林家屋基隧道超前地质预报实施方案

1、目 录 TOC o 1-2 f u 1.编制依据 PAGEREF _Toc308079662 h 12.地质说明 PAGEREF _Toc308079663 h 13.施工超前地质预报目的 PAGEREF _Toc308079664 h 44.施工超前地质预报方案 PAGEREF _Toc308079665 h 44.1岩溶及岩溶突水预报方案 PAGEREF _Toc308079666 h 74.2断层破碎带预报方案 PAGEREF _Toc308079667 h 84.3.煤层瓦斯预报 PAGEREF _Toc308079668 h 84.4.隧道底部、边墙、拱顶隐伏岩溶钎探施工方案 PAG

2、EREF _Toc308079669 h 105.施工超前地质预报方法 PAGEREF _Toc308079670 h 155.1地质调查 PAGEREF _Toc308079671 h 155.2地质素描 PAGEREF _Toc308079672 h 165.3TSP203+超前地质预报 PAGEREF _Toc308079673 h 185.4地质雷达 PAGEREF _Toc308079674 h 255.5红外线探水 PAGEREF _Toc308079675 h 265.6超前地质探孔 PAGEREF _Toc308079676 h 285.7高分辨直流电法 PAGEREF _To

3、c308079677 h 335.8综合地质预报 PAGEREF _Toc308079678 h 375.9成果资料 PAGEREF _Toc308079679 h 386.施工超前地质预报资源配置 PAGEREF _Toc308079680 h 396.1超前预报工作流程 PAGEREF _Toc308079681 h 396.2组织机构 PAGEREF _Toc308079682 h 416.3人员配置 PAGEREF _Toc308079683 h 426.4投入的仪器设备 PAGEREF _Toc308079684 h 427.施工超前地质预报工作量 PAGEREF _Toc30807

4、9685 h 438.质量管理体系及质量、平安、进度保证措施 PAGEREF _Toc308079686 h 458.1建立超前地质预报的质量管理体系 PAGEREF _Toc308079687 h 458.2思想保证措施 PAGEREF _Toc308079688 h 458.3制度保证措施 PAGEREF _Toc308079689 h 468.4超前地质预报的质量保证措施 PAGEREF _Toc308079690 h 468.5超前地质预报的平安保证措施 PAGEREF _Toc308079691 h 478.6超前地质预报的进度保证措施 PAGEREF _Toc308079692 h

5、 479.超前地质预报与隧道施工方案的衔接与配合 PAGEREF _Toc308079693 h 489.1正常施工进度的衔接和配合 PAGEREF _Toc308079694 h 489.2.施工方案调整时的衔接和配合 PAGEREF _Toc308079695 h 4810.附表、附件 PAGEREF _Toc308079696 h 48林家屋基隧道超前地质预报实施方案编制依据1设计文件、图纸和现场调查的相关地质资料；2林家屋基隧道实施性施工组织设计；3林家屋基隧道瓦斯工区实施性施工组织设计；4铁路隧道超前地质预报技术指南铁建设2021105号文；5高速铁路隧道工程施工技术指南铁建设202

6、1241号；6高速铁路隧道工程施工质量验收标准TB10753-2021/J1149-2021；7中铁隧道勘测设计院多年施工超前地质预报经验。地质说明林家屋基隧道位于云贵高原侵蚀构造中低山区，区内地形总体为东高西低，隧址区内最高点位于隧道北侧的山顶，海拔高程1780m，最低点位于隧道东侧的沟谷，海拔高程1280m，相对高差500m。隧道洞身穿越区域以灰岩广泛分布为主要特征，具构造剥蚀溶蚀槽谷地貌特点。槽谷的发育多与断层、大型节理等构造走向线一致，呈线状分布，谷底有呈串珠状分布的溶蚀洼地、落水洞、漏斗等岩溶地貌景观；坡麓自然斜坡陡峻，自然坡度2545。此外，区内的其余地段溶蚀洼地、漏斗、落水洞、陡

7、崖等岩溶地貌亦比拟常见。区内乡镇公路兴旺，贯穿整个区域，隧道洞身穿越镇胜高速及区域各村寨及隧道进、出口附近均有简易公路相通，交通较便利。测区地表水以山间沟水为主，水量较小，雨季时沟内水量增加明显，局部具有承压性。故隧道穿越区地表水不发育，主要以季节性水流为主。不良地质现象为岩溶及岩溶水、煤层瓦斯及采空区、危岩落石、断层破碎带等，特殊岩土为石膏，分述如下：1、岩溶及岩溶水隧区可溶岩地层有永宁镇组一段T1yn1、永宁镇组三四段T1yn3+4，关岭组二段均以灰岩为主，属于岩溶中等发育的地层，断裂、褶皱较发育。据调绘及勘探资料，碳酸盐岩地层中浅部有较大岩溶洞穴，地表溶蚀洼地、漏斗、竖井、落水洞等岩溶形

8、态发育，且多呈串珠状排列，隧道开挖可能会遇到大型岩溶管道及溶洞，易发生突水、突泥现象。2、煤层瓦斯及采空区区内含煤地层有二叠系上统龙潭组P2l，经现场调查访问，龙潭组P2l煤系地层埋深在50米以内。曾有小煤窑开采史，近年停止未见开采，含煤地层岩性强度不等，建议对隧道施工时加强通风及支护。关岭组二段T2g2灰岩中常见具油味黑色沥青，可能会有瓦斯气体逸出，隧道施工时加强通风。设计隧道进口DK925+465DK925+930按高瓦斯设计，全段均应加强通风。3、危岩落石分布于隧道出口地段，洞口上方存在零星被节理分割孤石，岩体为关岭组二段的泥质灰岩、白云岩，岩层单斜，岩层产状N80W/78S，节理产状N

