隧道及地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

隧道及地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)第1頁/共148頁2一、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)概述

超前地質(zhì)預(yù)報(bào):是地質(zhì)勘察工作在施工階段的延續(xù)，是在復(fù)雜地質(zhì)情況工程安全事故多發(fā)條件下，為滿足施工安全的需要而新興的一門學(xué)科，是工程地質(zhì)學(xué)的一部分，是覆蓋物理探測、地質(zhì)、鉆探、試驗(yàn)等專業(yè)的一個(gè)綜合學(xué)科。

施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào):就是利用一定的技術(shù)和手段收集隧道所在巖體的有關(guān)資料，并運(yùn)用相應(yīng)的地質(zhì)理論和災(zāi)害發(fā)生規(guī)律對這些資料進(jìn)行分析、研究，從而對施工掌子面前方巖體情況及成災(zāi)可能性做出預(yù)報(bào)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是隧道信息化的重要組成部分，施工階段應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報(bào)納入正常的施工工序中，根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)變化及時(shí)調(diào)整施工方法和采取相應(yīng)的技術(shù)措施。第2頁/共148頁31、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的產(chǎn)生與發(fā)展

在復(fù)雜地區(qū)修建長大隧道，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，經(jīng)常遇到一些突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，而目前國內(nèi)外地質(zhì)勘察的精度都滿足不了施工過程中對不良地質(zhì)情況的準(zhǔn)確預(yù)見，造成了許多重大地質(zhì)災(zāi)難。甚至成為制約地下工程建設(shè)工期及能否安全使用的關(guān)鍵。

實(shí)例：日本東海道干線舊丹拿隧道（長7.84km）1981年開工后曾遇到高壓涌突水，致使該隧道建設(shè)工期達(dá)16年之久；日本的萬之瀨川引水隧道（8.2km），在施工中出現(xiàn)嚴(yán)重涌突水，致使5次改變施工方案，延誤工期近2年；而國內(nèi)的一些煤礦瓦斯爆炸、隧道塌方事故也多見報(bào)道，例如宜萬鐵路的馬鹿箐隧道、野三關(guān)隧道巖溶突水事故等。這些工程事故給工程本身和周圍環(huán)境造成極大的危害。地下工程施工的技術(shù)發(fā)展，要求產(chǎn)生新技術(shù)解決這一地質(zhì)問題。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。第3頁/共148頁4日本東海道干線舊丹拿隧道（長7.84km）1981年開工后曾6次遇到大規(guī)模高壓涌突水，最大一次達(dá)3.3m3/s，水頭達(dá)1.4~4.2MPa，貫通時(shí)總涌水量達(dá)1.63m3/s，致使該隧道建設(shè)工期達(dá)16年之久；日本的萬之瀨川引水隧道（8.2km），在施工中出現(xiàn)嚴(yán)重涌突水，最大水量2.4m3/s，水頭壓力高達(dá)1.45MPa，致使5次改變施工方案，延誤工期近2年；1992年竣工的辛普倫雙孔單線隧道是穿越阿爾卑斯山的第四座特長隧道，施工期間發(fā)生的特大規(guī)模涌水，涌水量達(dá)13.4m3/s，水溫高達(dá)47~56℃；前蘇聯(lián)的貝阿鐵路北穆隧道（長13.5km），最大涌水量達(dá)60×104m3/d。而國內(nèi)的一些煤礦瓦斯爆炸、隧道塌方事故也多見報(bào)道。這些工程事故給工程本身和周圍環(huán)境造成極大的危害。地下工程施工的技術(shù)發(fā)展，要求產(chǎn)生新技術(shù)解決這一地質(zhì)問題。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。第4頁/共148頁5日本東海道干線舊丹拿隧道（長7.84km）1981年開工后曾6次遇到大規(guī)模高壓涌突水，最大一次達(dá)3.3m3/s，水頭達(dá)1.4~4.2MPa，貫通時(shí)總涌水量達(dá)1.63m3/s，致使該隧道建設(shè)工期達(dá)16年之久；日本的萬之瀨川引水隧道（8.2km），在施工中出現(xiàn)嚴(yán)重涌突水，最大水量2.4m3/s，水頭壓力高達(dá)1.45MPa，致使5次改變施工方案，延誤工期近2年；1992年竣工的辛普倫雙孔單線隧道是穿越阿爾卑斯山的第四座特長隧道，施工期間發(fā)生的特大規(guī)模涌水，涌水量達(dá)13.4m3/s，水溫高達(dá)47~56℃；前蘇聯(lián)的貝阿鐵路北穆隧道（長13.5km），最大涌水量達(dá)60×104m3/d。而國內(nèi)的一些煤礦瓦斯爆炸、隧道塌方事故也多見報(bào)道。這些工程事故給工程本身和周圍環(huán)境造成極大的危害。地下工程施工的技術(shù)發(fā)展，要求產(chǎn)生新技術(shù)解決這一地質(zhì)問題。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。第5頁/共148頁6日本東海道干線舊丹拿隧道（長7.84km）1981年開工后曾6次遇到大規(guī)模高壓涌突水，最大一次達(dá)3.3m3/s，水頭達(dá)1.4~4.2MPa，貫通時(shí)總涌水量達(dá)1.63m3/s，致使該隧道建設(shè)工期達(dá)16年之久；日本的萬之瀨川引水隧道（8.2km），在施工中出現(xiàn)嚴(yán)重涌突水，最大水量2.4m3/s，水頭壓力高達(dá)1.45MPa，致使5次改變施工方案，延誤工期近2年；1992年竣工的辛普倫雙孔單線隧道是穿越阿爾卑斯山的第四座特長隧道，施工期間發(fā)生的特大規(guī)模涌水，涌水量達(dá)13.4m3/s，水溫高達(dá)47~56℃；前蘇聯(lián)的貝阿鐵路北穆隧道（長13.5km），最大涌水量達(dá)60×104m3/d。而國內(nèi)的一些煤礦瓦斯爆炸、隧道塌方事故也多見報(bào)道。這些工程事故給工程本身和周圍環(huán)境造成極大的危害。地下工程施工的技術(shù)發(fā)展，要求產(chǎn)生新技術(shù)解決這一地質(zhì)問題。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。第6頁/共148頁7日本東海道干線舊丹拿隧道（長7.84km）1981年開工后曾6次遇到大規(guī)模高壓涌突水，最大一次達(dá)3.3m3/s，水頭達(dá)1.4~4.2MPa，貫通時(shí)總涌水量達(dá)1.63m3/s，致使該隧道建設(shè)工期達(dá)16年之久；日本的萬之瀨川引水隧道（8.2km），在施工中出現(xiàn)嚴(yán)重涌突水，最大水量2.4m3/s，水頭壓力高達(dá)1.45MPa，致使5次改變施工方案，延誤工期近2年；1992年竣工的辛普倫雙孔單線隧道是穿越阿爾卑斯山的第四座特長隧道，施工期間發(fā)生的特大規(guī)模涌水，涌水量達(dá)13.4m3/s，水溫高達(dá)47~56℃；前蘇聯(lián)的貝阿鐵路北穆隧道（長13.5km），最大涌水量達(dá)60×104m3/d。而國內(nèi)的一些煤礦瓦斯爆炸、隧道塌方事故也多見報(bào)道。這些工程事故給工程本身和周圍環(huán)境造成極大的危害。地下工程施工的技術(shù)發(fā)展，要求產(chǎn)生新技術(shù)解決這一地質(zhì)問題。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。第7頁/共148頁82007年8月5日野三關(guān)隧道突水第8頁/共148頁9錦屏二級水電站輔助洞涌水情況第9頁/共148頁10隧道巖溶裂隙水發(fā)育

涌水后暗河段初期支護(hù)被擠垮涌水沖毀洞口場地及設(shè)施

半充填溶洞武隆隧道巖溶和巖溶裂隙水情況第10頁/共148頁11齊岳山隧道溶洞及暗河第11頁/共148頁12華源煤礦8-17潰水事故現(xiàn)場第12頁/共148頁132、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的重要作用

復(fù)雜地區(qū)修建長大隧道，由于不良地質(zhì)發(fā)育的不確定性，在施工中進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)工作，既是保證施工安全的需要，也是保證工期、節(jié)約工程造價(jià)的需要。（1）作為一項(xiàng)安全施工措施，可以降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率，確保隧道施工安全。由于進(jìn)行預(yù)報(bào)，可進(jìn)一步查清因前期地質(zhì)勘察工作的局限而難以探查的、隱伏的重大地質(zhì)問題，能夠提前了解開挖面前方圍巖的地質(zhì)情況，并在施工中有針對性地采取預(yù)防措施，因此，能夠有效地控制突泥、涌水、涌砂、坍方等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，從而避免或減少由此造成人員及設(shè)備的損傷等。第13頁/共148頁14

（2）進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能夠作為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料的獲取手段，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。通過地質(zhì)預(yù)報(bào)，可以獲得開挖面前方存在的特殊地質(zhì)現(xiàn)象，以及巖層的物性和力學(xué)參數(shù)，為設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)的合理變更提供必要的依據(jù)。（3）確保質(zhì)量，控制投資。有了地質(zhì)預(yù)報(bào)，能夠及時(shí)了解隧道圍巖存在的地質(zhì)情況，提前對軟弱巖層進(jìn)行預(yù)加固，合理變更施工參數(shù)，確保隧道連續(xù)挖進(jìn)，贏得施工時(shí)間。（4）為編制竣工文件提供地質(zhì)依據(jù)。雖然引入超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)對保證隧道的施工安全起了一定的作用，但對不良地質(zhì)體的確切位置的定位與確定不良地質(zhì)發(fā)育的立體空間等方面還有一定的不足，這些還需要工程技術(shù)人員做進(jìn)一步的努力。2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的重要作用第14頁/共148頁153、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

