隧道超前地质预报 作业指导书.docx
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隧道超前地质预报作业指导书
超前地质预报
施工作业指导书
1适用范围
适用于对新建铁路西安至宝鸡客运专线XBZQ-2标段小村隧道施工掌子面前方和周边围岩情况的探测。
2设计概况及编制依据
2.1设计概况
2.1.1工程概况
小村隧道，位于陕西省宝鸡市陈仓区，渭河南岸三级阶地，属秦岭山前黄土塬区；从310国道小村附近山坡进洞，下穿唐家塬，从马尾河右侧山坡出洞，隧道起讫里程DK627+747～DK628+650，全长903m，其中明挖52m,IV级围岩300m，V级围岩551m。
最小埋深为16.0m最大埋深为46.0m，为双线黄土浅埋隧道；隧道位于R-8000m圆曲线上，洞内纵坡为11‰和3‰的人字坡。
隧道主体结构采用曲墙带仰拱复合式衬砌，衬砌采用C35钢筋混凝土结构。
隧道初期支护由钢拱架，钢筋网、锚杆和喷射混凝土组成。
隧道进口采用台阶式洞门，设置有20m明洞，洞口段基础采用φ125cm钻孔桩加固地层，并设置钢筋混凝土承台。
隧道出口采用斜切式洞门，设置有32m缓冲结构。
洞口边仰坡采用拱形骨架护坡，拱形骨架的上缘设排水槽，在拱形骨架内植草绿化。
2.1.2工程地质
隧道通过地层为第四系上更新统风积黏质黄土及黏质黄土（古土壤），下部为第四系中更新统风积黏质黄土夹黏质黄土（古土壤），底部为中更新统冲积砂及圆砾土等。
无断裂构造。
2.1.3水文地质
隧道通过地段内地表水及地下水均不发育。
2.1.4方案设计
小村隧道属黄土浅埋隧道，其不良地质构造主要是软弱土层及断层，超前地质预报主要对上述隧道开挖面前方一定距离的浅埋段灾害地质的施工探测，对照勘测阶段的地质资料，预测、预报地质条件变化及其对施工的影响。
针对不同地段的工程地质情况采用不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。
超前地质预报由超前地质预报组来完成。
2.2编制依据
2.2.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）；
2.2.2《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（铁建设【2010】240号）；
2.2.3《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设[2008]105号）；
2.2.4《西宝客运专线小村隧道设计图纸》；
2.2.5《西宝客运专线小村隧道勘测报告》；
2.2.6《西宝客运专线小村隧道施工组织设计》。
3验收标准
3.1隧道应在一次开挖后及时进行；
3.2采用的超前地质预报方法、预报范围、频次等应符合设计要求规定；
3.3超前地质预报施作里程、位置、搭接长度应符合设计要求。
4作业准备
4.1在施工过程中随时注意收集现场及地表气候、环境变化等调查资料。
4.2开工前组织相关专家级人员进行隧道施工风险评估，得出指导性意见知道施工。
4.3编制超前地质预报方案设计。
4.4对施工及操作人员进行岗前培训。
4.5施工前必须进行技术交底，实行三级交底制度。
4.6建立管理机构成立由总工程师为组长、工程部长为副组长，相关专业工程师任成员的地质预报管理机构。
现场建立地质预报检测组，固定专人，负责日常的超前地质预报工作。
4.7编制实施大纲收集工程范围内的地质资料，分析和掌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等，根据掌握的资料及现场施工组织编制超前地质预报实施细则。
4.8配置仪器设备按照长距离预报：
预报长度100m以上；中长距离预报：
预报长度30-100m；短距离预报：
预报长度30m内选择预报方法并配置仪器设备。
根据小村隧道地质情况，长距离预报采用重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电法测量系统，短距离预报采用不取芯加洛阳铲超前水平钻孔的方法，进行综合预报，以便相互补充、验证，提高准确率。
4.9建立工作信息反馈制度作为一道工序，每一个循环开挖后现场超前地质预报检测组都应立即前往掌子面，及时观察、描述开挖面地质结构状况，分析主要地质问题，进行地质综合判断，提交地质综合分析报告。