9、20E/58S，N50W/55SW，节理裂隙发育，一般裂隙张开达数厘米，贯穿性较好，半充填黏土，岩石被切割成岩块，在重力作用下易沿坡面塌落，形成危岩落石，落石大小、数量和发生时间无一定的规律。对隧道洞口影响较大。采用去除、镶补、支挡及主动网防护等综合治理措施处理。4、石膏永宁镇组三四段上段T1yn3+4、关岭组一段T2g1地层中含石膏，主要分布范围为DK929+000DK929+320，地下水对砼具SO42-侵蚀，应采用抗侵蚀性材料。该地层不能用作建筑骨料，用作路基填料时可剔除石膏后选择性使用，相关挡护工程应采用抗侵蚀性材料。工程地质情况分析表如下:表1 工程地质情况分析表里程段地层岩性地质情

10、况说明风化程度围岩级别隧洞埋深(m)DK925+445 DK926+300855砂岩、 泥岩、 煤层、灰岩该 段位于隧道 进 口端，埋深 较 浅，岩石 风 化 强烈，破碎、含水。 D1K926+150不同岩性的分界面。弱强风化V级0359DK926+300 DK926+800500灰岩夹角砾状灰岩该 段岩体 较为 完整。洞身中心位置 D1K926+642 处为 断裂带 ，受其影 响 ，岩石破碎、含水，裂隙 发 育。弱风化V级 359372DK926+800 DK927+600800灰岩夹角砾状灰岩、泥岩夹砂岩、泥灰岩该 段岩体破碎、含水，裂隙发 育， 或 岩性 变 化。洞身中心 位 置 D1K

11、926+934 、D1K927+100 附近 为 断裂 带 。弱强风化V级 292 348DK927+600 DK928+7201120灰岩夹角砾状灰岩、灰岩、白云岩夹泥灰岩、泥岩夹砂岩、泥灰岩该 段中部岩体 较为 完整。 其余 岩体 较 破碎，裂隙 发 育，地下水 发 育， 围 岩 稳 定性差， 或 岩性 不同 。弱风化岩体IIIIV级281398DK928+720 DK929+9801260灰岩、白云岩夹泥灰岩、角砾状灰岩夹岩溶角砾、泥岩夹砂岩、泥灰岩该 段岩石 风 化 强 烈，破碎、含水。弱强风化V级166281DK929+980 DK931+3001320灰岩、白云岩该 段位于隧道出口

12、端，岩石风 化 强 烈，破碎、含水。洞身中心位置 D1K930+244 附近 ， D1K930+650 D1K931+250 岩体 较 破碎，裂隙 发 育，地下水 发 育， 围 岩稳定性差， 或为岩性 变 化。弱强风化，以弱风化为主V级0236施工超前地质预报目的1进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题，进而指导隧道施工的顺利进行；2降低地质灾害发生的机率，保证隧道施工平安；3为隧道动态设计提供地质依据；4为编制竣工文件提供地质资料。施工超前地质预报方案林家屋基隧道集宽大断层破碎带、岩溶一体，且含煤地层地质条件复杂，地质因素可能严重危及施工平安，制约工期，超前地质预报是保证隧道施工平安、

13、优化工程设计、实现施工信息化的重要根底，因此必须高度重视和做好施工超前地质预报工作。根据区域地质资料和设计文件，结合现场实际情况，制定预报方案，针对不同地段的工程地质情况进行地质预报重要性分级，不同级别的地段采取不同的预报手段，以到达既预报准确又节省有限预报资源的目的。地质复杂隧道的地质预报应采取长距离宏观预报与短距离准确预报相结合、隧道洞内探测与洞外地面地质调查相结合、地质方法与物探方法相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它根底资料对隧道通过区的地质界线、地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律

14、及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行长距离、宏观预测预报，分析和把握存在的主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围、在隧道内揭示的大致里程等，从而制定预报预案，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示情况进行不断的修正。中长距离预报是在长距离预报的根底上采用地震波反射法或声波反射法、深孔水平钻探等对掌子面前方30200m范围内的地质情况作进一步的预报，如对不良地质体的位置、规模、性质作较为详细的预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况等。短距离预报是在中长距离预报的根底上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，探明掌子面前方30m范围内地层岩性、地质构造、不

15、良地质及地下水出露情况等，对可能有突泥、突水和其它不良地质情况的地段应进行钻孔验证。根据不同的地质灾害分级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报：物探类型适用类型适用风险等级主要物探手段WT-1软弱夹层、非可溶岩与可溶岩接触带、地表物探异常带、差异风化带及可能出现其它不良地质体。含炭煤地层。塌方风险及变形风险为中度。TSP203WT-2非可溶岩地段断层及其破碎带，非、可溶岩岩溶中度发育地段，可能出现的节理密集带。塌方风险为高度，突水突泥风险为中度及以上TSP203+红外探测WT-3可溶岩岩溶强烈发育地段，可溶岩与非可溶岩接触带等可能出现溶洞、溶蚀破碎带及富水节理密集带。

