土木工程隧道地质灾害超前预警方案成品.docx

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土木工程隧道地质灾害超前预警方案成品

{土木工程}隧道地质灾害超前预警方案成品

专科生毕业论〔设计〕

中文题目地质灾难超前预报方法研究

学生姓名专业

层次年级学号

指导教师职称

学习中心江西农业大学成绩

2021年2月20日

摘要

超前地质预报工作应当编制相应的地质预报方案，海底隧道尤应如此。

地质预报方案编制前，必须充分把握熟悉隧道施工场区的地质背景条件。

不同的地质背景，地质条件不同、地质复杂程度不同,勘察预报在难度、手段、工作量等方面都不同,因此有不同的地质预报方案。

本文阐述了隧道超前地质预报工作的目的、性质，编制超前地质预报方案的指导思想，着重强调地质观看研究在地质预报工作中的重要性。

通过对超前预报相关合同文件所规定的预报手段的效用及特点的阐述，和人们对地质背景条件的不同认识，提出了胶州湾隧道不同的地质预报方案，同时对地质预报工作提出了建议。

不当之处，敬请指正。

【关键词】地质预报地质观看研究预报手段

ABSTRACT

Advancegeologicalforecastworkshallbethecorrespondinggeologicalforecastingschemeofsubseatunnel,especiallyin.Geologicalforecastplan,wemustfullygraspthefamiliartunnelconstructionoffieldgeologicalconditions.Differentgeologicalbackground,geologicalconditions,geologicalcomplexity,surveyandforecastindifficulty,means,suchasworkloadaredifferent,thereforehavedifferentgeologicalforecastingscheme.Thispaperelaboratedtheadvancegeologicalforecastoftunnelworkingpurpose,properties,preparationofadvancedgeologicalpredictionschemeoftheguidingideology,emphasizinggeologicobservationstudyingeologicalforecastworkimportance.Basedonthepredictionofrelatedcontractdocumentrequiredbythemeansofforecasteffectivenessandfeaturesaredescribed,andthepeopletothegeologicalbackgroundofthedifferentknowledge,putforwardJiaozhouBayTunneldifferentgeologicalforecastingscheme,whilethegeologicalforecastworkputforwardtheproposal.Inappropriate,please.

【KEYWORDS】Geologicalforecastgeologicalobservationforecastmeans

引言

胶州湾地区地壳运动频繁，断裂构造众多，岩浆活动强烈，岩性复杂多变。

胶州湾隧道地质勘察难度极大，茫茫海域，虽动用了大量人力物力，但地质界线仍多属估量。

由于地质勘察工作的局限，必定存在难以探察的、隐伏的地质问题。

海域段的断裂破裂带、岩体接触挤压破裂带内，岩石强度低，易风化，自稳能力差；此外还有极易风化的辉绿岩脉、煌斑岩脉和可能存在的膨胀性围岩。

在这些不良地质地段存在着渗透破坏、发生突涌水或隧道坍塌变形、甚至海水倒灌的可能。

这些突发性地质灾难将严峻危及施工安全，能否开展好施工期间的超前地质预报工作，做到超前预判，及时决策处理突发性地质灾难，是胶州湾隧道建设成败的关键。

第一章超前地质预报工作的目的和性质

1.1超前地质预报的要紧目的

探明隧道工作面前方及两侧的工程地质条件，水文地质条件，不良地质体的工程性质、空间分布、产状、大小以及对其加固处理、注浆堵水所需的工艺地质条件，为隧道施工提供依据，以期有效预防地质灾难,保证隧道施工安全。

具体应达到以下目的：

（1）进一步查清因前期地质勘察工作的局限，而难已探察的、隐伏的地质问题；依照把握的地质灾难前兆信息，超前预报地质灾难，及时改进施工工法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行。

