地质交流材料.docx
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地质交流材料
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地质工作就专业性而言独立性比较强，是一项基础性的服务工作，工作质量的好与坏往往只是受更高专业人士的评价，就现象而言，只有出现状况后找原因了才想起地质工作，结果是现象很明显，道理很简单----变。
为何变？
干不了。
一、国内隧道地质工作现状
国内隧道施工方面除水电系统某些施工单位外,绝大多数企业都没有自己的施工地质队伍,设计院驻点的地质人员也不承担具体的施工地质工作。
而由于勘察设计精度的限制或其他各种原因,设计院提交的施工图常常遗漏大量的、且只在隧道掘进过程中才能发现的不良地质体,围岩类别也常常不能准确的确定。
在这种情况下,由于没有施工地质这道工序,大多施工单位基本处于盲目施工状态。
所以总体说,我国隧道施工地质工作尚没有真正起步,从上到下也没有给予其足够的重视。
大多数施工单位基本处于盲目施工、靠侥幸施工和“地质科盲”施工的状态。
突出表现在缺乏专职施工地质队伍,不重视施工地质工作上。
二、隧道施工地质工作的重要性和迫切性
首先是地质的隐藏性、复杂性、给施工带来较大的难度，要想在这里取得成功，必须从根本上对隧道施工地质工作重视起来。
其次企业为了应对竞争，并在竞争中壮大自己，必须克服和杜绝自己的不利因素。
目前，国内外隧道施工的差距除了质量外，最大的问题就是隧道的坍塌、变形比例过大，次数过频。
提高施工水平缩小差距是必然途径，而重视隧道施工地质工作，将其作为重要一环纳入施工工序则是当务之急。
再次风险投资纳入一次性投资后，地质灾害等风险将由施工承包商承担，如不重视施工地质工作，及时规避风险，盈利的压力将更为沉重。
三、隧道地质工作的目的
1、提出适合围岩地质条件的施工方法和施工工艺建议
隧道的地质条件常常在很大程度上决定了需要采取的施工方法和施工技术。
即以设计为基础，再依据开挖段的具体地质条件，对施工方法和能够运用的施工技术提出建议，供施工决策人参考。
2、隧道围岩类型的准确鉴别并提出与之相匹配的支护方案（包括超前支护和施工支护方案）
3、准确辨认不良地质体、判断灾害发生的几率并提出防治对策。
施工过程中如果有经验丰富的施工地质技术人员对隧道开挖中出现的各种不良地质体（地质现象）给以准确的识别，对不良地质体的规模、涉及隧道的长度及对应的围岩类别给予准确的厘定,在对隧道所属地区地应力状态有一定了解的基础上,能提出与之相匹配的施工支护方案,或在对不良地质体有效监测的基础上提出有效的防治措施，而且这些支护方案、防治措施为施工决策人不打折扣的采纳并执行，许多地质灾害是可以避免或消除的,至少可以在很大程度上减少发生几率。
4、在掉块、滑塌、涌泥、涌水、岩溶、岩爆、有害气体等不良现象突发时，能够分析其原因、危害程度、并提出相应的处理措施等。
四、隧道地质工作的主要内容
查明隧道所处区域地质构造，现代构造应力场的方向和性质，与隧道关系及对隧道影响，查明单斜的产状和成层条件，褶曲构造要素及类型规模；断层的要素，性质类型，破碎带的规模及影响范围；裂隙、节理、片理、劈理等各类结构面的产状、发育情况、填充物性质，力学性质、结构面的不利组合和地下水的渗流等情况。
查明地层岩性（含夹层）、层序、成因、年代、产状、分布规律及其接触关系，接触面特征，岩石风化破碎程度和抗风化能力等；依据地下水露头判明地下水分布、补给、流向、流量、水质及含水层、隔水层、透水层的范围等水文地质状况，特别是水库地区要查明水位线及可能引起的其他不良地质问题。
查明岩溶、岩爆、有害气体及地温的存在与否及其分布的规模、形状、成份，对施工安全和质量的影响等。
五、地质工作的分类
如前所述，隧道施工地质工作的任务和意义就是超前预报工作面前方地质状况，特别是不良地质的类型、位置和规模以及发生灾害的原因。
依据预报的距离可分为长距离（长期）超前地质预报和短距离（短期）超前地质预报两类。
长距离（长期）超前地质预报的距离一般可达工作面前方50～200m甚至更远。
它的任务主要是较准确的查明工作面前方100～200m范围内规模较大、严重影响隧道施工（造成塌方等地质灾害）的不良地质体的性质、位置、规模及含水性；并按照不良地质体的理论特征、断层影响带的理论特征，结合预测段内出露的岩石及涌水量的理论分析，以设计为基础初步预测围岩类别。