16、突水突泥高度风险，地表失水高度风险，塌方高度风险TSP203+地质雷达+红外探测WT-4岩溶极发育极强烈地段，煤层采空区。高压富水断层。突水突泥极高风险地表失水极高风险，塌方高度风险TSP203+高分辨直流电法+地质雷达+红外探测超前地质预报物探分类表超前地质预报钻探分类表钻探类型适用条件使用风险等级主要手段ZT-1所有段落塌方风险为高度、变形风险为中度。加深炮眼5孔ZT-2地表存在构筑物，隧道浅埋偏压地段及岩溶弱发育地段塌方风险为高度、变形风险为中度。超前钻孔2孔+加深炮眼(5孔)，其中1孔取芯ZT-3高地应力，软岩大变形及岩爆塌方风险为中度、变形风险为中度，岩爆风险为中度。超前钻孔3孔+加

17、深炮眼(5孔)，其中1孔取芯,1孔为地应力测试孔。ZT-4地质构造带，岩溶接触带，岩溶中等发育段、物探异常区突水突泥中度风险，塌方中度风险超前钻孔3孔+加深炮眼(5孔)，其中1孔取芯ZT-5岩溶发育区突水突泥中度风险，地表失水高风险超前钻孔5孔+加深炮眼(10孔)ZT-6高压富水地段突水突泥极高风险，地表失水极高风险超前钻孔5孔，所有探测孔均需设置关水阀门，1孔设置测压装置。其中3孔作为定位孔。ZT-7煤系地层瓦斯及煤层突出高度风险垂直距离15m处设置1个超前钻孔，初探煤层位置，距初探煤层10m处设置5个超前钻孔，并进行相关参数测试。其中2个孔要求取芯。4.1岩溶及岩溶突水预报方案首先利用地质

18、调查与地质素描手段，确定隧道可溶岩发育的大致里程，再通过TSP203对岩溶及地下水发育的位置、规模及性质作较为详细的预报，然后采用掌子面素描、红外探测等方法更加准确地预报掌子面前方30m范围内岩溶的发育情况，对可能有岩溶、突泥涌水的地段特别是可溶岩与非可溶岩的接触带应进行地质雷达和水平钻验证，钻孔时需安设孔口管及高压闸阀，当遇有高压水时，要立即拔出钻具，关闭孔口管的高压阀门，等待制定处理措施。对岩溶强烈发育地段可增加钻孔的数量及增加地质雷达探测的频率，并对开挖后的隧道底板用地质雷达进行隧底岩溶检测。横洞工区、隧道反坡施工地段处于富水区时，超前钻探作业时应做好突涌水处治的方案。隧道涌水、突泥预报

19、程序，见图4-1“隧道涌水突泥预报程序框图。图4-1 隧道涌水突泥预报程序框图4.2断层破碎带预报方案首先利用地质调查与地质素描手段，确定在勘察阶段发现的宽大断层的大致里程，此外，由于地壳中许多断层并未延伸至地表或被覆盖层所覆盖，所以隧道在开挖过程中所揭露的断层往往多于地表所发现的数量，故全隧均应进行TSP203和红外探水，探测掌子面前方围岩的强度、完整性、富水性，然后根据掌子面素描观察隧道围岩的变化，统计节理组数及其形态的变化，推测前方可能出现断层的位置，对可能出现断层的地段进行地质雷达和水平钻验证，钻孔时需安设孔口管及高压闸阀，当遇有高压水时，要立即拔出钻具，关闭孔口管的高压阀门，等待制定

20、处理措施。断层预报程序框图，见图4-2“断层预报程序框图见图。图4-2 断层预报程序框图4.3.煤层瓦斯预报瓦斯预报可采用地质调查法、弹性波反射法、超前钻探法进行。采用地质调查法、波反射法确定煤层分布位置、煤层厚度；采用超前钻探煤层瓦斯地段必须采用水循环钻，否那么易引起火灾或爆炸孔内测试确定隧道开挖工作面前方煤层瓦斯浓度及其变化。在揭煤钻进时，利用冲击钻具钻至煤层的大致里程后，改用双管取芯钻具进行钻进，当钻孔的循环液变成黑色时关闭循环液，利用钻机自身的钻压和扭力对煤层进行取芯，直至取过煤层并记录煤层的起止里程。其作业必须严格执行瓦斯隧道有关平安条例及规程。在富含瓦斯的煤系地层中，采用长短结合的

21、钻孔方案可提前将岩体中的有害气体逐渐释放出来。瓦斯浓度探测及隧道洞内瓦斯浓度监测必须由有专业资质的人员进行。瓦斯预报应遵循图4-3的程序进行。图4-3瓦斯预报程序框图根据本隧道水文及工程地质条件及可能存在的风险因素，按?铁路隧道超前地质预报技术指南?铁建设2021105号本，将该隧道复杂程度分为“很复杂“复杂、“中等三级，详见下表2。表2 林家屋基隧道地质复杂程度分级部位里程段长度m复杂程度分级预报重视程度备注正洞DK925+465DK925+965500复杂重点预报DK925+965DK926+220255较复杂加强预报DK926+220DK929+3703150复杂重点预报DK929+37

22、0DK930+150780中等复杂加强预报DK930+150DK930+350200复杂重点预报DK930+350DK931+300950较复杂加强预报平导XDK925+397XDK926+046649复杂重点预报横洞H1D1K0+0H1D1K0+265265中等复杂常规预报H1D1K0+265H1D1K0+34075较复杂加强预报H1D1K0+340H1D1K0+590250复杂重点预报H1D1K0+590H1D1K0+67080较复杂加强预报H1D1K0+670H1D1K0+73060中等复杂常规预报H1D1K0+730H1D1K0+870140较复杂加强预报H1D1K0+870H1D1K

