隧道地質超前預報施工作業(yè)指導書

隧道地質超前預報施工作業(yè)指導書1、適用范圍本指導書適用于隧道Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖、巖溶地段及隧道斷層破碎帶洞身段開挖施工。2、作業(yè)準備2.1技術準備隧道地質分級：根據地質災害對隧道施工安全的危害程度一般分為四級。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，大~特大型突水突泥地段：瓦斯災害嚴重的地段以及人為坑道等。B級：主要針對中~小型突水突泥地段，較大物探異常地段，斷裂帶等。C級：水文地質條件較好的碳酸鹽巖及碎屑巖地段，發(fā)生突水突泥的可能性較小。D級：非可溶巖地段、小型斷層破碎帶，發(fā)生突水突泥的可能性極小。2.2技術內業(yè)準備：組建地質超前預報專業(yè)小組，認真學習實施性施工組織設計，閱讀、審核施工圖紙，掌握隧道工程地質情況，編制超前地質預報計劃，采用先進科技手段進行超前地質探測預報。預報手段主要包括以下幾種：地質超前探測預報系統(tǒng)、地質雷達、紅外線探測儀、超前地質鉆孔、TSP203探測、風鉆超長鉆孔、地質素描等。2.3技術外業(yè)準備：根據隧道地質情況，采用不同的超前地質預報方法，現場收集隧道地質情況的各種技術數據，進行分析、解譯、對比后得出結論，指導隧道施工。明確綜合地質超前預報中各種方法的特點：TSP203作業(yè)快，測距長，干擾相對少，可以與多種預測法結合應用，但精度不高，解釋難度大，適于做長距離預測；地質雷達可以準確測定短距離內隧道四周和低部的空洞、水體情況，可補充TSP203的不足；紅外線探水儀適于判斷地下水情況，作業(yè)快，干擾少，較準確，但水量水壓無法測定；超前水平鉆孔基本可以100%的揭示地下水及圍巖物理力學性能，但干擾大，用時長，費用高。在施工中，根據各種方法的特點確定地質超前預報的原則是：以常規(guī)地質綜合分析法為基礎，TSP地質超前預報系統(tǒng)做長距離宏觀控制，地質雷達做近距離判斷，紅外線探水儀做連續(xù)地下水探測，水平鉆孔為必做項目，形成綜合地質超前預報系統(tǒng)。并組成專業(yè)預報小組，建立健全隧道地質超前預報工作制度，配備先進的儀器設備，開展地質超前預報工作。3、綜合地質超前預報中各種方法的特點綜合地質超前預報中各種方法的特點：TSP203作業(yè)快，測距長，干擾相對少，可以與多種預測法結合應用，但精度不高，解釋難度大，適于做長距離預測；地質雷達可以準確測定短距離內隧道四周和低部的空洞、水體情況，可補充TSP203的不足；紅外線探水儀適于判斷地下水情況，作業(yè)快，干擾少，較準確，但水量水壓無法測定；超前水平鉆孔基本可以100%的揭示地下水及圍巖物理力學性能，但干擾大，用時長，費用高。在施工中，根據各種方法的特點確定地質超前預報的原則是：以常規(guī)地質綜合分析法為基礎，TSP地質超前預報系統(tǒng)做長距離宏觀控制，地質雷達做近距離判斷，紅外線探水儀做連續(xù)地下水探測，水平鉆孔為必做項目，形成綜合地質超前預報系統(tǒng)。并組成專業(yè)預報小組，建立健全隧道地質超前預報工作制度，配備先進的儀器設備，開展地質超前預報工作。工作程序見“綜合超前預報系統(tǒng)程序圖”，“超前地質預報方式工作范圍及作業(yè)方式表”。3.1工程地質預測法工程地質預測法是工程地質技術人員根據設計地質圖紙、現場地質記錄，運用工程經驗和地質知識進行分析、預報地質的一種方法。此法的關鍵在于工程地質工程師的經驗豐富和現場詳細的地質紀錄和物探資料。施工前預報：根據設計給出的隧道地質條件說明資料，認真分析隧道的地質斷面圖、平面圖，掌握隧道的地質特點和水文特點。