刘坪隧道超前地质预报实施方案.docx
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刘坪隧道超前地质预报实施方案
目录
一、编制依据1
二、工程概况1
三、地质概况1
（一）地层岩性1
（二）水文地质特征1
（三）本隧道主要工程地质问题及风险2
四、超前地质预报的目的及目标2
五、组织机构及机具设备3
（一）组织机构3
（二）超前地质预报小组岗位职责3
（三）机具设备6
六、隧道地质复杂程度分级及预报方案6
（一）隧道地质复杂程度分级6
（二）分级预报方案6
七、超前地质预报设计与实施7
八、超前地质预报方法及测试技术要求8
（一）地质素描8
（二）超前水平钻探9
（三）加深炮孔11
（四）地震反射波法（TSP2003）12
九、隧道超前地质预报时间安排及工艺流程13
（一）超前地质预报实施时间安排13
（二）超前地质预报实施工艺流程13
十、质量要求15
十一、安全防范措施15
十二、超前地质预报成果资料整理技术要求16
附件：
相关表格17
一、编制依据
（1）《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）——中国铁道出版社；
（2）《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）；
（3）《铁路工程施工技术手册——隧道（上册）》——中国铁道出版社；
（4）《工程地质及水文地质》——中国水利水电出版社
（5）《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；
（6）施工设计图纸、设计要求和环境、地质条件及相关设计参考图；
二、工程概况
刘坪隧道位于陕西省延安市宝塔区梁村乡境内，刘坪隧道进口里程DK329+524.7，出口里程DK332+900，隧道全长3375.3m，为单洞双线隧道，最大埋深148m。
隧道进口DK329+524.7~DK329+363.53段位于R=1200m的曲线上，其余段位于直线上。
隧道线间距变化范围4.00~4.16m。
隧道纵坡为单面坡，坡度及坡长依次为-4.48‰/375.3m,-11‰/2600m,-3.92‰/400m。
隧道进口与桥沟大桥相连，桥台台尾里程为DK329+524.7，隧道缺口里程DK329+524.7。
三、地质概况
（一）地层岩性
隧道所在范围内地层主要为第四系统冲击（Q4al+pl）砂质新黄土；上更新统风积（Q3eol）砂质新黄土、黏质新黄土；中更新统洪积（Q2pl）黏质老黄土；第三系上新统（N2）粉质粘土；侏罗系中统（J2）泥岩、砂岩；三叠系上统瓦窑堡组（T3w）砂岩、泥岩隧道所在区域的大地构造位属于陕甘宁台坳（又称鄂尔多斯盆地）东南翼部，是一个基底硬化程度很高、比较标准的稳定地块，是一个经历多旋回构造发展，最终形成的具有多次坳陷叠加的中生代盆地。
构造踪迹比较微弱，褶皱和撕裂不发育，总体上为翼西倾平级的单斜构造，倾角一般为2-5°。
DK329+524.7~DK332+319里程段地层产状235°∠5°，DK332+319~DK332+900里程段地层产状285°∠5°.隧道在DK332+319处为侏罗系中统（J2）和三叠系上统瓦窑堡组（T3w）的分界，为平行不整合接触。
（二）水文地质特征
（1）地表水
隧址区部分沟谷中有水，随季节变化幅度大。
调查时在DK330+020右45m有一泉井，长5.0m，宽3.0m；DK331+193左侧60m沟口附近有一泉井，大略估算影响半径R=215.5+510.5K。
式中：
R—隧道一侧涌水影响宽度（m），K—水体渗透系数（m/d）渗透系数K=0.15m/d。
计算所得隧道一侧涌水影响半径为292。
（2）地下水
隧道区地下水主要为基岩裂隙水及第四系潜水。
基岩裂隙水赋存于砂岩、泥岩中，局部水量较丰富，雨季孔隙水多沿土石届面或节理裂隙发育段涌水。
