超前预报专项方案.docx
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超前预报专项方案
超前预报专项方案
1.工程概况
大连市地铁2号线工程218标段张前路停车场出入段线包括隧道段DK0+535～DK1+480,长度为945米,双线单跨马蹄形复合衬砌隧道；地上路基段DK1+480～DK1+665.963，长度为185.963米。
2.地质概况
2.1地形地貌及既有建筑物与管线
拟建大连地铁二号线张前路停车场出入段线，起点为南松路站，下穿石门山至欢乐雪世界北侧出口。
地貌为剥蚀丘陵-坡洪积群-冲沟，场地地形起伏大，整体南高北低，东高西低，地面高程67.98~136.50m。
隧道沿线下穿石门山，建筑物稀少，管道稀少。
2.2场地地质构造
该场区位于复州-大连凹陷南部，四级构造单元在地层区划上属于旅大小区，除有太古界基底出露外，盖层以上为上元古界及古生界地层为主。
中、新生界不发育。
上元古界于场区分布广泛，出露有岩性以石灰岩、板岩、白云质灰岩、泥灰岩、石英岩板岩互层为主。
近场区地质构造较复杂，盖层上元古界的褶皱形态已单斜化。
盖层中褶皱复杂，多为紧密线性同斜单元褶皱，新甘井子向斜轴向东西向。
盖层中有不同方向的脆性断裂，东西向、北东向和北西向逆断层以平移、扭性断裂为主。
总的看来近场区发育有推覆构造系统。
2.3场地地层
2.3.1概述
本区间范围内上覆第四系人工堆积层（Q4ml）（Q4pd）、第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+pl）、下伏青白口系桥头组板岩（Qnq）。
各地层分述如下：
1.第四系人工堆积层：
素填土、耕土。
2.第四系上更新统坡洪积层：
粉质粘土、碎石。
3.青白口系桥头组板岩：
主要成分为云母、石英、方解石等。
隐晶质结构，层状构造。
按风化程度可分为全风化岩、强风化岩、中风化岩。
2.3.2岩土层岩性特征
2.3.2.1第四系全新统人工堆积层（Q4pd）、（Q4ml）
①1耕土：
灰褐色，主要由粘性土、角砾、碎石等组成。
碎石含量10%左右，碎石成分为板岩、石英岩，稍湿，松散状态。
层厚0.30~0.60m，层底高程79.03～136.00m。
①2素填土：
灰褐-黄褐色，以粘性土为主，混10-30%角砾、碎石，局部含少量建筑垃圾，稍湿，松散-稍密状态。
层厚0.50~3.90m，层底高程66.98～132.06m。
2.3.2.2第四系上更新坡洪积层（Q3dl+pl）
②粉质粘土：
黄褐色，湿，可塑-硬塑状态，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，含10%左右石英岩碎石、角砾，该层于场地内部分钻孔分布，层厚0.60～7.70m，层底标高76.83～130.74m。
③碎石：
黄褐色，湿，稍密状态，石英岩碎石呈次棱角状，一般粒径20-60mm，含量60%左右，分布不均匀，局部块石，粒间孔隙由粘性土充填，该层于场地内局部分布，层厚2.00～5.50m，层底标高89.05～128.14m。
2.3.2.3青白口系桥头组板岩（Qnq）
④1全风化板岩：
黄褐色，散体结构，风化节理裂隙极发育，冲击可钻进，岩芯呈土状，浸水易软化崩解。
该土层局部分布，层厚0.50~10.50m，层底高程71.41～132.00m。
岩体极破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级。
④2强风化板岩：
黄褐色，原岩结构清晰，碎裂结构，薄层状构造，裂隙发育，岩芯呈碎片状、碎块状，碎块手可折断，浸水易软化崩解。
揭露层厚0.90~22.00m，层底高程59.98～125.80m。
岩体破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级。
④3中风化板岩：
灰色，层状结构，层理和节理裂隙较发育，矿物主要为云母、石英、方解石，遇稀盐酸起泡，局部夹石英岩脉，岩芯呈柱状。
揭露层顶高程59.98～125.80m，层顶埋深3.90～29.70m。
根据岩石抗压强度结果，本场地中等风化板岩为较软岩，岩芯较完整，局部较破碎，岩石质量等级为Ⅳ级。
2.4围岩分级
2.4.1围岩基本分级
根据《铁路隧道设计规范》（TB10003－2005J449－2005）附录A规定，本场地隧道围岩基本分级如下：
1.Ⅲ级围岩：