進行長距離，宏觀預報各段隧道可能出現的不良地質情況。施工常規(guī)地質法預報：主要完成開挖面的地質素描，地質展開圖，并利用TSP203預報資料、雷達檢測資料、紅外線探水資料、超前鉆孔資料進行地質分析預報，是綜合地質預報的中樞。施工階段地質資料記錄：首先對開挖地段進行地質調查，調查的主要依據為：隧道開挖面地質素描、巖石結構面調查和涌水觀測記錄。綜合超前地質預報系統(tǒng)程序圖超前地質預報方式工作范圍及作業(yè)方式表開挖面地質素描內容有：巖性、巖層產狀、軟弱夾層、巖脈穿插情況；斷層及破碎帶的形態(tài)、產狀、寬度、填充物特征；主要節(jié)理裂隙的形態(tài)、產狀、規(guī)模及相互切割關系。巖石結構面調查內容有：圍巖的巖石結構產狀、節(jié)理的延伸性、粗糙起伏情況、張開程度。地下水出露情況、水量大小等；巖溶的形態(tài)、大小、位置走向等；圍巖節(jié)理內含水情況。地質素描采用圖表形式形象紀錄。施工階段地質預測：根據開挖面地質素描、巖石結構面調查記錄采用前推法預測前方地質情況，首先按1:100的比例做出開挖面前方一定長度的展開圖，逐一將開挖面地質素描和巖石結構面的記錄資料，按其產狀、節(jié)理軌跡線繪制到展示圖上，最后按其節(jié)理走向和軌跡延伸并結合TSP203的預報成果、地質雷達預報成果和超前鉆孔的鉆芯地質資料畫出前方地質情況。地下水地質預測：現場技術人員根據以往施工經驗對地下水作如下經驗性預報：當隧道由弱可溶巖進入強可溶巖的邊界部位時，可能發(fā)生涌水；根據大突水點的涌水特征：一般有滲、滴水段→線狀滲水段→集中涌水段高壓噴水段，當隧道由滲、滴水段進入線狀滲水段時，應作好出現集中涌水的準備；進行超前預報的施工防治能取得較好的效果；鉆孔內出現渾水，前方可能有涌水；若渾水能噴射5m以上，則前方可能有大于30～50L/s的涌水存在；當超前鉆孔能噴射3.5m以上，或涌水速度大于7m/s，或風鉆孔內有涌水速度大于14m/s的出水，則前方可能出現大于20L/s的涌水存在；當地溫測值出現比前一點低時，可能有涌水。3.2TSP203超前地質預報系統(tǒng)TSP203系統(tǒng)在圍巖較好地段可測出前方100～200m范圍內的巖層分界面、巖層的物理性質、斷層等，圍巖完整性較差時，預測范圍在100～150m之間。TSP203作業(yè)程序見下圖。鉆孔：在距離工作面50米處鉆深度為1.5m的孔，布置傳感器；自工作面起，每隔1.5m鉆孔一個，鉆孔深度為1.5m，共24個孔，最后一個孔與傳感器的距離大于20m。所有鉆孔的高度盡可能的在同一標高線上。鉆孔完畢后，逐個測量孔的深度和傾斜度，并作好紀錄。埋設傳感器桿：埋設傳感器前，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。連線檢查：把傳感器、檢波器（電腦）、起爆器、同步器連接并檢查其是否正常工作，注意此時起爆器不得與雷管相連。測量時間：測量時間選在施工交接班時間，要求工作面800米范圍內不得有機械作業(yè)和作業(yè)人員作業(yè)，作業(yè)前與現場施工員聯系，以確定停工時間，此時準備好爆破藥卷、電雷管等。裝藥爆破：由最里邊炮孔開始，逐個依次裝藥聯線，起爆器起爆，裝藥量根據圍巖情況，一般控制在50～80g左右，圍巖較差時，可加大，但不能超過100g?；謴褪┕ぃ罕埔唤Y束，馬上可以恢復施工，一般停工時間在45min左右。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，反映前方圍巖的物理特性，巖層分界線、軟弱帶、斷層的位置等信息。