该区地下水主要接受大气降水补给，地下水水位，水量随季节性变化明显，雨季水量较大，旱季相对较小。
①孔隙水
第四系孔隙潜水主要赋存于沟谷或者山坡，山梁上第四系松散堆积物以新、老黄土中，隧道洞身孔隙潜水主要分布在DK329+545~DK329+750、DK332+800~DK332+905，对隧道施工将造成一定影响。
孔隙潜水水量受季节影响较大，雨季时孔隙水多沿土石界限股状涌出，干旱季节时水量较少。
②基岩裂隙水
主要赋存于侏罗系砂泥岩中及三叠系砂泥岩中，隧道区砂岩及泥岩裂隙发育，岩体较破碎，由于降水入渗，容易在砂岩体风化带内形成囊状富水带，局部水量较大。
（三）本隧道主要工程地质问题及风险
⑴隧道进出口DK329+545~DK329+700、DK332+800~DK332+905，存在黏质新黄土，含水量较高，为潜在软弱面，施工不当会形成工程滑坡。
⑵DK329+910~DK330+000、DK330+020~DK330+170存在两处滑坡，为黄土滑坡。
⑶侏罗系及三叠系砂泥岩互层，水平层理，泥质胶结，薄~中厚层状，节理裂隙发育，泥岩遇水易软化，开挖后层间结合力逐渐降低，易产生类似于门式破坏的掉块、塌方事故，安全风险较大。
四、超前地质预报的目的及目标
超前地质预报的目的是在施工前期地质勘查成果的基础上,进一步查明掌子面前方一定范围内围岩的地质条件,超前探测地层岩性、软弱层的位置、岩体完整程度、断裂带位置、宽度、破碎程度、富水性，等不良地质以及隐伏的重大地质问题。
为信息化设计和施工、围岩变更提供依据。
预报突水突泥及断层破碎带具体位置及可能带来的灾害程度，降低地质灾害发生的风险；提供必要的地质参数如：
地下水压力、涌水量等；提供施工掌子面前方地质信息，进一步确定保证围岩稳定性的工程措施及合理的施工方法；优化施工方案提供依据，指导施工顺利进行，确保施工安全；为编制竣工文件提供可靠地地质文件。
超前地质预报的目标是准确预报掌子面前方围岩地质情况及富水情况，重点预报突水
突泥及断层破碎带等不良地质的具体位置、规模及影响程度，控制掌子面前方30m范围内不良地质体预报误差在1m以内。
隧道施工过程中应开展地质预报工作，以获取开挖前方的地质信息，并根据预报结果及时报送相关单位，以调整隧道设计，施工方案，实行信息化设计，信息化施工，指导隧道安全施工，避免发生地质灾害。
五、组织机构及机具设备
（一）组织机构
为了及时准确的对掌子面前方地质情况进行超前预报，我工区将采取地质分析法、物探法和水平钻孔法等方法，地质分析方法作为基本方法，物探方法作为快速侦察手段，水平钻孔方法在地质特殊复杂地段纳入工序进行组织管理；三种方法有机结合，配合应用，发挥各自长处，从不同方面发现异常、揭示异常，组成超前地质预报完整的技术体系超前地质预报机构如下：
领导小组、专家顾问组、项目负责人、技术负责人、安全质量部、物理勘探部、地质素描部、综合管理部。
（二）超前地质预报小组岗位职责
1、领导小组：
超前地质预报小组成员：
工区经理负责，总工前头，技术部部长主要负责，测量小组人员具体实施。
（1）制定和策划超前地质预报实施方案，建立健全各项管理制度，合理组织调配资源，实施标准化管理，制定并完成超前地质预报质量、安全、环境、进度等各项管理目标。
（2）超前地质预报工作开展前审查关键岗位人员资质、设备状况、计量仪器检定情况等；组织对所有参加人员和单位开工前技术交底和培训。
（3）超前地质预报工作实施中督促做好自检自查；组织安全、质量管理人员进行技术指导和质量监控。
（4）负责和业主、监理单位和其它相关单位的协调工作。
（5）负责审核超前地质预报的成果报告及时提交预报技术成果报告。
2、项目负责人：
（1）主持项目部全面工作，负责现场的全面协调、安全管理和文明施工。
（2）负责与建设单位、施工单位及监理单位沟通、联系和协调工作。
（3）组织超前地质预报的实施、参与项目经理部组织的质量、技术会议。
（4）对超前地质预报现场的安全及预报资料的准确性进行把控。
3、专家顾问组：
（1）对超前地质预报实施大纲、细则及预报方案进行咨询。