準(zhǔn)確預(yù)報(bào)施工前方地質(zhì)條件是隧道建設(shè)的迫切需要，是確定工程對策、工程措施的關(guān)鍵，是工程施工安全的前提，是控制和合理運(yùn)用工程投資的重要因素。因此，世界各國都把此類問題列入重點(diǎn)研究課題進(jìn)行攻關(guān)。我國自六、七十年代修建成昆鐵路線時(shí)開始開展此項(xiàng)工作。八十年代以來，特別是近幾年，由于鐵路基礎(chǔ)建設(shè)大發(fā)展的需要，鐵路系統(tǒng)隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，盡管如此，還沒有哪一種儀器和設(shè)備能解決所有的地質(zhì)問題，預(yù)報(bào)理論與技術(shù)仍需完善，儀器和設(shè)備仍需不斷更新改進(jìn)，仍然屬于邊生產(chǎn)邊科研性質(zhì)的技術(shù)。第15頁/共148頁16二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)

目前國內(nèi)外超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段分為：常規(guī)地質(zhì)法、超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法、超前鉆探預(yù)報(bào)法、物探方法四種。

1）常規(guī)地質(zhì)法：包括地質(zhì)素描法、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析法、地質(zhì)作圖法、數(shù)碼成像、技術(shù)位移向量分析法等；

2）超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法：包括平行導(dǎo)坑法、正洞導(dǎo)坑法；第16頁/共148頁17

3）超前鉆探預(yù)報(bào)法：包括深孔水平鉆探、5～8m加深炮孔探測及孔內(nèi)攝影；

4）物探方法：包括地震波反射法、聲波反射法、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測、跨孔CT、高分辨率電法、聲監(jiān)測法、電測法、核磁共震法、陸地聲納法、TRT真地震反射成像技術(shù)、水平聲波剖面法(HSP)、TST超前預(yù)報(bào)技術(shù)、地震負(fù)視速度法、TGP12超前預(yù)報(bào)技術(shù)等。二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第17頁/共148頁18我國首次引進(jìn)的TSP202預(yù)報(bào)設(shè)備二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第18頁/共148頁19技術(shù)人員進(jìn)行TSP203+超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀操作二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第19頁/共148頁20

技術(shù)人員隧道內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第20頁/共148頁21

超前水平鉆探場景二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第21頁/共148頁22

技術(shù)人員在隧道量測水壓二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第22頁/共148頁23

技術(shù)人員在進(jìn)行紅外探測二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第23頁/共148頁24

技術(shù)人員在隧道量測裂隙產(chǎn)狀二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體方法及認(rèn)識(shí)第24頁/共148頁25

下面簡述一下國內(nèi)常用的幾種預(yù)報(bào)方法的原理與使用：

1、TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是專門為隧道與地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)的設(shè)備，它為方便快捷地預(yù)報(bào)掌子面前方100～350m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況提供了一種強(qiáng)有力的方法和工具。

預(yù)報(bào)原理：TSP(TunnelSeismicPrediction)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)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)隧洞掌子面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)情況。該法屬多波多分量探測技術(shù)，可以檢測出掌子面前方巖性的變化，如不規(guī)則體、不連續(xù)面、斷層和破碎帶等。第25頁/共148頁26

1.1、TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理

數(shù)據(jù)采集時(shí)通過依次激發(fā)隧洞一邊側(cè)墻等間隔炮孔，產(chǎn)生以波形式向周圍方向的能量傳遞，從掌子面前方任一波阻抗差異界面反射的信號(hào)及直達(dá)波信號(hào)將被2個(gè)三分量檢波器接收，該過程所需時(shí)間約1小時(shí)。然后利用TSPwin軟件處理可得P波和S波波場分布規(guī)律，最終顯示掌子面前方與隧道軸線相交的反射同相軸及其地質(zhì)解譯的二維或三維成果圖。由相應(yīng)密度值，可算出預(yù)報(bào)區(qū)內(nèi)巖體物理力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而可劃分該區(qū)圍巖工程類別。第26頁/共148頁27TSP超前探測原理地層或斷層入射波前反射波前震源檢波器檢波器隧道1.1、TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理第27頁/共148頁281.2、TSP方法特點(diǎn)（1）由點(diǎn)及面對地質(zhì)體進(jìn)行預(yù)報(bào)

TSP202成果圖顯示的是對能量異常點(diǎn)的接收后在圖中以點(diǎn)狀形式表現(xiàn)出來，通過點(diǎn)的整體形狀（直面、曲面）與能量點(diǎn)的差異分布，結(jié)合地勘資料來綜合判定前方不良地質(zhì)體的性質(zhì)（斷層、溶洞）。

TSP203成果圖顯示的是對能量異常點(diǎn)的接收后在圖中以面狀形式表現(xiàn)出來，適合不良層面的判定，對小型溶洞或管道型溶洞的判定存在一定的局限性。而其產(chǎn)生的物理參數(shù)對地質(zhì)情況的判定只能起到一定的借鑒作用。第28頁/共148頁29

（2）預(yù)報(bào)距離長，能預(yù)報(bào)掌子面前方100～350m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，而根據(jù)彈性波法原理，只要激發(fā)能量足夠大，圍巖越硬越完整，能夠保證反射波的接收效果，則預(yù)報(bào)長度會(huì)根據(jù)上述條件加長。（3）對隧道施工干擾小，它可在隧道施工間隙進(jìn)行，即使專門安排此項(xiàng)工作，也不過40分鐘左右。（4）提交資料快，在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)后24小時(shí)內(nèi)即可提交成果報(bào)告。第29頁/共148頁30（5）預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性其預(yù)報(bào)地質(zhì)體位置是根據(jù)已開挖段的彈性波速度的平均值和時(shí)間來推算的，地質(zhì)體變化越大，預(yù)報(bào)位置與實(shí)際情況差異也越大。TSP202的計(jì)算是在Dos平臺(tái)進(jìn)行的，TSP203的計(jì)算是在Windows平臺(tái)進(jìn)行的。它是TSP202的升級換代產(chǎn)品。他的計(jì)算功能更強(qiáng)大，更智能化。它可以計(jì)算出掌子面前方巖層的主要物理參數(shù)的數(shù)值和變化。在采集信息量方面，TSP203有理由做的更好，由于計(jì)算機(jī)的升級換代可提供更強(qiáng)大的平臺(tái)，儀器可以采集更多的信息供計(jì)算分析。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中TSP203提供的人為綜合分析的空間受到一定的限制。第30頁/共148頁311.3、工程實(shí)例（1）渝懷鐵路圓梁山隧道DK361+764溶洞TSP202探測DK361+931來自隧道前上方的反射波能量圖第31頁/共148頁32DK361+931來自隧道前下方的反射波能量圖DK361+764溶洞為沿層面發(fā)育的巖溶形態(tài)，TSP202在隧道上下方均探測在異常界面，經(jīng)縱向深度位置搜索→反射界面提取等手段處理后，可判定溶洞發(fā)育。第32頁/共148頁33（2）龍廈鐵路象山隧道1#斜井花崗巖TSP203預(yù)報(bào)2D成果顯示第33頁/共148頁34

通過象山隧道1#斜井TSP203預(yù)報(bào)2D成果圖可清楚的看到軟弱層的分布，通過成果圖巖土參數(shù)變化情況可綜合判定斷層的發(fā)育位置。（3）TSP202在巖溶探測中的應(yīng)用下圖是在渝懷線圓梁山隧道遇到2號(hào)溶洞時(shí)在地質(zhì)探洞內(nèi)做的兩次TSP預(yù)報(bào)，結(jié)果顯示了探洞兩側(cè)的完全不同。綜合判定一側(cè)為大規(guī)模溶洞，另一側(cè)顯示的是分帶特點(diǎn)的溶縫，開挖后證實(shí)是2～4m寬的“溶縫”。當(dāng)然對單獨(dú)的成果圖不可能下如此確切的結(jié)論，但地質(zhì)預(yù)報(bào)就是要在地勘資料、多次探測實(shí)踐的基礎(chǔ)上綜合分析。地質(zhì)預(yù)報(bào)就是這樣的一個(gè)綜合系統(tǒng)工程。第34頁/共148頁35探洞左側(cè)的管道及迂回方案第35頁/共148頁36探洞右側(cè)大型溶洞的集中反映第36頁/共148頁37

2#溶洞平面分布圖

第37頁/共148頁381.4優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）適用范圍廣，適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。（2）預(yù)報(bào)距離長，能預(yù)報(bào)掌子面前方100～350m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越完整預(yù)報(bào)長度就越大。（3）對隧道施工干擾小，它可在隧道施工間隙進(jìn)行，即使專門安排此項(xiàng)工作，也不過40分鐘左右。（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。它設(shè)計(jì)了一套專用處理軟件，將復(fù)雜多解的波形分析轉(zhuǎn)換為直觀的單一解的波形能量分析圖。將隧道頂部和底部的波形能量分析圖分析確定之后，就可得出斷層破碎帶、軟弱夾層或其它不良地質(zhì)體相對于隧道的空間位置，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)繪出彈性波速度有差異的地質(zhì)界面相對于隧道軸線的地質(zhì)平面圖和縱斷面圖。第38頁/共148頁391.4優(yōu)缺點(diǎn)分析