（2）有效地降低地质灾难发生的机率和风险。

（3）为变更设计提供地质依据。

（4）为编制竣工文件提供地质资料。

第二章超前地质预报工作的性质

2.1科研性

关于地质体必须如实了解、认识和反映它，才能为隧道施工提供依据。

由于隧道受埋藏条件、勘察手段和方法的限制，地勘成果对地质体的本来面貌不可能准确无误的反映，而只能是具有一定精度和可靠程度地反映。

隧道地质勘察设计及施工期的地质预报的过程，是运用地质科学和有关自然科学的理论与方法，不断地观看研究各种地质现象，力求正确认识和反映其客观规律的过程。

观看〔包括对实地的地质勘察、室内鉴定、测试等〕是对客观地质体实际取得感性认识的科学实践；研究是综合各方面取得的观看材料，进行分析、判定、推理，进一步把握地质现象的内部联系及其规律的科学概括。

地质的观看研究应贯穿于隧道地质勘察设计和施工期间地质预报工作的始终，是取得对地质体特点与规律性认识的差不多方法。

地质观看研究在地质预报工作中起着主导作用和枢纽作用，通过地质观看研究所获得的地质认识，阻碍着超前地质预报手段的布置；也阻碍着隧道施工应急预案和施工方案；还阻碍着对工程进度、投资等的评估和决策。

因此关于胶州湾隧道海域段施工，必须始终重视地质观看研究工作，否那么就不能更好地指导隧道施工生产。

2.2生产性

作为隧道施工的一个关键工序，要消耗一定的人力、物力、资金和时刻，它关系到施工安全、质量、效益、进度。

必须坚持从〝实际动身〞的原那么，在确保不遗漏不良地质体，保证施工安全的基础上，按照实际需要决定各项超前地质预报手段，才能取得比较理想的隧道生产经济成效,达到多、快、好、省的目的。

为此要加强地质预报、设计、施工、业主、监理等单位的合作，必要时请专家论证，按实际情形布置各项工作。

第三章关于超前地质预报方案的编制

3.1方案编制的指导思想

（1）必须依据工作地区的地质条件及可能承诺的工作条件进行编制。

（2）坚持从实际动身，实事求是，遵循工作程序，合理选择，综合使用有效的方法和手段制定工作方案，发挥各种方法和手段的特长。

（3）要尽力采纳与推广先进技术，超前地质预报必须充分发挥地质观看研究的主导和枢纽作用，努力提高勘察预报成效。

（4）要明确各项工作的质量要求和保证质量的技术措施，使各项工作和资料达到规范所规定的质量标准。

3.2方案编制要求

（1）必须坚持为隧道施工服务；

（2）必须加强地质条件、地质规律的研究。

地质勘察、地质预报有一个重要的特点，确实是重视地质规律的研究。

对危及隧道施工安全的不良地质体的规律认识比较接近客观实际，勘察成效、预报成效质量就高，给隧道设计、施工建设的指导性就强；假如对地质现象观看研究不够，对不良地质体的认识与客观实际相差较大，勘察成效、预报成效质量就差，就会给隧道设计、施工建设带来困难与后患。

应当指出：

超前地质预报方案的地质依据和结论往往带有推测和推断的性质，海域段地勘资料专门如此。

这确实是说，超前地质预报方案不同于其它工程设计或施工方案，而具有专门大探干脆，应当承诺有一定的探究工作量，因此关于超前预报方案既不能看成不可更动的文献，也不能看成随时可变的草案。

