超前地质预报作业指导书.docx
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超前地质预报作业指导书
新建深茂铁路江门至茂名段JMZQ-7标
（DK290+200～DK318+800）
隧道超前地质预报
作业指导书
编制：
复核：
审核：
审批：
中铁二十三局集团有限公司
深茂铁路JMZQ-7标工程指挥部
二〇一五年二月
超前地质预报施工作业指导书
1适用范围
适用于新建深茂铁路江门～茂名段JMZQ-7标中铁二十三局集团深茂铁路工程指挥部隧道超前地质预报施工。
2作业准备
2.1内业技术准备
作业指导书编制后，应在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。
制定施工安全保证措施，提出应急预案。
对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。
2.2外业技术准备
租用生活、办公房屋，备齐生活、办公设施以及用于用于地质预报的必备配套施工设备，如TSP、地质雷达、红外探水、水平超前钻等
3技术要求
（1）岗背岭隧道全长430米，均为岩浆岩地段。
地质条件复杂地段长约150米，中等复杂地段长约125米，地质条件较简单地段长约155米。
根据地质复杂程度和地质问题，岗背岭隧道主要采用地质素描法、弹性波反射发、地质雷达、超前钻孔、加深炮孔法进行超前地质预报，确定掌子面前方及周边地质条件。
同时开展水文地质检测。
（2）石壁隧道全长280米，均为变质岩地段，地质条件复杂地段长约220米，中等复杂地段长约60米根据地质复杂程度和地质问题，岗背岭隧道主要采用地质素描法、弹性波反射发、地质雷达、超前钻孔、加深炮孔法进行超前地质预报，确定掌子面前方及周边地质条件。
同时开展水文地质检测。
（3）超前地质预报实施过程中应根据超前探测异常以及底层岩性、地质构造、地下水量等的变化情况及时动态调整地质复杂程度分级及超前地质预报方案。
4施工程序及工艺流程
4.1施工程序
在施工中，根据各种方法的特点确定地质超前预报的原则是：
以常规地质调查法为基础，TSP203PLUS系统做长距离宏观探测，超前钻探做远距离判断，地质雷达做近距离判断，红外线探水仪做连续地下水探测，形成综合地质超前预报系统。
组成专业预报小组，建立健全隧道地质超前预报工作制度，配备先进的仪器设备，开展超前地质预报工作。
4.2工艺流程
超前地质预报工作程序见“综合超前预报系统程序图”和“主要地质预报工作范围图”。
图4-1综合超前预报系统程序图
图4-2主要地质预报工作范围图
5、施工方法及工艺要求
5.1施工准备
由于地质条件复杂，超前地质预报方法多样，为完成大量地质预报工作，成立专职的超前地质预报组，由经验丰富的人员组成，配备先进的设备。
5.1.1TSP现场准备工作
5.1.1.1钻孔布置及要求
TSP施作前接收孔与振源点（炮孔）位置关系图
TSP地震波信号接收孔位置图
严格按设计要求（距离、孔深、倾角等）钻孔，钻孔施工要求如下：
（1）接收孔2个，炮孔24个，所有炮孔孔口高度1.2m，接收孔口高度与炮孔高度相同；接收器孔和炮孔应在同一平面上，并用红油漆作标记。
炮点要标记序号（距离接收器最近的定义为S1）。
（2）接收孔与最近炮孔水平距离16～20m，视现场条件以方便操作具体而定；
（3）接收孔孔径Φ50mm，孔深1.8m（不准超过1.9m），向上倾斜10°，孔身必须直；
（4）炮孔孔径Φ40mm，孔深1.5m（孔深必须一致），间距1.5m，垂直于隧道轴线，向下倾斜10°，钻孔完成后注意保护，防止塌孔。
（5）孔身要直，孔内岩屑（碴）和泥浆要用水冲出孔外，以便于套管和炸药包放置到位，装药到炮孔孔底。
（6）配备往孔中灌水的工具（如胶管），采集数据时应切断影响数据质量的干扰源。
5.1.1.2材料准备
（1）瞬发（无延时）电雷管24发；
（2）乳化炸药3kg，炮孔装药每孔50～100g；
（3）锚固剂80根，机油少量；
（4）起爆器一台；
（5）起爆线50m；
（6）配备往孔中灌水的工具（如胶管），准备水源。
5.1.2地质雷达现场准备工作
（1）保证掌子面前距离20米内无测试干扰因素，如：
电线、电缆、大型机械设备启动与操作。
（2）配备三名工作人员帮助移动天线。
5.2施工方法
根据隧道超前地质复杂的特点，本着以“早预报、早预防”的原则组织施工，超前地质预报作业方式见下表。