（5）預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，其預(yù)報(bào)地質(zhì)體距離掌子面的位置是根據(jù)24個(gè)爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質(zhì)體反射波到達(dá)接收器的時(shí)間來確定的，由于彈性波速度的差異而導(dǎo)致地質(zhì)體預(yù)報(bào)位置與實(shí)際情況有所差異。（6）預(yù)報(bào)精度高，它所能反映出的地質(zhì)體的寬度是根據(jù)采樣間隔和巖體彈性波速度來確定的，如采樣間隔取80μs，彈性波速度為5000m/s，則能預(yù)報(bào)出的地質(zhì)體的寬度為0.4m。（7）預(yù)報(bào)斷層、弱硬巖接觸面等面狀結(jié)構(gòu)反射信號(hào)較為明顯，而預(yù)報(bào)溶洞等點(diǎn)狀地質(zhì)體則不盡如人意，因其計(jì)算軟件針對面狀異常體設(shè)計(jì)，對點(diǎn)狀異常體（如小溶洞等）反應(yīng)不明顯。第39頁/共148頁402、負(fù)視速度法和TGP12（SWS）2.1負(fù)視速度法鐵一院從上世紀(jì)90年代初就開始了進(jìn)行專門的研究工作，并稱為“負(fù)視速度法”。他的工作原理與TSP預(yù)報(bào)系統(tǒng)是完全一樣的，差的是商業(yè)化和一些巧妙的設(shè)計(jì)和強(qiáng)大計(jì)算功能的軟件。它是將地震勘探中VSP法應(yīng)用于近水平的隧洞中，也是利用地震反射波特征來預(yù)報(bào)隧洞開挖面附近圍巖的地質(zhì)情況。在側(cè)壁的一定范圍內(nèi)布置激震點(diǎn)進(jìn)行激發(fā)，其振動(dòng)信號(hào)在隧洞圍巖內(nèi)傳播，當(dāng)巖層波阻抗發(fā)生變化時(shí)，地震波信號(hào)將部分返回。第40頁/共148頁41

反射界面與測線直立正交時(shí)，所接收的反射波與直達(dá)波在記錄圖像呈負(fù)視速度，其延長線與直達(dá)波延長線的交點(diǎn)即為反射界面的位置，縱、橫波共同分析還可了解反射界面兩側(cè)巖性及軟硬程度的變化。該法具有明顯的方向特征，可有效區(qū)分掌子面前方反射信號(hào)與周圍干擾信息，提高了識(shí)別物性界面的精確度，能對其進(jìn)行較為準(zhǔn)確的定位，預(yù)報(bào)距離可達(dá)100ｍ以上。第41頁/共148頁42

2.2國產(chǎn)TGP12（SWS）儀器和處理系統(tǒng)

TGP12（SWS）儀器和處理系統(tǒng)是TSP系統(tǒng)的一種，比較TSP202/203，TGP12在以下方面作出了改進(jìn)：

1)處理系統(tǒng)中文界面，操作方便，程序的對比功能設(shè)置有利于分析對比；

2)處理系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)處理兩種方式，適應(yīng)研究復(fù)雜隧道地質(zhì)條件的需要；

3)儀器的三分量接收器在孔中采用黃油耦合，簡單速度快，既經(jīng)濟(jì)、又少影響隧道施工的時(shí)間。第42頁/共148頁433、地震CT技術(shù)

目前隧道反射地震CT技術(shù)開始發(fā)展成熟，代表性的工作是美國NSA工程公司近年來開發(fā)的TRT技術(shù)，全稱是“真正反射層析成像”（TrueReflectionTomography），在歐洲、亞洲開始應(yīng)用。

TRT方法在觀測方式和資料處理方法上與TSP和負(fù)視速度法有很大不同。在觀測上TRT采用空間多點(diǎn)接收和激發(fā)，以充分獲得空間波場信息，在資料處理方面采用速度掃描和偏移成像。這種方法對巖體中反射界面的定位、巖體波速的分析的精度都有所提高。第43頁/共148頁44

TRT(TrueReflectionTomography)真地震反射成像法是利用巖體中不均勻面的反射地震波進(jìn)行超前探測，它采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收的觀測方式，其檢波點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)呈空間分布，以便充分獲得空間場波信息，從而使前方不良地質(zhì)現(xiàn)象的定位精度大大提高；它的數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)是速度掃描和偏移成像，不需要走時(shí)，因此，對巖體中反射界面位置的確定、巖體波速和工程類別的劃分都有較高的精度，而且還具有較大的探測距離，應(yīng)該說較TSP法有較大的改進(jìn)。第44頁/共148頁45

由實(shí)際應(yīng)用知，TRT法在結(jié)晶巖體中的探測距離可達(dá)100～150m，在軟弱的土層和破碎的巖體中尚可預(yù)報(bào)60～100m。該法成功應(yīng)用的例子很多，較典型的是奧地利的通過阿爾卑斯山的鐵路雙線隧洞施工中進(jìn)行了全程的超前預(yù)報(bào)。

由于多種因素，目前國內(nèi)尚未引進(jìn)該技術(shù)。第45頁/共148頁46

4、紅外探水

紅外探測技術(shù)是綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的一種，可以定性的判釋隧道掌子面前方是否存在含水構(gòu)造。紅外探測技術(shù)在圓梁山隧道以及其他鐵路線的不同隧道的不同地質(zhì)條件下進(jìn)行了大量應(yīng)用，取得了一定的效果。

4.1工作原理

在隧道中，圍巖周圍存在著紅外輻射場，場就有密度、能量、方向等信息。地下水的活動(dòng)會(huì)引起巖體紅外輻射場強(qiáng)的變化，測量紅外輻射場強(qiáng)的變化來確定掌子面前方或洞壁四周是否有隱伏的含水體。

第46頁/共148頁474.2探測方法特點(diǎn)

探測儀重量輕盈，操作簡便，工作時(shí)間短（洞內(nèi)操作只需20分鐘），并且數(shù)據(jù)處理快捷，一般2小時(shí)即內(nèi)即可提交報(bào)告。是一種很好的輔助手段。但是紅外探測只能定性的判斷掌子面前方是否存在含水構(gòu)造，而不能定量判斷水量大小與含水構(gòu)造距離。第47頁/共148頁485、高密度電法

利用供電極A，接收極M、N所形成電位等勢線形成等勢體球殼，來反映前方低阻異常,通過低阻異常判斷前方巖層的水文地質(zhì)特征。方法：布置供電極A1、A2、A3，間距4m，接收極M、N，極間距4m，距供電極A14m開始跑極，觀測記錄各點(diǎn)視電阻率Ω，然后在計(jì)算機(jī)上繪制A1、A2、A3點(diǎn)視電阻率曲線圖。以各條曲線上距A1供電點(diǎn)等距低阻點(diǎn)為依據(jù)，分別以A1、A2、A3點(diǎn)為圓心繪圓，三圓相交點(diǎn)即為隧道掘進(jìn)工作面前方相應(yīng)地點(diǎn)的視電阻率，根據(jù)視電阻率的高低可判斷前方是否存在低阻異常區(qū)。解釋異常區(qū)可判斷前方巖層是否存在涌水可能。第48頁/共148頁496、超前地質(zhì)鉆孔

6.1超前鉆孔的應(yīng)用及特點(diǎn)

超前地質(zhì)鉆孔是利用水平鉆機(jī)在隧道掌子面進(jìn)行水平地質(zhì)鉆探獲取地質(zhì)信息的一種地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方式。超前水平鉆探由于速度慢和費(fèi)用高一直不能在隧道施工中被廣泛采用。目前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作中水平鉆孔工序一般每30m一個(gè)循環(huán)，在灰?guī)r中純鉆時(shí)間5～6小時(shí)，輔助時(shí)間7～8小時(shí)，干擾施工時(shí)間10～11小時(shí)（約占開挖時(shí)間的7%）。第49頁/共148頁506.2超前鉆孔的優(yōu)缺點(diǎn)

地質(zhì)鉆孔優(yōu)點(diǎn)：（1）可比較直觀地告訴我們鉆孔所經(jīng)過部位的地層巖性、巖體完整程度、裂隙度、溶洞大小、有沒有水以及可測水壓高低等。（2）煤系地層可進(jìn)行孔內(nèi)煤與瓦斯參數(shù)測定，采取適宜防治措施，防治煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。（3）與物探方法相比，它具有直觀性、客觀性，不存在物探手段經(jīng)常發(fā)生的多解性、不確定性。地質(zhì)鉆孔缺點(diǎn)

費(fèi)用高、占用隧道施工時(shí)間長，且資料只是一孔之見。第50頁/共148頁516.3鉆孔揭示的地質(zhì)情況判定

1、根據(jù)鉆進(jìn)速度判定:鉆機(jī)在相同巖層中的鉆進(jìn)速度是均一的，結(jié)合隧道開挖揭示的地層巖性，根據(jù)鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中的速度變化、是否有卡鉆現(xiàn)象等，便可判斷前方巖體的完整程度以及是否存在不良地質(zhì)體。

2、根據(jù)巖粉判定:在鉆孔施做過程中，孔中不斷有巖粉被高壓風(fēng)吹出，通過鑒定巖粉的成分，可了解前方地質(zhì)體的性質(zhì)。

3、根據(jù)沖洗液判定:鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中，通過沖洗液顏色的變化，可以判定鉆孔前方巖層的變化，根據(jù)沖洗液所含雜質(zhì)的成分可判定前方是否存在異常體性質(zhì)以及異常體發(fā)育的深度和規(guī)模。第51頁/共148頁526.4合理鉆孔深度研究

對于超前地質(zhì)鉆孔來說，鉆進(jìn)距離越長，對施工的指導(dǎo)意義越大，但是另一方面，鉆進(jìn)距離越長，其鉆進(jìn)效率也會(huì)降低。另外根據(jù)幾次應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)長距離鉆孔對不良地質(zhì)體的具體位置的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的影響很大，既無法準(zhǔn)確確定出現(xiàn)異常的位置。隨著鉆孔深度增加，鉆桿受到的摩擦力和鉆頭受到?jīng)_擊阻力很大，鉆機(jī)的能量損失也越大，鉆進(jìn)速度也越慢。將超前地質(zhì)鉆孔納入施工工序是隧道安全施工的需要，完成一個(gè)循環(huán)的地質(zhì)超前鉆孔，需要將鉆孔設(shè)備運(yùn)送到掌子面，鉆孔完成后需要將鉆孔設(shè)備撤離。第52頁/共148頁53數(shù)據(jù)分析：