遇不良地质，或地质变化，且已有明显前兆，需要变换预报方法，尽可能提前准备，以减少超前地质预报占用工作面的时间。
4.10制作检测表格配备计算机、照相机、钢尺、绘图仪等必要的办公设备；制作“施工阶段围岩级别判定卡”、“隧道地质展示图”等表格，为数据及时采集整理奠定基础。
5技术要求
小村隧道属大跨度黄土浅埋隧道，洞身不良地质一是湿陷性黄土，湿陷土层7.5-15.2m；二是膨胀土，厚1-3m不等，判定为弱膨胀土。
根据已掌握的地质资料，小村隧道超前地质预报采用三种方法进行，即：
物探法、地质调查法及超前钻孔法。
5.1物探法
以高密度电法超前地质预报方法为主控方法，采用重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电法测量系统，其技术要点是：
5.1.1该系统由DZD-6A多功能直流仪和多路电极转换器（Ⅱ）组成，基于常规电阻率法勘探原理并利用多路电极转换器的供电、测量电极的自动转换，配合电阻率成像（CT）等高新技术来进行高分辨、高效率的电法勘探。
这套系统能够完成温纳四极、施贝1、施贝2、偶极—偶极、联合剖面、微分、二极电阻率成像CT法、三极滚动连续测深法及单边三极滚动连续测深等装置形式的高密度电阻率法数据采集、显示工作。
与其配套的软件具有数据采集、数据文件存盘、数据文件回放调用等功能。
实测数据的定量解释是采用RES2DINV电阻率成像软件进行。
5.1.2勘探工作采用的测量装置是温纳（WN）和单边三极装置（P-Dpole）。
如图所示，
温纳装置电极位置示意图
温纳装置的电极排列规律是A，M，N，B（A，B是供电电极，M，N是测量电极），装置系数K=2πa，其中a为电极间距，AM=MN=NB=na，随着电极隔离系数n由1逐渐增大到nmax，四个电极之间的间距也均匀拉开。
该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形，如图3所示。
探测深度随着供电电极AB距离的增加而增大，当隔离系数n逐次增大时,AB电极距也逐次增大，对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。
探测深度一般为AB间距的1/3，所以测线长度至少要达到目标勘探深度的3倍。
单边三极装置是将供电B置于无穷远，仅通过加大供电电极距AO来达到测深的目的，如图4所示。
三极测深为非对称装置，它对地下地电异常体的电性响应更强，异常分辨能力比对称装置高。
5.1.3以下为根据实测原始视电阻率反演获得的岩层真电阻率断面色块图图例。
温纳装置数据采集图形
单边三极装置电极位置示意图
温纳装置断面成像图例
5.1.4WGMD-3高密度电法测量系统有效探测深度﹥60.0m,探测长度可一次性完成900m测距。
5.2地质调查法
隧道掌子面每进行一次循环都应进行掌子面地质素描和洞身地质素描，通过掌子面和洞身的地质变化情况对掌子面前方近距离范围可能揭示的地质情况进行预测预报。
其技术要求：
5.2.1开挖工作面地质素描，主要描述工作面立面围岩状况，应使用同一格式，并统一编号，其格式和内容参见“施工阶段围岩级别判定卡”。
施工阶段围岩级别判定卡编号
工程
名称
位置
施工里程
评定
距洞口里程（m）
岩
性
指
标
岩石类型（名称）
黏结力C=Mpa；Φ=
极硬岩
硬岩
较软岩
软岩
极软岩
单轴饱和抗压强度Rc=MPa
点荷载强度极限Ix=MPa
变形模量E=GPa
泊松比V=
天然重度r=KN/m³
其他
岩
体
完
整
状
态
地质构造影响程度
轻微
较重
较重
极严重
完整
较完整
较破碎
破碎
极破碎
地
质结
构面
间距（m）
＞1.5
0.6-1.5
0.2-0.6
0.06-0.2
＜0.06
延伸性
极差
差
中等
好
极好
粗糙度
明显
台阶状
粗糙
波纹状
平整光滑
有痕迹
平整光滑
张开性
（mm）
密闭＜
0.1
部分张开
0.1-0.5
张开
0.1-1.0
无充填张开
＞1.0
黏土充填
风化程度
未风化
微风化
弱风化
强风化
全风化
简要说明
地下
水
状态
渗水量
［/（min．10m）］
＜10
干燥或湿润
10-25
偶有渗水
25-125
经常渗水
干燥或湿润
偶有渗水
经常渗水
初始
地应力
状态
埋深H=m
地质构造应力状态
其他
围岩
