線為假定水平直線的平面圖和剖面圖，圖中不良地質(zhì)的產(chǎn)狀如傾角是相對(duì)隧道軸線的而非真實(shí)的，在這一點(diǎn)上用TSP-203方法和用其它地質(zhì)方法相比較時(shí)應(yīng)注意。如果隧道的軸線不是直線而是折線(指有坡度)此時(shí)應(yīng)通過坐標(biāo)z值的改變加以調(diào)整，但沿整個(gè)爆破點(diǎn)斷面的高差(z值)不應(yīng)多于3m。儀器的計(jì)算原理是：每一炮點(diǎn)到接收器的距離是確定的，每一炮點(diǎn)的直達(dá)波到達(dá)接收器的時(shí)間可以測出，這樣就可以計(jì)算出巖體的平均波速，利用它和波到達(dá)波阻抗面的時(shí)間就可以計(jì)算出波阻抗面的位置和產(chǎn)狀，如果實(shí)際的炮點(diǎn)到接收器的距離與輸入值有偏差，則會(huì)造成波速有誤，進(jìn)而造成計(jì)算出的波阻抗面位置和產(chǎn)狀的錯(cuò)誤，因此在布點(diǎn)時(shí)，力求實(shí)際位置與輸入的坐標(biāo)相一致。（6）套管的埋設(shè)套管是為了節(jié)省接收器但不降低接收器的接收效果而設(shè)置的，因此套管的埋設(shè)應(yīng)力求與周圍的介質(zhì)緊密接觸且錨固劑的波阻抗應(yīng)與巖石介質(zhì)的波阻抗盡可能相近，這樣就可預(yù)防套管不正當(dāng)?shù)恼痤?，降低波?dòng)能量在套管周圍界面上的能量損失。為防止鉆孔底部出現(xiàn)空洞未灌實(shí)的現(xiàn)象。錨固時(shí)應(yīng)設(shè)排氣管。（7）對(duì)拒爆震源的處置如果引爆時(shí)僅僅是雷管起爆或只有一部分炸藥起爆，那么可輸入正確的爆破點(diǎn)數(shù)重復(fù)引爆．此時(shí)．應(yīng)絕對(duì)保證實(shí)際的爆炸點(diǎn)位與其坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，避免產(chǎn)生實(shí)際點(diǎn)位與輸入坐標(biāo)的差異，這樣兩個(gè)數(shù)據(jù)在處理時(shí)會(huì)相互疊加，產(chǎn)生較好的數(shù)據(jù)；但如果是數(shù)據(jù)質(zhì)量不好，如振幅超限或是第一次轉(zhuǎn)折后出現(xiàn)低頻振蕩數(shù)據(jù)．則如有可能應(yīng)刪除記錄后重新記錄。數(shù)據(jù)處理及成果解釋采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波、初至拾取、炮能量均衡、Q評(píng)估以及波場分離（包括反射波提取、縱橫波分離）、速度分析后得到相關(guān)波（P、SH、SV）的深度偏移剖面及其反射界面，用TSP203探測系統(tǒng)相應(yīng)的TSPWIN系列處理軟件計(jì)算還可得到相關(guān)的巖石力學(xué)參數(shù)和相關(guān)的二維、三維成果圖。下面詳述其過程。X分量Y分量Z分量圖4-7TSP203采集的三分量地震記錄圖4－7為TSP203采集到的某隧道的三分量地震記錄，包括X、Y、Z三個(gè)分量，圖中x軸為反射時(shí)間，y軸為偏移距。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波、初至拾取、炮能量均衡、Q評(píng)估以及波場分離得到有效的反射波，見圖4－8。X分量Y分量Z分量圖4-8提取的反射波然后經(jīng)過縱橫波分離處理后將縱波(P波)和橫波（SH、SV）分離開來，分離后的結(jié)果見圖4－9。P波SH波SV波圖4－9縱橫波分離結(jié)果圖將縱橫波分離后的各種波形結(jié)果進(jìn)行速度分析、深度偏移和反射界面提取可得到我們預(yù)報(bào)需要的部分成果圖。圖4－10P波深度偏移剖面P波SH波SV波圖4－11提取各種波形的反射層另外TSPwin系列軟件還提供一些相關(guān)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，可以進(jìn)一步幫助分析圍巖巖性的變化，這些結(jié)果包括二維結(jié)果顯示及巖石物性圖、三維結(jié)果顯示等等圖4－12二維結(jié)果顯示及巖石物性圖圖4－13三維結(jié)果顯示圖4－14巖石物性參數(shù)表根據(jù)圖3－13至圖3－16的結(jié)果、參考速度分析的結(jié)果以及結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料便可對(duì)掌子面前方的圍巖做出定性的分析。