在工程施工过程中随实际材料的积存和通过地质观看发觉地质情形与原勘察设计不一致时，应及时地进行修改和补充,并上报业主、监理审批。

3.3预报技术手段的效用及特点

胶州湾隧道依据合同拟采纳的预报手段有：

服务隧道超前、超前地质钻孔取芯、超前水平钻孔、超前探孔、物探、地质编录。

现将其效用特点简介如下：

（1）服务隧道：

服务隧道超前是先行探明隧道总体地质条件，了解不良地质体空间分布、工程水文地质特性、注浆堵水所需的工艺地质条件等最有效的手段。

前已述及设计图地质界线是推断，服务隧道的揭露最直观，对各种地质现象的观看，远胜于物探及钻探取芯等手段。

同时它又是设计要求建设的洞室，不需额外增加经费，因此也是最经济的手段。

通过地质编录可发觉许多地质现象引起我们注意，尽管得到的不一定完全代表主隧道,但通过它制作的地质平面图，极具指导意义。

由于埋深相对较大、断面小、开挖较安全。

（2）超前地质钻孔取芯：

指采纳专业地质钻机进行钻孔取芯或孔内摄像专门猎取前方地质信息的一种手段，能获得较为详尽的地质素描、影像资料及水文资料，探测长度≥30米。

但它是间接观看，因岩芯直径受限，且受取芯率阻碍，不利于地质观看，精度等不如服务隧道，如对可注浆地质条件的判定较困难、断裂产状难以确认，且耗时较长。

（3）超前水平钻孔：

依照钻进速度、时刻、压力、卡钻、跳钻、出渣、出水情形等间接获得的一些地质、水文信息。

通常也是采纳地质钻机钻孔，可进行孔内摄像，耗时较短，探测长度≥30米。

但不利于地质观看，精度等逊色于钻孔取芯。

（4）超前探孔：

指钻爆施工时通过超前加深炮孔，依照钻进速度、时刻、压力、卡钻、跳钻、出渣、出水情形等间接获得的一些地质、水文信息。

不利于地质观看，精度、探测长度等逊色于钻孔，探测长度通常仅有10米。

但耗时短，施工方便。

（5）物探：

包括TSP203、HSP、负视速度法、地质雷达、瞬变电磁、红外探测等方法。

操作方便，耗时短。

但物探方法存在三个特性，也是其缺点。

①物探方法必须实行两个转化才能完成超前地质预报的任务：

先将地质问题转化为地球物理问题，才能使用物探方法去观测。

在观测取得数据后〔所得专门〕，只能推断具有某种或某几种物理性质的地质体。

然后通过综合研究，并依照地质体与物理现象间存在的特定关系，把物探结果转化为地质的语言图示，从而去推断专门地质体。

最后还得通过钻探、坑道等工程去验证，确信〔或否定〕其地质成效。

②物探专门具有多解性。

产生物探专门现象的缘故，往往是多种多样的，这是由于不同的地质体能够有相同的物理场，故造成物探专门推断的多解性。

因此工作中采纳单一的物探方法，往往不易得到较确信的地质结论。

一样情形下应合理地综合运用几种物探方法，并与地质观看研究紧密结合，才能得到较为确信的结论。

③每种物探方法都要求要有严格的应用条件和使用范畴，因为专门地质体的地球物理特点及自然条件因地而异，阻碍物探方法的有效性，如用物探探测工作面前方与隧道轴向近于平行的结构面，探测成效专门差或几乎探测不到。

（6）地质编录：

包括原始地质编录和综合地质编录。

①原始地质编录，指服务隧道、正洞、钻孔等的素描、文字描述及影像资料。

在掌子面及其前方〔地质钻孔取芯〕及隧道两侧，把直截了当观看到的地质现象经分析研究，并运用地质规律和地质理论估量作业面前方及隧道两侧的地质条件，如利用岩浆岩体边缘相带特点估量岩体接触破裂带等。