它的目的是为开挖指明工作面前方概略的地质轮廓，使施工决策人对不良地质和围岩类别的变化作好思想准备，做到心里有数，防患于未然。
短距离（短期）超前地质预报，又称为追踪预报，预报距离一般在0～30m左右。
它的任务是依据导洞工作面的特征，通过观察、探测、鉴别和分析，并结合长期超前预报成果，推断工作面前方0～30m范围内可能出现的地层、岩性情况，推断掌子面实见的各种不良地质体向掌子面前方延伸的情况；通过对掌子面涌水量的观测，结合岩性、构造特征,推断工作面前方0～30m范围内可能的地下水涌出情况;并在上述推断基础上预测工作面前方0～30m范围内的隧道围岩类别，提出准确的超前支护、施工建议，并对施工支护提出初步建议。
目标是为隧道施工提供较为准确的掌子面前方近距离内的具体地质状况和围岩类别情况。
六、地质工作的准备
地质工作是一项专业性强，工作量大，且与施工干扰较大的工作。
它需要人工与先进的科学仪器相配合，现场表象与丰富经验相结合的，掌子面情况与后方判定相配套，信息采集与室内分析相溶合。
因此，必须要有充分的准备。
1、人员准备（定员定岗，教育培训）
2、物资设备准备（配置齐全，熟悉操作和运用）
3、制度准备（健全组织机构、施工管理制度，仪器设备管理制度）
4、技术准备（技术交底、制订施工方案）。
七、信息采集的主要方法
有综合地质调查、地质编录、TSP203超前探测、红外探水、超前地质雷达、HSP、超前地质钻孔等
长距离（长期）预测预报方法
1.综合地质调查法
综合地质调查法是在设计单位提供的隧道地质平面图、隧道地质剖面图基础上，对隧道沿线进行地面地质调查和核查，并通过地质填图法、地面地质投射法对隧道通过区段的工程地质和水文地质进行评估和预测，初步判定隧道沿线的岩层、岩性、断裂构造带、褶皱构造带的发育状况、岩溶地下水发育状况的一种方法。
通过综合地质调查能够对隧道所在区域地质条件有个宏观的认识，明确主要地质构造与隧道的关系。
2.TSP203超前地质预报法
TSP203超前地质预报是利用高灵敏度地震波接收器接收特定点上小规模爆破产生的地震波在围岩中传播遇上不同反射界面时的反射波，以此分析反射界面所在位置的一种方法。
当地震波遇到岩石强度变化大（如物理特性和岩石类型的变化、断层带、破裂区的出现）的界面时，部分地震波会被反射回来，而反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。
TSP203系统具有探测距离长，对岩性变化敏感的特点。
特别适用于断层和岩石强度降低地带的监测。
TSP203系统有效探测距离为100m，在岩层条件较好的地段可达200m以上。
3.中长超前地质钻孔法
超前地质探孔分为短距离和中长距预报两种方式。
中长超前地质钻孔长度一般在30-100m左右。
当TSP203超前地质预报表明前方存在较多的不良地质体且其分布超过30m时使用。
超前地质钻孔法是通过地质钻机在掌子面钻进获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水、气状况等诸方面的资料的一种方法。
它是隧道施工地质超前预测预报最直接、最有效的方法，常用于重大地质灾害地段，对其他探测手段成果进行验证和补充。
中长超前钻孔使用时包括取芯钻进和不取芯钻进两种方法。
由于取芯钻进耗时较多，一般情况下多采用不取芯钻进，仅当特别要求时采用。
施钻过程中，由地质工程师详细记录钻速、水质水量变化情况及开挖后的岩面观测素描，并采集钻孔排碴取样分析，综合判断预报前方水文、地质情况。
短距离（短期）预测预报方法
3.掌子面地质编录
地质素描是对开挖面的地质情况如实而准确的反映，是判断围岩类别的最直接的资料，也是用以推断掌子面进深方向围岩状况的主要参照物和推断进深方向地质状况的边界条件。
利用地质理论和作图法,将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，推断沿其走向、倾向和倾角地质体在工作面前方延伸的情况进行隧道开挖面前方地质条件的短期预测预报。
掌子面地质编录预测法在隧洞施工过程中全程使用。
在每次开挖出碴后与掌子面测量同步进行，尽量避免对现场施工造成干扰。
，
地质编录的内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量密度、长度、宽度、将岩石切割的破碎度）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。