（2）对重大问题、疑难问题进行现场咨询。
（3）对重点、难点超前地质预报成果进行资料审查。
4、技术负责人：
（1）负责超前地质预报的技术、质量、安全控制，审核资料，督促日常工作、地质巡查和物探工作的把关和协调，具体如下：
（2）及时和各小组联系，督促、检查各小组完成其承担的相应超前地质预报工作。
（3）根据超前地质预报结果，结合地面勘测资料综合分析，提出综合超前地质预报结论和地质灾害警报，进行灾害评估、提出处理工程措施建议。
（4）分析超前预报的基础成果资料，并根据需要调整预报方案。
（5）组织超前地质预报综合成果的分析、判释及综合成果报告的编制，经项目负责人审核后及时提交相关各方。
（6）编制超前地质预报工作月报、年报及竣工总结报告。
5、安全质量组：
（1）针对隧道超前地质预报工作的危险性，制定安全生产规章制度。
（2）对施工环境、人员防护、仪器设备等进行作业前安全隐患的检查。
（3）作业过程安全操作检查，规避安全风险。
（4）对隧道超前地质预报过程中的质量控制和预报成果的准确性和科学性进行监督检查。
（5）组织召开质量分析会议，分析质量保证计划的执行情况，及时发现问题，研究改进措施。
（6）组织QC小组活动。
6、地质素描组：
（1）负责隧道地质调查及地质素描的各项工作，负责各隧道原始资料的综合分析和判断。
（2）负责地质调查成果资料的综合分析和灾害预报的发布。
（3）负责对隧道开挖掌子面围岩分级现场核对和修正。
（4）对地质调查成果的真实性负责。
7、物理勘探组：
（1）负责组织实施各种物探的现场数据采集工作。
（2）负责物探原始资料的综合分析和判断，及时提供超前地质预报物探报告；
（3）负责超前地质预报物探成果资料的综合分析和灾害预报的发布。
（4）对物探资料采集及资料分析的真实性负责。
8、超前钻探组：
（1）负责组织实施超前地质钻探和加深炮眼的的现场工作。
（2）对超前地质钻探和加深炮眼成果进行初步整理及分析。
（3）提供现场钻探记录及钻孔柱状图。
（4）对超前地质钻探和加深炮眼资料的真实性负责。
9、综合管理组：
（1）负责隧道施工进度的登记及超前地质预报工作的计划和安排；
（2）负责超前预报小组与施工单位、监理单位和业主之间的资料传递及信息传递；
（3）负责设备、车辆使用安排及保管工作。
（4）负责后勤管理工作，制定相关的规定及安排食宿等日常工作。
（三）机具设备
主要机具、设备、仪器见下表：
表1超前地质预报主要设备配置计划表
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
超前预报仪
TSP203
1套
委托
2
气腿式凿岩机
YT—28
2套
3
地质钻机
ZYG150
2套
4
高密度电法仪
WDJD—1
1套
委托
5
地质罗盘仪
2套
6
数码相机、光学相机
CANNON
2部
7
笔记本电脑
IBM
1台
六、隧道地质复杂程度分级及预报方案
（一）隧道地质复杂程度分级
根据铁路隧道超前地质预报技术指南附录B，结合隧道施工规范中根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，隧道地质复杂程度分为四级：
复杂（A级）、较复杂（B级）、中等复杂（C级）和简单（D级）。
本隧道及辅助坑道的工程地质复杂程度分级有复杂、较复杂、中等复杂和简单，具体见表2：
（二）分级预报方案
超前地质预报坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、地球物理方法与超前水平钻探相结合，辅助导坑与主洞探测相结合，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。
A级预报：
采用地质素描、地震反射波法（TSP、TGP等）、超前水平钻探、加深炮孔等手段综合预测。
首先以长距离地震反射波法进行预测，同时中长距离的超前钻探探查，每一个开挖循环，都进行加深炮孔探测。
B级预报:
采用地质素描，地震反射波法，进行必要的单孔超前水平钻和加深炮孔探测。
当发现局部地段较复杂时，则按A级要求实施。
C级预报：
以地质素描为主。
对重要的地质（层）界面、断层或物探异常可采用地震反射波法进行探明，必要时单孔超前钻探。
D级预报：
采用地质素描、辅以加深炮孔。
具体情况如表2
表2超前地质预报地质分级表
起里程
迄里程
长度（m）
地质复杂程度分级
超前预报方法
DK333+390
DK333+445
55
较复杂
掌子面素描、地质调查、地表监测
DK333+445
DK333+540
95
中等复杂
掌子面素面、地质调查
DK333+540
DK333+580
40
较复杂
掌子面素面、地质调查
DK333+580
DK333+040
460
中等复杂
掌子面素面、地质调查
DK333+040
DK333+110
70
较复杂
掌子面素面、地质调查
DK333+110
DK333+305
195
较复杂
掌子面素面、地质调查
七、超前地质预报设计与实施
（一）超前地质预报设计
根据梁村隧道及其辅助坑道地质复杂程度采用相应的预报方案，采用的手段主要有地质素描、弹性波反射法、超前水平钻探和加深炮孔等，梁村隧道及其辅助坑道超前地质预报设计如表3
表3超前地质预报方法表
地质预报项目
预报内容
地质
预报
地表调查
岩层产状及其变化，构造在隧道地表的发育规律等
TSP203探测
断层、围岩等级变化及不良地质情况
超前水平地质探孔
验证物探预报情况，围岩类别判定等
地质素描
隧道掌子面地质素描及地质分析预报
（二）超前地质预报的实施
为了方便超前地质预报工作的具体实施和现场监管，超前地质预报小组将实施计划进一步细化安排，具体细化安排情况见下表4：
实施过程中将根据地质条件的变化对地质复杂程度分级和预报方案进行适当动态调整，将各类手段的超前地质预报与现场实际开挖情况进行验证和分析，提高预报的准确性，根据对比情况适当调整预报方案，以便对不同的地质问题采用合理有效的预报手段。
表4超前地质预报实施安排表
地质预报
项目
计量
单位
计划
工作量
测量频率
备注
地表调查
延米
960
工前、工中、工后
岩层产状及其变化；构造在隧道地表的表现。
TSP203探测
次
11
每次测量100m范围
断层及不良地质情况
超前水平地质探孔
延米
960
每次测量10m以上范围
为避免地质灾害发生，广泛采用超前水平探孔
地质素描
延米
960
每次开挖后进行
围岩描述及预报
八、超前地质预报方法及测试技术要求
（一）地质素描
1、地质素描应准确记录隧道开挖所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、人为坑洞、地应力、塌方及有害气体或放射性危害源存在等情况；
2、应准确记录地下水的分布、出露形态及围岩的透水性、水量、水压、水温、颜色、泥沙含量测定以及地下水活动对围岩稳定性的影响；进行水质分析，判定地下水对结构材料的腐蚀性；分析出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等的关系，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；
3、记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式以及初期支护后的变形情况。
发生围岩失稳或变形较大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等。
4、进行隧道施工围岩分级：
根据隧道开挖工作量的地质情况对隧道施工围岩进行分级；
5、按照地质素描的内容和现场记录格式、对掌子面进行素描、数码摄像。
6、地质素描有关技术要求：
（1）开挖工作面地质素描，主要描述工作面立面围岩状况，应使用统一格式，并统一编号；
（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体的发育规模、在空间上对隧道的影响程度等，通过隧道地质展视图形式表示；