级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
开挖工作面素描图及地质简要描述
开挖工作面简要描述
开挖工作面素描图
记录者：
复核者：
日期：
备注：
岩性指标栏岩石力学强度指标必要时做。
5.2.2洞身地质素描是对隧道拱顶、左右边墙进行的地质素描，直观反映隧道周边地层岩性及不良地质的发育规模、在空间上对隧道的影响程度等。
其格式及内容见“小村隧道地质展示图”。
小村隧道地质展视图
隧道方位：
比例：
作图日期：
展
视
图
左边墙
拱部
右边墙
里程
设计工程地质水文地质条件
设计围岩分类
施工围岩分级
施工揭示地层岩性特征
施工揭示构造特征
施工揭示水文地质特征
施工围岩稳定性及初期支护
绘制：
复核：
5.2.3地质素描应随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点等重点地段应每开挖进行一次素描，其他一般地段不应1超过10m进行一次素描。
5.3超前钻探法
在进行高密度电法超前地质预报后发现隧道掌子面前方存在重大地质灾害隐患的地段和超前预报的范围提及的重点地段，采用超前地质钻孔
验证高密度电法超前地质预报结果和进一步查清重点地段的地质情况。
采用不取芯加洛阳铲钻孔法进行，超前地质钻探应符合下列技术要求：
5.3.1孔数
不良地质地段每循环宜钻3-5个孔。
5.3.2孔深不同地段不同目的应采用不同的钻孔深度。
Ⅳ级围岩一般孔深2～3m；Ⅴ级围岩一般孔深4～5m。
5.3.3孔径
钻孔直径应满足钻芯、取样和孔内测试的要求。
5.3.4连续预报时前后两循环钻孔应重叠50cm。
6施工程序与工艺流程
6.1高密度电法超前地质预报方法为主控方法，即从隧道进口至出口，全隧贯通一次完成；
6.2隧道掌子面每前进一次都应进行掌子面地质素描和洞身地质素描，通过掌子面和洞身的地质变化情况对掌子面前方近距离范围可能揭示的地质情况进行预测预报；
超前探孔
6.3在进行高密度电法超前地质预报后发现隧道掌子面前方存在重大地质灾害隐患的地段和超前预报的范围提及的重点地段，采用超前地质钻孔验证高密度电法超前地质预报结果和进一步查清重点地段的地质情况。
7施工要求
7.1WGM7D-3高密度电法测量系统工作要求
7.1.1开机检测仪器工作正常；发射、接收电极间距测量准确；无穷远电极大于探测距离，有效探测深度﹥60.0m,；发射、接地电极接地良好；电池电量充足。
7.1.2编制探测报告内容应包括：
1概况：
隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等；
2高密度电法原理及仪器；
3野外数据采集：
观测系统、采集方法、数据质量等；
4数据处理：
采用的软件及处理流程、参数选择说明、处理成果及质量等；
5资料分析与判释：
附上成果图，主要是温纳装置断面成像图；
6结论及建议：
提出隧道掌子面前方存在的对隧道施工有影响的工程地质和水文地质隐患，以及施工过程中应采取的措施。
7.2地质调查法工作要求
7.2.1现场调查做好记录；地质素描图采用现场绘制草图，室内及时誊清的方式完成；地质素描原始记录、图、表当天整理。
标本按要求采集，并及时整理；预报结论综合分析，施工措施建议及时提出。
异常段
正常段
异常段
图6.1超前地质预报工作流程图
7.2.2小村隧道地质调查法超前地质预报，应编制下列资料：
1地质调查法预报报告；
2开挖工作面地质素描图；
3隧道洞身地质展示图，比例尺为1:
100～1:
500；
4地质检测与测试资料；
5有关影像资料。
7.3超前钻探法工作要求
7.3.1根据需要在掌子面上部掏出1-3个超前水平探孔，深度4-5米，孔径满足要求；
7.3.2开挖后及时掏孔，每次保证孔深至少有50cm的搭接长度；
7.3.3认真记录掏孔桩号，取土样进行含水量实验；
7.3.4对不同岩层代表性取样；
7.3.5超前水平钻探资料现场记录描述；
7.3.6及时提交完整的钻孔探测报告，以指导掌子面前方掘进施工。
8劳动组织
8.1鉴于小村隧道围岩地质以IV、V类围岩为主，为保证隧道施工安全、质量，项目部将隧道超前地质预报工作作为一道重要工序进行控制，建立起由项目总工程师任组长，项目部工程部长任副组长，各专业工程师任成员的地质预报管理组织机构。
组织机构见图8.1。
图8.1超前地质预报组织机构图