下面為兩例TSP203成功預(yù)報(bào)不良地質(zhì)體的實(shí)例。①預(yù)報(bào)軟弱巖層圖4－15TSP203預(yù)報(bào)成果圖4－16隧道塌方現(xiàn)場②富水巖層圖4－17TSP203預(yù)報(bào)成果圖4－18涌水現(xiàn)場3）電磁波反射法短期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法原理及儀器設(shè)備電磁波反射法基本原理是由置于地面的發(fā)射天線送入地下一高頻電磁脈沖波，當(dāng)其在地下傳播過程中遇到不同的目標(biāo)體（巖石破碎帶、溶洞、斷層裂隙等）的電性介面時(shí)，就有部分電磁能量被反射折向地面，被接收天線接收，并由主機(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。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速已知時(shí)，可根據(jù)測到的精確t值求得目標(biāo)體的位置和埋深。這樣，可對(duì)各測點(diǎn)進(jìn)行快速連續(xù)地探測，并根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到地質(zhì)雷達(dá)剖面圖像。本技術(shù)實(shí)施方案擬投入本項(xiàng)目的地質(zhì)雷達(dá)有2臺(tái)套，全部采用美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR系列雷達(dá)?，F(xiàn)場施工布置開展地質(zhì)雷達(dá)探測以前，必須依據(jù)以下條款檢查探測適應(yīng)性，其技術(shù)要求如下：①探測對(duì)象與周圍介質(zhì)之間應(yīng)存在明顯電性差異且電性穩(wěn)定；②探測對(duì)象與探測距離相比應(yīng)具有一定規(guī)模，探測距離不宜過大（30m以內(nèi)）。探測目的體在探測天線偶極子軸線方向上的厚度應(yīng)大于所用電磁波在圍巖中有效波長的1/4，在探測天線偶極子排列方向的長度應(yīng)大于所用電磁波在圍巖中第一菲涅爾帶直徑的1/4；當(dāng)要區(qū)分兩個(gè)水平相鄰的探測對(duì)象時(shí)，其探測對(duì)象間的最小水平距離要大于第一菲涅爾帶直徑；③掌子面不能被極高電導(dǎo)屏蔽層如金屬板等覆蓋；④探測工作區(qū)內(nèi)不能有大范圍的金屬構(gòu)件或無線電發(fā)射頻源等較強(qiáng)的人工電磁波干擾。（1）測網(wǎng)布置符合下列規(guī)定：①要根據(jù)設(shè)計(jì)、監(jiān)理等相關(guān)單位的技術(shù)文件或合同規(guī)定布置測線，應(yīng)使檢測成果具有代表性，并能真實(shí)地探測區(qū)域的工程地質(zhì)情況；②測網(wǎng)布置應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求，探測對(duì)象的大小與探測距離等因素綜合考慮。測網(wǎng)和工作比例尺的選擇應(yīng)以能發(fā)現(xiàn)有意義的最小異常，在平面圖上能清楚地反映出探測對(duì)象的位置和形態(tài)為原則，一般要求至少有2～3條測線通過主要探測對(duì)象。當(dāng)點(diǎn)測時(shí)，點(diǎn)距宜為0.2～0.5m，在異常區(qū)域至少有3～5個(gè)測點(diǎn)表現(xiàn)出異常。（2）儀器參數(shù)的選取符合下列規(guī)定：①通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定天線和儀器參數(shù)，應(yīng)得出試驗(yàn)結(jié)論。天線工作頻率的選取應(yīng)根據(jù)探測目的層的埋深、分辨率、介質(zhì)特性以及天線尺寸是否符合場地需要等因素綜合考慮。一般宜選取中心頻率較低的天線；根據(jù)本次任務(wù)的地層條件以及探測任務(wù)，選定3207型100MHz天線；②記錄時(shí)窗的選擇由最大探測距離、上覆地層的平均電磁波速以及雷達(dá)反射信號(hào)的質(zhì)量來確定，要保證所有可用信號(hào)全部采集。每掃描記錄時(shí)窗一般為200ns；③采樣率宜選擇天線中心頻率的6～10倍；每掃描采樣點(diǎn)數(shù)可為1024；④應(yīng)根據(jù)掌子面平整情況確定采樣方式。