④3中风化板岩，岩质较硬，较完整，开挖后侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌。
2.Ⅳ级围岩：
④3中风化板岩，岩体较完整～较破碎，拱部无支护时，可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定。
3.Ⅴ级围岩：
④1全风化板岩、④2强风化板岩、④3中风化板岩，开挖后易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌。
注：
1）Ⅲ~Ⅳ类围岩在软弱面集中地段，可根据具体情况和施工条件适当降低围岩石分类。
2.4.2隧道洞身经过范围内的围岩级别
根据隧道结构位置图及线路纵断面，本拟建区间隧道洞身处于地下水水位以下，本区间隧道拱顶、边墙与底板经过的围岩级别见表2.4.2.2。
隧道洞身经过地段的围岩级别表2.4.2.2
里程
拱顶、边墙及隧底围岩名称
地层主要特征
围岩级别
拱顶
边墙
隧底
综合
右DRK0+535.0～右DRK0+740.0
拱顶：
中风化板岩
边墙：
中风化板岩
隧底：
中风化板岩
岩体较完整，局部较破碎
Ⅳ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅳ
右DRK0+740.0～右DRK0+960.0
拱顶：
中风化板岩
边墙：
中风化板岩
隧底：
中风化板岩
岩体较完整
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
右DRK0+960.0～右DRK1+220.0
拱顶：
中风化板岩
边墙：
中风化板岩
隧底：
中风化板岩
岩体较完整，局部较破碎
Ⅳ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅳ
右DRK1+220.0～右DRK1+400.0
拱顶：
全风化板岩、强风化板岩、中风化板岩
边墙：
全风化板岩、强风化板岩、中风化板岩
隧底：
中风化板岩
岩体破碎
Ⅴ
Ⅴ
Ⅳ
Ⅴ
2.5特殊土及不良地质
2.5.1风化岩
本场地普遍分布有全风化、强风化层，天然状态下物理力学性质较好，但该层土水理性质差，浸水易崩解，饱和状态下受扰动后，易软化变形，强度、承载力骤减，是本区间的不利条件，设计施工应予以足够的重视。
2.6水文地质
2.6.1地下水的类型、赋存、径流排泄
大连市的气候属温带季风气候，并具有海洋影响的特点。
冬季气温较低，降水少。
夏季气温较高，降雨集中，较多。
气候和降雨量随冬、夏季风的转换而变化。
每年5-9月为雨季。
本场地地下水按赋存条件主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水。
孔隙水主要赋存在碎石层中，水量较丰富。
基岩裂隙水主要赋存于强风化及中风化岩层中，水量中等。
本次勘察期间稳定地下水位埋深3.00~25.00m，水位高程64.98~113.40m。
年水位变幅约1~3米。
地下水的排泄途径主要是蒸发和地下径流。
主要补给来源为大气降水。
2.6.2各岩土层的富水性及渗透系数
本次详勘参考现场抽水试验，考虑不利因素，并结合地区经验综合分析确定k值。
①1耕土具中等透水性，建议取渗透系数k＝5.0m/d；
①2素填土具中等透水性，建议取渗透系数k＝5.0m/d；
②粉质粘土具弱透水性，建议取渗透系数k＝0.05m/d；
③碎石具强透水性，建议取渗透系数k＝50m/d；
④1全风化板岩具中等透水性，建议取渗透系数k＝2m/d；
④2强风化板岩具中等透水性，建议取渗透系数k＝5m/d；
④3中风化板岩具中等透水性，建议取渗透系数k＝1m/d；
2.6.3地下水的腐蚀性
经取水样进行室内水质简分析，根据《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007J124-2007）表F.0.1综合判定：
地下水环境作用等级为H1。
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）表12.2.1、12.2.2、12.2.4、12.2.5-1判定：
地下水对混凝土结构微腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。
地下水为淡水。
2.7地震
据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）附录A，大连市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。