（3）地质素描应随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点、构造发育部位、岩体发育带附近等复杂、重点地段应每开挖循环进行一次素描，其他一般地段不应超过10m进行一次素描；
（4）素描图、素描一律“写实”，不做任何换算。
素描图式、图例、比例、用语应统一。
（5）素描记录、图、表须当天整理（绘制）完成。
（二）超前水平钻探
1、超前水平钻探适用于各种地质条件下的隧道超前地质预报，在富水软弱断层破碎带、重大物探异常区等地质条件复杂地段必须采用。
2、超前地质钻探主要采用冲击钻和回转取芯钻，二者应合理搭配使用，提高预报准确率和钻探速度，减少占用开挖工作面的时间；一般地段采用冲击钻，复杂地质地段采用回转取芯钻。
3、超前水平钻探技术要求：
（1）根据需要采取1～6孔超前水平钻探，断层、节理密集带或其它破碎富水地层每循环钻1～3孔；富水岩深发育区每循环宜钻3～6孔；
（2）水平钻探位置一般按图布置。
掌子面中部两边的超前钻孔应水平且有一定水平偏角，掌子面上部的超前钻孔应有一定仰角，掌子面下部两边的超前钻孔应有一定的俯角和水平偏角。
具体如下图
（3）水平钻探一般每循环钻进30～50m，连续预报时前后两循环钻孔应重叠3~8m；钻探过程中应进行动态控制和管理，根据钻孔情况可适当调整钻孔深度，以达到预报目的为原则。
（4）钻孔直径应满足钻探取芯、取样和孔内测试的要求，并应符合铁道部《铁路工程地质钻探规程》（TB10014）的规定；煤层瓦斯超前钻探孔径应符合《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设〔2008〕105号第5.4.4条的规定。
（5）富水岩深发育区超前钻探应终孔于隧道开挖轮廓线以外5～8m。
4、超前水平钻探工作要求：
（1）实施超前水平钻探的人员应经技术培训和考核，经考核合格后方可上岗；
（2）钻探前技术人员应进行技术、质量、安全交底；
（3）超前钻探过程中应在现场做好钻探记录，包括钻孔位置、开孔时间、终孔时间、孔深、钻进压力、钻进速度随钻孔深度变化情况、冲洗液颜色和流量变化、涌砂、空洞、振动、卡钻位置、突进进程、冲击器声音的变化等；
（4）超前钻探过程中应及时鉴定岩芯、岩粉，判定岩石名称，对于断层带、代表性岩土等应拍摄照片备查，并选择代表性岩芯整理保存，重要工程钻探过程监理应进行旁站；
（5）在富水地段进行超前钻探时必须采取防突措施；测钻孔内水压时，需安装孔口管，接上高压球阀、连接件和压力表，压力表读数稳定一段时间后即可测得水压；
5、超前钻探质量控制措施：
（1）测量布孔：
施钻前按孔位设计图设计的位置用经纬仪准确测量放线，将开孔孔位用红油漆标注在开挖掌子面上；
（2）设备就位：
孔位布好后，设备应位，接通各动力电源和供风、供水管路。
安装电路要由专业电工操作，确保安全，供风管路要连接紧密，无漏气现象；
（3）对正孔位，固定钻机：
将钻具前端对准开挖工作面上孔位，调整钻机方位，将钻机固定牢固；
（4）开孔、安装孔口管：
孔口管必须安设牢固；
（5）成孔验收：
施钻满足设计要求，经现场技术人员确认签收后可停钻终孔；
（6）本循环钻孔完毕后，根据测量结果总结出钻具的下沉量，下一循环钻探时通过调整孔深、仰俯角等措施控制下沉量在设计要求的范围内，达到技术要求的精度；
（7）超前钻探钻进中应防止地下水突出，可采取安设孔口管和控制闸阀等措施，确保工作人员和机械设备的安全，同时应使地下水处于可控状态；
（三）加深炮孔
1、加深炮眼探测适用于各种地质条件下隧道的超前地质探测，尤其适用于岩溶发育区。
2、开挖工作面根据要求设3～12个加深炮孔，孔深一般深5m，特殊地段适当增加，主要布置在掌子面周边，并以30～40°外插角实施，以预测掌子面前方地层和地下水发育情况。
3、加深炮孔探测应符合下列要求：
（1）孔深应较爆破孔（或循环进尺）深3m以上；
