一地质预报重点.docx

1、一地质预报重点一、超前预报的操作要点1 超前预报的重要性和必要性1.1 超前地质预报是保证隧道施工安全、优化工程设计、实现施工信息化的重要基础。1.2 铁路隧道施工应进行超前地质预报，根据预报对象的特点，制定适宜的预报方案，编制相应概预算，并作为工序纳入施工组织管理；地质条件复杂的隧道应采用多种手段相互印证的综合预报方法，提高预报准确性。1.3 长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道在勘测设计阶段应做好超前地质预报方案设计；施工阶段应编制实施细则。1.4 关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知（铁建设2010)120号 4.施工图阶段经评估为高风险和极高风险的软弱围岩

2、及不良地质隧道,超前地质预报的责任主体单位为设计单位,其超前地质预报工作由设计单位 负责组织实施。 其他隧道超前地质预报的责任主体单位为施工单位,超前地质预报由施工单位专业人员实施。 5.岩溶及富水破碎断层隧道,超前地质预报应采用以水平钻探为主的综合方法。 6.软弱围岩及不良地质隧道应由设计单位进行专项超前地质预报设计,及时收集分析预 报资料,完善设计方案并指导施工。1.5 关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的通知（建技2010352号)2 预报目的（1）进一步查清隧道的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行；（2）降低地质灾害发生的机率和风险；（3）为优化工程设计提供地质依据

3、；（4）为编制竣工文件提供地质资料。3 主要内容 （1）地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报； （2）地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；（3）不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、有害气体及高地应力等发育情况的预测预报；（4）地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层等的预测预报。4 工作程序（如下图）5 各方责任地质超前预报、信息化设计和信息化施工是一有机整体，涉及建设、设计、施工、监理等单位，参建各方应明确分工、落实责任、协调一致、相互配合，确保做到信息传递顺畅、反馈及时、决策迅速、处理得当。（建技

4、2010352号)隧道工程参建各方责任与分工：（1）建设单位应负责隧道超前地质预报方案的审批，并对方案的实施执行情况进行监督和检查。（2）勘察设计单位应研究提出隧道地质复杂程度分级，进行超前地质预报方案设计，编制工程概预算；施工中分析和研究超前地质预报成果，发现地质情况与设计不符的，要按程序及时进行变更设计。（3）施工单位在开工前应编制超前地质预报实施细则，并纳入实施性施工组织设计，按程序审查和批准后负责组织实施；应及时将超前地质预报成果报监理、勘察设计、建设单位，并对超前地质预报成果及数据的真实性负责。（4）监理单位应对隧道超前地质预报实施过程监理，负责监督检查施工单位现场专业技术人员（地质

5、、物探）数量及能力、设备类型及数量，超前地质预报的实施和数据采集以及相关协调工作。6 预报重点隧道施工地质超前预报的重点地段：（1）可能存在重大地质灾害隐患的地段，如可能存在岩溶暗河系统、富水断层、储水构造等易发生突泥、突水的地段；（2）可能诱发重大环境地质灾害的地段；（3）高地应力、瓦斯、天然气、人为坑洞等分布地段。7 预报方法超前地质预报方法按预报原理可分为地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导坑预报法，具体又可分为：（1）地质调查法：包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等；（2）超前钻探法:包括超前地质钻探、加深

6、炮孔探测及孔内摄影；隧道超前地质预报工作程序框图超前地质预报作业方法选用流程图（3）物探法:包括弹性波反射法（地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和陆地声纳法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测等。（4）超前导坑预报法:包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法。隧道超前地质预报应以地质调查法为基础，针对不同地段地质情况和预报目的，进行必要的技术经济比选，选择有针对性、适用性强的方法和设备，采用一种或几种方法的合理组合，达到预报准确、费用及占用时间合理的目标。对重大物探异常地段应加强钻探验证。8 预报长度及方法选择超前地质预报可采用长距离预报、中长距离预报和短距离预报，预报长度及预报方法选