石壁隧道
序号
里程范围
围岩分级
地质复杂程度分级
长度
超前地质预报计划
地质素描
弹性波反射法
地质雷达
超前钻探
加深炮孔
水文监测
TSP203或TGP12
m
次
m
次
m
次
m
孔
m
孔
m
次
延米
DK290+292～DK290+400
Ⅴ
复杂
108
108
108
2
200
1
30
4
120
111
555
55
108
DK290+400～DK290+460
Ⅳ
中等复杂
60
31
60
1
100
1
30
0
0
40
200
16
31
DK290+460～DK290+572
Ⅴ
复杂
112
112
112
2
200
1
30
4
120
114
570
57
112
岗背岭隧道
序号
里程范围
围岩分级
地质复杂程度分级
长度
超前地质预报计划
地质素描
弹性波反射法
地质雷达
超前钻探
加深炮孔
水文监测
TSP203或TGP12
m
次
m
次
m
次
m
孔
m
孔
m
次
延米
DK304+482～DK304+560
Ⅴ
复杂
78
78
78
1
100
0
0
3
90
81
405
40
78
DK304+560～DK304+620
Ⅳ
中等复杂
60
31
60
1
100
1
30
0
0
40
200
16
31
DK304+620～DK304+775
Ⅲ
较简单
155
52
155
0
0
1
30
1
30
52
260
27
52
DK304+775～DK304+840
Ⅳ
中等复杂
65
33
65
1
100
1
30
0
0
42
210
17
33
DK304+840～DK304+970
Ⅴ
复杂
130
130
130
2
200
1
30
5
150
132
660
66
130
5.3地质预报分类
根据隧道的地质情况，超前地质预报工作按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的方法，对各种方法预报结果综合分析，相互验证保证预报的准确性。
根据各种探测方法的特点，预报可分为长距离控制预报、中距离预报、短距离预报。
长距离控制预报：
采用TSP203超前地质预测预报系统进行距离100m的预报。
中距离预报：
采用仪器（地质雷达、红外探测仪）和超前地质钻孔进行的距离在30m～50m之间的验证预报。
短距离预报：
地质素描法和加深炮孔探测法进行的距离小于30m的预报。
5.4工艺要求
5.4.1TSP203超前地质预报系统超前探测
隧道施工过程中，通过TSP203探测仪对开挖掌子面前进方向进行中长距离（100～150米）预报，对探测范围内的断层破碎带和岩溶带等不良地质形态进行预报。
5.4.2超前地质钻探探测预报
隧道施工过程中，利用多功能钻机对开挖前进方向进行30～50m的超前钻探。
钻机钻孔时要固定牢固，并安设好孔口管及高压闸阀，确保当超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。
在施工过程中，运用开挖用的钻具施作较爆破孔深3～5米的加深炮孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。
5.4.3地质素描预报
地质素描在隧道施工过程中贯通进行。
地质素描内容：
根据超前地质预报结果以及开挖掌子面围岩的岩性、结构、构造和地下水等情况，综合分析开挖掌子面前方围岩的工程地质、水文地质特征，并依此提出施工措施建议和进一步预报的方案。
根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。
根据开挖段及开挖面水文地质情况，提出注浆止水方案的建议。
5.4.4红外线探水探测
在隧道施工中，对开挖面前方施作一红外线探测技术，对掌子面前方地下水涌水情况进行预报。
5.4.5开挖后的周边探测
地质雷达除进行开挖掌子面前方探测以外，对已开挖的隧底、洞壁8～15m范围进行探测，以发现可能存在的不良地质体和隐伏型溶洞，并及时上报设计单位及时处理，免除后患。
5.5其它工作内容及方法
5.5.1岩溶和断层破碎带形态调查
调查岩溶的形态、规模及其分布位置、高程、延伸方向、涌水量大小、充填物情况。
5.5.2地表监测
依据提供的工程地质、水文地质图，暂定对隧道中线两侧各1.5公里范围内与居民生活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。