同时还需定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施。
结合地表勘查确定可溶岩分布地段、岩溶水地表排泄点（如天窗、井泉点）、管道流与暗河的水量动态、岩溶地面塌陷、大气降雨等的监测范围和监测对象点数，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
具体内容如下：
岩性：
主要包括名称、颜色、结构、构造、矿物成分、风化程度等。
褶皱、断层：
位置、产状、断层破碎带宽度及构造类型、断层性质及其与其它断层的关系、派生节理产状、密度及充填物等。
贯穿性节理：
产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征（光滑、粗糙、起伏不平）、出露位置等。
岩脉：
岩性，出露位置、宽度、接触关系、破碎情况、风化程度等。
地下水：
主要描述出水点位置、出水状态（滴、流、涌）、出水点的形状，水量和水压大小、出水点附近有无沉淀物等。
同时了解水对混凝土的侵蚀性。
数据处理分析包括确定围岩级别变化及围岩变化趋势，分析掌子面前方断层破碎带等构造、软层发育分布相关性等。
施工验证
隧道开挖后及时与预报进行核对，验证预报与实际情况的差别，不断总结经验以提高预报精度。
地质编录方法和要求：
掌子面地质编录每次开挖出碴后现场进行，不得根据回忆或室内制作，必要时现场拍照参考。
编录采用米格纸记录，一律写实，按比例记录，尽量比较准确的显示构造的位置产状，记录方式、比例、图例应统一。
对于标志性地层，应采取标本。
岩体完整性程度的划分
名称
结构面平均间距（m）
主要结构面的结合程度
相应结构类型
与围岩完整性系数的对应关系
完整
1~2>1.0
结合好
整体状或巨厚层状结构
>0.75
较完整
2~31.0~0.4
结合好
块状或厚层状结构
0.75~0.55
较破碎
>30.4~0.2
结合好
镶嵌破碎状结构
0.55~0.35
结合一般
中薄层状结构
破碎
>3>0.2
结合差
裂隙块状结构
0.35~0.15
松散
<0.2
破碎结构
结合很差
散体状结构
<0.15
掌子面地质观察记录表
工程名称
位置
里程
评定
距洞口距离（m）
岩
性
指
标
岩石类型（名称）
粘结力c=MPa；φ=
硬岩
中硬岩
软岩
极软岩土
单轴抗压极限强度Rb＝MPa
点荷载强度是＝MPa
变形模量E＝GPa
泊松比=
天然重度γ＝kN／m3
其他
岩
体
完
整
状
态
地质构造影响程度
轻微
较重
严重
很严重
完整
较完整
较破碎
破碎
松散
间距（m）
>1.5
0.6~1.5
0.2~0.6
0.06~0.2
<0.06
地
质
结
构
面
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
平整光滑、有擦痕
张开性（mm）
密闭<0.1
部分张开
0.1~0.5
张开
0.5～1.0
无充填张开>1.0
粘土充填
风化程度
未风化
微风化
弱风化
强风化
剧风化
说明
地下水
渗水量（L／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
应力状态
埋深H＝m
极高地应力
高地应力
一般地应力
地质构造应力状态
其他
围岩级别
Ⅵ
V
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
I
备注
记录者
复核者
日期
观察记录示例表2
埋深
综合评价
岩种
岩石名称
形成地质年代
特殊条件
膨压、偏压、浅埋、接近重要结构物、其他
掌子面围岩状态和动态
A
掌子面状态
1·稳定
2·正面掉块
3·正面挤出
4·正面不能自稳
5·其他
B
毛开挖面的状态
1·自稳
2·随时间松弛，有掉块
3·自稳困难、要及时支护
4·要超前支护
5·其他
C
抗压强度MPa
1·>200
2·100~20
3·20~50
4·<5
5·其他
D
风化变质
1·无
2·沿裂隙风化、强度稍降低
3·整体风化、强度相当低
4·土砂状、粘土状、破碎
5·其他
E
裂隙间距（m）
1·>1.0
2·1.0~0.2
3·0.2~0.05
4·<0.05
5·其他
F
裂隙状态
1·密集
2·部分张开
3·开口