以一個(gè)循環(huán)四個(gè)鉆孔為例，完成上述的鉆孔準(zhǔn)備和撤離，平均需要1.8個(gè)小時(shí)。另外，考慮循環(huán)之間的鉆孔5m安全搭接。對78個(gè)鉆孔的鉆進(jìn)速度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，從右表中可以看出：綜合效率最高的循環(huán)長度是45m（此計(jì)算僅限于潛孔鉆）。按施工過程綜合工效考慮，則在鉆孔減少的情況下，鉆孔長度在35m左右比較合適。鉆孔綜合效率表6.4合理鉆孔深度研究第53頁/共148頁546.5鉆孔法建議

（1）在可能有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地段，應(yīng)以鉆孔法為主；（2）鉆孔花費(fèi)時(shí)間長、費(fèi)用高，建議在施工組織中結(jié)合鑿巖一并考慮；利用炮孔超前，操作方便，作用很大。一般要求每循環(huán)4～6孔，超前2～

4米（有條件時(shí)最好4～

6米），在石灰?guī)r巖溶發(fā)育地段應(yīng)該堅(jiān)持。（3）在以探測巖溶為主要目的的鉆孔是可以采用不取芯，以提高鉆孔速度。第54頁/共148頁557、常規(guī)地質(zhì)素描法

是綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的中樞，主要完成地質(zhì)展示圖、利用導(dǎo)洞進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)、利用地層層序預(yù)報(bào)等、對其他預(yù)報(bào)方法能夠進(jìn)行驗(yàn)證和指導(dǎo)。具體為利用常規(guī)地質(zhì)理論和作圖法，將隧道所揭露的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、地下水出露點(diǎn)位置及出水狀態(tài)、出水量、煤層、溶洞等準(zhǔn)確記錄下來并繪制成圖表，結(jié)合已有勘測資料，進(jìn)行隧道開挖面前方地質(zhì)條件的預(yù)測預(yù)報(bào)。其它的預(yù)報(bào)方法都是為這種預(yù)報(bào)方法服務(wù)的。該方法設(shè)備簡單、操作方便、不占用隧道施工時(shí)間，提交資料及時(shí)，費(fèi)用低，但對操作人員地質(zhì)知識(shí)水平要求較高，要求地質(zhì)專業(yè)人員來完成。該方法主要有以下幾種形式：第55頁/共148頁56（1）掌子面素描法掌子面素描法，就是根據(jù)掌子面的地質(zhì)情況利用常規(guī)地質(zhì)理論和幾何作圖法推測掌子面前方地質(zhì)情況。（2）平行導(dǎo)坑法平行導(dǎo)坑法是在隧道正洞左邊或右邊一定距離開挖一個(gè)平行的斷面較小的導(dǎo)坑，以導(dǎo)坑中的地質(zhì)情況通過地質(zhì)理論和作圖法預(yù)報(bào)正洞地質(zhì)條件的方法。平行導(dǎo)坑的作用很多，地質(zhì)預(yù)報(bào)只是其中用途之一，一般只是當(dāng)設(shè)計(jì)圖紙中有平導(dǎo)設(shè)計(jì)的才采用該法，因其費(fèi)用極為昂貴。7、常規(guī)地質(zhì)素描法第56頁/共148頁57

下圖為某隧道預(yù)報(bào)圖的（平導(dǎo)預(yù)報(bào)正洞）一部分：實(shí)際開挖揭示情況：PDK360+706～

+750段為F1斷層破碎帶及影響帶，圍巖破碎。通過平導(dǎo)預(yù)測正洞DK360+800～

+845可能為F1斷層破碎帶及影響帶，有水流出。實(shí)際開挖揭示情況：DK360+800～

+845為F1斷層，有水流出，水量約300ml/s。7、常規(guī)地質(zhì)素描法第57頁/共148頁58（3）正洞導(dǎo)坑法正洞導(dǎo)坑法是在隧道正洞中某個(gè)部位開挖一個(gè)斷面較小的導(dǎo)坑以探明地質(zhì)情況的方法。該方法較平行導(dǎo)坑法更直接、更準(zhǔn)確。

正洞導(dǎo)坑可作為隧道施工工法的一種，既開挖了隧道，又探明了地質(zhì)情況。（4）洞身地質(zhì)素描法對隧道拱頂、左右邊墻進(jìn)行地質(zhì)素描，并通過地質(zhì)展示圖形式表現(xiàn)出來，可以直觀的判定隧道前方及周邊地質(zhì)巖性及不良地質(zhì)體的發(fā)育規(guī)模。7、常規(guī)地質(zhì)素描法第58頁/共148頁598、地質(zhì)雷達(dá)

作為TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的補(bǔ)充，對TSP預(yù)報(bào)的異常點(diǎn)，比如確定異常體的規(guī)模、性質(zhì)、危害性有困難時(shí)采用地質(zhì)雷達(dá)作為補(bǔ)充手段。根據(jù)《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》（TB10027-2001）與設(shè)計(jì)要求，灰?guī)r地段鋪軌前應(yīng)用物探方法探明隧底隱伏巖溶洞穴，主要采用地質(zhì)雷達(dá)。8.1預(yù)報(bào)原理地質(zhì)雷達(dá)采用的是時(shí)間域脈沖雷達(dá)，將寬頻帶的脈沖發(fā)射到地下介質(zhì)中，通過接收反射信號(hào)達(dá)到探測地下目標(biāo)的目的，雷達(dá)系統(tǒng)向被探測物發(fā)射電磁脈沖，電磁脈沖穿過介質(zhì)表面，碰到目標(biāo)物或不同介質(zhì)之間的界面而被反射回來，根據(jù)電磁波的雙程走時(shí)的長短差別，確定探測目標(biāo)的形態(tài)及屬性，結(jié)合工程地質(zhì)理論分析達(dá)到對埋藏目標(biāo)（地質(zhì)體）的探測與判斷。

第59頁/共148頁60

雷達(dá)探測原理示意圖8.2影響雷達(dá)探測因素采用探地雷達(dá)在隧道內(nèi)開展工作，要比地面雷達(dá)探測難度大得多，不僅現(xiàn)場工作環(huán)境差，而且探測的對象是隧道的頂部、邊墻、隧底及掌子面。探測工作又往往是在施工過程中，相互影響干擾的情況是難免，所以需要雙方相互理解和密切配合。在隧道內(nèi)進(jìn)行雷達(dá)探測，主要受以下幾方面的干擾和影響：第60頁/共148頁61

（1）高壓風(fēng)管、通風(fēng)管、水管、供電線、運(yùn)輸線（軌道和運(yùn)行或停滯的電瓶車）即三管兩線。（2）初期支護(hù)和二次襯砌中的鋼筋網(wǎng)、錨桿、小導(dǎo)管、鋼拱架，及現(xiàn)場機(jī)具等金屬物。（3）虛渣、堆積物和爆破松動(dòng)圈及各種不均勻體。（4）巖層含水和隧道內(nèi)流水。上述干擾和影響必然會(huì)給數(shù)據(jù)采集和資料處理解釋工作帶來極大的難度。8.3對適用情況的認(rèn)識(shí)（1）隧道內(nèi)的環(huán)境條件如洞內(nèi)鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼軌等金屬構(gòu)件的影響探測結(jié)果。

8.2、影響雷達(dá)探測的因素第61頁/共148頁62

（2）就目前的技術(shù)水平而言，地質(zhì)雷達(dá)采用高頻率的天線作為隧道砼襯砌質(zhì)量無損檢測的手段仍是比較合適的。（3）地質(zhì)雷達(dá)在地表探測5～30m范圍內(nèi)的地下地層或地質(zhì)異常體(溶洞、土洞、斷裂、空隙等)反射信號(hào)還是比較明顯的，也是一種比較理想的手段；灰?guī)r地區(qū)隧道鋪底前采用中～低頻率的天線作為探明隧底隱伏巖溶洞穴的手段仍是大家經(jīng)常采用的。（4）由于雷達(dá)探測距離短，難與隧道每天開挖10～15m的速度相適應(yīng)。但發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)多種頻率、反復(fù)探測來得到異常體的規(guī)模及形態(tài)，效果明顯。

8.2、影響雷達(dá)探測的因素第62頁/共148頁639、TST超前預(yù)報(bào)技術(shù)

TST(TunnelSeismicTomography)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是通過可視化地震反射成像技術(shù)預(yù)報(bào)隧洞掌子面前方150m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，可準(zhǔn)確預(yù)報(bào)斷裂帶、破碎帶、巖溶發(fā)育帶以及巖體工程類別變化等地質(zhì)對象的位置、規(guī)模和性質(zhì)。該法數(shù)據(jù)采集用多道數(shù)字地震儀，處理軟件為三維地震分析成像系統(tǒng)。它充分運(yùn)用地震反射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，具有巖體波速掃描、地質(zhì)構(gòu)造方向掃描、速度偏移成像、吸收系數(shù)成像、走時(shí)反演成像等多種功能，從巖體的力學(xué)性質(zhì)、巖體完整性等多方面對地質(zhì)情況進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)。

測試時(shí)可在隧洞內(nèi)掌子面、兩側(cè)、上頂和下底面，也可在隧洞外山頂布置。洞內(nèi)觀測時(shí)檢波器埋入巖體1～1.5m，以避免聲波和面波干擾?？刹捎帽ɑ蝈N擊激發(fā)地震波。第63頁/共148頁6410、水平聲波剖面法(HSP)

它利用孔間地震剖面法(ABSP)的原理及相應(yīng)軟件開發(fā)的一種超前預(yù)報(bào)方法。其原理是向巖體中輻射一定頻率的高頻地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅讲ㄗ杩狗纸缑鏁r(shí)，將發(fā)生折射、反射，頻譜特征也將發(fā)生變化，通過探測反射信號(hào)(接收頻率為聲波頻段的地震波)，求得其傳播特征后，便可了解工作面前方的巖體特征。震源和檢波器的布置除離開開挖面對施工干擾較小外，還因反射波位于直達(dá)波、面波延續(xù)相位之外而不受干擾，因此記錄清晰、信噪比高、反射波同相軸明顯。第64頁/共148頁65