在隧道施工中，TSP203系統(tǒng)在斷層破碎帶、低阻區(qū)、巖石界面、不良地質地段范圍內按每100m段進行預測。3.3紅外線探水HY-303型紅外線探水儀可預測掌子面前方20～30米范圍內的地下水情況。操作方法：進入探測地段時，首先沿隧道一個壁，以5米點距用粉筆或油漆標好探測順序號，一直標到終點，或者標到掘進面處。在掘進面處，首先對斷面前方探測，在返回的路徑上，每遇到一個順序號，就站在隧道中央，分別用儀器的激光器打出紅色光斑，使之落在左壁中線位置、頂部中線位置、右壁中線位置、底板中線位置，并扣動儀器扳機分別讀取探測值，并作好紀錄。然后轉入下一序號點，直至全部探完。把探測數據輸入計算機后，由專用軟件繪成頂板探測曲線、底板探測曲線、兩壁探測曲線。根據探測曲線可以很明了的預報出前方地下水的情況。紅外線探水儀從探測到得出分析結果非常快，且探測儀器輕便，方法簡單，在斷層地段，隧道全長每20米采用紅外線探水儀探測一次，適當加密探測頻次。3.4地質雷達當TSP203系統(tǒng)預報前方有溶洞、暗河水體、巖層層面等不良地質時，其規(guī)模、形態(tài)需要具體了解，就需要用地質雷達進行探測。本標段所有隧道在遇到溶洞時，使用地質雷達，在溶巖發(fā)育地段，對隧道周壁均應采用地質雷達探測，預報隧道周圍的巖溶形態(tài)。3.5超前鉆孔預測當TSP203系統(tǒng)預報前方有斷層、空洞、巖層層理明顯時，采用MGY-80和MGY-100A錨固鉆機進行超前探孔、XY-2巖芯鉆機取芯。本標段隧道大都存在斷層破碎帶、巖溶分布，地質條件十分復雜。采用鉆孔預測時采取以下方法：鉆孔深度以30m為限，30m以內出現異常情況時，按預定方案實施，鉆孔出水，安裝壓力表及水表，測定地下水的壓力和流量。MGY-80、MGY-100A鉆機預測：30m以內無異常情況時，繼續(xù)鉆孔，深度為50～100m，無異常情況，按正常程序施工，出現異常按預案實施并測定水壓和水量。100m以后的預測則由下一循環(huán)鉆孔探測完成。MGY鉆機參數為：最大鉆孔深度：100m，開孔直徑110mm；終孔直徑為65mm；不取芯，帶沖擊器鉆100米約24小時。取芯8天。地質鉆機鉆孔：在斷層破碎帶和地質預報前方復雜地段進行。日常的鉆孔預測：在每次鉆孔過程中，指定在拱頂、兩側拱腰、兩側邊墻腳及仰拱底部附近的1～2個輔助眼加深1～5m，依靠對鉆孔速度變化的直覺，判斷前方圍巖的變化。采用YT-28風鉆。4、施工方法及工藝要求4.1施工方法根據隧道地質復雜的特點，本著以“早預報、早預防”的原則組織施工，采用地質調查、TSP-203超前地質預報、鉆孔超前探測、開挖面及其附近的地質觀測素描和地質作用等綜合手段，預測不良地質的位置、性質、規(guī)模和對施工的影響程度。針對部分隧道有斷層破碎帶、巖溶等不良地質和設計階段地質勘測異常區(qū)，采用超前地質預測方法主要有：地質素描法進行預報；TSP203超前地質預報儀進行距離100m～200m的超前預報；采用地質雷達、紅外探水儀、HSP水平聲波反射法和超前地質鉆孔進行距離在30m～50m的預報。超前地質預報工作內容及方法分別見圖“主要地質預報工作范圍圖”各不良地質段采取的地質預報方法主要地質預報工作范圍圖由于地質條件復雜，超前地質預報方法多樣，為完成大量地質預報工作，成立專職的地質組，由經驗豐富的人員組成，配備先進的設備。地質工作內容與方法隧道的地質條件，超前地質工作按照長短結合、上下對照、定性與定量相結合的辦法來保證預報的準確性。根據各種探測方法的特點，可分為長距離控制預報、中距離預報、短距離預報。長距離宏觀控制預報：在隧道穿過的巖溶地段、淺埋地段在洞身水平方向上采用TSP203超前地質預測預報系統(tǒng)進行距離100～200m的預報。