7、择如下：（1）长距离预报：预报距离100米以上。可采用地质调查法、地震波反射法及100米以上的超前钻探等。（2）中长距离预报：预报距离30100米。可采用地质调查法、弹性波反射法及30100米的超前钻探等。（3）短距离预报：预报距离在30米以内。可采用地质调查法、弹性波反射法、地磁波反射法（地质雷达）、红外探测及小于30米的超前钻探等。9 常用预报手段9.1 地质分析法（1）地质素描法原理：利用地质理论和作图法，将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件的预测预报。优缺点：

8、该方法设备简单(地质罗盘）、操作方便、不占用隧道施工时间，提交资料及时，且能为整座隧道提供完整的地质资料，费用低，但对与隧道交角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报，对操作人员地质知识水平要求较高，一般要求地质专业人员来完成。 （2）地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质投影作图法，是超前地质预报的主要手段地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法：用已开挖隧道段地层分界线及构造线在地表的反映预报尚未开挖段隧道地质条件，预报距离长，施工有充分准备时间，不干扰施工，工作可由专业地质人员完成。（层序、层厚、标志层）地质投影作图法：利用地表观测到的断层、岩脉等产状，投影作图给出该断层、岩脉在洞轴

9、上出现的位置。9.2 超前导坑预报法平行导坑法：在隧道正洞左边或右边一定距离开挖一个平行的断面较小的导坑，以导坑中的地质情况通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法。平行导坑的作用很多（如排水、减压放水、改善通风条件、增加工作面及探明地质条件等），地质预报只是其中用途之一，一般只是当设计图纸中有平导设计的才采用该法，因其费用极为昂贵。正洞导坑法：在隧道正洞中某个部位开挖一个断面较小的导坑以探明地质情况的方法。该方法较平行导坑法更直接、更准确。正洞导坑可作为隧道施工工法的一种，既开挖了隧道，又探明了地质。 9.3 超前钻探预报法（1）深孔水平钻探原理：超前地质钻孔是利用水平钻机在隧道掌子面进行

10、水平地质钻探获取地质信息的一种地质超前预报方式。下图是某隧道复杂地段水平钻孔布置方式图，钻孔纳入了施工工序，每30m一个循环，纯钻时间59小时，辅助时间12小时，干扰施工时间611小时（约713%）。（仰角、伏角、外插角）(根据需要可有多种不同的布置方式和钻孔个数) 优点：可比较直观地告诉我们钻孔所经过部位的地层岩性、岩体完整程度、裂隙度、溶洞大小、有没有水以及可测水压高低等； 煤系地层可进行孔内煤与瓦斯参数测定，采取适宜防治措施，防治煤与瓦斯突出危险性（铁路瓦斯隧道技术规范(TB101202002）;与物探方法相比，它具有直观性、客观性，不存在物探手段经常发生的多解性、不确定性。缺点：费用高

11、、占用隧道施工时间长，且资料只是一孔之见。(理论上讲，由于溶洞发育的复杂性、多变性，几个钻孔也难100%地把掌子面前方的管道岩溶提前揭露预报出来。) （2）加深炮孔探测该方法是利用风钻或掘岩台车在隧道掌子面钻水平小孔径的浅孔获取地质信息的一种方法，它是(岩溶发育区)对深孔水平钻探的一种重要补充，因其数量较多，有时效果是非常明显的。与深孔水平钻探相比，它具有设备简单、操作方便、费用低、占用隧道施工时间短，可与爆破孔同时施作，只不过其深度较爆破孔深26m而已。这样，风钻探测深度总是超前每循环爆破进尺26m，保证施工安全。缺点是孔浅，且不能取岩芯。 9.4 物探方法主要包括地震波反射法（如TSP）、

12、HSP声波反射法、负视速度法、地质雷达、红外探测、单孔和跨孔CT等。（1）TSP隧道地震波反射法TSP202（TSP203）超前地质预报系统是专门为隧道与地下工程超前地质预报研制开发的设备，它为方便快捷地预报掌子面前方100350m(围岩完整时可粗略预报掌子面前方500m以上）范围内的地质情况提供了一种强有力的方法和工具。 预报原理:TSP202（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。它是在掌子面后方边墙上一定范围内布置一排爆破点，依此进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化时，比如