觀測時(shí)在隧洞的兩個(gè)側(cè)壁分別布設(shè)震源和檢波器，按其相對位置設(shè)計(jì)成兩種觀測方式即固定激發(fā)點(diǎn)(或接收點(diǎn))和激發(fā)與接收點(diǎn)相錯(cuò)斜交方式。震源在預(yù)報(bào)目的體的遠(yuǎn)端，接收點(diǎn)間距采用小道間距，多道接收，構(gòu)成“水平聲波剖面”。利用時(shí)差和頻差與地質(zhì)相結(jié)合的方法確定反射面的空間方位并“投影”到該剖面上，從而確定反射面的空間位置及性質(zhì)。其特點(diǎn)是各檢測點(diǎn)所接收的反射波路徑相等，反射波組合形態(tài)與反射界面形態(tài)相同，圖像直觀，同時(shí)觀測時(shí)也不影響掌子面的掘進(jìn)。10、水平聲波剖面法(HSP)第65頁/共148頁6611、其他目前超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)發(fā)展很快，還有很多方法，如應(yīng)用位移向量分析法、聲監(jiān)測法、電測法、核磁共震法、數(shù)碼成像技術(shù)在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中也有應(yīng)用。第66頁/共148頁67三、常用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的適用范圍

雖然目前超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段很多，但能夠在施工中廣泛應(yīng)用并為廣大工程技術(shù)人員較為認(rèn)可的有：地震波反射法（TSP）、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測、超前鉆孔（炮孔的加長探測），同時(shí)由于每種預(yù)報(bào)方法在不同的地質(zhì)條件下的實(shí)際預(yù)報(bào)效果差距很大，應(yīng)用中一般根據(jù)隧道的地質(zhì)條件分段選用不同的手段組合進(jìn)行綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)。第67頁/共148頁68

只有認(rèn)識(shí)到預(yù)報(bào)的影響因素，才能有針對性的制定技術(shù)方案。經(jīng)過多年的實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到由地質(zhì)預(yù)報(bào)的精確程度受下列因素影響：一是地質(zhì)體的成因類型。一般是沉積巖地區(qū)的預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度較高；小體積侵入巖，非層狀噴出巖預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度最低；沒有被破壞的褶皺、大的斷層帶預(yù)報(bào)較準(zhǔn)；小斷層及侵入接觸帶預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度低。二是地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展史。經(jīng)歷構(gòu)造作用次數(shù)越多、作用越強(qiáng)烈，地質(zhì)構(gòu)造越復(fù)雜，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度越低。

三是地表巖石風(fēng)化和覆蓋程度。巖石風(fēng)化和地表覆蓋嚴(yán)重，覆蓋層厚，地質(zhì)構(gòu)造在地面看不清，預(yù)報(bào)不準(zhǔn)。

四是對預(yù)報(bào)地區(qū)地質(zhì)規(guī)律的掌握的程度和從事這項(xiàng)工作人員的經(jīng)驗(yàn)豐富程度，這直接影響預(yù)報(bào)成效。

地質(zhì)預(yù)報(bào)方案選擇的影響因素第68頁/共148頁691、各種常用預(yù)報(bào)方法的有效距離（1）參考客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工標(biāo)準(zhǔn)（隧工程[2006]67號(hào)）地質(zhì)素描：每循環(huán)開挖進(jìn)尺。超前水平鉆：每30m～50m進(jìn)行一次，最深不超過90m，孔徑（終孔）不得小于Φ90mm；煤層超前探測鉆孔孔徑不得小于Φ76mm，每個(gè)探孔應(yīng)穿透煤層進(jìn)入頂（底）板不小于0.5m。

TSP預(yù)報(bào)距離：A級地段100m，B、C級地段150m。

HSP（單點(diǎn)反射）：有效探測距離50m。地質(zhì)雷達(dá)探測：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。紅外探水：灰?guī)r地段每20m進(jìn)行一次。第69頁/共148頁70（2）參考鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南（鐵建設(shè)〔2008〕105號(hào)）地質(zhì)素描：每循環(huán)開挖進(jìn)尺。超前水平鉆：在需連續(xù)鉆探時(shí)，一般每循環(huán)30～50m，必要時(shí)也可鉆100m以上的深孔，但隨著鉆孔深度的增加，鉆具下垂加大，孔位易偏離設(shè)計(jì)值。地震波反射法預(yù)報(bào)距離：

1）在軟弱破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)每次預(yù)報(bào)距離一般應(yīng)為100～120m（100m左右），不宜超過150m；

2）在巖體完整的硬質(zhì)巖地層每次可預(yù)報(bào)120～180m，但不宜超過200m。

1、各種常用預(yù)報(bào)方法的有效距離第70頁/共148頁71水平聲波剖面法和陸地聲納法預(yù)報(bào)距離：

1）在軟弱破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)每次預(yù)報(bào)距離一般應(yīng)為20～50m，不宜超過70m；

2）在巖體完整的硬質(zhì)巖地層每次可預(yù)報(bào)50～70m，但不宜超過100m。負(fù)視速度法預(yù)報(bào)距離：

1）在軟弱破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)每次預(yù)報(bào)距離一般應(yīng)為30～50m，不宜超過70m；

2）在巖體完整的硬質(zhì)巖地層每次可預(yù)報(bào)50～80m，但不宜超過100m。

1、各種常用預(yù)報(bào)方法的有效距離第71頁/共148頁722、各種常用預(yù)報(bào)方法的環(huán)境與工序時(shí)間要求地質(zhì)素描：一般在隧道出渣完成后實(shí)施，時(shí)間上安排比較自由，特殊情況占用施工時(shí)間20分鐘，對隧道環(huán)境也無特殊要求。超前地質(zhì)鉆孔：目前國內(nèi)應(yīng)用較廣泛的設(shè)備是西安煤炭科學(xué)研究院生產(chǎn)的MK-5鉆機(jī)，該鉆機(jī)鉆進(jìn)效率：從設(shè)備運(yùn)輸、安裝好開鉆到撤場，30米的鉆孔一般需要10~12小時(shí)，鉆孔施工完成后鉆機(jī)一般在洞內(nèi)就近停放。鉆孔前要提供操作空間（鉆機(jī)及配套設(shè)備的高度、長度、寬度），重點(diǎn)是操作室的加固穩(wěn)定。鉆孔施工過程中，掌子面不能正常施工，掌子面后其他施工工序可以正常進(jìn)行，隧道通風(fēng)正常即可。第72頁/共148頁73

加深炮孔：炮眼施工時(shí)實(shí)施，與正常的炮眼交叉施做，不需要單獨(dú)占用施工時(shí)間。

TSP：炮眼施工大約2小時(shí)，數(shù)據(jù)采集大約2小時(shí)。炮眼施工時(shí)不影響掌子面施工；數(shù)據(jù)采集時(shí)，掌子面及距離掌子面70米范圍內(nèi)，所有施工工序應(yīng)該停止，特別是不能有能產(chǎn)生較大震動(dòng)的大功率設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，過程中隧道正常通風(fēng)。地質(zhì)雷達(dá)：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集需要1~2小時(shí)，數(shù)據(jù)采集時(shí)掌子面施工需要停止，采集對掌子面后方施工無影響。采集時(shí)盡量避免探測區(qū)域金屬物質(zhì)大量存在，易形成電磁信號(hào)屏蔽，采集平面或曲面要求平滑，隧道正常通風(fēng)。2、各種常用預(yù)報(bào)方法的環(huán)境與工序時(shí)間要求第73頁/共148頁74

高密度電法：現(xiàn)場實(shí)施大約需要2小時(shí)，因?yàn)闇y線沿邊墻布置，對掌子面施工影響不大。數(shù)據(jù)采集僅需10~20分鐘，數(shù)據(jù)采集時(shí)，大功率的電力設(shè)備最好能暫停使用，采集時(shí)盡量避免探測區(qū)域金屬物質(zhì)大量存在，易形成電磁信號(hào)屏蔽，隧道正常通風(fēng)即可。紅外探水：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集僅需十分鐘，實(shí)施時(shí)對施工不會(huì)造成任何干擾。

TRT：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集大約需要2小時(shí)，作業(yè)范圍在距離掌子面30米范圍內(nèi)，作業(yè)環(huán)境同TSP。2、各種常用預(yù)報(bào)方法的環(huán)境與工序時(shí)間要求第74頁/共148頁75

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的選擇，既有人員的技術(shù)條件、儀器設(shè)備的保有量、現(xiàn)場的施做條件因素，也有隧道的地質(zhì)條件復(fù)雜程度、設(shè)備對隧道地質(zhì)條件的適合與否。其中目前在現(xiàn)場方案制定中方法選擇的依據(jù)主要有地質(zhì)條件復(fù)雜程度與在隧道地質(zhì)條件下適用那種方法兩個(gè)因素。3.1、隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)分級

在現(xiàn)有鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南中，地質(zhì)條件復(fù)雜程度直接影響預(yù)報(bào)分級，而分級的類別直接決定方法的種類選擇。3、各種預(yù)報(bào)方法在各類隧道地質(zhì)條件下的選擇第75頁/共148頁76

地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)堅(jiān)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、地球物理方法與超前水平鉆探相結(jié)合，輔助導(dǎo)坑與主洞探測相結(jié)合，開展多層次、多手段的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并貫穿于施工全過程。地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)工作的方法、手段和內(nèi)容應(yīng)根據(jù)勘測設(shè)計(jì)預(yù)測的地質(zhì)災(zāi)害分級確定。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害對隧道施工安全的危害程度，分為以下四級，詳細(xì)影響因素見下表。2、各種常用預(yù)報(bào)方法的環(huán)境與工序時(shí)間要求第76頁/共148頁77

綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作分級影響因素表施工地質(zhì)分級ABCD嚴(yán)重較嚴(yán)重一般輕微地質(zhì)復(fù)雜程度(含物探異常)巖溶發(fā)育程度極強(qiáng)，厚層塊狀灰?guī)r，大型溶洞、暗河，巖溶密度每平方公里＞15個(gè)，最大泉流量＞50L/s，鉆孔巖溶率＞10%。強(qiáng)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(gè)，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(gè)，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。第77頁/共148頁78地應(yīng)力影響程度高應(yīng)力，嚴(yán)重巖爆（拉森斯判據(jù)＜0.083，即巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度與圍巖最大切向應(yīng)力的比值），大變形。高應(yīng)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(qiáng)烈破壞煤）、Ⅳ（粉碎煤）、Ⅴ（全粉煤）類，瓦斯放散初速度≥10，煤的堅(jiān)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(zhì)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(zāi)害。施工、防治不當(dāng)，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。

綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作分級影響因素表第78頁/共148頁79其分級預(yù)報(bào)方式為

A級預(yù)報(bào)：采用地質(zhì)素描、隧道地震超前預(yù)報(bào)儀（TSP）、單點(diǎn)聲波反射儀（HSP）、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、超前水平鉆探等手段綜合預(yù)測。首先以長距離TSP和一種或幾種短距離物探方法相結(jié)合進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)進(jìn)行多孔超前鉆探探查。局部復(fù)雜地段，開展多種短距離物探探測等多種方法綜合預(yù)測。

B級預(yù)報(bào):采用地質(zhì)素描、TSP，輔以紅外探水、地質(zhì)雷達(dá)，進(jìn)行必要的單孔超前水平鉆。當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部地段較復(fù)雜時(shí)，則按A級要求實(shí)施。

C級預(yù)報(bào)：以地質(zhì)素描為主。對重要的地質(zhì)（層）界面、斷層或物探異?？刹捎肨SP進(jìn)行探明，必要時(shí)紅外探水和單孔超前鉆探。

D級預(yù)報(bào)：采用地質(zhì)素描。第79頁/共148頁803.2、地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對隧道地質(zhì)條件的適用效果地質(zhì)素描：是隧道施工地質(zhì)工作的中樞，應(yīng)用最廣泛，在A、B、C、D四級預(yù)報(bào)中都要進(jìn)行。但在非地質(zhì)專業(yè)的管理者中，目前還沒有認(rèn)識(shí)到他在綜合分析地質(zhì)工程問題中的地位。這體現(xiàn)在目前的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)招標(biāo)中單價(jià)無限制下調(diào)，只是目前技術(shù)指南的要求才開展這項(xiàng)工作。隧道-只要是地下工程目前都要選擇此技術(shù)進(jìn)行全隧道覆蓋性測量；是施工地質(zhì)的基礎(chǔ)性和最終成果性資料，可作為長大隧道防災(zāi)資料歸檔。第80頁/共148頁813.2、地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對隧道地質(zhì)條件的適用效果地震波反射法（TSP）：

在現(xiàn)有鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)中，TSP是應(yīng)用最廣泛的預(yù)報(bào)技術(shù)之一，在近年的工程實(shí)踐中取得了很好的效果，已成為保證施工安全、防止突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的第一選擇，在A、B、C級預(yù)報(bào)中都可選擇。目前復(fù)雜地質(zhì)隧道要選擇此技術(shù)進(jìn)行全隧道覆蓋性測量；一般復(fù)雜隧道只針對采空區(qū)、巖溶、斷層破碎帶等局部不良地質(zhì)段進(jìn)行TSP設(shè)計(jì)，地質(zhì)簡單隧道一般不選擇。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，TSP對面狀不良地質(zhì)體效果明顯。第81頁/共148頁823.2、地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對隧道地質(zhì)條件的適用效果地質(zhì)雷達(dá)：地質(zhì)雷達(dá)開始引進(jìn)預(yù)報(bào)工作中時(shí)，主要對斷層、褶皺、煤層、采空區(qū)、巖溶等不良地質(zhì)進(jìn)行探測，經(jīng)過長期實(shí)踐，目前主要在灰?guī)r巖溶發(fā)育地區(qū)應(yīng)用廣泛，成為溶洞預(yù)報(bào)的主要手段，并取得了很好的效果，在A、B級預(yù)報(bào)中都可選擇。目前灰?guī)r隧道要選擇此技術(shù)進(jìn)行灰?guī)r段覆蓋性測量；采空區(qū)、富水?dāng)鄬拥染植坎涣嫉刭|(zhì)段一般也考慮進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)設(shè)計(jì)，地質(zhì)簡單隧道一般不選擇。同時(shí)在灰?guī)r地區(qū)要進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探底工作，防止隱伏巖溶洞穴對工程與運(yùn)營的安全。第82頁/共148頁833.2、地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對隧道地質(zhì)條件的適用效果超前鉆孔：鉆孔目的是確認(rèn)物探探測預(yù)測的開挖面前方的地質(zhì)異常體，由于消耗時(shí)間、成本高，目前在A、B級可選擇。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超前鉆探一般在巖溶、斷層附近、采空區(qū)積水段、褶皺核部及其他一些不良地質(zhì)發(fā)育段應(yīng)用。第83頁/共148頁843.2、地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對隧道地質(zhì)條件的適用效果紅外探測：

紅外探測目的是探測開挖面前方的地質(zhì)異常體，目前主要應(yīng)用在探水方面，因?yàn)槲覀兪状卧诿嚎圃阂M(jìn)鐵路系統(tǒng)時(shí)候就用在了巖溶突水的探測方面，后來總結(jié)也是在探水方面探討。目前在地層探水地段在A、B、C級都可選擇。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，紅外探測一般在可溶巖與非可溶巖過渡帶、富水?dāng)鄬痈浇?、采空區(qū)積水段、褶皺富水區(qū)應(yīng)用，其他一般應(yīng)用在巖溶發(fā)育地段來作為保證施工安全的輔助措施。第84頁/共148頁85四、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的安全管理

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)性很高的行業(yè)，主要包括二方面危險(xiǎn)：（1）預(yù)報(bào)結(jié)果對開挖面前面的突發(fā)性災(zāi)害預(yù)測很大程度上影響施工安全；（2）在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施中實(shí)施者本身的安全。

1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果準(zhǔn)確性的安全管理這對超前地質(zhì)預(yù)報(bào)來講是一個(gè)系統(tǒng)管理問題,我們單位對這個(gè)問題的管理主要按三體系進(jìn)行閉合管理來提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性來指導(dǎo)施工，保證施工安全。第85頁/共148頁86

（1）成立專業(yè)管理機(jī)構(gòu)，在體制上重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的實(shí)施與成果的應(yīng)用，編制管理細(xì)則保證預(yù)報(bào)信息能夠嚴(yán)格指導(dǎo)施工，同時(shí)要作好實(shí)施管理與技術(shù)文件的審核，作到持續(xù)改進(jìn)。（2）技術(shù)上首先在勘察成果基礎(chǔ)上研究隧道工程與水文地質(zhì)情況，進(jìn)行危險(xiǎn)源辯識(shí)，確定重要危險(xiǎn)控制點(diǎn)。（3）針對地質(zhì)條件與危險(xiǎn)點(diǎn)編制預(yù)報(bào)大綱，主要從地質(zhì)條件的復(fù)雜程度確定預(yù)報(bào)等級；根據(jù)分段地質(zhì)條件選擇適合的預(yù)報(bào)方法；同時(shí)對重要危險(xiǎn)控制點(diǎn)在重難點(diǎn)設(shè)計(jì)中進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。四、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的安全管理第86頁/共148頁87

（4）進(jìn)行信息化施工管理，建立完善的地質(zhì)預(yù)報(bào)信息反饋機(jī)制，預(yù)報(bào)分析結(jié)果要及時(shí)發(fā)送到施工現(xiàn)場，施工現(xiàn)場要及時(shí)決策，調(diào)整施工方法保證不可預(yù)測災(zāi)害的規(guī)避與處理。（5）對預(yù)報(bào)方案動(dòng)態(tài)管理，在預(yù)報(bào)實(shí)施中要不斷總結(jié)預(yù)報(bào)大綱中方法選擇的適用性，總結(jié)不同地質(zhì)條件下各種方法的準(zhǔn)確指導(dǎo)效果，根據(jù)總結(jié)結(jié)果，一方面調(diào)整預(yù)報(bào)方法選擇，另一方面不斷改進(jìn)固有方法的操作、分析方法，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。（6）一個(gè)重要管理內(nèi)容：要重視施工對預(yù)報(bào)成果的研究采用程序管理，這才是關(guān)系到預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性對施工安全的保證作用。四、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的安全管理第87頁/共148頁882、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施過程中的安全管理

地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施過程中的安全問題有兩方面，一是人員的安全；一是機(jī)械設(shè)備的安全。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作是在隧道中進(jìn)行的，施工環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)隊(duì)伍、機(jī)器設(shè)備多，隱伏危險(xiǎn)因素多，同時(shí)預(yù)報(bào)人員不是經(jīng)常在洞內(nèi)作業(yè)，對環(huán)境熟悉程度差，都是不穩(wěn)定的安全因素。另外預(yù)報(bào)的儀器設(shè)備多比較貴重，使用要求高，在洞內(nèi)使用中危險(xiǎn)也比較高。針對這兩方面，除必要的安全教育外，制定各類安全管理規(guī)定，加強(qiáng)人員、設(shè)備的勞動(dòng)保護(hù)來進(jìn)行安全管理。第88頁/共148頁89