23、0+91242中等复杂常规预报4.4.隧道底部、边墙、拱顶隐伏岩溶钎探施工方案1隧底溶测量及素描 a.对隧底、边墙、拱顶发现的溶蚀沟槽、溶洞腔 、裂隙发育带、地下水发育段等进行测量，绘制隧底岩溶平、剖面图，比例尺原那么上应采用 1:501:500。 b.素描工作应在测量图件的根底上进行，并完成数码摄像。c.岩溶暗河泉 、涌突水点、涌突泥点的位置等应准确测量，水量、洪水期水位等应调查测量。2工程地质测绘 a.岩溶洞穴顶板节理、裂隙分布及充填、胶结程度，岩层产状，单层厚度，洞顶、洞底、洞壁完整程度； b.洞穴的形态尺寸， 建筑物跨越洞穴的位置、 宽度， 洞顶 底板至建筑物界线间的岩层厚度； c.洞

24、内沉积物、水痕、积水、水流等情况； d.溶蚀沟槽、溶隙等空间发育特征、充填物情况； e.水文地质特征如暗河泉补给来源、水流方向、长时间水量动态变化特征等； f.涌突泥水动态观察。3风枪探孔 采用风枪探孔对隧底岩溶进行探查。每个断面探孔位置分别位于左右边墙脚、隧底左右线中心及隧底轴线处。探孔深度 5m，断面环向间距 5m，遇到岩溶异常时应适当加密、加深。4钎探、风镐探查 隧道底部及洞周有充填物且充填物厚度3m 时使用，原那么上孔间纵横向间距5m，探查范围须覆盖岩溶充填物。作好钎探、风镐探孔记录，每孔的里程位置须准确定位，详细记录每孔岩溶充填物厚度、成分、软硬程度、含水程度等。5物探 1方法选择

25、基于探查效率及实用性考虑， 目前在隧道施工中常用的岩溶物探方法主要有二种，即地质雷达法及直流电测深法高密度电法 。地质雷达法可用于隧底和洞周岩溶探查，原那么上现场首选该方法；直流电测深法高密度电法主要用于隧道底部大型岩溶工点与钻探相结合的探查。 2地质雷达 a.设备要求 须采用认证合格的地质雷达仪，为兼顾勘探深度和精度，天线频率可采用 100MHz 的一种屏蔽天线，或 100MHz 和 200MHz 的两种屏蔽天线。 b.外业布置 采用连续测量方式。 定位标尺间距不大于 10m。 隧底探察测线原那么上沿隧道延伸方向， 按隧道宽度平均布置 3 条测线，如以下图，或针对风枪异常范围进行。 洞周探察

26、原那么上沿隧道延伸方向布置 3 条测线，拱顶一条、左右起拱线各一条，或针对风枪异常范围进行。 = 5 * GB3 施测时应清理现场，尽量使隧底平整、枯燥，施工车辆、金属材料和设备应远离测线，一般距离大于 30m。 = 6 * GB3 对现场无法撤离的金属物、障碍物，在施测时应做好详细的记录金属物或障碍物种类、位置、规模 ，资料解释时便于排除干扰。3直流电测深法高密度电法 a.设备要求 需采用认证合格的直流电法仪并确保供电和测量电线电缆不漏电，采集数据时，尽量采用大功率电源供电。 b.外业布置 点距等于或小于 5m高密度电法为 2m ，最大电极距AB/2max=50100m。 定位点距不大于 1

27、0m。 隧底探察测线原那么上与地质雷达测线重合。 施测时应清理现场，尽量使隧底平整、枯燥。 对于施测现场无法撤离的障碍物、如水管等金属导电物体，在施测时应做好详细的记录障碍物和干扰源种类、位置、规模 。6.钻探 1仪器要求 钻探设备应根据岩溶分布的位置、深度等综合选用，主要是竖向工程钻机XJ100 型等 ，此外应配置适于查明土体性质的静力触探等原位测试设备。 2勘探原那么 a.隧底岩溶堆积物厚度大于 3m 的岩溶工点等原那么应安排100 型机动钻孔进行验证。 b.当物探确定的岩溶异常具备以下条件之一时应进行钻孔验证： 隧道基底以下较大岩溶异常顶板完整灰岩厚度5m； 完整灰岩顶板厚跨比0.5 或

28、不完整灰岩顶板厚度5 倍溶洞高度； 隧道开挖揭示岩溶并且与岩溶异常存在连续分布；岩溶异常直径或高度范围较大； 岩溶异常可能为地下水径流、排泄或地表水入渗通道c.各类钻孔的密度、 深度应以查明隧底工程影响范围内或对工程有影响的岩溶或物探异常带的空间分布特征为原那么。 d.隧底钻探有效深度原那么上10m，当揭露岩溶等不良地质情况时， 钻探深度应穿越岩溶至稳定基岩中5m。 各钻孔应按 ?铁路工程地质钻探规程?执行，并编写原始记录、钻孔柱状图及时岩芯拍照。 e 隧底具有一定厚度的土体时，应依据相关标准、规程完成取样试验工作，并配合一定数量的静力触探测试，以查明土体的工程性质。 7.勘察成果整理与分析