4·夹有粘土
5·其他
G
裂隙形态
1·随机、方形
2·柱状
3·层状、片状
4·土砂状、细片状
5·其他
H
涌水
1·无、渗水程度
2·涌水程度
3·集中涌水
4·全面涌水
5·其他
I
水的影响
1·无
2·产生松弛
3·软化
4·崩塌、流出
5·其他
2.红外探水仪
红外探水仪主要根据被探测围岩面红外场强的变化来预测掌子面前方是否有含水体存在，其探测距离可达20m～30m。
并且具有测速快、基本不占用施工时间、资料分析快、判断前方有水无水的准确率较高等特点。
3.地质雷达
地质雷达属于时间域脉冲雷达，采用电磁波物理探测方法。
探测时，电磁波通过天线向地下辐射，利用岩体作为传媒进行传播，当电磁波遇到不同波阻抗界面时，发生反射和透射，雷达接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收到的反射信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，根据电磁波双程走时的长短差别，确定探测目标的形态及属性，结合地质理论分析达到对地质体的探测与判断。
地质雷达作为一种探地雷达，适用于对隧道底部或其它出水部位可能隐伏溶洞的探测。
探测距离为20—30m。
4.HSP探测法
HSP探测法又叫水平声波剖面法，其基本原理是向岩体中辐射一定频率的声波,当声波传播路径中存在两种不同介质界面时,声波将发生折射、反射,频谱特征发生变化,通过探测直达波和反射波信号,求得其传播特征后,便可了解前方的岩体特征。
5.短距离地质钻孔
短距离地质钻孔其探测原理与中长超前探孔基本一致，但更侧重于对其它预报方法的核实，尤其是各种含水构造。
钻孔深度一般在5-30m之间。
短距离地质探孔多采取不取芯钻进。
八、地质工作中常用概念
地质年代：
代、纪、世（太古，远古、古生、中生，新生，震旦，寒武，奥陶）
地层：
相应的年代形成的地质体。
时代不同，特征不同。
界、系、统，
岩石：
由矿物质组成的集合体，按成因分为沉积岩、岩浆岩（侵入岩、喷出岩）、变质岩。
层理：
单层厚度：
厚层大于0.5米，中厚层：
0.1米---0.5米，薄层小于0.1米。
结构：
岩石内部矿物排列或组成特征，相对构造来说是微观的。
构造：
岩体或地层的外部特征。
如褶曲、断层等
褶皱：
岩层在外力作用下形成的褶曲。
（复）背斜、（复）向斜，轴部，翼部。
断层：
在外力作用下，岩层延一定方向断裂、错开、移动。
上盘、下盘、正断层、逆断层，压扭性断层、断距、断层泥、断层檫痕、断层破碎带（影响带）。
不仅造成岩石破碎，而且储存了一定的潜在的破坏能量。
裂隙：
受外力作用，岩石沿一定方向裂开、张开。
裂隙面光滑程度、平整程度、张开程度，充填物状态、胶结程度。
节理：
岩石受外力作用，沿一个或几个方向，成组状裂开。
每组间距、组数及关系，张开程度，充填物。
片理：
针状、片状矿物沿一定方向排列，形成的一种结构特征，如云母。
劈理：
岩石变形沿一定方向裂开成无数薄片面状构造。
流劈理、破劈理、滑劈理。
充填物：
沿裂隙面，后期填充的不同于基岩的物质，有胶结、松散的
产状：
地质体或构造物的产出状态。
表述有走向，倾向、倾角。
接触面：
不同成份，不同形成时期或不同成因的地层相接触的部位。
整合接触，不整合接触（平行不整合，不整合）
风化：
岩石在风力、阳光、气温等作用下的破坏程度。
泥化：
岩石遇水溶解的程度。
围岩级别，岩性指标（岩石名称、单轴抗压极限强度、变形模量、泊松比）、岩体完整状态（结构面间距、延伸、张开、粗糙及风化程度）、地下水（干燥或湿润、偶有渗水、经常渗水、涌水）、初始应力状态（极高、高、一般）的综合性指标。
构造运动：
由于板块、岩浆等活动引起的区域性岩层的变化。
变质作用：
高温、高压情况下发生的物理、化学变化。
对母岩进行破坏，形成新的岩石。
地下水（渗、滴、漫、股、涌），层压水、补给水、裂隙水等。
易发生坍塌情况：
根据现场情况，应重点注意石质软弱，薄层理、岩层接触面，岩性或结构、构造变化段，断层及影响带，节理、裂隙发育地段，地下水出露地段，应力变化较大的地段等。
总之，只有在了解地质基本知识的前提下，熟悉设计单位提供的地质水文资料，掌握现场实际情况，相互比较，才能提出不符的情况和处理意见，实现安全、保质、提高效益之目的。
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