進(jìn)行點(diǎn)測時(shí)，應(yīng)遵循Nyquist定律，當(dāng)探測對(duì)象變化不大時(shí)，點(diǎn)距可適當(dāng)放寬；進(jìn)行連測時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行點(diǎn)測與連測對(duì)比試驗(yàn)，確定連測效果與點(diǎn)測效果相近的最大天線移動(dòng)速率為連測工作天線移動(dòng)速率。（3）現(xiàn)場工作符合下列規(guī)定：①當(dāng)剖面布置隧洞、陡壁、邊墻等處時(shí)，應(yīng)按工程圖的要求，同時(shí)繪制測線分布的截面圖；②詳細(xì)查驗(yàn)測區(qū)內(nèi)及附近電磁干擾情況和干擾源位置、特性，并記錄班報(bào)；③現(xiàn)場測量時(shí)，清除天線和天線電纜附近的金屬物，支撐天線的器材應(yīng)用絕緣材料，并與承載的車架和天線操作員保持一定距離，天線操作員將沿線的情況進(jìn)行記錄或報(bào)主機(jī)操作員。同時(shí)，操作員保持對(duì)雷達(dá)顯示器的不間斷監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常情況，立即報(bào)現(xiàn)場技術(shù)負(fù)責(zé)并進(jìn)行班報(bào)記錄；④檢查工作均勻分布在不同測線段，重點(diǎn)選擇在主要異常地段或質(zhì)量可疑地段。檢查工作量不得少于總工作量的5%～20%。圖4－19為某隧道采用地質(zhì)雷達(dá)探測成果圖，圖中紅藍(lán)相間雙曲線部分為涌水通道所在位置。圖4－19地質(zhì)雷達(dá)探測成果圖4）紅外探水法短期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)紅外探水法(InfraredDetection)是利用地下水的活動(dòng)會(huì)引起巖體紅外輻射場強(qiáng)的變化，紅外探水儀通過接收巖體紅外輻射場強(qiáng)，根據(jù)圍巖紅外輻射場強(qiáng)的變化幅值來確定隧道掌子面前方或洞壁四周是否有隱伏的含水體。所有物體都發(fā)射出不可見的紅外線能量，能量的大小與物體的發(fā)射率成正比。而發(fā)射率的大小取決于物體的物質(zhì)和它的表面狀況。當(dāng)隧道掌子面前方及周邊介質(zhì)單一時(shí)，所測得的紅外場為正常場，當(dāng)前面存在隱伏含水構(gòu)造或有水時(shí)，他們所產(chǎn)生的場強(qiáng)要疊加到正常場上，從而使正常場產(chǎn)生畸變。據(jù)此判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)有無含水構(gòu)造。紅外線探水每20m測量一次。超前防水預(yù)測預(yù)報(bào)：了解掘進(jìn)前方20m～30m范圍內(nèi)，是否存在隱伏水體、是否存在含水?dāng)鄬雍腿芏?、是否存在含水破碎帶。每次防水超前探測預(yù)報(bào)15分鐘。向隧道上方探測、下方探測是確保掘進(jìn)工程安全不可缺少的一環(huán)，其根本原因在于上方或下方都存在承壓隱伏水或含水構(gòu)造，一旦在卸壓時(shí)巖溶水涌入隧道，將會(huì)造成重大災(zāi)害。向隧道兩壁外側(cè)探測：其目的是了解支承頂板的兩個(gè)側(cè)壁外緣是否存在空洞，是否存在威脅隧道安全的含水構(gòu)造。其作用有兩個(gè)：一是確保當(dāng)前施工安全，二是確保使用期間不出問題。防滯后突水探測：在灰?guī)r地層中，掘進(jìn)隧道時(shí)，雖然當(dāng)時(shí)后方不突水，但不等于以后不突水，因?yàn)楫?dāng)掘進(jìn)破壞地層結(jié)構(gòu)后，隧道外圍的承壓水，將會(huì)突破薄弱地段壓入卸壓區(qū)。根據(jù)探測曲線特征判斷含水構(gòu)造或含水體的潛在危害?，F(xiàn)場測試有兩種方法：（1）在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六條測線的交點(diǎn)測取9個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)這9個(gè)數(shù)據(jù)之間的最大差值來判斷是否有水。掌子面上9個(gè)數(shù)據(jù)的最大差值大于10μw/cm2，就可以判定有水。（2）由掌子面向掘進(jìn)后方（或洞口）按左邊墻、拱部、右邊墻的順序進(jìn)行測試，每5m或3m測取一組數(shù)據(jù)，共測取50m或30m，并繪制相應(yīng)的紅外輻射曲線，根據(jù)曲線的趨勢判斷前方有無含水。紅外輻射曲線上升或下降均可以判定有水，其他情況判定無水。