根据场地类别以及设计地震分组，场地的特征周期为0.35s。
3.实施超前地质预报的目的
预报隧道前方的工程地质及水文地质，根据预报结果及时调整支护参数及施工顺序，从而确保工程质量和施工安全
4.地质超前预报内容
我项目施工地质预报，是在钻探开挖工作面前方的围岩工程地质和水文地质条件的基础上，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报。
预报内容如下：
⑴对照施工图的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度。
⑵可能出现塌方、滑动影响施工时，预报其部位、型式、规模、发展趋势，并提出处理措施。
⑶隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层，需施工部门改变施工方法或做应急措施时的预报。
⑷预报可能出现突然涌水地点、涌水量大小、地下水泥砂含量及对施工的影响。
⑸软岩出现内鼓、片帮掉块地段，应预报对施工的影响程度。
⑹岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽时，应预报其危害程度。
⑺在位移量测中，发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度。
⑻隧道浅埋地段的原有地面出现下沉或裂隙时，应预报对隧道稳定和施工的影响程度。
⑼洞口可能出现滑坡、坠石，应及时做出预报。
⑽预报由于施工不当，可能造成的围岩失稳及其改进措施。
5.超前地质预报方案
5.1.既有资料收集及分析、判别
对全隧的地质情况、水文情况、地形情况的资料进行收集，并进行初步分析,对特殊地段,采用大地音频电磁EH-4、V6、高密度电法物探方法进行专项地质勘察。
5.1.1.隧道掌子面地质素描
⑴地层岩性—-地层时代划分,岩组划分,岩石划分,岩体性态,切割程度,围岩等级等。
⑵断层---断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价。
⑶节理---节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。
分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部坍方的构造内因。
⑷特殊地层---岩溶规模（形态）、位置（洞体里程）、所属地层和构造部位，充填物（成分、状态）、洞体展布的空间关系。
⑸地下水：
地下水出露情况，水量大小。
5.1.2.洞内外水文调查
⑴洞内水文：
出水点层位、构造部位、洞围分布，含水体分布，出水的颜色、含泥砂量及出水量情况；地下水补给来源、途径、连通关系；出水情况与初期支护关系。
⑵洞外水文调查：
气象观测，重要排泄点、径流点与洞内出水的关系；相关岩溶水文地质及环境水文地质调查。
5.1.3.超前物探成果
采用地面电测法、地面浅层地震法、地震发射波预报法（TSP）、洞内地质雷达法、洞内瞬变电磁法等（原理是利用有一定宽度的地质不连续面对地震波和电磁波的反射原理，探测开挖工作面前方地质界面）。
宏观判断全隧岩性及水文情况。
5.2.超前水平钻施工
5.2.1.孔位布置
⑴正常情况：
在掌子面布置三个超前钻孔,按等边三角形方式布孔,每次超前水平地质钻钻孔至少重叠5m以上。
一孔布置在线路中线上，根据需要钻进的深度，确定仰角，一般在钻探超出轮廓线2.0m左右；左右两侧探孔，根据需要钻进的深度，确定偏角，钻探范围超出轮廓线外2.0m左右。
隧道钻孔参数及孔位布置见下图
⑵一般地质地段超前地质钻孔一个，但在涌水地段3～5个，在距离煤层15~20m处的开挖面钻1个孔，在距离煤层10m处钻3个
超前探孔取出岩心或岩样。
⑶在钻探过程中，及时做好钻探记录，钻探记录包括：
a、钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分；b、卡钻、跳钻等情况；c、掌子面的岩层岩性、构造性质及地下水等情况。
送岩心或岩样至设计及中心试验室，经过试验及分析，对隧道前方的地质情况做出预报，并将预报情况及时反馈至施工现场，以达到指导施工的目的。
⑷钻探情况的分析
①通过钻进过程中的情况对围岩进行分析。
如：
a、在遇到断层泥时，钻进时间短、钻进速度快，钻孔冲洗液浑浊，呈白色；b、遇到卡钻时，说明岩体破碎；c、遇到跳钻时，则可能有空洞或溶洞等。
