隧道超前地质预报方案

隧道超前地质预报施工工艺隧道施工中的超前地质预报关系到工程安全、质量和进度。施工中坚持将超前地质预报作为一项工序纳入施工组织与管理,当施工进度与超前地质预报发生矛盾时,施工必须为超前地质预报让路,以避免盲目施工,确保超前地质预报工作的实施,并起到指导施工的作用。超前地质预报的目的和目标（1）超前地质预报的目的①进一步查清隧道开挖工作面的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行。②降低地质灾害发生的机率和危害程度。③为优化工程设计提供地质依据④为编制竣工文件提供地质资料。（2）超前地质预报的目标准确预报掌子面前方围岩地质情况及富水情况，重点预报突水突泥及断层破碎带等不良地质的具体位置、规模及影响程度。超前地质预报施工工艺流程超前地质预报流程如图x-x所示。制定预报方案施工准备地质分析研究地质资料异常段超前地质钻孔瞬变电磁法中长距离预报正常段地质综合判断异常段地质雷达红外探水加深炮孔探测地震波反射法(TSP)长距离预报短距离预报施工建议施工方案选择隧道施工地质素描下循环预报预报分级预报效果反馈图x-x超前地质预报流程图（1）地质调查法①隧道地表补充地质调查隧道地表补充地质调查的主要内容包括对已有的地质勘查成果的熟悉、核查和确认；地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系；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；地表岩溶发育位置、规模及分布规律；煤层、石膏、膨胀岩、天然气、含放射性物质等特殊岩土地层在地表的出露位置、宽度、性质及其产状变化情况；人为坑洞位置、走向、高程等与隧道的空间关系；核实和修正超前地质预报重点区段。隧道地表补充地质调查的方法：根据建立的标准地层剖面，结合沉积规律，确定各岩组的地层层序、厚度、标志层位置。对地质构造进行追踪调查后，根据施工进展情况，展开有针对性的地质描绘，详尽地核对细化勘察设计资料，为地质预报做好基础工作。②隧道内地质素描隧道内地质素描是对已开挖工作面和洞身的地质状况作如实的调查、记录并绘制成图表，具体包括：工程地质：包括地层岩性、地质构造、岩溶、特殊地层、人为坑洞、地应力、塌方和有害气体及放射性危害源等情况。水文地质：包括地下水的分布、出露形态、水质分析、对围岩的影响等。围岩稳定性特征及支护情况：记录不同工程地质和水文地质条件下围岩的稳定性、支护方式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，并分析原因。影像：记录重要的和具有代表性的地质现象。地质素描工艺流程图所示。开挖面及洞身地质描述岩体信息收集填写素描卡工程地质情况水文地质情况围岩稳定性特征及支护情况影像地质综合判断施工建议基础资料收集跟踪对比及效果反馈图x-x地质素描工艺流程图地质素描方法及形成成果详见下表。表x-x地质素描的方法及预报成果表方法形成成果（2）物探法①地震波反射法（TSP）地震波反射法（TSP）是目前应用相对普遍和成熟的长距离超前地质预报方法。使用地震波反射法超前地质预报能够提前了解开挖面前方的地质变化情况，合理安排掘进速度，及时优化施工方案，加强防护措施，确保安全、顺利地通过不良地质地段，做到科学、安全、高效地施工。地震波反射法超前地质预报系统测线布设在掌子面附近的边墙上，它由两个接收器孔和24个炮孔组成，两个接收器孔对称分布在两边墙，24个炮孔等间距布置在两侧边墙上。地震波在设计的震源点用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异接口（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据经软件处理，便可了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等）、位置及规模。