中距離預報：采用儀器（地質雷達、紅外探測儀、水平聲波反射法）和超前地質鉆孔進行的距離在30m～50m的驗證預報。短距離預報：地質素描法和采用加長炮眼孔進行的距離小于30m的預報。4.2工藝要求4.2.1TSP203超前地質預報系統(tǒng)超前探測隧道掘進過程中，每開挖150m通過TSP203對開挖前進方向進行中長距離（100～200米）預報，對一定規(guī)模的斷層破碎帶和巖溶帶進行預報。4.2.2工作面超前地質鉆孔探測預報在隧道施工通過巖溶、斷層破碎帶段每開挖30m，利用超前水平地質鉆孔對開挖前進方向進行30～50m的鉆探。正洞除嚴格按照在可溶巖地段和斷層破碎帶以及可溶巖與非可溶巖過度接觸帶施做超前鉆孔外，還應結合超前探測結果的異常段，按地質人員要求增設鉆孔。鉆機鉆孔時要固定牢固，并安設孔口管及高壓閘閥，確保超前鉆孔涌出高壓地下水時，能夠有效地控制。在斷層破碎帶施工中運用開挖用的鉆具進行長5米的超前鉆孔，對洞身前方進行全方位空間探測，探孔成放射形布設。4.2.3利用工作面地質素描預報地質素描在隧道施工全段進行。地質素描內容為：根據對超前地質預報結果，綜合分析開挖面圍巖的巖性、結構、構造和地下水情況，判斷開挖面前方圍巖的工程地質、水文地質特征，并依此提出工程措施建議和進一步預報的方案。根據開挖段圍巖的工程地質、水文地質特征進行預報結果的驗證，提出是否修改預報方法及參數的意見。根據開挖段及開挖面水文地質情況，提出注漿止水方案的建議。4.2.4紅外線探水探測在隧道施工通過巖溶、巖溶水、斷層破碎帶可能發(fā)生涌水地段每開挖15～30m，對開挖面前方施作一紅外線探測技術，對地下水進行預報。4.2.5開挖后的周邊探測地質雷達除進行開挖面前方探測以外，在隧道已開挖過的可溶巖地帶隧底、斷層破碎帶洞壁8～15m范圍進行連續(xù)探測，以發(fā)現可能的不良地質體，以便及時上報設計單位及時處理，免除后患。4.2.6其它預報內容和方法在隧道采用HSP水平聲波剖面法作為TSP203與紅外線探測的異常地質體進行確認的必要補充。預報安排視圍巖變化情況進行。地質雷達作為TSP203超前地質預報的補充，在不良地質地段對TSP203預報的異常點，用其他預報手段確定異常體的規(guī)模、性質、危害性有困難時采用地質雷達。4.3其它地質工作內容及方法4.3.1巖溶和斷層破碎帶形態(tài)調查調查巖溶的形態(tài)、規(guī)模及其分布位置、高程、延伸方向、涌水量大小、充填物情況。4.3.2地表監(jiān)測依據提供的工程地質、水文地質圖，暫定隧道中線兩側各1.5公里與居民生活、生產關系密切的泉水、井水等進行監(jiān)測。監(jiān)測內容主要為水量、水溫、水壓、水質的變化以及當地的氣象與降水。監(jiān)測手段主要為測量、攝影、筆記等。4.3.3洞內監(jiān)測用數碼攝像機將開挖后、沒有支護以前的隧道側壁進行攝像,通過編輯,制成具有里程標志的連續(xù)的影視資料，從而分析地層節(jié)理、裂隙的變化情況。隨著隧道施工進展，通過測試窗量測裂隙，即在洞壁畫定一定面積，對節(jié)理進行統(tǒng)計，計算隧道圍巖的滲透張量；嘗試通過裂隙的統(tǒng)計預測巖溶通道出現的概率。進行涌水動態(tài)的實時監(jiān)測，包括涌水點的空間分布、單點涌水量、涌出壓力、涌出機制和涌水的化學與同位素化學特征等。以10天為單位進行長期觀測，根據地下水的動態(tài)變化，間接地判斷工作面前方的地質情況是否變化，尤其重點觀察大涌水點和集中的出水點。隨隧道的施工進度，對隧道工作面氣溫及水溫進行監(jiān)測，編制進度氣溫、水溫變化曲線，預測前方地溫變化。通過巖石的物理力學特性試驗數據，對隧道所揭露的地層，隧道圍巖級別進行分析、判斷。當開挖面前方