29、(1)隧底岩溶探查工程地质勘察报告 说明或说明表及图件分段或按工点编制 ； (2)工程地质测绘原始记录 (3)风枪探孔成果说明； (4)钎探、风镐探孔成果说明； (5)物探成果报告说明及图件； (6)钻孔、静力触探原始记录及柱状图； (7)岩溶充填物试验报告； (8)溶洞穴测量原始记录图表(9)各类影像成果。 8、沪昆客专贵州断隧道隐伏岩溶探查流程图 入射波前反射波前震源检波器检波器隧道仰拱开挖施工单位地质素描 施工单位风枪普查、并辅以钎探施工单位地质雷达物探施工单位钻探、直流电测探法物探设计单位岩溶工点勘察报告设计单位不进行隐伏岩溶探查探查结束，完成风枪探查说明施工单位探查结束，完成地质雷达

30、探查说明施工单位非可溶岩地段无岩溶异常无雷达异常有岩溶异常可溶岩地段有雷达异常施工超前地质预报方法结合林家屋基隧道的地质条件，超前地质预报工作采用由面到点、长短结合、地面调查与洞内预报相结合、定性与定量相结合的方法，确保预报的准确性。5.1地质调查1调查目的核对勘测资料，掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及水文地质情况，为隧道内地质预报提供方向性的依据。2调查范围根据勘察单位提供的隧道工程地质图，调查范围主要为隧道进出口及隧道中线两侧各12.5km的范围。3调查内容 eq oac(,1)地层岩性主要调查地层的地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。

31、eq oac(,2)地质构造主要调查断层、破碎带及节理裂隙特征。断层的产状、性质、破碎带宽度、破碎带的成分、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。 eq oac(,3)不良地质主要调查隧址内滑坡的性质、规模、以及对隧道的影响。煤层瓦斯及采空区的分布、规模及巷道充填情况。 eq oac(,4)地下水的特征调查隧道范围内的泉水、井水、水塘、水库、沟水、河水及其水量、水文、水质的变化等。5.2地质素描隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法，它是地质调查的细化和补充，结合勘察和地质调查取得的地质资料

32、可以预测隧道前方地质情况，同时为隧道运营维护提供全面准确的地质资料。1素描内容 eq oac(,1)地层岩性地层地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。 eq oac(,2)地质构造断层破碎带带宽度、破碎带的成分及胶结程度、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙特征节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。 eq oac(,3)不良地质滑坡体的性质及对隧道的影响。采空区巷道充填情况以及与隧道的关系。 eq oac(,4)地下水的特征出水点位置、水量、水压、水温、水色、悬浮物泥砂等测定；出水点和地质环境地层、

33、构造、岩溶、暗河等的关系；与地表相关气象、水文观测；洞内涌水与地表径流、降雨的关系；必要时进行水样分析。2围岩稳定性评价和预报根据地质素描得到地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质特征等，判定围岩完整性和围岩分级，结合勘察和地质调查取得的地质资料预测隧道前方地质情况。3资料提交对拱顶和左右边墙进行素描、数码摄像，绘制地质展示图60m/张。图5-2 技术人员测量水压5.3TSP203+超前地质预报TSP203+超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上在这个领域最先进的设备，它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况，它弥补传统地质预报方法只能定性预报无法定量预

34、报的缺陷，为更准确的地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具，它不仅可以及时地为隧道施工变更施工工艺提供依据，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性，为隧道施工提供施工更平安保障，减少人员和设备的损伤，同时也就带来很大的经济效益。TSP203+每次可探测100350m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖100m150m预报一次，重叠局部(不小于20m)比照分析，每次探测结果与开挖揭示情况比照分析。1预报原理：TSP203+超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的，TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波

35、在设计的震源点通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点用小量炸药激发产生，当地震波遇到岩石波阻抗差异界面如断层、破碎带和岩性变化等)时，一局部地震信号反射回来，一局部信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震图5-3-1系统原理图TSP203+ 原理图检波器接收，数据通过TSPwin软件处理，就可以了解隧道工作面前方不良地质体的性质软弱带、破碎带、断层、含水等和位置及规模。2设备采用TSP 203plus超前地质预报系统，系统主要组成见以下图5-3-2： eq oac(,1)记录单元：12道，24位A/D转换，采样间隔62.5s和125s，最大记录长度为1808.5ms，动态范围12

36、0dB。 eq oac(,2)接收器检波器：三分量加速度地震检波器，灵敏度为1000mV/g5%，频率范围为0.55000Hz，共振频率9000Hz，横向灵敏度1%，操作温度065。 eq oac(,3)TSPwin软件：数据采集和处理集于一体。图5-3-2 TSP设备全图3测线布置 eq oac(,1)接收器孔位置：在隧道边墙面对掌子面，距离掌子面大约50m。数量：2个，隧道左、右边墙各一个。直径：43-45mm/孔深2m。布置：沿轴径向，用环氧树脂固结，向上倾斜10左右。高度：离地面1m。 eq oac(,2)炮孔位置：在隧道的左右边墙。第一个炮孔离接收器1520m，其余炮孔间距为1.5m

37、。数量：24个直径：38mm/孔深1.5m。布置：沿轴径向，向下倾斜10-20激发时水封填炮孔。高度：离地面约1m。4数据采集与分析TSP203+超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大局部。 eq oac(,1)洞内数据采集洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大局部组成。见图5-3-3。洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器、放炮接收信号等过程。a、钻接收器孔2个，见测线布置。b、钻爆破孔24个，见测线布置。c、埋置接收器管：将环氧树脂放入接收器孔中， 然后将接收器管旋转插入孔内，15分钟后环氧树脂、接收器管与周围岩体就能很好地粘结在一起