监测内容主要为水量、水温、水压、水质的变化以及当地的气象与降水情况。
监测手段主要为摄影、记录等。
5.5.3洞内监测
用数码摄像机将开挖后，施作初期支护前的隧道侧壁进行摄像,通过编辑,制成具有里程标志的连续的影像资料，从而分析地层节理、裂隙的变化情况。
随着隧道施工进展，通过测试窗量测裂隙，即在洞壁画定一定面积，对节理进行统计，计算隧道围岩的渗透张量；尝试通过裂隙的统计预测岩溶通道出现的概率。
进行涌水动态的实时监测，包括涌水点的空间分布、单点涌水量、涌出压力、涌出机制和涌水的化学与同位素化学特征等。
以10天为单位进行长期观测，根据地下水的动态变化，间接地判断工作面前方的地质情况是否变化，尤其重点观察大的涌水点和集中的出水点。
随隧道的施工进度，对隧道工作面气温及水温进行监测，编制进度气温、水温变化曲线，预测前方地温变化。
通过岩石的物理力学特性试验数据，对隧道所揭露的地层，隧道围岩级别进行分析、判断。
当开挖面前方的自重应力，接近或等于岩爆临界应力值时，对前方围岩进行原位应力测试，作出岩爆评估。
5.6地质信息收集与处理
超前地质预报建立一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，进行综合分析、判断，并将处理结果反馈给施工现场。
通过地质信息系统的及时、准确预报，为施工提供决策依据，及时调整施工方法和支护参数。
采用新的施工方法和支护参数后，又从施工过程中获取新的地质信息，更新地质信息系统，经处理后，再一次反馈给施工现场，如此往复，形成地质信息系统化。
6、各种地质预报的应用要点
超前地质预报方式工作范围及作业方式表
预报方式
工作范围
作业方式
TSP203PLUS
隧道工作面前方的不同地质状况，如异常出现的岩体、溶洞等，并能形成三维的视图，对斜交隧道裂隙也能很好地反映
隧道施工时，进行钻孔、设备安装，隧道停止施工后，进行引爆，探测后恢复隧道施工。
地质雷达
接近和通过不良地段时使用，以准确推断隧道四周及底部的岩溶等不良地质情况
短时间占用隧道施工时间，接近岩溶、水体等之前开始施测，有水岩层10m/次，无水岩层小于20m/次
红外线探水仪
探测地下水分布
利用施工空隙时间，测点纵向间隔5m，每个测点向拱顶、两侧及隧底测四个方向
超前水平钻孔
隧道不良地质地段
停止隧道施工约12h，探测深度30-100m
常用地质法
开挖面均进行地质素描
不占用施工时间，每次爆破后进行素描，绘制展示图，进行推测
6.1地质调查
地质调查法包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描等。
6.1.1隧道地表补充地质调查内容
（1）对已有地质勘察成果的熟悉、核查和确认；
（2）地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系，特别是对标志层的熟悉和确认；
（3）断层、褶皱、节理密集带等地质构造在隧道地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况；
（4）地表岩溶发育位置、规模及分布规律；
（5）煤层、石膏、膨胀岩、含石油天然气、含放射性物质等特殊地层在地表的出露位置、宽度及其产状变化情况；
（6）人为坑洞位置、走向、高程等，分析其与隧道的空间关系；
（7）根据隧道地表补充地质调查结果，结合设计文件、资料和图纸，合适和修正超前预报重点区段。
6.1.2隧道内地质素描内容
（1）工程地质：
1）地层岩性：
描述地层时代、岩性、层间结合程度、风化程度等。
2）地质构造：
描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等。
断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系、节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征、力学性质，分析组合特征、判断岩体完整程度。
3）岩溶：
岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。
4）特殊地层：
煤层、沥青层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层等应单独描述。
5）人为坑洞：
