超前地质预报方案.docx
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超前地质预报方案
隧道地质超前预报方案
1.工程概况
中铁一局四公司向莆铁路FJ-5A标杜坞段隧道工程主要为：
小远亭隧道、仙人脚隧道、西岭隧道3座隧道。
小远亭隧道位于福建省闽侯县永丰村，起讫里程为FDK539+490～FDK539+837，全长347m，
级围岩，最大埋深为30.5m，出口为最小埋深约3m，为浅埋隧道。
主要施工方法为明挖34m、双侧壁导坑163m及三台阶七步开挖法150m。
仙人脚隧道起于福建省闽侯县永丰村，止于福州市晋安区益凤村，起讫里程为FDK540+098～FDK540+450，全长352m，
级围岩，最大埋深为10.81m，最小埋深约0.5m，为浅埋隧道。
主要施工方法为明挖250m、双侧壁导坑102m。
西岭隧道位于福州市晋安区益凤村，起讫里程为FDK541+215～FDK542+034，全长819m，
级围岩275m、
级围岩173m、
级围岩371m，最大埋深为35.96m，最小埋深约2.8m。
主要施工方法为明挖、全断面法、三台阶七步开挖法。
分析以上隧道工程地质概况及施工工法，为实现隧道施工安全、质量目标，特制定本方案。
隧道地质超前预报工作可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，根据掌握的地质灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，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。
隧道地质超前预报工作可降低地质灾害发生的机率。
通过开展隧道地质超前预报工作，为变更设计提供地质依据。
为编制竣工文件提供地质依据。
2.编制依据
2.1施工图设计
2.2《向莆铁路隧道施工作业要点手册》
3隧道地质超前预报组织原则
为了应对不良地质及突发地质灾害，确保工程安全和施工进度，项目经理部成立地质核查及超前地质预报组，组织编制、实施隧道地质超前预报工作，并成立现场专家组，审核本标段隧道地质超前预报实施方案，决策处理复杂地质问题。
各项目队成立超前地质预测预报小组，负责具体实施日常性隧道地质超前预报工作。
3.1隧道地质超前预报组织机构和人员设备配置
3.1.1隧道地质超前预报组织机构（图1）
图1组织机构图
3.1.2人员组成
表1地质预报专项工作组
姓名
职务
项目职务
职称
专业
单位
上海峰
组长
项目队经理
工程师
铁道工程
项目经理部
王立波
副组长
项目队副经理
工程师
建筑工程
项目经理部
季雁鸣
副组长
项目队总工程师
工程师
铁道工程
项目经理部
于宏伟
成员
工程部长
工程师
土木工程
项目经理部
王正辉
成员
技术主管
助理工程师
铁道工程
项目经理部
宋亚雄
成员
助理工程师
助理工程师
道路桥梁
项目经理部
表2地质核查组成员表
姓名
职务
职称
专业
单位
雷向峰
组长
教授级高工
铁道工程
指挥部
刘旭全
成员
高级工程师
铁道工程
指挥部
白正英
成员
工程师
铁道工程
指挥部
3.1.3仪器设备的配置
本标段隧道隧道地质超前预报工作所需主要仪器设备：
（表3）
表3隧道隧道地质超前预报工作所需主要仪器设备表
名称
所需数量
现场已有数量
备注
TSP-203
1台
1台
指挥部
地质雷达
1台
1台
指挥部
超前水平钻机
1台
1台
项目经理部
数码相机
1部
1部
项目经理部
电脑
1台
1台
项目经理部
罗盘、地质锤、放大镜
2套
2套
项目经理部
3.2隧道地质超前预报实施分工及职责
3.2.1隧道地质超前预报实施分工
3.2.1.1项目队地质预报专项工作组
3.2.1.1.1受项目队总工程师领导，负责全管段隧道隧道地质超前预报技术策划、管理工作。
并组织一系列培训与讲座。
业务上受局项目部地质核查组指导。
3.2.1.1.2编制全管段隧道的隧道地质超前预报实施方案，包括各隧道地质超前预报分段预报内容、方法及技术要点。
3.2.1.1.3负责复杂工程地质条件下或中、长距离的地质预报（地质雷达和TSP-203）和地质资料汇总、分析工作。
3.2.1.1.4必要时组织实施隧底隐伏岩溶勘察和地面气象水文观测。
3.2.1.1.5组织围岩分级现场核对和修正。
3.2.1.1.6组织重大地质灾害研讨，根据超前预报结果及隧道地质超前预报监测试验资料，结合地面勘测资料综合分析，提出地质灾害预报和施工方法及施工技术建议。