38、；d、装药：每爆破孔装药量大约75g岩石2#乳化炸药，根据围岩软硬完整破碎程度与距接收器位置的远近而不同；e、联线：将设备各组件及爆破导火线联接好；f、放炮、接收信号g、拆线、清理设备。图5-3-3 TSP203+洞内数据采集局部示意图图5-3-4技术人员正在洞内采集数据 eq oac(,2)室内计算机分析处理采集的TSP数据，通过TSPwin软件进行处理。TSPwin软件处理流程包括11个主要步骤，即：数据设置带通滤波初至拾取拾取处理炮能量均衡Q估计反射波提取P-S波别离速度分析深度偏移提取反射层。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间转换为距离深度，可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来

39、确定反射层所对应的地质界面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。通过TSPwin软件处理，可以获得P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分布。5提交资料室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告，报告一般包括如下内容：工作概况；探测的方法、设备及原理；测线布置；对测试结果的初步分析；结论。TSP报告中应附的成果图表：现场数据记录表；岩石参数曲线图横坐标为里程；二维结果图横坐标为里程；岩石参数表。图5-3-5岩石参数曲线图和二维成果图6与隧道施工工序衔接施钻

40、炮孔和接收器孔可与隧道施工平行作业，由中铁隧道集团沪昆铁路CKGZTJ-12标超前地质预报工程部以下简称中隧地质预报工程部完成，数据采集所用的乳化炸药和瞬发电雷管由隧道施工队提供，届时预报单位以工程联系单形式书面就钻孔的孔位、孔深、倾斜及炸药和雷管的数量等具体要求与施工队联系。为洞内数据采集接收信号时减少噪音，一般要求45分钟左右短暂停工。7预报范围一般预报距离为150m，在地质情况同复杂地段，如岩溶发育、断层、煤层采空区、煤层瓦斯等特殊地段，为提高精度，采用连续重叠式预报，按平均每次预报120m考虑。5.4地质雷达1预报目的对TSP203+预报的异常点和设计的断层和岩溶异常区采用地质雷达作为

41、补充手段，进而确定异常体的规模、性质等。2预报方法掌子面超前探测探测的具体布置根据TSP203+的预报结果和现场掌子面的具体情况，测线主要布置在掌子面上，正洞每个掌子面布置四条测线，横洞每个掌子面布置三条测线。测线布置如图5-4所示。横洞掌子面地质雷达测线布置示意图正洞掌子面地质雷达测线布置示意图图5-4 雷达测线布置图3与施工工序衔接地质雷达探底要在隧道铺底之前完成，具体探测时间由指挥部工程部安排。掌子面前方探测，数据采集前要求作业公司配合对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能有较好的耦合，移走掌子面附近其他的金属物体。4成果资料室内计算机分析处理一般在24小时内完成并报告有关部门。资料

42、整理和处理要求：雷达记录应清晰，反射波形、同相轴明显，不合格的记录应重测。对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理如：编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等，求得时间剖面。在时间剖面中应标出探测对象的反射波组，确定反射体的形态和规模。解释确定反射体的位置、形态，推断其充填情况。必要时应制作模型进行反演解析。提交以下资料：测线布置图；原始记录；时间剖面；解析参数和解析结果。5.5红外线探水1根本原理在隧道中，围岩每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，场有密度、能量、方向等信息，岩层在向外部发射红外辐射的同时，必然会把它内部的地质信息传递出来。枯燥无水的地层

43、和含水地层发射强度不同的红外辐射，红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。2红外线探水的特点优点：测量快速，根本不占用施工时间；资料分析快，测量完毕，即可得出初步结论，室内整理及编写报告也可在2小时内完成。缺点：只能测量出含水体的方位，测量不出含水体隐藏深度及水量大小、水压等参数。3现场数据采集： eq oac(,1)在施工隧道的隧顶和两侧边墙的中部各布置一条测线，5m点距，发现异常后加密测点，并初步分析异常的可能原因，如因喷浆、照明灯等干扰影响应与删除，并重测。 eq oac(,2)在掌子面上均匀布置9个测点，发现异常

44、后加密测点，并初步分析异常的可能原因，如因喷浆、放炮、照明灯等干扰影响应予删除，并重测。 eq oac(,3)每次探测应对岩体的裂隙发育情况和隧道壁渗水情况进行详细记录。图5-5 技术人员对隧洞进行红外线探测4资料提交红外超前探水报告并附对掌子面及三条测线探测的红外场强值曲线图及探测数据表。5红外探水的探测范围红外探测每循环可探测30m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，2025m探测一次，重叠局部比照分析。5.6超前地质探孔超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中必须实施的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准

45、确率很高。其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。一般在地质预报段钻3-5孔，在超前地质预报异常带的前方30米掌子面中上部采用超前冲击水平钻孔验证，钻孔深度应超过异常带不少于10米，钻孔深度不少于60米；必要时在地质复杂地段，采用回转取芯鉴定断层破碎带的物质成分及岩土强度。利用PRD-150型多功能钻机钻孔见以下图：图5-6-1 PRD-150钻机实施超前钻孔1、超前钻孔探测的记录方式1 不取芯钻探 主要系利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合