13、有断层或岩层变化，信号的一部分被返回。界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放大。根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理就可以得到岩体强度变化界面的位置及方位。 适用范围及优缺点 适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。 预报距离长，能预报掌子面前方100350m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大。 对隧道施工干扰小，它可在隧道施工间隙进行，即使专门安排此项工作，也不过30分钟左右。 提交资料及时,在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。它设计了一套专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直

14、观的单一解的波形能量分析图。 将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，就可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质体相对于隧道的空间位置，计算机就会自动绘出弹性波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。 预报准确性，其预报地质体距离掌子面的位置是根据24个爆破孔与接收器之间的弹性波速度的平均值和地质体反射波到达接收器的时间来确定的，由于弹性波速度的差异而导致地质体预报位置与实际情况有所差异。 预报精度，它所能反映出的地质体的宽度是根据采样间隔和岩体弹性波速度来确定的，如采样间隔取80s，弹性波速度为5000m/s，则能预报出的地质体的宽度为0.4m。 预报断层、弱硬岩接触

15、面等面状结构反射信号较为明显，而预报溶洞等点状地质体则不尽如人意，因其预报原理和计算模型是以平面为计算依据，对小型溶洞反映不明显。 （2） HSP声波反射法该方法是利用声波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接收反射信号，根据波的传播、反射理论计算判释隧道掌子面前方反射界面（断层破碎带、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离来进行预报。其原理与TSP相一致，现场采集信号时要求没有其它震动源。HSP可以预报掌子面前方50100m，还可用于利用超前平导对正洞未开挖段地质情况的预报。（3） 红外探测基本原理：红外探测属广义遥感技术，它建立在红外辐射场的基础上。地球上一切物质，每时每刻都在向外部辐射红外电磁波

16、，并形成红外辐射场。物质在向外部发射红外辐射的同时，必然会把它内部的信息传递出来，因而根据场的变化，即探测曲线上所出现的异常，提前发现隐蔽的灾害实体，从而预防灾害的发生。红外辐射场理论应用于隧道地质预报中，就是，当隧道外围空间和掘进前方存在隐伏水体或含水构造时，隐伏水体或含水构造产生的异常场就要叠加到正常场上，使隧道内的正常场产生畸变，根据拱顶、隧底、边墙、掌子面探测曲线、测量数据的变化就能确定隐伏水体或含水构造所在空间方位。如右图是某隧道某里程掌子面的探测结果图，据此图可判定掌子面前方存在含水构造。 适用范围及优缺点适用范围：适用于任何地层中定性判断探测点前方“有没有水”及水体存在方位。优点

17、：仪器小巧轻便，操作简单，可实现全空间全方位探测，能预测隧道外围空间及掘进面前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，基本不占用隧道施工时间，资料分析简洁、快速、直观。 缺点：它只能告诉探测点前方30m范围内有没有水，至于水量大小、水体宽度及具体位置等则难以说清，也就是说目前红外探测只限于定性阶段。 （4） 地质雷达预报原理：地质雷达采用的是时间域脉冲雷达，其理论基础为高频电磁波理论。工作方式是以宽频带短脉冲的高频电磁波的反射来探测目的体。雷达系统向被探测物发射电磁脉冲，电磁脉冲穿过介质表面，碰到目标物或不同介质之间的界面而被反射回来，根据电磁波的双程走时的长短差别，确定探测目标的形态及属性

18、，结合工程地质理论分析达到对埋藏目标（地质体）的探测与判断。 适用范围优及缺点 目前国内还没有为隧道超前地质预报而专门设计制作的地质雷达，仪器密封性差，洞内不易防水、防潮、防尘，易造成仪器损坏，特别是没有专门的天线，操作起来费时费力，且效果不好。 探测距离太短，一次只能探测530m，与目前隧道每天开挖接近1020m的速度极不匹配。 隧道内的环境条件与地质雷达的理论基础半无限空间不吻合，加之洞内钢拱架、钢筋网、锚杆、钢轨等金属构件的影响，探测结果一般不太理想。 就目前的技术水平而言，地质雷达采用高频率的天线作为隧道砼衬砌质量无损检测的手段仍是比较合适的。 地质雷达在地表探测530m范围内的地下地