紅外探測的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道全空間、全方位的探測，儀器操作簡單，能預(yù)測到隧道外圍空間及掘進(jìn)前方30m范圍內(nèi)是否存在隱伏水體或含水構(gòu)造，而且可利用施工間歇期測試，基本不占用施工時(shí)間。5）水平超前鉆孔探測因巖地質(zhì)的復(fù)雜性、隱蔽性及物探資料的不確定性，為減少或避免災(zāi)害性地質(zhì)的發(fā)生，必須進(jìn)行水平超前工程鉆探。水平超前鉆孔作為施工中主要的探測手段,用以驗(yàn)證超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的精度,并直接探明涌水壓力、瓦斯突出壓力及其含量，水平超前鉆孔按隧道全長進(jìn)行探測，孔徑108mm，必要時(shí)進(jìn)行取芯分析。(1)水平超前鉆探的目的與要求：①查明地層巖性，確定其埋藏位置與厚度以及特殊巖土、不良地質(zhì)情況；②查明地下水的賦存情況并進(jìn)行有關(guān)測試工作；③采取符合質(zhì)量要求的試樣；開鉆前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求核對(duì)樁號(hào)、里程及其他實(shí)地位置。(2)鉆進(jìn)方法要求：①對(duì)要求鑒別地層和取樣的鉆孔，均采用回轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)，取得巖芯樣，為提高采取率和工作效率，可結(jié)合采用繩索取芯方法；②鉆進(jìn)巖層采用金剛石鉆頭，對(duì)軟質(zhì)巖石及風(fēng)化破碎石應(yīng)采用雙層巖芯管鉆頭鉆進(jìn)；③需要測定巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD時(shí)采用外徑75mm的雙層巖芯鉆頭；預(yù)計(jì)采取試樣或進(jìn)行原位測試的鉆孔，按具體實(shí)施方案以及有關(guān)規(guī)定要求鉆進(jìn)；⑤在破碎巖層中視需要采用優(yōu)質(zhì)泥漿、水泥漿或化學(xué)漿液護(hù)壁。沖洗液漏失嚴(yán)重時(shí)，采取充填、封閉等堵漏措施。(3)鉆進(jìn)質(zhì)量保證措施：①在巖層中鉆進(jìn)時(shí)，回次進(jìn)尺不得超過巖芯管長度，在軟質(zhì)巖層中不得超過2.0m；②巖芯采取率應(yīng)逐次計(jì)算，完整巖層巖芯采取率不宜小于80%，破碎巖層的巖芯采取率應(yīng)不宜小于65%；③對(duì)需要重點(diǎn)研究的破碎帶、滑動(dòng)帶，尚應(yīng)根據(jù)工程要求提高取芯率；④鉆進(jìn)過程中各項(xiàng)深度數(shù)據(jù)均應(yīng)丈量獲取，累計(jì)量測允許誤差為5cm；⑤鉆進(jìn)中遇到地下水時(shí)，應(yīng)停鉆觀測地下水情況，水位量測可使用流量測定儀測定；⑥⑦⑧為便于對(duì)現(xiàn)場記錄進(jìn)行檢查核對(duì)或進(jìn)一步編錄，勘探點(diǎn)應(yīng)按要求保存巖土芯樣，巖芯全部存放在巖芯盒內(nèi)，順序排列，統(tǒng)一編號(hào)。巖土芯樣保存到鉆探工作檢查驗(yàn)收為止，必要時(shí)，在工程合同規(guī)定的保證期內(nèi)長期保存。在檢查驗(yàn)收之后拍攝巖土芯樣的彩色照片，納入預(yù)報(bào)成果資料。（4）超前水平鉆探：對(duì)于地質(zhì)條件較為簡單、巖性穩(wěn)定的地段鉆3個(gè)孔；對(duì)煤層瓦斯、巖溶發(fā)育區(qū)、地質(zhì)復(fù)雜處地段鉆孔7個(gè)孔。6)超前炮孔每次掘進(jìn)開挖鉆孔時(shí),進(jìn)行超前炮孔,短距離探測掌子面的地質(zhì)及含水狀況,預(yù)開挖進(jìn)尺1.5~2.5米,每超前炮孔長5米,地質(zhì)條件較為簡單、巖性穩(wěn)定的地段可以根據(jù)物探結(jié)果的指示,每次鉆7個(gè)超前炮孔,對(duì)軟弱層、地層分界處、地形突變處,具有不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)地段,每次鉆17超前炮孔。5、工作量預(yù)計(jì)以隧道總長4329m計(jì)算，各種預(yù)報(bào)方法的工作量統(tǒng)計(jì)以如下表：1）地質(zhì)素描全隧道每開挖后掌子面需地質(zhì)素描，隧道K23+821~+891段和K28+094~+124段采用單側(cè)壁開挖，進(jìn)尺1.0m,需地質(zhì)素描360次；K23+891~K28+094段平均進(jìn)尺2m,需地質(zhì)素描2101次，全隧道需地質(zhì)素描2461次。2）TSP