其工作原理见地震波反射法工作原理图。采用罗盘仪、洞内观察等方法，实测岩层产状、节理产状及间距、微构造产状、断层面产状等，分段测绘。分析岩体各种参数，进行掌子面及洞身的工程地质评价，作出掌子面断面图，据其作常规预报展示图和分段预报报告书。做标准地层剖面和岩层层位。预报预测软弱岩层的位置，提出施工建议措施。观察掌子面断层及微构造出现情况、对产状进行量测。分析断层、微构造的产状规律，据其在掌子面部位、构造走向与隧道轴向的关系作出地质预报图。图x-x地震波反射法工作原理图在数据采集前，钻孔、接收传感器套管的安装，以及接收器孔、炮孔倾角倾向和各孔距基准点距离的测量要先期完成。当正式爆破采集数据时，洞内一切施工必须停止，以确保采集到的数据尽可能少的受外界干扰。地震波反射法对于软弱、破碎地层或岩溶发育区，每次预报距离采用100—120m，前后两次搭接长度10m以上；岩体完整的硬质岩地层每次预报距离采用120—150m，搭接长度不小于10m。地震波反射法工艺流程图见下图。信息采集信息处理深度偏移剖面2D成果岩石力学参数地质综合判断施工建议基础资料收集准备工作开挖面及洞身地质描述跟踪对比及效果反馈图x-x地震波反射法工艺流程图地震波反射法预测的方法及形成成果见下表。表x-x地震波反射法预测的方法及形成成果表预测方法预报成果利用地震波的反射原理预测推断断层、岩层破碎带等不良地质体的位置、性质、规模反射界面的岩性参数、产状及岩石力学参数②地质雷达预报地质雷达预报是应用电磁波反射原理来进行探测的。发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波，当其遇到不均匀体或接口时会反射一部分电磁波，雷达主机通过对此部分的反射波进行接收和处理，即可探测识别前方地质体，如含水的断层、岩性界面等。地质雷达主要用于岩溶探测，也可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀体的探测，每25m一次，一次范围为30m，前后两次搭接长度5m以上。地质雷达预报的工艺流程如下图所示。岩石力学参数开挖面及洞身地质描述跟踪对比及效果反馈数据采集数据处理频谱分析深度时域剖面地质综合判断施工建议基础资料收集准备工作开挖面及洞身地质描述跟踪对比及效果反馈图x-x地质雷达预报工艺流程图使用地质雷达前应对掌子面进行平整处理，使雷达天线与掌子面能较好的藕合，在掌子面附近应没有其它的金属物体，避免影响检测结果的准确性。雷达测线在掌子面上呈井字形布置，测线长度根据天线长度决定，在有限的掌子面上尽可能的长。根据设计地质概况和电磁反射波法后处理的时域剖面，综合分析得出预报结论。地质雷达预报方法和预报成果如下表所示。表x-x地质雷达预报方法和预报成果表预测方法预报成果利用电磁波的反射原理预测判定掌子面前方的断层、岩性的界面，确定异常体的规模、性质、危害；探测隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位可能隐伏洞穴。③红外探水法由于地层每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波，岩层在向外部发射红外辐射的同时，必然把它内部的地质信息传递出来。干燥无水的地层和含水地层所发射的红外辐射场强度不同。因此根据岩层红外辐射场强的变化值就可以确定地表浅层是否存在隐伏的含水体。红外探水法的施工工艺流程如图x-x所示。数据采集数据处理绘制场强等势图表地质综合判断施工建议基础资料收集准备工作开挖面及洞跟踪对比及身地质描述效果反馈图x-x红外探水法施工工艺流程图红外探测属非接触探测，用仪器的激光器在壁上打出一个红色探点。定好探点后扣动板机，在仪器屏幕上读取探测值。将探测数据输入计算机后，由软件绘成探测曲线。根据探测曲线特征判断含水构造和含水体的潜在危害。当红外探测发现前方存在含水构造时，通过高密度电法电测解决前方含水构造至掌子面距离和破碎带的宽度。