19、层或地质异常体(溶洞、土洞、断裂、空隙等)反射信号还是比较明显的，也是一种比较理想的手段；灰岩地区隧道铺底前采用中低频率的天线作为探明隧底隐伏岩溶洞穴的手段仍是大家经常采用的。 岩溶重点发育地段，有时也用地质雷达对掌子面前方和边墙外侧岩溶洞穴进行探测。 10 工艺流程及操作要点10.1 制定预报方案研究既有区域地质、工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达到对整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识，地形地貌、地层岩性、地质构造、不良地质及特殊地质、地下水发育情况、隧道的主要工程地质问题等，通过对这些资料的分析和把握，制定预报预案，针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级，不同级别的地段

20、采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：（1）复杂：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等。（2）较复杂：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。（3）中等复杂：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。（4）简单：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能

21、性极小。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。 不同地质灾害地段的预报方式为：复杂预报：采用地质分析法、TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预测预报，然后采用中长距离TSP或HSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。较复杂预报：采用地质分析法、TSP或HSP，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件较复杂时，按A级要求实施。中等复杂预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可

22、采用TSP进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。简单预报：采用地质分析法。10.2 长距离预报长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它基础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，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示的情况进行不断的修正。地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。地质分析法，应编制资料：（1）掌子面素描图（2）隧道与导坑地质展示图（3）导坑预报正洞平面图（4）地层分界线及构造线隧道内和地表相关性分析预

23、报图（5）特殊地段纵、横断面图（6）各种监测和测试资料（7）有关摄影和影像资料（8）隧道竣工工程地质纵断面图10.3 中长距离预报中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP或HSP、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，如溶洞、暗河的位置、规模、充填情况等作较为详细的预报。在复杂地段应增加TSP或HSP预报次数，TSP每次预报有效长度100m左右，需连续预报时前后两次应重叠10m以上，HSP 每次预报有效长度应在50m左右，连续预报时前后两次重叠长度应大于10m，以便前后两次重复地段对比分析，另随着预报距离的增大，地质异常带的位置和宽度误差也在增大。TSP隧道

24、地震波反射法预报应编制探测报告，内容包括探测工作概况、地质解译结果、分析处理波形图、频谱图、深度偏移剖面图、二维成果显示图及岩体物理力学参数表。HSP声波反射法预报应编制探测报告，内容包括探测工作概况、地质解译结果、原始记录波形图、经过处理用于解释的波形曲线。10.4 短距离预报短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，比如掌子面前方30m范围内有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及岩溶发育情况等，对以上判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进行钻孔验证。（1）地质素描随开挖及时进行，地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育

25、带附近应每开挖循环进行一次素描，其他地段也应每1020m进行一次素描，进行掌子面编录，结合地面地质体投射，预报前方的地质情况。地质素描包括正洞、平导和辅助导坑洞壁及掌子面素描，其主要内容包括：1）工程地质 地层岩性，包括地层时代、岩性、岩体产状等； 断层，包括断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，并进行断层带岩体的稳定性评价； 节理，包括节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征、力学性质，分析组合特征、判断岩体完整程度； 岩溶，包括岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。 塌方，应记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方

26、的地质原因。 2）水文地质 出水点位置、出水状态、水量、水压、水温、颜色、泥砂含量测定，必要时进行长期观测； 水质分析，判定水对建筑材料的腐蚀性； 出水点和地层岩性、构造、岩溶、暗河等的关系分析； 必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系； 必要时应建立涌突水点地质档案。3）摄像和影像 隧道内重要的和具代表性的地质现象如溶洞、暗河等应进行摄像或录像。 （2）红外探测原则上可以定性预报掌子面前方30m范围内有无地下水，因其体积小、操作方便、数据直观、不占用施工时间，可以20m预报一次，前后两次重叠长度10m，以增加对比分析。红外探测预报应编制探测报告，内容包括探测工作