②综合地质编录,原始编录是综合编录的基础，两者不可分割，原始编录须经严格质量检查或核实，认为合格无误，方能应用于综合地质编录。

如利用服务隧道、正洞制作的地质平面图，具有专门重要的超前预报价值，指导性专门强。

第四章举荐的超前地质预报方案简述

胶州湾隧道在海域段轴向总体呈南北向。

对胶州湾隧道的地质认识有两种观点，从而引发对地质条件、地质复杂程度、勘察难度的看法不同，要求采纳的预报手段力度、密度也不同，因此可拟出二套地质预报方案。

4.1方案一

4.1.1此方案中的地质条件

笔者认为胶州湾隧道穿越的要紧岩体为中深成相花岗岩体、浅成相脉岩和超浅成相侵入岩〔次火山岩〕，没有或仅有极少量的相当于燕山早期形成的青山群地层——火山喷发沉积岩。

要紧构造格局为先后形成的两期菱形格子构造：

早期的近南北向和近东西向高角度共轭断裂，后期的北东向和北西向的高角度共轭断裂。

此外可能有小规模的呈缓倾角产出的逆断层。

水文地质条件相对较简单，要紧为基岩构造裂隙水。

存在的要紧不良地质体有：

①断裂〔与隧道轴向大角度相交的东西向断裂，近于平行的南北向断裂，与隧道轴向呈斜交关系的北东向和北西向断裂〕；

②小规模的缓倾角逆断层；

③岩体接触破裂带〔产状复杂，倾角通常较陡〕；

④估量在部分后期热液蚀变强烈的断裂构造带及岩体接触破裂带中可能显现的呈脉状或囊状体产出的膨胀性围岩；

⑤可能呈捕虏体或呈小规模的残留顶盖产出的青山群地层；

⑥易风化的煌斑岩脉和辉绿岩脉；

巨晶长英质岩脉。

4.1.2预报方案

相应的超前预报方案如图1,探测手段布置如下：

1、物探手段TSP必须全程施作，搭接长度≧20m，在其专门地段视具体情形确定进一步的勘察手段，如地质雷达、瞬变电磁、水平地质钻孔取芯、超前探孔等。

2、服务隧道超前，可先行探明隧道总体地质条件，如岩性，北东、北西、东西向断裂，逆断层，部分岩脉〔包括煌斑岩脉、辉绿岩脉〕及其接触破裂带，膨胀性岩体和青山群地层等走向与洞轴向夹角较大的不良地质体。

因此，应坚持服务隧道超前正洞150m以上的原那么，并尽可能加快服务隧道进度。

在主隧道与服务隧道同时需要进行超前预报时，应服务隧道优先。

关于走向与洞轴近于平行的南北向断裂及其他不良地质体，当夹角在5°～15°时，需超前335～129m，假设服务隧道超前距离不足时，为不阻碍工期，保证正洞开挖，可考虑:

①在正洞施作超前小导洞〔当夹角在5°～15°时，需超前90～30m〕先行探明地质条件,扩挖时拱部边墙加强超前探孔，此方式山岭隧道常用，但海底隧道可行否？

应论证。

②在正洞掌子面加强超前地质钻孔取芯或孔内摄像（≧30m,2-4孔）及侧向探测。

3、超前探孔，全程施作，孔深10-15m，搭接长度≧5m。

服务隧道2-6孔，布置于服务隧道拱部；主洞4-8孔，布置于主洞上台阶。

4、超前水平钻孔，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩全程施作。

视具体情形进行孔内摄像，孔深≧30m，搭接长度：

服务隧道≧5m；主隧道≧8m。

。

服务隧道1-2孔，布置于拱顶或拱腰位置；主洞1-3孔，布置于拱顶及远离服务隧道一侧的拱腰位置，或掌子面中部。

5、超前地质钻孔取芯，视具体情形施作。

配合超前水平钻孔探测，补偿超前水平钻孔地质观看的不足。

孔深≧30m，搭接长≧2m。

①服务隧道：

1孔，布置于拱顶部位。

对在勘察期间发觉的不良地质体，如断层破裂带、岩体接触破裂带、破裂岩脉、逆断层等；施工中物探发觉专门；或超前炮眼探孔发觉卡钻、跳钻、有水等专门时施作。

②主洞：

1-2孔，布置于拱顶及远离服务隧道一侧的拱腰位置。

对勘察期间和服务隧道发觉的不良地质体及施工中其它预报手段探测到的专门地段，采纳超前水平地质钻孔取芯探测。

③为防范与洞轴近于平行的断裂及其他不良地质体〔包括产状复杂的岩体接触带〕，专门当有边墙岩石相对较为破裂、渗水、围岩蚀变等专门现象时，应作适当的侧向探测，包括物探和地质钻孔取芯探测〔频率：

5-30m/次〕。

6、对服务隧道、主隧道全程进行地质编录，并制作地质平面图用以指导超前地质预报工作。

注意：

①同一断面超前探孔、超前钻孔及地质钻孔取芯应相互合理搭配，探、钻孔数量应依据地质复杂程度、围岩级别、涌水量、不良地质危害程度等具体情形确定。

②当发觉有青山群火山喷发沉积岩地层时，参考方案二。

4.2方案二

4.2.1此方案中的地质条件

该方案建立在原设计地勘资料上。

此观点认为海域段3950m有3400m左右为火山角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩、沉凝灰岩、熔岩等火山喷发沉积岩构成的青山群地层，有550m左右是后期侵入岩脉。