46、回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。图5-6-2 隧道超前地质探孔示意图不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用较低(与取芯钻探比拟)，假设隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。2 取芯钻探 利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做出较正确的地质判别。岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而

47、言，可利用此先行降低水压。但取芯钻探施作时间比不取芯钻用工时间要长，费用也较高。图5-6-3 超前地质钻孔预报流程2、超前地质探孔特点优点：可以直接从取出的岩芯或岩粉中了解前方的地质情况，方法直接可靠。缺点：往往以一孔或几个孔代表掌子面前方的整体，具有局限性；对隧道施工干扰大，通常一个循环的超前探孔需要中断隧道施工1020小时。钻机放在专用的钻机拖车上，把钻机拖车直接拖到掌子面，连接水管即可施工。施工完成后，钻机可自行至洞外。3、钻进方式采用冲击钻进。4、钻孔数量及深度在一般地段每循环钻2个孔，在岩溶富水段、断层段可钻5孔，遇到特大异常高水压、高瓦斯等，钻孔增至57孔，深度3060m，以探明前

48、方地层完整性、断层、岩溶、瓦斯、采空区及地下水发育情况水量、水压、水温、悬浮物等。施钻深度满足设计要求并经现场技术人员确定签认前方可停钻。循环预报搭接长度以38m岩盘为宜，以此做平安储藏及止浆岩盘。5、钻孔布置及其参数钻孔布置见图5-6-4，钻孔参数见表5-6-1掌子面超前钻孔布置图52134756掌子面超前钻孔布置图2212134掌子面超前钻孔布置图4掌子面超前钻孔布置图3213掌子面超前钻孔布置图11图5-6-4 掌子面钻孔布置图掌子面超前钻孔布置图1的钻孔参数孔号水平角()竖直角()孔深(m)1003060掌子面超前钻孔布置图2的钻孔参数孔号水平角()竖直角()孔深(m)1左偏5上仰33

49、0602右偏5下俯33060掌子面超前钻孔布置图3的钻孔参数孔号水平角()竖直角()孔深(m)1左偏5上仰330602右偏5上仰330603003060掌子面超前钻孔布置图4的钻孔参数孔号水平角()竖直角()孔深(m)1左偏5上仰330602右偏5上仰330603左偏5下俯330604右偏5下俯33060掌子面超前钻孔布置图5的钻孔参数孔号水平角()竖直角()孔深(m)1左偏8上仰330602右偏8上仰330603左偏8030604右偏8030605左偏8下俯330606右偏8下俯330607003060表5-6-1 掌子面超前探孔参数表6、资料提交超前地质钻孔由地质技术人员进行地质编录和孔内

50、必要的测试后，整理得到超前探孔成果，内容如下：、钻孔柱状图，描述地层、岩性、节理裂隙特征，记录钻孔过程中有价值的信息，提出围岩完整性评价。、记录出水位置，进行孔内水量、水压、水温等测试，预测隧道涌水量。对于水量大于1l/s的出水点，建立出水点档案，进行动态观测。、编写钻探报告。5.7高分辨直流电法根本原理利用供电极A，接收极M、N所形成电位等势线形成等势体球壳，来反映前方低阻异常。1对称四极方法:为了在地下建立人工直流电场，一般采用对称四极装置，其中A、B为供电电极，M、N为测量电极，由于电极尺寸大小相对于AB、MN距离来说很小，因此可以认为AB供电点为点电源。图5-7-1高分辨直流电法2三极

51、测深:如果将供电电极B置于距A极无穷远处，这时装置就变为三极测深。这时地下电场可认为是由一个点电源A产生的，而无穷远电极B的影响可以忽略不计。因此测量的是MN两点同心球壳之间的电位差，反映的是A点正下方某深度的电性特征。3三极超前探测:将三极测深进一步演变，可以进行三极超前探测。它以岩石的电性差异为根底，在全空间条件下建场，使用全空间电场理论，处理和解释有关隧道或矿井水文地质问题。超前探测是研究掘进前方地层电性变化规律，预测掘进前方含、导水构造的分布和发育情况的一种电法探测新技术。由于采用点源三极装置进行井下数据采集工作，无穷远电极对巷道内测量电极的影响可以忽略不计，故其电场分布可近似为点电源

52、电场。由于供电电极位于巷道中，其电场呈全空间分布，可利用全空间电场理论对数据进行分析解释。根据点电源场理论分析，点电源在均匀全空间的电力线呈射线发散，等电位面为以供电点为球心的球面，电位差那么是以供电点为球心的同心球壳，球壳厚度应为测量电极间距。 图5-7-2点电源电位及电力线分布图 图5-7-3点电源球壳原理图均匀介质中，当A点供电时，测量电极M、N所产生的信号是由于图中阴影局部的影响，在全空间条件下，该阴影包含供电点前后左右上下等各个方向的体积。由于阴影所包含区域的影响可以反映到MN处，显然，前方的异常信息也可以反映到MN处。如电法勘探原理图所示，掌子面前方某位置的异常会使测量电位差曲线产

53、生畸变，但该畸变在堵头内部并不能直接测量，图中虚线所示。根据电法勘探的体积效应，畸变的实质是球状等位面发生畸变，即MN所在的球壳发生变形，根据等值性原理，在隧道内的测量点上也可以观测到这种变化，所不同的是幅度可能会降低，如图中实线所示。图5-7-4电法勘探原理示意图实际上，三极装置探测的是勘探体积范围内包括隧道或巷道影响在内的全空间范围的岩石、构造等各种地质信息。布置方法采用点源三极装置进行数据采集，供电极A1、A2、A3，间距4m，接收极M、N，极间距4m，距供电极A14米开始自动跑极，观测记录各点视电阻率，然后在计算机上绘制A1、A2、A3点视电阻率曲线图。以各条曲线上距A1供电点等距低阻