d、钻进过程中，遇到孔内有大量地下水涌出，则可能有地下暗河、裂隙水、承压水等情况。
②通过对岩心或岩样的观察，分析其构造情况，从而判断隧道前方的地质情况。
③通过对岩心或岩样实验分析，得到岩石的物理力学性质，从而判断隧道前方的地质情况。
5.3.TSP超前地质预报
5.3.1.工作原理
TSP203地质超前预报系统是利用波的反射原理进行地质预报。
预报时，通过爆破产生地震波，地震波在隧洞中的岩体内传播，当遇到一地震界面时，如断层、破碎带、溶洞，大的节理面等，一部分地震波就被反射回来，反射波经过一段时间后到达传感器被记录仪接收，然后经专门的分析软件进行处理，得到清晰的反射波图像。
通过对反射波特征的分析，如发射与反射之间的时间差、相位差、反射信号强弱、纵波与横波的比率等,并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧洞前方及周围地质构造的位置和特性。
图一为TSP203系统工作原理图。
图一TSP203系统工作原理
5.3.2.工作方法
数据采集前在右边墙距地面约1.0m高的水平线上，按间距1.5m、孔深1.50m、孔径35～38mm、倾角10～20°、倾向10～20°的标准钻24个炮孔，最后一个炮孔距掌子面5.0m左右。
接收器孔与炮孔在同一水平线上，距洞口方向第一个炮孔15～20m，其孔深2.0m、孔径42～45mm、倾角5～10°。
将已钻好的炮孔接收孔的孔深、倾角、间距测量出来，并作好记录，以备数据处理时用。
地震波激发采用乳化炸药，瞬发电雷管。
数据采集时，确定药量并装完药后，按顺序逐个引爆，并由仪器记录下各道信号。
为减少噪声对采集数据的影响，数据采集过程中隧道内应停止其它施工作业，尤其是针对岩体的作业。
5.2.3.预报成果
收集的数据经专门的分析软件进行处理，形成预报成果图。
图二、图三、图四分别为纵波深度偏移剖面，纵波反射面，波速、泊松比、密度曲线和反射面二维图。
通过对预报成果图的分析处理，结合洞内开挖段地质情况、地质勘测资料，并参照《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2001），对掌子面前方100m~120m范围内围岩地质形成预报成果书。
图二纵波深度偏移剖面
图三纵波反射面
图四波速、泊松比、密度曲线和反射面二维图
6.综合成果分析
根据超前水平钻孔资料结合其它物探手段判别围岩情况，从以下几个方面对围岩进行预报：
6.1.预报内容
1）地层、完整性及含水情况。
2）断层及富水情况。
3）大型岩溶及富水情况。
4）暗河。
5）围岩级别
6.2.超前地质灾害警报内容
1）大型塌方。
2）涌水突泥。
3）煤与瓦斯突出、天然气、瓦斯燃烧爆炸。
4）岩爆、软岩大变形。
6.3.制定施工预案
根据地质预报资料及时修正支护参数、调整循环进尺长度，必要时改变施工工法。
7.对地质预报的修正
把隧道开挖过程中揭示的围岩情况与预测的围岩情况进行比较，并分析总结，找出预报误差产生的原因，以便在下次的预报中进行修正。
8.人力、机械保证
8.1.劳动力计划表
见下表
劳动力计划表
序号
工作内容
所需人数
备注
1
司钻
3
3班制
2
加固（电焊工）
3
3班制
3
接拆钻杆
4
3班制
4
技术人员
2
3班制
合计
12
8.2.机械及其它设备表
见下表
机械及其它设备表
序号
机械或设备名称
规格型号
数量
用途
1
全液压钻机
ZDY2300S型
1台
1
钻杆
120米
2
钻头
合金钻头
2个
3
钻头
取芯钻头
2个
9.质量保证措施
⑴成立专门的超前地质预报小组，建立完善的地质信息采集系统，对信息进行综合分析、判断。
⑵超前地质预报小组成员定期进行学习和总结，不断提高全员的素质。
⑶根据地质预报资料，及时修正支护参数、调整循环进尺长度，必要时改变施工工法。
⑷严格按设计文件、施工技术规范和施工工艺组织施工。
10.安全保证措施
⑴严格执行国家现行的安全生产法规，建立安全管理机构，制定完善的安全生产管理制度。
⑵对工人进行安全技术教育和培训。
工人安全培训考试不及格者，一律不准上岗作业。
⑶在地质钻进行装卸过程中，安全员全程跟踪指导，防止出现高空坠落伤亡事故。
⑷施工用电由电工负责，一切线路设置必须符合规范要求；各种带电运行的机械应做好接地保护，一律装置漏电保护开关；配电箱要锁闭，严禁任何人乱拉乱接电源。
特别在地质钻施工时，注意做好接地保护。
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