3.2.1.2作业队地质预报专项工作小组
3.2.1.2.1日常隧道地质超前预报工作的具体实施单位。
行政上受各项目队总工程师的领导，业务上受项目经理部地质核查组的指导。
3.2.1.2.2开工前对洞口地表及出露的围岩情况进行必要的、简单地质核查；开工后定期进行地质超前预报，包括TSP、地质雷达等综合物探探测的配合及超前钻孔实施与预报。
3.2.1.2.3施工中及时进行地质素描，填写施工阶段围岩级别素描卡，提出围岩分级修正建议。
3.2.1.2.4根据设计与施工需要，进行隧道瓦斯、放射性异常、地应力、地温等项目的监测。
3.2.1.2.5按照砼耐久性要求，进行相关地层地下水侵蚀性分析。
3.2.1.2.6洞内涌水的流量、水压的监测。
3.2.2职责
3.2.2.1项目队地质预报专项工作组
3.2.2.1.1负责编制隧道地质超前预报实施方案，包括采用的方法、设备选型、段落部位、预报频次等，对数量、质量及成果进行检查。
3.2.2.1.2负责建立中、长距离及重点地段的地质预报资料台帐；对TSP、地质雷达的原始数据和成果的真实性负责。
每次超前预报完成后2～3天内，将预测预报成果及时报送设计、监理单位和内部通报，重大问题实时通报。
3.2.2.1.3对隧道地质超前预报成果进行分析、研究，组织重大地质灾害研讨，及时调整施工方案，并对下阶段隧道地质超前预报、完善设计方案提出建议。
3.2.2.1.4负责隧道地质超前预报的地质与物探专业技术人员必须相对固定，地质技术人员应具备一定的地质工作经验和隧道施工经验，能较准确的判断隧道开挖掌子面前方与侧壁的地质情况，物探专业技术人员熟练掌握物探仪器、设备的操作及分析方法，能够较准确的判释地质情况。
3.2.2.1.5项目部总工程师应参与重大地质灾害研讨。
3.2.2.2作业队地质预报专项工作小组
3.2.2.2.1地质预报小组提供预测预报的原始数据和成果，并对预测预报数据的真实性负责。
每次超前预报完成后2～3天内，将预测预报成果及时报送设计、监理单位，重大问题实时通报。
各项目队及时分工点建立管段所有地质预报及日常隧道地质超前预报资料台帐。
3.2.2.2.2实施隧道地质超前预报工作，包括隧道地形地貌踏勘等，以及洞壁及掌子面地质素描、超前水平钻孔等预测预报和物探探查的验证。
3.2.2.2.3认真研究设计文件，对隧道地质超前预报结果同设计单位提供的设计文件进行对照验证，根据变更设计方案及时调整施工方案，并对下阶段隧道地质超前预报、完善设计方案提出建议。
3.2.2.2.4负责隧道地质超前预报的技术人员必须相对固定，并具备一定的地质工作经验和隧道施工经验，能较准确的判断隧道开挖掌子面前方与侧壁的地质情况。
3.2.2.2.5当设计单位需进行补充隧道地质超前预报工作时，应主动提供工作条件。
3.2.2.2.6项目队总工程师应参与重大地质灾害研讨。
4隧道地质超前预报工作程序
4.1总则
4.1.1隧道地质超前预报工作应作为一道工序纳入施工组织设计中。
4.1.2隧道地质超前预报超前预报，信息化设计和信息化施工是一有机整体，需各方协调一致，相互配合，做到资源信息共项、传递顺畅、反馈及时，决策迅速。
4.1.3隧道地质超前预报工作主要由作业队实施，完成的数据和预报成果，项目队必须及时汇交设计院、监理分站，经综合分析，提出综合预报和地质灾害警报。
4.2隧道地质超前预报工作程序图
4.2.1地质预报方案流程图（图2）
图2地质预报方案流程图
4.2.2隧道地质超前预报技术工作流程图
详见下页（图3）
5隧道地质超前预报的实施
5.1隧道地质超前预报分级
根据向莆铁路区域地质资料和设计文件，按照不同的工程地质情况将全线分为四个地质风险等级。
A级：
存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带；可能诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、人为坑洞、放射性等问题严重的地段；可能发生特大型、大型突水突泥地段，特殊地质地段，重大物探异常地段等。
B级：
中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。
C级：
水文地质条件较好的碳酸盐及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。
D级：
非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。
