隧道超前预报方案Word文档格式.docx

1、明洞新大岭铺隧道XDK212+319XDK212+61040162818291西沟垭隧道XDK213+444XDK216+936101021972853492红花坪1#隧道XDK216+962XDK217+06455425102红花坪2#隧道XDK217+398XDK217+4304杜家山隧道XDK217+880XDK228+466399551001482910586 地层岩性线路分布的主要地层为第四系全新统、上更新统膨胀土、砂类土及碎石类土及泥盆系千枚岩、灰岩、志留系片岩、石英岩及构造岩等。 不良地质及特殊岩土1、不良地质岩溶：本区泥盆系中统千枚岩地层中灰岩呈条带分布，总体上岩溶、岩溶水不发

2、育，围岩尚好，但在F47断层带可能出现岩溶。危岩落石：隧道进出口为千枚岩，岩壁高陡、岩质较硬、岩体松动，危岩落石发育； 水文地质特征本线属亚热带湿润气候区，区内降水丰沛，水系发育，大小河流终年水流不断，各类地下水丰富。本段地表水均属汉江水系，主要为旬河、丁家河、神滩河、艾家河及麻坪河等，均为常年流水，水量随季节变化较大。旬河、汉江雨季时，水位易暴涨暴落明显，水流浑浊，两河的各大支沟多为常年流水沟谷，洪水爆发常携带泥土、碎石，在沟口形成洪积扇。全段地下水主要有第四系孔隙潜水、基岩裂隙水、构造裂隙水、岩溶裂隙水四种类型。 地震动参数区别结合沿线地质及工程情况，沿线地震动峰值加速度及动反应谱特征周期

3、。列表如下：地震动峰值加速度分区表序号里程地震动锋值加速度地震动反应谱特征周期相当于地震基本烈度1大岭铺杜家山隧道进口2杜家山隧道进口标段终点地震动反应谱特征周期分区表里 程长 度（km）地震动反应谱特征周期（s）大岭铺-安康 气象特征本线路位于北亚热带亚湿润湿润气候区，气候温和湿润，雨量充沛。年平均气温，极端最高气温，极端最低气温，最冷月平均气温。年平均降水量，降水多集中在710月，一般以9月份雨量最大，常有暴雨灾害。3、超前地质预报施工工艺及方法 工艺流程综合超前地质预报工艺流程如图3-1所示：（1）研究既有资料，制定预报方案应研究既有区域地质、工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达到对

4、整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识，可溶岩分布情况、构造发育情况、地表水系发育情况、当地最低侵蚀基准面标高、岩溶大概发育几层、每层大概标高、哪一层对工程影响最大等。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。图3-1综合超前地质预报工艺流程图根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：A级：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

5、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。B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。C级：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。D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。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：A级预报：采用地质分析法、TSP隧道地震波反射法、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和一种或几种短距离物探方法相结合进行预

6、报，同时进行多孔超前钻探探查。B级预报：采用地质分析法、TSP，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。C级预报：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采用TSP进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。D级预报：采用地质分析法。在岩溶发育的灰岩地区，由于岩溶发育的复杂性，应采用A级预报方式。（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

7、，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。（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、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，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。（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

8、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。 超前地质预报方法隧道施工超前地质预报以地质分析（地质调查、地质素描、几何作图、块体坐标作图、赤平投影作图）、TSP长距离探测、红外探水、地质雷达超前探测手段贯通为主；褶皱核部及其它地质异常地段，采用超前地质钻孔验证；泥灰岩地段，根据开挖揭示岩溶发育程度，必要时采用地质雷达检底。具体方法如表3-1。表3-1 隧道施工超前地质预报方法隧道内容隧道里程段地质调查（平方公里）隧道中线两侧各5001

9、000m，进出口各延伸200m地质素描（米）全隧道和斜井256m3TSP（次）全隧道红外探水（次）地质雷达超前探测（次）6超前地质钻孔（延米）断层及向斜7地质雷达检底（测线米）视需要 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，为隧道超前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5001000m的范围。3、调查内容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。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

10、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。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。采空区的分布、规模及巷道充填情况。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。 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，通过地质分析，可以预测隧道前方地质情况。1、素描内容地层地质时代、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。断层破碎带宽度、

11、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。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。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、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

12、和左右边墙进行素描、数码摄像，绘制地质展示图（60m/张）。 TSP203+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，它弥补了传统地质预报方法只能定性不能定量预报的缺陷，为更准确进行超前地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具。它不仅可以及时地预测预报隧道前方工程地质条件，为隧道施工工艺制定提供依据，从而加快施工进度，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害发生的危险性，为隧道施工提供安全保障。 TSP203+每次可探测100200m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，