54、点为依据，分别以A1、A2、A3点为圆心绘圆，三圆相交点即为隧道掘进工作面前方相应地点的视电阻率，根据视电阻率的上下可判断前方是否存在低阻异常区。解释异常区可判断前方岩层的水文地质特征。图5-7-5 超前探测布置示意图现场数据采集：严格按照测试要求进行，保证数据采集的质量，并符合以下要求1开机检查仪器是否正常；2发射、接收电极间距测量准确，误差小于5cm；3无穷远电极大于45倍的探测距离；4发射接收电极接地良好；5电池电量充足；6数据重复测量误差小于5%，否那么检查电极和仪器电源是否正常、工频干扰是否过大。图5-7-6 高分辨电法分析成果示意图资料整理1发资料处理应使用仪器配套的处理软件系统。

55、在数据处理过程中，应采用增强有效信号、压制干扰信号、提高信噪比等手段，使视电阻率等值线图能够清晰成像。2地质异常体储、导水构造判断标准应以现场屡次采集分析验证的数据为依据，总结规律，找出隧址区异常标准值。根据经验总结归一化值视电阻率在4060之间时多存在地质异常体储、导水构造。高分辨电法的探测范围测试距离不超过80m，连续预报时，前后两次搭接长度不小于10m。5.8综合地质预报综合地质预报中，常规地质预报是地质预报的根底，只有通过勘察和地质调查才能从区域范围内了解隧道通过的地层岩性、对隧道施工影响较大的地质构造、不良地质及地下水特征，再通过地质素描将勘察和地质调查得到的地质信息投影到隧道中，到

56、达细化和补充的作用，但是常规的地质预报是用已开挖揭露的地质信息来推测前方的地质情况，只能定性推测，无法到达定量。在此根底上通过TSP、地质雷达和红外探水预报，取得掌子面前方的异常信息及异常信息的位置，结合常规地质预报已得到的地质信息，来解释掌子面前方可能存在的地质问题，从而到达量化效果，但是TSP、和红外探水等物探方法存在多解性，加上地质条件的千变万化，往往只能提供异常区可能存在的地质问题。所以我们在异常区域内实施超前水平探孔，来直接验证异常区内的地质情况。这样的一种立体的、综合的地质预报方法为隧道施工提供更准确的地质资料，同时也为隧道施工中突发性地质灾害建立预警预报机制，为隧道施工提供更平安

57、的保障。其具体任务如下：1根据对以上超前地质预报结果，综合分析掌子面围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，判断掌子面前方围岩的工程地质、水文地质特征，并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。2将掌子面出现的结构面，通过几何作图进行预报。通过作图确定隧道拱顶、边墙不稳定块体规模，提出锚固意见。3根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。4根据开挖段及掌子面水文地质情况，提出注浆止水方案的建议。5.9成果资料1即时报告当地质工程师发现地质情况发生变化时，即刻以口头或书面的形式向工区和工程部报告，并积极参与不良地质地段工程措施的研究，并从地质角度提出

58、意见。2日常报告当每次完成地质预报工作后，应在规定时间向工区和工程部提供相应资料。3最终成果报告隧道全部贯穿3个月内提交成册的最终成果报告，报告组成如下： eq oac(,1)地质纵断面图 eq oac(,2)地质展示图1：200； eq oac(,3)超前地质钻孔报告； eq oac(,4)TSP203+超前地质探测报告； eq oac(,5)红外线探水报告； eq oac(,6)地质雷达超前探测报告； eq oac(,7)利用其他手段进行超前探测的报告。施工超前地质预报资源配置林家屋基隧道集宽大断层破碎带、岩溶、煤层、高地应力可能产生硬岩岩爆和软弱围岩塑性变形于一体，地质条件复杂，地质因素

59、可能严重危及施工平安，制约工期。为确保该隧道按期优质建成，地质工作十分重要。为此，成立隧道超前地质预报组，对隧道施工进行全过程监控指导，确保地质预报工作的准确性。6.1超前预报工作流程1常规预报：主要采取以地质分析根底、物探方法为手段，宏观预报地表调查、中长距离预报TSP预报、短期预报外表地质雷达相结合的预报体系。本隧道预报里程主要为DK927+600 DK928+7201120、DK928+720 DK929+9801260，共计2380m。图6-1-1 常规预报工艺流程图2加强预报：主要采取以地质分析根底、物探方法为手段，宏观预报地表调查、中长距离预报TSP预报、短期预报外表地质雷达及红外

60、线预报、必要时增加特殊方法预报相结合的预报体系。本隧道预报里程主要为DK926+300 DK926+800500、DK926+800 DK927+600800、DK929+980 DK931+3001320，共计2620m。图6-1-2 加强预报工艺流程图3重点预报：主要采取以地质分析根底、物探方法为手段，宏观预报地表调查、中长距离预报TSP预报、短期预报外表地质雷达及红外线预报、特殊方法预报相结合的综合预报体系。本隧道预报里程主要为DK925+465DK926+300855，共计835m。图6-1-3重点预报工艺流程图6.2组织机构林家屋基隧道的地质条件异常复杂，为了更好地完成超前地质预报工