（2）孔径宜与爆破孔相同；
（3）孔数、孔位应根据安全岩盘厚度、隧道开挖断面尺寸、每循环开挖进尺以及地质复杂程度确定；
（4）在富水岩溶发育区每循环必须按设计认真实施，发现异常情况应及时反馈信息，严禁盲目装药放炮；
（5）钻到溶洞和岩溶水时，应视情况采用超前地质钻探和其他探测手段，查明情况，确保施工安全，为变更设计提供依据；
（6）加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施；
（7）揭示异常情况的钻孔资料应作为技术资料保存。
（四）地震反射波法（TSP2003）
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先进的设备，它为方便快捷地预报掌子面前方100～200m范围内的断层破碎带、软弱地层等不良地质情况提供了一种强有力的方法和工具，通过超前地质预报提前了解掌子面前方的地质变化情况，合理安排掘进速度，及时优化施工方案，加强防护措施，从而能够确保安全、顺利地通过不良地质地段，使施工真正做到科学、安全、高效。
TSP203超前地质预报系统测线布设在掌子面附近的边墙上，它由两个接收器孔和24个炮孔组成，两个接收器孔对称分布在两边墙，24个炮孔等间距布置在两侧边墙。
在数据采集前，钻孔、接收传感器套管的安装，以及接收器孔、炮孔倾角倾向和各孔距基准点距离的测量要先期完成。
由于这些准备工作不影响正常施工，因此可与隧道施工作业同时进行。
当正式爆破采集数据时，洞内一切施工必须停止，以确保采集到的数据尽可能少的受外界噪声的干扰。
在数据采集时，相互间要做好配合，以减少对施工的影响。
在熟练的情况下，数据采集时间可控制在1h以内。
数据处理流程图
反射界面抽取
TSP203预测的方法及预报成果表
预测方法
预报成果
利用地震波的反射原理预测
推断断层、岩层破碎带等不良地质体的位置、规模、性质
反射界面的岩性参数、产状及岩石力学参数
九、隧道超前地质预报时间安排及工艺流程
（一）超前地质预报实施时间安排
超前地质预报工作应纳入工序管理，做到先探测后施工，不探测不施工；当施工进度与超前地质预报发生矛盾时，施工必须为超前预报让路，确保超前地质预报工作的实施，并起到指导施工的作用。
见下图：
超前地质预报循环安排示意图。
（二）超前地质预报实施工艺流程
超前地质预报实施工艺流程见下列框图：
地质预报信息反馈系统
超前地质预报
突水突泥探测
地表井、泉量测
TSP203地质预报仪
涌水量监测
洞内水文地质预报
地质素描
超前探孔
隧道地质信息采集系统
地质信息处理系统
地质预报管理机构
监理组
动态设计组
是否与设计文件一致
是
否
重新设计
信息化施工
地质预报反馈
十、质量要求
（1）隧道超前地质预报是保证隧道施工安全的重要环节和重要的技术手段，应将它列为隧道施工的必要工序。
当隧道施工进度与超前地质预报发生矛盾时，施工必须为超前地质预报让路，以免盲目施工，确保超前地质预报工作的施工，并真正起到指导施工的作用。
（2）实行全面质量管理，按ISO9001质量体系的要求，建立内部质量管理机制，制定岗位责任制，保证测试预报工作按计划运行，全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和连续性。
（3）隧道超前地质预报主要采用的方法是长、短结合的方法，因此要求短距离预报的精度应更高于长距离预报，应按距离的长短进行一步步的增加预报的精度，确保短距离预报对长距离做到更好的检验。
（4）施工过程中应将实际开挖的地质情况与预报结果进行对比分析，及时总结经验教训，指导和改进地质预报工作；超前地质预报方案应根据实际地质情况及时进行调整，并按有关程序经批准后执行。
十一、安全防范措施
设计单位应根据隧道工程地质条件、环境条件、断面大小、施工方法和安全要求进行超前地质预报设计，在开工前向
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