13、每开挖100m150m预报一次，重叠部分（不小于20m）对比分析，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。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，一部分地震信号反射回来，一部分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

14、、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。2、设备采用TSP203+超前地质预报系统，系统主要组成（见图4）：记录单元：12道，24位A/D转换，采样间隔s和125s，最大记录长度为，动态范围120dB。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5000Hz，共振频率9000Hz，横向灵敏度1%，操作温度065。TSPwin软件：数据采集和处理集于一体。图8-3 TSP203+ 原理图地层或断层图3-4 TSP203+设备全图3、测线布置接收器孔位置：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

15、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。炮孔在隧道的右边墙。第一个炮孔离接收器16m，其余炮孔间距为1.5m。24个38mm/孔深1.5m。沿轴径向，向下倾斜10-20（激发时水封填炮孔）。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部分。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部分组成。见图3-7。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

16、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；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3-5 TSP203+洞内数据采集部分示意图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波分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

17、），可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来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）岩石参数表6、与隧道施工工序衔接打炮孔和接收器孔可与隧道施工平

18、行作业，由作业公司完成，届时预报单位以工程联系单形式书面就钻孔的孔位、孔深、倾斜等具体要求与作业公司联系。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。 红外线探水1、基本原理在隧道中，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。干燥无水的地层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

19、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，基本不占用施工时间；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（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。（2）在掌子面上均匀布置9个测点，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、放炮、照明灯等干扰影响应予删除，并重测。

20、（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。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，重叠部分对比分析。 地质雷达探测1、预报目的作为TSP203+超前地质预报的补充，在可溶岩地段对TSP203+预报的异常点采用地质雷达进行补充探测，进一步确定异常体的规模、性质等；同时，在岩溶发育地段中，采用地质雷达对隧道底板进行隐伏岩溶探测。2、预报方法 掌子面超前探测作为TSP203+超前地质预报的补充。探测的具体布置根据TSP2

21、03+的预报结果确定，测线主要布置在掌子面上，正洞每个掌子面布置四条测线，斜井每个掌子面布置三条测线，每次测长15m。测线布置如图3-7所示。图3-7 雷达测线布置图 隧底探测岩溶发育地段，在隧底布置3条平行测线。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

22、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。 超前地质钻孔超前地质钻孔是对TSP203+预报和地质雷达探测等手段探测到的不良地质体的验证确认。在物探手段单一的情况下超前地质钻孔应连续搭接进行，超前地质钻孔的位置、孔深、数量、取芯等由地质人员根据物探预报成果并结合掌子面附近的地质情况综合分析确定。1、超前地质探孔特点可以直接从取出的岩芯或岩粉中了解前方的

23、地质情况，方法直接可靠。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。为了尽可能减少对隧道施工的干扰，超前地质探孔施工由施工单位提供风水电及施工作业台架、台架运移轨道及钻机台板，钻机通常放在专用的钻机台车上，把钻机台车直接拖到掌了面，固定台车，连接电源、风管和水管即可施工。施工完成后，把台车拖到洞外。这样能减少钻机在洞内安装和拆卸占用隧道施工的时间（通常钻机安装和拆卸需要35小时）。2、钻进方式在含煤地段，禁止采用冲击钻进，应采用湿式取芯钻进；其它地段采用冲击钻进。3、钻孔数量及深度在一般地段每循环钻1个孔，在岩溶段、

24、富水段、采空区可根据需要钻23孔，遇到特大异常（高水压、高瓦斯等），钻孔可增至35孔，深度3050m，以探明前方地层完整性、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后方可停钻。循环预报搭接长度以38m岩盘为宜，以此做安全储备及止浆岩盘。4、钻孔布置及其参数钻孔布置见图3-8，钻孔参数见下表。掌子面超前钻孔布置图5掌子面超前钻孔布置图2掌子面超前钻孔布置图4掌子面超前钻孔布置图3掌子面超前钻孔布置图1图3-8 掌子面钻孔布置图掌子面超前钻孔布置图1的钻孔参数表孔号水平角（）竖直角（孔深（m）3060掌子面超前钻孔布置图2

25、的钻孔参数左偏5上仰3右偏5下俯3掌子面超前钻孔布置图3的钻孔参数掌子面超前钻孔布置图4的钻孔参数掌子面超前钻孔布置图5的钻孔参数左偏8右偏85、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。 综合地质分析综合地质分析中，常规地质预报是地质预报的基础，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

26、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，达到细化和补充的作用，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，无法达到定量。在此基础上通过TSP、红外探水和地质雷达等手段预报，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，从而达到量化效果，但是TSP、红外探水和地质雷达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了更准确的地质资料，同时也为隧道施工中突发性地质灾害建立预警预报机