「隧道超前地質預報方案」.doc

隧道超前地質預報方案1編制依據(jù)(1)公路隧道超前地質預報技術指南及交通部頒布的其他現(xiàn)行施工規(guī)范、安全規(guī)程、施工指南等。(2) 工程地質及水文地質中國水利水電出版社。(3)近年來高速公路類似工程施工經(jīng)驗、施工工法、科技成果；國內外相關高速鐵路的施工工藝及科研成果。2隧道工程概況標段內隧道工程地質復雜，主要由殘積砂質粘性土及全-強風化花崗巖組成，洞身主要為中微風化花崗巖。，隧道圍巖以、級圍巖為主，部分為、級圍巖。施工中必須加強超前地質預報，并采取相應的工程措施，保證安全順利地通過不良地質段。根據(jù)設計提供風險等級和超前地質預報設計要求，我單位采取加深炮孔探測和超前水平地質鉆孔倆種方法進行圍巖觀測，以提供有效的施工措施保證施工安全、順利的進行，對于出現(xiàn)地質異常區(qū)域，我單位另增加TSP或地質物探手段進行詳細的地質分析，并報設計單位進行核對、審批，重新進行隧道風險等級劃分。項目部對標段內隧道作業(yè)高度重視，在施工組織設計中已經(jīng)把超前地質預報列入獨立的施工工序進行檢測，制定“有預報才施工，不預報堅決不允許施工”的要求發(fā)放各施工隊執(zhí)行實施。為有效的執(zhí)行超前地質預報的實施，項目部特別成立專職超前地質預測預報實施小組，其中組長1人，副組長2人，組員5人，負責現(xiàn)場超前地質預測預報工作的具體實施和資料收集整理，對隧道施工起到實施性的指導作用。并聘請專職預報隊伍負責標段內的隧道地質超前預報施工。3隧道工程地質條件本標段隧道工程地質復雜，主要由殘積砂質粘性土及全-強風化花崗巖組成，洞身主要為中微風化花崗巖。，隧道圍巖以、級圍巖為主，部分為、級圍巖。4超前地質預測預報目的地下地質條件復雜，潛在、無法預知的地質因素較多：多變的地形條件，地層破碎帶、斷層，富水巖層等。進行隧道地質超前預報的目的是：提供隧道掘進前方的地質情況，包括圍巖的完整性、斷層破碎帶和溶洞的規(guī)模和位置、不良地層的富水情況，進而做出對圍巖類別的劃分和隧道開挖時穩(wěn)定性的分析，以確定合理的工程措施和合理的施工方法，以確保隧道施工安全順利的進行。5超前地質預測預報組織機構和人員設備配置在項目部設施工地質工作管理辦公室，辦公室設在工程管理部，負責組織項目部有關人員進行預報培訓和學習工作；預報物探設備管理與協(xié)調使用；預報實施情況監(jiān)督檢查。項目部分別成立專職超前地質預測預報實施小組，負責現(xiàn)場超前地質預測預報工作的具體實施和資料收集整理。人員組成及主要職責分工見表。超前地質預測預報人員分工職責表序號姓名職 務職 責1陳顯鋒總工程師對地質預報工作負全責，制定預報工作計劃和實施細則，審核預報成果。2李東副總工程師負責預報工作的落實，分析整理預報數(shù)據(jù)，編制預報成果報告，提出施工建議。3肖文坦工程部部長負責預報工作的全面落實，分析整理預報數(shù)據(jù)，編制預報成果報告，提出施工建議。4向輝隧道工程師負責段預報工作的物探儀器設備操作，進行數(shù)據(jù)采集與整理。資料收集整理、歸檔。5王永鵬隧道工程師負責段預報工作的物探儀器設備操作，進行數(shù)據(jù)采集與整理。資料收集整理、歸檔。6工作程序地質預報主要流程為：預報通知（現(xiàn)場駐地監(jiān)理） 預報實施及現(xiàn)場記錄 自檢、報檢驗收 資料整理 監(jiān)理確認和歸檔具體操作流程見圖6-2-1所示。圖6-2-1 超前地質預報操作流程7地質超前預報的內容和方法7.1地質預報的要求本標段隧道主要采用地質調查法與加深炮孔鉆探法相結合的方法進行地質超前預報，如有必要，在地質異常區(qū)域采用TSP探測儀或水平鉆機進行長距離超前探測。各種探測必須以地質為中樞，加強隧道地質工作，將地質綜合分析貫穿到施工的整個過程中，實行地質、物探相結合，中長距離探測與短距離探測相結合，優(yōu)化組合，綜合應用，確保隧道安全、快速、優(yōu)質施工，不留后患，全面確保隧道施工取得經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益三者的最優(yōu)結合。7.2地質超前預報的內容1、超前地質預報的內容超前地質預報是隧道施工地質工作最主要的工作內容。其工作分為既有資料收集；地質素描；洞內外水文調查；監(jiān)測測試；超前地質預測；綜合超前預報和成災警報等六項任務。