（1）首先對洞內(nèi)作業(yè)制定洞內(nèi)作業(yè)安全規(guī)定，主要借鑒施工單位的洞內(nèi)各項(xiàng)規(guī)定，因?yàn)樵谒淼乐?，預(yù)報(bào)人員與施工人員一樣，同樣面臨塌方、落石、涌水突泥的威脅。（2）對各種預(yù)報(bào)方法制定作業(yè)指導(dǎo)書，規(guī)范作業(yè)，減少安全事故。我們就制定了地質(zhì)素描作業(yè)指導(dǎo)書、TSP操作指導(dǎo)書、紅外探測作業(yè)指導(dǎo)書、鉆探現(xiàn)場安全細(xì)則等。（3）針對預(yù)報(bào)儀器損壞事故、車輛交通事故，在如下方面進(jìn)行規(guī)定：2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施過程中的安全管理第89頁/共148頁90

1）駐地管理項(xiàng)目駐地應(yīng)配備滅火器，做好防火工作；加強(qiáng)用電安全管理，嚴(yán)禁私拉亂扯，嚴(yán)禁使用電爐。用電設(shè)備使用時(shí)，必須有人員在場，人員離開后必須切斷所有電源，包括計(jì)算機(jī)等辦公設(shè)備電源；做好駐地防盜工作。

2）人員進(jìn)洞安全管理人員進(jìn)洞必須佩戴安全帽、防電水鞋、反光背心等安全防護(hù)裝備；洞內(nèi)作業(yè)應(yīng)注意車輛避讓，做好防觸電、防落石等工作；瓦斯隧道嚴(yán)禁攜帶打火機(jī)、火柴等易燃物品進(jìn)洞；嚴(yán)格執(zhí)行分院“洞內(nèi)作業(yè)安全規(guī)程”。2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施過程中的安全管理第90頁/共148頁91

3）儀器設(shè)備安全管理

TSP洞內(nèi)數(shù)據(jù)采集時(shí)，工作人員應(yīng)不少于4人，其中2人負(fù)責(zé)炸藥安裝，1人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，1人負(fù)責(zé)指揮警戒；地質(zhì)雷達(dá)探測時(shí)，工作人員數(shù)量依據(jù)天線大小配置，其中必須有1人專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，1人專門負(fù)責(zé)指揮警戒；進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，原則上應(yīng)要求施工單位停止現(xiàn)場一切工序作業(yè)；數(shù)據(jù)采集時(shí)，儀器設(shè)備應(yīng)放置在洞身圍巖穩(wěn)定并遠(yuǎn)離運(yùn)輸車輛、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的區(qū)域；采集現(xiàn)場設(shè)置警示燈；嚴(yán)格按照使用手冊要求進(jìn)行儀器設(shè)備保養(yǎng)。2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施過程中的安全管理第91頁/共148頁92

4）交通車輛運(yùn)行安全管理交通車輛只能由專職駕駛員駕駛，非專職駕駛員除非征得項(xiàng)目經(jīng)理批準(zhǔn)，否則嚴(yán)禁駕駛車輛；交通車輛只能用于項(xiàng)目生產(chǎn)需要，項(xiàng)目車輛使用需經(jīng)過項(xiàng)目經(jīng)理批準(zhǔn)，嚴(yán)禁司機(jī)私自駕車外出；交通車輛使用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行登記，登記應(yīng)注明使用日期、時(shí)間，外出事由，使用人；雪天出行，車輛應(yīng)配備防滑鏈，夏天出行，車輛應(yīng)配備滅火器；交通車輛維修、保養(yǎng)應(yīng)按規(guī)定填寫維護(hù)保養(yǎng)記錄表；對車輛的日常維護(hù)、油料消耗，各項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施過程中的安全管理第92頁/共148頁93五、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)現(xiàn)場的各種關(guān)系的協(xié)調(diào)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作是一門多部門、多單位、多專業(yè)互相協(xié)調(diào)、互相合作的綜合學(xué)科。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)施要求建設(shè)單位、勘察設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位通力合作，有計(jì)劃、實(shí)施、檢查、改進(jìn)、提高各環(huán)節(jié)工作，其中：建設(shè)單位在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作中負(fù)監(jiān)督檢查職能；勘察設(shè)計(jì)單位在超前地質(zhì)工作中負(fù)計(jì)劃、實(shí)施、提高職能；施工單位在超前地質(zhì)工作中負(fù)實(shí)施、改進(jìn)、提高職能；監(jiān)理單位在超前地質(zhì)工作中負(fù)檢查職能。第93頁/共148頁94

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)施需要協(xié)調(diào)的主要關(guān)系是實(shí)施過程中與施工其他工序的時(shí)間矛盾。主要影響單純施工進(jìn)度（安全是要成本的-時(shí)間與資金）。實(shí)施過程中現(xiàn)場資源利用的矛盾。TSP的接收孔等、鉆機(jī)的場地、臺(tái)架、風(fēng)水電等。資料的發(fā)送、簽收；監(jiān)理的簽認(rèn)等。建設(shè)單位的檢查匯報(bào)解釋（專業(yè)不同，理解不同）。成果的利用與落實(shí)程序制定，現(xiàn)在基本空白，成果多停留在紙面上。五、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)現(xiàn)場的各種關(guān)系的協(xié)調(diào)第94頁/共148頁95

1、地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的不確定性要正確認(rèn)識(shí)地質(zhì)情況的多變性和地質(zhì)預(yù)報(bào)的不確定性。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案是在地質(zhì)災(zāi)害分級基礎(chǔ)上隨地質(zhì)情況的變化與預(yù)報(bào)結(jié)果的驗(yàn)證情況進(jìn)行不斷調(diào)整的。采用某一種手段一次預(yù)報(bào)多少米，來指導(dǎo)這一段隧道施工，這種做法是不完善的。地質(zhì)預(yù)報(bào)是一個(gè)連續(xù)的、漸進(jìn)的、系統(tǒng)的工作，，目前已基本形成了針對某一隧道的地質(zhì)情況制定預(yù)報(bào)方案-選擇預(yù)報(bào)方法-實(shí)施-驗(yàn)證-調(diào)整的使用程序。這主要是對地質(zhì)情況的認(rèn)識(shí)也是一個(gè)隨著工程的進(jìn)展、時(shí)間的推移、信息的不斷輸入而不斷地深入的過程。在施工過程中需要收集地質(zhì)信息，和預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比、分析，找出對地質(zhì)情況認(rèn)識(shí)的不足，來修正我們的認(rèn)識(shí)并改進(jìn)預(yù)報(bào)方案。六、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的一些認(rèn)識(shí)第95頁/共148頁962、地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的專業(yè)性

這是地質(zhì)預(yù)報(bào)的專業(yè)特點(diǎn)決定的，從事地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的人員需要扎實(shí)的地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能吃苦耐勞和有敬業(yè)精神，能準(zhǔn)確判斷隧道內(nèi)的地質(zhì)情況，具有對異常地質(zhì)情況的敏感性。也就是說地質(zhì)預(yù)報(bào)對自身人員的素質(zhì)有著特殊的專業(yè)要求。很多的地質(zhì)災(zāi)害，事先都有征兆，只是人們沒有引起足夠的重視、認(rèn)識(shí)不到位或者采取措施不當(dāng)而引發(fā)的。有一個(gè)工程實(shí)例是：在巖溶隧道溶洞發(fā)育段打炮眼的時(shí)候，風(fēng)鉆工人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)掌子面前方變成了泥，請示了隊(duì)長后還是照常放了炮，結(jié)果發(fā)生了后面的重大傷亡事故。六、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的一些認(rèn)識(shí)第96頁/共148頁97

只有具有地質(zhì)專業(yè)知識(shí)，才能從事這項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的職業(yè)。專業(yè)預(yù)報(bào)隊(duì)伍具備的職能：研究既有地質(zhì)資料、風(fēng)險(xiǎn)性分析及地質(zhì)災(zāi)害按里程段分級、制定地質(zhì)預(yù)報(bào)方案，并將地質(zhì)預(yù)報(bào)工作納入施工組織和工序；實(shí)施地質(zhì)預(yù)報(bào)計(jì)劃，進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測和預(yù)報(bào)，成果應(yīng)包含：隧道地質(zhì)條件遠(yuǎn)景分析；物探、鉆探、素描、試驗(yàn)成果；綜合分析成果；施工建議；隨著隧道掘進(jìn)收集地質(zhì)信息與預(yù)報(bào)成果對比，提出新的預(yù)報(bào)方案與選擇新的預(yù)報(bào)方法；參與制定施工方案和重大問題決策，與施工人員交流對地質(zhì)情況的認(rèn)識(shí)，參加施工現(xiàn)場的例會(huì)；編制竣工地質(zhì)資料。六、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的一些認(rèn)識(shí)第97頁/共148頁98

工程技術(shù)人員，尤其是從事超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的人員一定要樹立信心，在充分研究隧道區(qū)域地質(zhì)資料、詳細(xì)了解各種地質(zhì)預(yù)報(bào)方法工作原理的基礎(chǔ)上，選用符合本隧道地質(zhì)條件的方法，切不可選用自己都不了解、不相信的方法，那樣的話預(yù)報(bào)結(jié)果很難會(huì)準(zhǔn)確。并且在預(yù)報(bào)過程中根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果調(diào)整預(yù)報(bào)方案及個(gè)別預(yù)報(bào)方法，一定能準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，為施工服務(wù)。六、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的一些認(rèn)識(shí)第98頁/共148頁99

3、根據(jù)已經(jīng)掌握的地質(zhì)信息、通過采取有針對性的工程措施，隧道風(fēng)險(xiǎn)可以有效控制并得以降低；但風(fēng)險(xiǎn)可能以某種形式轉(zhuǎn)移、演變，如：安全風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣て陲L(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)演變?yōu)橥顿Y風(fēng)險(xiǎn)等。

4、隧道工程風(fēng)險(xiǎn)的辨識(shí)、降低和控制，地質(zhì)工作是難點(diǎn)，工程措施是重點(diǎn)，施工管理是關(guān)鍵。