要紧地质构造为北东向和北西向断裂。

地下水为基岩构造裂隙水。

假设确实如此，那么这看似简单的地质条件可能极为复杂。

因为形成于燕山早期的青山群地层，在燕山晚期和喜山期大规模的构造运动下必定会褶皱〔见照片1〕、断裂〔包括层间断裂〕，其内部本身可能还存在不整合面和后期侵入岩体。

这些不良地质体的产状、形状更难查明，相应的水文地质条件复杂多变，除基岩构造裂隙水外，还可能有层间裂隙水，聚水向斜构造等。

前已述及，笔者不同意此观点，但湾域中可能有少量的青山群地层呈捕虏体或小规模的残留顶盖形式显现，因此当发觉有青山群火山喷发沉积岩地层时，相应的勘察手段布置，应在方案一的基础上加强探测手段。

4.2.2预报方案

方案二实为方案一的补充方案。

1、物探、服务隧道超前及地质编录工作同前述。

2、超前探孔，全程施作。

服务隧道3-6孔，布置于拱部；主洞5-8孔，布置于上台阶。

3、超前水平钻孔：

需作孔内摄像，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩须全程施作。

服务隧道1-2孔，布置于拱顶或拱腰位置；主洞1-3孔，布置于拱顶及远离服务隧道一侧的拱腰位置，或掌子面中部。

4、超前地质钻孔取芯，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩必须全程施作，以期大致发觉岩性变化、褶皱、断裂构造和部分层间构造及其水文地质条件。

①服务隧道：

1-2孔，布置于拱顶部位或拱腰部位；

②主洞：

１-3孔，布置于拱顶、拱腰和掌子面中部位置；

③为防范与洞轴近于平行的断裂及其他不良地质体，应作适当的侧向钻孔取芯探测5-30m/次；

地质钻孔取芯应与超前水平钻孔相互搭配，幸免取芯耗时过长，孔深及搭接长度同方案一。

建议

胶州湾隧道目前已编制完成包括地质预报和监控量测在内的«施工技术信息化治理实施方法»，在此基础上建议：

1、针对隧道不同段落的地质复杂程度，围岩级别，涌水量及不良地质危害程度，提出不同的地质勘探要求，进行施工地质分级。

同时建立刚性的地质预报治理制度。

2、在确定围岩级别是否变更时，超前地质预报手段要及时加强，幸免因围岩级别突然变差，受开挖断面阻碍隧道结构过渡带难以设置的现象，确保隧道结构稳固安全。

3、高度重视本区地质条件、地质规律的研究，充分发挥地质观看研究的主导和枢纽作用。

要正确认识种类繁多的各种地质现象，并加以研究总结，必须要有丰富的地质基础理论知识，专业素养和体会。

就像大夫看病，看错病因，治疗方案、措施就会发生错误，用药无针对性。

如头痛症，鼻炎、感冒、脑血栓等缘故都可能引起，假设分不清，非但治不行，还可能加重病情。

因此，对地质人员的资质必须严格要求。

4、建议建立一套较为完整的地质超前预报体系，施工单位内部要从钻爆工抓起。

位于隧道同一端头的两家施工单位及第三方地质预报单位对服务隧道，甚至主隧道共同进行地质素描，以期各方把握更多的地质信息，相互学习、研讨交流，并制作出地质平面图指导地质预报工作。

5、施工方及第三方地质预报单位应编制较为系统的超前地质预报方案，用以指导超前地质预报工作的具体实施。

并不断依据新的地质认识〔如在地质编录过程中，要注意是否有青山群地层的显现？

〕，对超前地质预报方案及时进行修改、补充、完善。

监理单位须编制地质监理实施细那么，对超前地质推测预报工作要加强检查、审核。

6、在今后的地下工程施工中，需要进行地质推测预报项目的招标时，应将超前地质预案方案作为一个考核指标。

参考文献：

[1]田荣，张志龙，王兰生等．公路隧道施工超前地质预报技术方法研究现状综述[J]．公路交通科技，2005，55（9）：

126～128．〔改用铁路隧道文献参考内容〕

[2]李苍松,何发亮,丁建芳.武隆隧道岩溶地质超前预报综合技术[J].水文地质工程地质,2005

（2）.

致谢

在那个地点，我第一感谢导师的教诲，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教诲和不拘一格的思路给予我无尽的启发。

在论文立即完成之际，我的心情无法安静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的关心，在那个地点请同意我诚挚的谢意！