8.2其职责分工为：
组长：
全面负责超前地质预报工作，向项目经理负责；
副组长：
组织工程地质、物探及试验等专业组成人员进行超前地质预报日常工作；
地质工程师：
负责隧道工程的地质超前预报和调绘、监测以及测试、试验资料的分析、研究，提出施工工程措施建议；
物探专业工程师：
负责物探测试工作；
试验专业工程师：
负责岩、土、水样的测试、试验工作。
9材料要求
10机械设备配置
表10.1机械设备配置表
序号
名称
单位
数量
产地
新旧
程度
自有
或租用
1
WGMD-3高密度电法仪
套
1
重庆奔腾数控技术研究所
新
自有
2
水平地质钻机XY-1
台
1
北京探矿机械厂
新
自有
3
洛阳铲
把
1
/
新
自有
11质量控制及检验
11.1质量保证措施
11.1.1施工开始前施工单位应编制地质预报实施大纲，并纳入实施性施工组织设计，按程序审查和批准后的实施大纲组织实施。
11.1.2超前地质预报现场工作人员、设备；预报位置、频次；数据采集、表格填写、影像资料等符合超前地质预报实施大纲。
11.1.3隧道应在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地质的结构状况、土质的软硬程度、含水量等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。
地质素描的内容应真实可靠，应有文字和数码影像。
11.1.4超前地质预报采用的方法、预报范围、频次等符合设计要求。
11.1.5超前地质预报施作后，应及时收集相关数据，及时收集分析预报资料，完善设计方案并指导施工。
11.1.6实行定期会议制度，超前地质预报情况列入项目部每日调度会、周例会、月度生产会的重要内容；若遇特殊情况，根据需要随时召开专题会议，适时邀请业主、监理和设计单位参加。
11.1.7及时向建设、设计、监理等相关各方提供预报成果。
11.2资料交付
地质测试与超前预报成果资料采取分报告与总报告相结合的交付方式。
每天将现场采集的资料进行分析和汇总，并向施工和技术负责人进行汇报；每周进行一次归纳汇总。
高密度电法从隧道进口至出口，全隧贯通一次完成，每200m分段提供报告。
对地质条件与设计变化较大、影响隧道施工安全，可能产生地质灾害的重点地段，采用超前地质钻孔，所做的地质超前预报，及时交付业主、设计单位进行动态设计；情况紧急时，先及时采取防范措施，有条件时邀请有关方进行现场会勘，再以书面形式报告业主、设计单位，以保证施工安全。
11.3质量检验
11.3.1应在开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。
应有文字和影像资料。
11.3.2采用地质调查与物探相结合方法时对应的里程、位置、搭接长度应满足设计要求规定。
12安全及环水保要求
12.1安全要求
12.1.1超前地质预报工作必须纳入现场施工组织统一管理，并应编制超前地质预报的安全保障措施。
12.1.2超前地质预报人员必须经过隧道施工安全教育培训，并掌握安全操作技术和安全生产的基本知识。
12.1.3地质预报工作开始前，应观察操作空间上方，周围有无安全隐患，特别是钻探开挖工作面附近是否还有危石存在，确保预报人员的安全。
12.1.4超前地质预报当使用作业台架，高空升降车等设备时，设备应安设牢固，操作人员应遵守高处作业的有关规定。
采用钻探法预报时，钻孔作业应进行安全技术交底：
12.1.5应编制钻孔作业指导书，开钻前应进行安全技术交底；
12.1.6应采用电机驱动的钻机，施工用电应由持证上岗的电工负责；
12.1.7孔口管必须安设牢固；
12.1.8钻孔使用的高压风，高压水的各种连接部件应采用符合要求的高压配件，管路连接应安设牢固并经常检查；
12.1.9钻孔时，钻机前方应安设挡板，除操作人员外其他人员禁止进入作业区域。
12.1.10钻探过程中发现岩壁松软，掉块等异常现象，必须立即停止钻进。
12.1.11当发现情况危急时，必须立即撤出人员，然后采取措施进行处理。
12.2环保注意事项
12.2.1现场施工设备应堆放整齐，做好施工区域的文明施工；
12.2.2禁止在现场乱丢垃圾，设备修理时油污注意收集；
12.2.3遵守相关环保管理制度，做好现场环保工作。
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