5、要有效控制并降低隧道的安全風(fēng)險(xiǎn)，就必須在隧道建設(shè)的全過程中通過超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報(bào)，不斷獲取、更新地質(zhì)信息，從中辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)源，進(jìn)而有針對性地采取工程措施并評價(jià)其有效性；隧道的風(fēng)險(xiǎn)管理是一個(gè)貫穿于建設(shè)期的“辯證、求證、驗(yàn)證”的過程，而以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為主要手段的施工地質(zhì)工作則是風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)。六、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的一些認(rèn)識(shí)第99頁/共148頁100

6、盡管超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在辨識(shí)隧道的工程地質(zhì)、水文工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源的作用是不可或缺的，但其不是規(guī)避、降低隧道風(fēng)險(xiǎn)的直接手段和措施；依據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測信息全過程開展信息設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行精細(xì)化、規(guī)范化的施工工藝、工序進(jìn)行施工，按照風(fēng)險(xiǎn)隧道特有的工程規(guī)律進(jìn)行施工管理的方是降低、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)之道。

7、施工安全主要取決于施工過程控制，預(yù)報(bào)只能提供安全預(yù)案，所以要特別重視加深炮孔工作，他是施工現(xiàn)場的直接預(yù)報(bào)，對安全有著直接的指導(dǎo)作用。六、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的一些認(rèn)識(shí)第100頁/共148頁101

8、建立有效的施工管理體系超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作為一種施工期間的地質(zhì)勘察手段，可以有效地查明施工期間的地質(zhì)問題，并對施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，但這種手段本身并不能消除施工風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)處理的效果還受諸如：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)水平、預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確度、施工工藝水平、施工管理水平等諸多因素的制約。因此一方面需要對超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，實(shí)現(xiàn)作業(yè)隊(duì)伍專業(yè)化，作業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化、施工反饋信息化；另一方面，還需要針對實(shí)現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與設(shè)計(jì)、施工之間的接口及協(xié)調(diào)管理機(jī)構(gòu)的建立非常重要。六、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的一些認(rèn)識(shí)第101頁/共148頁102

七、綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)例

受技術(shù)發(fā)展水平的限制，目前還沒有哪一種技術(shù)方法和手段能解決施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的所有地質(zhì)問題，因此施工階段采用多種技術(shù)方法和手段進(jìn)行綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)十分必要。采用綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，地質(zhì)預(yù)報(bào)資料的綜合分析就顯得特別重要，它負(fù)責(zé)對所采用的各種預(yù)報(bào)手段獲得的資料進(jìn)行歸納、分析、對比，提出最終預(yù)報(bào)結(jié)論和工程措施建議，指導(dǎo)施工，并確定下一步預(yù)報(bào)的方案和各預(yù)報(bào)手段工作計(jì)劃。第102頁/共148頁1031、綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)流程

下圖是在圓梁山隧道使用的流程圖，采用綜合預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)了1#溶洞。第103頁/共148頁104

2、

圓梁山隧道1#溶洞平導(dǎo)段預(yù)報(bào)實(shí)例

（1）TSP預(yù)報(bào)結(jié)果

PDK354+256～+406段進(jìn)行了TSP202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，結(jié)果顯示，PDK354+256～+313段有多條明顯的較為雜亂的反射信號(hào)，PDK354+256～+275段為溶洞區(qū)，充填有流塑～軟塑狀粘土；PDK354+275～+313段巖體破碎。PDK354+313～+406段只有少量較弱的反射信號(hào)，巖體較為完整均一。（2）紅外探測

2002年2月1日進(jìn)口端平導(dǎo)掌子面PDK354+244.5，在進(jìn)行鉆孔前，進(jìn)行了紅外探測。第104頁/共148頁105

2、

圓梁山隧道1#溶洞平導(dǎo)段預(yù)報(bào)實(shí)例（3）鉆探結(jié)果在PDK354+244.5采用MK-5型鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探作業(yè)，共鉆四孔，其中1#孔深30.1m，2#孔深21.0m，3#孔深30.3m，4#孔深30.2m。1#孔鉆進(jìn)到18～28m、3#孔鉆進(jìn)到17～28m、4#孔鉆進(jìn)到17～21m及24～28m時(shí)，表現(xiàn)為鉆機(jī)稍施壓力便有較大進(jìn)尺，同時(shí)可觀察到黃褐色淤泥順鉆桿流出，內(nèi)含巖屑，換鉆具取巖心鑒定為溶洞填充物。鉆探中涌水量約為35～50m3/h。（4）地質(zhì)分析根據(jù)以上探測結(jié)果，結(jié)合掌子面素描情況和地質(zhì)勘測報(bào)告物探解譯綜合分析判斷，掌子面前方PDK354+256～+275發(fā)育有充填大量軟塑狀粘土的溶洞，有貫通型巖溶水存在，水頭壓力及涌水量可能受淤泥阻擋未完全表現(xiàn)。第105頁/共148頁106（5）開挖驗(yàn)證開挖揭示PDK354+233～+256段為粉砂質(zhì)泥巖，圍巖軟弱；PDK354+256～+275為溶洞段，溶洞段右側(cè)發(fā)育一大橫張斷裂，斷層近似產(chǎn)狀為N60°W/45～78°SW，溶洞順斷層破碎帶發(fā)育，充填有軟塑狀棕紅色粘土、粉質(zhì)粘土夾碎、塊石，碎、塊石成分主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r，塊徑一般100～300mm，含量約20%。（6）綜合分析正洞

正洞段的地質(zhì)預(yù)報(bào)、探測過程與平導(dǎo)基本相同，只是增加了通過平導(dǎo)預(yù)報(bào)正洞的預(yù)報(bào)方法。綜合分析1#溶洞的發(fā)育情況如下圖。2、

圓梁山隧道1#溶洞平導(dǎo)段預(yù)報(bào)實(shí)例第106頁/共148頁107第107頁/共148頁108八、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與施工的關(guān)系

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是信息化施工的要求，信息化施工要求施工過程中獲得施工影響信息，根據(jù)獲得的信息調(diào)整施工與設(shè)計(jì)，保證工程與施工安全。對于信息主要通過施工過程中與施工后來獲得，在現(xiàn)場施工過程中是通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)獲得未開挖隧道的施工影響信息，對信息綜合判斷后給出信息對施工安全的影響程度，既做完超前地質(zhì)預(yù)報(bào)后對前方圍巖情況做出預(yù)測，以指導(dǎo)施工。它只能夠起到宏觀控制地質(zhì)災(zāi)害的作用，既預(yù)報(bào)中指出災(zāi)害發(fā)生的可能，在具體施工過程中采用適當(dāng)措施才能預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害。第108頁/共148頁109

對于施工后信息的獲得主要通過監(jiān)控量測獲得，通過各種監(jiān)測手段可直接獲得對地下工程的影響信息，通過這些信息能夠直接評價(jià)其對工程的危害及發(fā)生工程事故的可能性。監(jiān)控量測是預(yù)防開挖后隧道地質(zhì)災(zāi)害的直接有效信息。通過信息的獲得途徑與用途，可以幫助我們正確理解超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與災(zāi)害的關(guān)系。地質(zhì)條件惡劣是產(chǎn)生災(zāi)害的客觀原因，但塌方、突泥突水還和施工方法、支護(hù)參數(shù)和施工管理水平有關(guān)。一般來說，如采取適于前方地質(zhì)條件的施工方法可以不塌方、不產(chǎn)生突泥突水，如施工方法不當(dāng)，雖然地質(zhì)預(yù)報(bào)很準(zhǔn)確，也照樣塌方、突泥突水。地質(zhì)預(yù)報(bào)和施工技術(shù)配套是提高地質(zhì)預(yù)報(bào)效益的必要條件。第109頁/共148頁110由于物探的多解性以及地質(zhì)情況的復(fù)雜性，單一預(yù)報(bào)方法對地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度并不十分可靠；缺乏對不同地質(zhì)對象的適用性研究，容易造成一哄而上的局面；缺乏對各種物探方法的選擇、搭配及互相配合應(yīng)用的綜合物探方法研究；缺乏將隧道的地質(zhì)工作、物探技術(shù)、中短深度水平鉆探的成果結(jié)合起來進(jìn)行掌子面前方風(fēng)險(xiǎn)定位的研究。開展地質(zhì)災(zāi)害綜合超前預(yù)報(bào)工作的原因第110頁/共148頁111根據(jù)具體的現(xiàn)場地質(zhì)條件，合理的采取多種預(yù)報(bào)手段;預(yù)報(bào)方法揚(yáng)長避短，相互補(bǔ)充，相互印證；多角度、多參數(shù)地對掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)報(bào)的方法。

綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)第111頁/共148頁112綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)體系第112頁/共148頁113綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施流程第113頁/共148頁114

洞內(nèi)與洞外相結(jié)合，物探與地質(zhì)相結(jié)合，長與短相結(jié)合，多種方法相互配合。

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)“三結(jié)合”原則第114頁/共148頁115

洞內(nèi)包括：

物探方法：TSP、地質(zhì)雷達(dá)、陸地聲納和瞬變電磁法等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法；

洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查：包括掌子面地質(zhì)描述（裂隙及裂隙水發(fā)育、裂充填、巖性等）。洞外包括：

外地質(zhì)調(diào)查（地質(zhì)構(gòu)造延伸，巖性變化，水文地質(zhì)條件，河流發(fā)育等）；

洞內(nèi)與洞外相結(jié)合，物探與地質(zhì)相結(jié)合隧道超前預(yù)報(bào)“三結(jié)合”原則第115頁/共148頁116洞內(nèi)與洞外相結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查第116頁/共148頁117洞內(nèi)與洞外相結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查第117頁/共148頁118隧道地質(zhì)災(zāi)害綜合預(yù)報(bào)技術(shù)工