涌突水级别据经验定为：
小型涌突水：
＜100m3/h
中型涌突水：
100～1000m3/h
大型涌突水：
1000～10000m3/h
特大型涌突水：
＞10000m3/h
实际操作过程中需结合施工技术条件和工程特征评估其危害，调整涌水量级别。
另外也需根据既有资料、超前于包含水体情况和钻孔、炮眼揭露的地下水喷射距离等综合预测涌水量。
图3隧道地质超前预报技术工作流程图
5.2不同隧道地质超前预报分级相对应的超前地质预报方案
根据不同的地质风险等级，制定、实施相应的超前地质预报方案。
为提高超前预测预报的准确性，超前地质预测预报方案采取六结合的原则，即地表和洞内相结合；长距离和近距离相结合；宏观控制和微观探测相结合；构造探测和水探测相结合；地质法、物探法和钻探法相结合；定性和定量相结合。
A级预报：
采用地质分析法、TSP-203、地质雷达、超前水平钻探等手段进行综合预报。
首先以地质分析法、TSP-203进行长距离预报，然后采用地质雷达和多孔超前钻探（30～60m）探查异常区段。
B级预报：
采用地质分析法、TSP-203进行长距离预报，辅以地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。
当发现局部地段工程地质条件复杂时，按A级要求实施。
C级预报：
以地质分析法为主。
对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用TSP-203或地质雷达进行探测，必要时采用超前水平钻孔或超长炮孔（5～10m）验证。
D级预报；采用地质分析法。
5.3本标段隧道隧道地质超前预报分级（表4）
附后:
表4
5.4隧道地质超前预报的内容和方法
隧道隧道地质超前预报工作内容包括：
①超前地质预报；②施工围岩分级及稳定性评价；③隧底及周边岩溶探查；④灾害评估及防治工程措施建议；⑤竣工图及报告等5项内容。
5.4.1超前地质预报
超前地质预报是隧道隧道地质超前预报工作最主要的工作内容。
其工作分为①既有资料收集；②地质素描；③洞内外水文调查；④监测测试；⑤超前地质预测；⑥综合超前预报和成灾警报等六项任务。
本段隧道预报措施主要为地质素描结合超前钻孔预测法。
5.4.1.1既有资料收集
既有资料和相关地质成果的收集和分析，对存疑虑的相关重大地质问题和地段，必要时进行踏勘和补充恰当的地质工作。
5.4.1.2地质素描：
隧道地质超前预报最基础的工作，掌子面地质素描。
其主要内容包括：
5.4.1.2.1地质观察
①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。
②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。
断层坍方的地质原因，是地质素描的重点。
③贯穿性节理——产状、密度、密度、延伸情况，节理面特征、力学性质。
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。
④地应力——高地应力显示性标志（岩爆、软弱夹层挤出，探孔饼状岩心等现象）及其发生部位。
⑤特殊地层——煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层单独素描。
5.4.1.2.2岩溶调查：
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。
5.4.1.3洞内外水文调查
5.4.1.3.1洞内水文调查
①涌水点（处）调查
A、空间：
层次、构造部位、洞围分布，含水体分布；
B、时间：
点（处）间的时效关系；
C、制约：
制约因素、补给来源、途径、连通关系。
②涌水量预测：
A、实用量测：
反映瞬时特征和短期变化特征；
B、长期观测：
反映长期变化特征和动态特征；
C、涌水量预测；
③水质水压测试：
包括水压、水温、水色、含泥沙量测定；
④危害评估
5.4.1.3.2洞外水文调查
①气象观测。
②重要排泄点、径流点长期观测；
③相关岩溶水文地质及环境水文地质调查
A、调绘：
相关岩溶水文调绘、地表坍方、变形调查；
B、试验：
同位素、示踪等；
C、水质。
5.4.1.4监测测试：
瓦斯、天然气、地温、软岩变形、地面沉降变形监测及洞内地应力测试。
其中隧道周边位移量测，包括拱顶下沉、净空水平收敛及必要时增设的隧底上鼓量测（采用仪器为收敛仪、水准仪、塔尺）和隧道浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、偏压洞口的地表下沉量测（采用仪器为水准仪、塔尺等）为必测项目。