红外探测要特别注意需对隧道上方、下方以及隧道两壁外侧探测，其目的是了解隧道上方、下方和隧道两壁外侧是否存在承压隐伏水或含水构造。一旦在卸压时岩溶水溃入隧道，将会造成重大灾害。红外探水预报方法和预报成果如下表所示。表x-x红外探水预报方法和预报成果表预测方法预报成果利用地质体的红外辐射探测判定掌子面前方是否有隐伏的含水体；判断隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位是否存在承压隐伏水或含水构造。④瞬变电磁法瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。瞬变电磁法的工作原理如图x-x所示。孔口处理钻机固定准备工作开挖面及洞身地质描述孔内流出物判断留取芯样钻进并记录结果分析地质综合判断施工建议基础资料收集效果反馈跟踪对比及发射线圈接收线圈一次场二次场涡旋电流地质体图x-x瞬变电磁法工作原理瞬变电磁法适用于探测任何地层中存在的地下水体、断层破碎带、溶洞、溶隙、暗河等。每次预报距离80—100m，但是由于测量项圈和发射线圈的面积及匝数不同，致使前方存在不同深度范围的盲区，盲区段落的数据不能参与资料解释，前后两次搭接长度不小于25m。瞬变电磁法工艺流程如图所示。信息采集信息处理地质拟断面图多道断面图地质综合判断施工建议基础资料收集准备工作开挖面及洞效果反馈跟踪对比及身地质描述图x-x瞬变电磁法工艺流程图瞬变电磁法的方法和形成成果。表x-x瞬变电磁法预报方法和预报成果表（3）超前钻探法①超前地质钻探采用冲击钻和回转取芯钻，验证中近距离物探超前探测存在异常的地段。活动断裂带超前探测长度80—100m，搭接长度不小于10m，其余地段超前探测长度不小于30m，前后方法形成成果利用电磁感应原理探测探测地层中存在的地下水体、断层破碎带、溶洞、溶隙、暗河等，提出施工建议措施。两次搭接长度不小于5m。超前地质钻探工艺流程如图所示。孔口处理钻机固定准备工作开挖面及洞身地质描述孔内流出物判断留取芯样钻进并记录结果分析地质综合判断施工建议基础资料收集效果反馈跟踪对比及图x-x超前地质钻探工艺流程图孔内流出物主要是循环水和水携带的其他物质，比如石屑、石粉、揭露出的水等。根据不同岩石粉化后的性状和颜色，大致可以判断出钻进位置岩石的岩性，同时可以通过孔内返水和循环进水水量之间的关系判断孔内是否有水揭露出来，当有压力水射出时就很明显表示揭露出了高压水。对芯样进行分析，判断岩性及围岩破碎情况，确定围岩级别。同时对渗透水、涌泥等情况进行检查、记录，对比各个钻眼间岩石表现的渗透水情况进行总结、分析，预测前方渗透水情况。②加深炮孔超前探测利用在隧道开挖面上钻小孔径浅孔获取地址信息的一种方法，在每一循环钻设炮孔时布设3—8个加深炮孔，较循环进尺加深3m以上作为探测孔。超前钻探法的方法和形成成果。表x-x超前钻探预报方法和预报成果表超前地质预报注意事项（1）对超前地质预报得到的资料进行综合分析和评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及前兆进行预测判断，并形成超前地质预报综合分析成果报告，根据超前地质预报综合分析成果优化调整措施、工法及特殊处理措施，以确保施工安全、结构安全和工程顺利实施。。（2）施工过程中隧道超前地质预报应根据地质复杂程度分级，确定重点预报地段，并遵循动态设计原则，根据预报实施过程中掌握的地质情况，及时调整隧道区段的地质复杂成都分级、预报方法和技术措施等。（3）超前地质预报的结果应体现及时性，超前地质预报实施单位应及时将预报成果报送有关各方。（4）施工前应由地质人员和隧道施工经验丰富的施工者对掌子面掘进人员进行培训，使其了解“临近隧道内不良地质体的前兆标志”，以便及时采取相应应对措施，尽量减少突发地质灾害的发生。方法形成成果利用冲击钻和回转取芯钻钻孔观察、检测判断岩性及围岩破碎情况，确定围岩级别，同时对渗透水、涌泥等情况进行检查、记录，对比各个钻眼间岩石表现的渗透水情况进行总结、分析，预测前方渗透水情况，提出施工建议措施。