27、概况、地质解译结果、掌子面探测数据图、左右边墙及拱顶三条测线的探测曲线图。 （3）超前地质钻探超前水平钻孔，需要时施做，一般每循环3040m；断层、节理密集带或其它破碎富水地层每循环可只钻一孔；岩溶发育区每循环35个孔，当钻到溶洞时可适当增加，并可采用地质雷达及其它物探手段进行精细探测，以满足溶洞处理所需资料为原则；也可进行深孔钻探，比如每循环钻100150m，但随着钻孔深度的增加，钻具下垂加大，孔位易偏离设计值；岩溶地段钻孔应终孔于隧道开挖轮廓线以外510m；孔口按计算应安设一定长度的孔口管，并安设闸阀，揭露大量地下水时及时关闭闸阀，使地下水始终处于可控状态，以便有时间制定和采取有效处理措施

28、；连续预报时前后两循环钻孔应重叠58m；煤层超前探测钻孔按铁路瓦斯隧道技术规范（TB101202002）执行；为减少粉尘污染，保护操作人员身心健康，应采用水循环钻；若钻孔主要是探测有无地下水时，为提高钻进速度，减少工序时间，可采用冲击钻，特殊地段应采用回转取芯钻，以便对岩心进行鉴定。超前水平钻探预报应编制探测报告，内容包括工作概况、钻孔探测结果、钻孔综合柱状图。 （4）加深炮孔探测由于隧道开挖炮眼数量较多，且风钻或掘岩台车打眼比较方便，在每循环掌子面对其中的几个炮眼加深至58m作为预报探测孔，实践证明会收到较好的效果，可探明掌子面前方地质情况，使掌子面前方总有35m以上的岩盘，避免或减少隧道突

29、泥、突水事故的发生。 （5）地质雷达目前地质雷达用于地质预报主要在岩溶发育地区探测溶洞，在非岩溶地区很少用于地质预报。在岩溶发育区原则上应连续重叠式预报，但因每次预报距离较短为530m，预报准确度不太高约30%，且占用施工时间较长，一般在很可能有溶洞的地段探测溶洞的发育部位、规模大小、走向等，称之为精细预报。地质雷达法预报应编制探测报告，内容包括探测工作概况、地质解译结果、测线布置图（表）、探测剖面图、采集及解释参数。 10.5 地质综合判析地质综合判析是综合超前地质预报方法的中枢，它对以上所采用的各种预报手段获得的资料进行归纳、分析、对比，提出最终预报结论和工程措施建议，指导施工。综合分析探

30、测报告，内容包括工作概况、采用的各种预报手段及预报结果、相互印证情况、综合分析预报结论、施工方法和施工技术建议。 超前地质预报的结果应体现出及时性，有异常情况时应及时通知决策部门和施工单位，及时采取措施，使溶洞、暗河、断层破碎带等不良地质体始终处于可控状态；在预报前方地质情况正常的情况下，亦应将预报结果及时通知决策部门和施工单位，使其安排正常施工工序，组织正常施工生产。 11 劳动组织超前地质预报的产品为文字、图表报告，属技术服务行列，所需人员主要为地质、物探专业技术人员、钻探技术工人，地质、物探人员可以同时兼顾地质分析、红外探测、TSP202或TSP203仪器的探测、钻孔岩芯、岩粉的鉴定及孔

31、内情况的监测，但这需要复合型专业人才，一般情况下若几样预报手段同时进行，还需要各负其责。超前地质预报作业人员常规配备表序号工 种人数备注1预报组长1负责预报组织及协调2地质、物探技术人员3-5负责地质素描、物探数据采集分析、超前钻探资料整理及综合地质分析3爆破工1负责TSP探测爆破4钻工5-10负责超前地质钻探实施合 计10-17备注：超前地质预报人员配备以整个项目为单位，人员结构及数量可根据预报工作量大小进行调整。12 机具材料超前地质预报主要是通过仪器、设备、观察分析判断掌子面前方的地质情况，所用新型材料较少。TSP202或TSP203采用爆速大于6000m/s的烈性炸药效果较好，比如黑索金、TNT炸药。 超前地质预报作业设备常规配套表序号机械名称数量单位备 注1地震波仪器（如TSP）1台在满足本项目生产需要的前提下，可与其它项目共用2地质雷达1台项目专用或与其它项目共用3红外探水仪2-3台项目专用4罗盘3-5个所有地质人员配备5钻机2-5台项目专用 备注：超前地质预报仪器设备配备根据设计及预