表4中铁一局四公司向莆铁路XPFJ-5A标杜坞段隧道地质状况表
序号
隧道名称
作业队
里程
长度（米）
围岩级别
主要地质状况及存在问题
隧道地质超前预报分级
1
小远亭隧道
四公司项目部
FDK539+490~FDK539+837
347
Ⅴ级
表层为粉质黏土，黄褐色，硬塑，含中粗砂，厚3~10m，全风化花岗岩，黄褐色，厚度5~15m，下伏强~弱风化层，岩体较破碎，风化不均匀，地下水埋深5~20m。
D
2
仙人脚隧道
四公司项目部
FDK540+098~FDK540+450
352
Ⅴ级
表层为粉质黏土，灰黄色，硬塑，后0~3.5m，其下为花岗岩，黄褐色，全~弱风化，其全风化厚度4~5m，强风化厚1.6~11m，以下为弱风化，节理裂隙较发育，岩体较破碎。
D
3
西岭隧道
四公司项目部
FDK541+215~FDK542+034
819
Ⅱ级Ⅳ级Ⅴ级
表层为粉质黏土，灰黄色，硬塑，后0~3.5m，其下为花岗岩，黄褐色，全~弱风化，其全风化厚度4~5m，强风化厚1.6~11m，以下为弱风化，节理裂隙较发育，岩体较破碎。
D
5.4.1.5超前地质预测
5.4.1.5.1预测方法
⑴地质编录预测法（图解法、类比法、断层参数法）；
⑵超前物探预测法：
包括TSP-203、HSP、地质雷达、红外探水、孔内摄影、单孔和跨孔CT等。
⑶超前钻孔预测法；
这是最直观、最可靠的超前探测手段。
通过超前钻孔，了解掌子面前方围岩的地层变化、岩性、完整程度等和出水点位置、地下水水量和水压等情况。
⑷超前平导预测法；
预测有效距离
A、长距离超前地质预测：
其预报距离为100～150m。
以TSP、断层参数法等为手段结合地面地质工作综合预报。
B、短距离超前地质预测：
其预报距离为15～30m以内。
是在长距离超前地质预报的基础上，以地质雷达、红外探水、3～5孔5～10m超长炮眼孔和30m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。
C、中长距离超前预测：
其预报距离为30～60m，是在长距离超前地质预测的基础上，针对较大物探异常，以HSP或负视速度法及30～60m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。
5.4.1.6综合超前预报和成灾警报
5.4.1.6.1综合超前预报内容
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。
5.4.1.6.2超前地质灾害警报内容
①大型塌方；
②突水突泥；
③煤与瓦斯突出、天然气、瓦斯燃烧爆炸；
④岩爆、软岩大变形
5.4.1.6.3预报灾害警报方法
⑴资料综合分析法；
⑵不良地质前兆预测法；
⑶地质灾害发生可能性判断法。
5.4.2施工围岩分级和围岩稳定性评价
围岩稳定性评价一般分为稳定性初步评价和长期稳定性评价。
按表5填写施工阶段围岩级别素描卡。
5.4.2.1施工围岩分级，根据地质素描确定岩石坚硬程度、完整性，并根据岩体含水情况和地应力高低划分施工阶段围岩分级。
5.4.2.2围岩稳定性评价：
根据施工围岩分级、掌子面稳定状态、地应力测试结果、岩爆、软岩变形和地表沉陷变形观测资料，综合评价围岩稳定性。
根据软弱不利结构面楔体稳定性分析，评价围岩局部稳定性，预报拱顶掉块、侧壁片帮等灾害。
5.4.3隧底及周边岩溶勘察（必要时进行）
5.4.3.1施工过程中隧底及周边岩溶勘察
根据既有勘察资料分析和洞内地质素描及超前地质预报的岩溶发育情况，对疑有岩溶发育的段落，在仰拱和衬砌施工前采用地质雷达探查，影响稳定的异常处采用钻孔验证，查明隧底和周边隐伏岩溶的位置、大小、顶板厚度，分析评价隧底及周边稳定性提出建议处理措施。
5.4.3.2完工后隧底及周边岩溶勘察
隧道在完工后再采用地质雷达及地震法对隧底和重点地段周边岩溶进行复查，影响稳定的异常段落用钻孔验证，评价隧底稳定性和施工中岩溶处理效果。
5.4.4灾害评估、防治工程措施建议
5.4.4.1灾害评估内容：
包括超前预报、围岩稳定性评价和隧底及周边岩溶勘察所揭示的大型坍方、突水突泥、瓦斯、天然气突出、岩爆、软岩变形、围岩稳定性、隧底岩溶坍塌等方面。
5.4.4.2防治工程措施建议：
隧道地质超前预报人员以设计为基础，根据综合预报的地质条件，从地质的角度出发，针对不同地质条件和地质灾害及其危害程度，提出安全可行的处理措施建议。