影响范围内的各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧道的空间关系。
6）地应力：
包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩芯等现象。
7）塌方：
记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。
8）有害气体及放射性危害源存在情况。
（2）水文地质：
1）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、泥砂含量测定，以及地下水活动对围岩稳定的影响，必要时进行长期观测。
地下水的出露形态分为：
渗水、滴水、滴水成线、股水（涌水）、暗河。
2）水质分析，判定地下水对结构材料的腐蚀性。
3）出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等的关系分析。
4）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。
5）必要时应建立涌突水点地质档案。
（3）围岩稳定性特征及支护情况
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。
（5）影像：
隧道内重要的和具代表性的地质现象应进行摄影或录像。
6.2TSP探测法（地震波反射法）
6.2.1地震波反射法概述
（1）地震波反射法是利用人工激发地震波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面前方地质情况的一种物探方法。
（2）地震波反射法适用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围，并应符合下列要求：
1）测对象与相邻介质应存在明显的波阻抗差异并具有足以被探测的规模；
2）或岩性界面的倾角应大于350，构造走向与隧道轴线的夹角应大于450。
（3）地震记录应符合下列规定：
1）背景不应影响初至时间的读取和波形的对比；
2）波同相轴必须清晰；
3）道应小于20%，且不连续出现；
4）反射法质量检查记录与原观测记录的同相轴应有较好的重复性和波形相似性。
（4）数据采集时应尽可能减少隧道内其他震源震动产生的地震波的干扰，并应采取压制地震波干扰的措施。
（5）地震波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上，预报距离应符合下列要求：
1）在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般每次预报距离应为100m左右，不宜超过150m；
2）在岩体完整的硬质岩地层每次可预报120~180m，但不宜超过200m。
6.2.2地震波反射法报告内容
（1）概况：
隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等；
（2）方法原理及仪器设备：
方法原理及采用的仪器型号等；
（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：
采用地震波反射法时，应附上反射波分析成果显示图、物探成果地质解释剖面或平面图，必要时可附上分析处理波形图、频谱图、深度偏移剖面图及岩体物理力学参数表，以及地质判释、推断的地球物理准则；
（6）结论及建议：
提出隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，特别是影响施工方案调整、具有安全隐患的地质条件，以及施工过程中应采取的措施等结论和进一步开展地质预报工作的建议；
（7）其他需要说明的问题。
6.3超前地质钻探
利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息。
其技术要求为：
（1）孔数：
断层、节理密集带或其他破碎富水地层每循环可只钻一空；富水岩溶发育区每循环宜钻3～5个空，揭示岩溶时，应适当增加，以满足安全施工和溶洞处理所需资料为原则。
（2）孔深：
钻探过程中应进行动态控制和管理，根据钻孔情况可适时调整钻孔深度，以达到预报目的为原则。
（3）孔径：
钻孔直径应满足钻探取芯、取样和孔内测试的要求，并应符合铁道部现行《铁路工程地质钻探规程》（TB10014）的规定。
（4）在需连续钻探时，一般每循环钻30m，必要时也可钻100m以上的深孔。
（5）连续预报时前后两循环钻孔应重叠5m。
6.4红外探水
6.4.1红外探测技术要求和工作要求
（1）探测时间：
应选在爆破及出碴完成后进行。
（2）测线布置：
全空间全方位探测地下水时，需在拱顶、拱腰、边墙、隧底位置沿隧道轴向布置测线，测点间距一般为5m，发现异常时，应加密点距；测线布置自开挖工作面往洞口方向4，长度通常为60m，不得少于50m。
2）开挖工作面测线布置，一般为3~4条，每条测线布3~5个点。
（3）应做好数据记录，并绘制红外探测曲线图。
（4）有效预报距离应在30m以内，连续预报时前后重叠长度应大于5m。
6.4.2红外探测预报报告内容
包括探测工作概况、地质接译结果、开挖工作面探测数据图、左右边墙及拱顶等测线的探测曲线图等。
6.5地质雷达
6.5.1地质雷达探测采集
（1）通过试验选择雷达天线的工作频率、确定介电常数。
当探测对象情况复杂时，应选择两种及以上不同频率的天线。
当多个频率的天线均能符合探测深度要求时，应选择频率相对高的天线。
（2）测网密度、天线间距和天线移位速度应反映出探测对象的异常，测线宜采用十字或网格形式布设。
（3）选择合适的时间窗口和采样间隔，并根据数据采集中的干扰变化和效果及时调整工作参数。
（4）采用连续测量的方式，不能连续测量的地段可采用点测。
（5）遂址区内不应有较强的电磁波干扰；现场测试时应清除或避开测线附近的金属物等电磁干扰物；当不能清除或避开时应在记录中注明，并标出位置。
（6）支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员应与工作天线保持相对固定的位置。
（7）测线上天线经过的表面应相对平整，无障碍，且天线易于移动；测试过程中，应保持工作天线的平面与探测面基本平行，距离相对一致。
（8）现场记录应注明观测到的不良地质体与地下水体的位置与规模等。
（9）重点异常区应重复观测，重复性较差时应查明原因。
6.5.2地质雷达探测解释
（1）参与解释的雷达剖面应清晰。
（2）解释前宜做编辑、滤波、增益等处理。
情况较复杂时，还宜进行道分析、FK滤波、正常时差校正、褶积、速度分析、消除背景干扰等处理。
（3）结合地质情况、电性特征、探测体的性质和几何特征综合分析。
必要时应考虑影响介电常数的各种因素，制作雷达探测的正演和反演模型。
6.6加深炮孔探测
利用风钻或凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔获取地质信息，其技术要求为：
（1）孔深应较爆破孔深5m左右，孔径宜与爆破孔相同。
（2）一般孔数为每循环5孔左右，孔数、孔位应根据掌子面具体地质情况调整。
（3）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。
7劳动组织
超前地质预报专业性强，技术含量高，因此该项工作宜委托给具备专业资质的队伍实施。
现场配备技术人员和普通劳工协助实施。
人力配置如下：
高级工程师1人，工程师6人，普通劳工6人以及现场技术人员若干人。
8设配的配置
（1）地质雷达MALARAMACX3M型1套
（2）地质雷达IDS K2 DAD 1 CH型2套
（3）TSP203PLUS探测系统1套
（4）红外线探水仪1套
（5）多功能地质钻机2台
9超前地质预报安全措施
（1）隧道超前地质预报实施过程中应积极识别各种安全危险源，保障人员和机械设备的安全。
（2）进入隧道工作必须穿戴合体的工作服、防护靴、安全帽和防尘（防毒）口罩等防护用品。
（3）严禁上班前和工作中饮酒。
（4）地质预报工作必须在现场找顶作业结束（必要时初期支护）后进行，开始工作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。
（5）地震波反射法超前地质预报现场采集数据使用的炸药和雷管必须由持有爆破证的专人领用，爆破作业必须由专业爆破工操作。
非专业人员严禁从事爆破作业。
（6）超前钻钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴向后方站人，以防钻具和高压冲山的岩屑、泥沙等伤人。
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