涉及到变更的，提供相关变更设计资料。
5.4.5竣工图及报告。
包括以下内容：
⑴隧道地质超前预报工作日志
⑵隧道地质超前预报工作报表（周报、月报）
隧道地质超前预报资料整编
表5施工阶段围岩级别素描卡
工程名称
施工里程
评定
距洞口距离（m）
岩
性
指
标
岩石类型（名称）
埋深=m
极硬岩
硬岩
较软岩
软岩
极软岩
土
岩石强度Rc（Mpa）
Rc＞60
60≥Rc＞30
30≥Rc＞15
15≥Rc＞5
Rc≤5
掌子面状态
稳定
稳定
随时间松弛掉块
自稳困难需及时支护
正面不能
自稳、需
超前支护
岩
体
完
整
状
态
地质构造影响程度
较微
较重
严重
极严重
完整
地
质
结
构
图
间距（m）
＞1.5
1.5～0.6
0.6～0.2
0.2～0.06
＜0.06
较完整
延伸性
极差
差
中等
好
极好
粗糙度
明显
台阶状
粗糙
波纹状
平整光滑有擦痕
平整光滑
较破碎
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
黏土充填
破碎
风化程度
未风化
微风化
弱风化
强风化
全风化
极破碎
岩层产状
节理产状
岩体含水状态
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
围岩级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
简
要
说
明
及
附
图
简述:
记录
复核
监理
日期
a、隧道地质超前预报编录（素描卡）、导坑展示图
b、洞内涌（突）水、涌（突）泥实录及摄影
c、洞内瓦斯、天然气涌出及洞内岩爆、大变形实录及摄影
d、洞内超前地质物探资料及成果图表
e、洞内水平钻孔布置图、钻孔柱状图、钻探日志（或记录）
f、洞外气象、水文、地面变形观测记录及图表
g、洞内外地应力、水压力、水质分析等测试试验成果
h、隧道地质超前预报预测预报综合成果图及分析报告
i、隧道地质超前预报工作总结
6隧道地质超前预报工作、技术要求
6.1工作要求
6.1.1各项目队应严格按项目经理部的超前预报方案实施，科学组织，正确处理施工进度与隧道地质超前预报工作的关系。
当施工进度与超前预报发生矛盾时，施工必须为隧道地质超前预报预测预报让路，以避免盲目施工，确保隧道地质超前预报预测预报实施，并起到指导施工的作用；及时将监理签认的超前预报资料和其他隧道地质超前预报资料提交有关单位。
6.1.2超前预报人员应能正确使用物探仪器设备，并具备判译、预报能力。
6.1.3各项目队应按要求配齐隧道地质超前预报人员与超前探测仪器设备。
6.1.4开展综合物探方法时，各项目队应予以配合，提供条件。
6.1.5当发生涌（突）水、涌（突）泥（砂）、各单位应及时与设计、监理单位联系，共同研究分析，提出处理方案及措施意见上报业主。
6.2预报方法及测试技术要求
6.2.1地质素描
6.2.1.1方法原理：
地质素描法是由地质人员通过对掌子面进行地质观察和地质素描，结合前期地质资料，采用图解法、类比法、断层参数法等分析前方地质变化趋势，作出预测判断和报告。
6.2.1.2工作要求
6.2.1.2.1按照地质素描的内容和现场记录格式、每次循环开挖后对掌子面和左右边墙进行素描，必要时附照片。
6.2.1.2.2素描图、记录必须在现场进行，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；必要时按要求采取标本（包括定向标本）。
6.2.1.3素描资料整理要求
6.2.1.3.1素描原始记录、图、表须当天整理（绘制），如发现错误，及时在现场核正。
6.2.1.3.2施工一定距离后，隧道地质素描图，应分段完善、总结，并作出相应的隧道纵断面图、表。
6.2.1.3.3及时整理标本。
6.2.1.3.4必须提交的图表
6.2.1.3.4.1掌子面素描图；
6.2.1.3.4.2洞内的展示图；
6.2.1.3.4.3结构面调查表；
6.2.1.3.4.4水点调查表；
6.2.1.3.4.5重大涌水点（段），涌水-降雨时间拉线图；
6.2.1.3.4.6岩样、水样试验成果。
6.2.2超前钻孔预测法
根据实际地质情况，需要采用超前钻孔预测时，每断面钻1孔，钻孔长30米。
通过钻孔了解掌子面前方围岩的地层变化、岩性、完整程度等和出水点位置、地下水水量和水压等情况。
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