（1）既有資料收集既有設計資料和相關地質成果的收集和分析,對存疑慮的相關重大地質問題和地段,必要時進行踏勘和補充恰當?shù)牡刭|工作。（2）地質素描施工地質最基礎的工作，包括正洞、超前平導和輔助導坑洞壁地質及掌子面地質素描，見圖7-2-1所示。其主要內容包括：地質觀察A.地層巖性：地層時代劃分，巖組劃分，巖石劃分，巖體性態(tài)，切割程度，圍巖等級等。B.斷層：斷層性質、位置、產(chǎn)狀、破碎帶寬度及構造巖劃分，斷層巖體的圍巖級別劃分及穩(wěn)定性評價。斷層坍方的地質原因，是地質素描的重點。C.貫穿性節(jié)理：產(chǎn)狀、密度、寬度、延伸情況，節(jié)理面特征、力學性質。分析判斷組合特征、巖體完整性程度，控制局部坍方的構造內因。 D.地應力：高地應力顯示性標志(巖爆、軟弱夾層擠出，探孔餅狀巖心等現(xiàn)象)及其發(fā)生部位。E.特殊地層：煤層、含膏鹽層和含黃鐵礦層等單獨素描。圖7-2-1 隧道地質素描圖（3）洞內外水文調查洞內水文調查A.涌水點(處)調查空間：層位、構造部位、洞圍分布，含水體分布；時間：點(處)間的時效關系；制約：制約因素、補給來源、途徑、連通關系。B.涌水量預測實用量測：反映瞬時特征和短期變化特征；長期觀測：反映長期變化特征和動態(tài)特征；涌水量預測。C.水質水壓測試包括水壓、水溫、水色、含泥沙量測定。D.危害評估洞外水文調查A.氣象觀測。B.重要排泄點、徑流點長期觀測；C.相關巖溶水文地質及環(huán)境水文地質調查調繪：相關巖溶水文調繪、地表坍方、變形調查；試驗：同位素、示蹤等；水質。（4）監(jiān)測測試天然氣、軟巖變形、地面沉降變形監(jiān)測及洞內地應力測試。其中隧道周邊位移量測，包括拱頂下沉、凈空水平收斂及必要時增設的隧底上鼓量測（采用儀器為收斂計、水準儀、塔尺）和隧道淺埋段、山間洼地、巖堆、破碎帶、偏壓洞口的地表下沉量測（采用儀器為水準儀、塔尺等）為必測項目。（5）超前地質預測預測方法A.地質編錄預測法(圖解法、類比法、斷層參數(shù)法)；B.超前物探預測法：包括TSP-203等。C.超前鉆孔預測法；預測有效距離A.長距離超前地質預測：其預報距離為100150m。以TSP、斷層參數(shù)法等為手段結合地面地質工作綜合預報。B.短距離超前地質預測：其預報距離為1530m以內。是在長距離超前地質預報的基礎上，以58孔5m超長炮眼孔和30m超前鉆孔為手段并結合掌子面地質素描工作綜合預報。C.中長距離超前預測：其預報距離為3060m，是在長距離超前地質預測的基礎上，針對較大物探異常，以3060m超前鉆孔為手段并結合掌子面地質素描工作綜合預報。（6）綜合超前預報和成災警報綜合超前預報內容地層、完整性及含水情況；斷層及富水情況；大型巖溶及富水情況；暗河。超前地質災害警報內容大型塌方；突水突泥；煤類突出、天然氣燃燒爆炸；巖爆、軟巖大變形。7.3地質超前預報的方法本標段隧道地質超前預報的主要方法見下表7-3-1所示表7-3-1 隧道地質超前預報的方法預報方法預報內容預報工具預報頻率地質調查及地質素描巖性、結構面產(chǎn)狀及不良地質現(xiàn)象地質羅盤、數(shù)碼相機等開挖后及初期支護后進行，每次爆破后進行加深炮孔探測掌子面超前5m范圍圍巖狀況風槍、鉆孔臺架開挖鉆孔時進行超前鉆探法掌子面超前3050m范圍圍巖狀況超前水平鉆機每隔3035m一個斷面，搭接不小于5m地震波法劃分地層界線、查找地質構造、探測不良地質體的厚度和范圍TSP探測儀地質異常區(qū)域（1）地質調查法對地質較簡單的地段，以地質調查法為主。利用常規(guī)地質理論和作圖法，根據(jù)隧道已有的勘察資料、地表補充地質調查資料、洞內地質調查資料、隧道開挖面地質素描、圍巖數(shù)碼照片，通過地層層序對比、地層分界線及構造線地下和地表相關性分析、斷層要素與隧道幾何參數(shù)的相關性分析、地質作圖和趨勢分析、隧道內不良地質臨近前兆分析等，推測開挖工作面前方可能揭示的地質情況。其特點為：設備簡單，占用時間少，是其他探測方法的地質學基礎依據(jù)。人員素質要求高，須掌握較豐富的地質學理論知識和現(xiàn)場工作經(jīng)驗。在隧道埋深較淺，地質構造不太復雜的情況下，地質調查法有很高的準確性。（2）加深炮孔法對地質條件較復雜的地段，如地層分界線、角度不整合接觸帶、物探異常段、次級斷層、富水段等，在地質調查法的基礎上，采用加深炮孔探測。利用風鉆或鑿巖臺車等在隧道開挖工作面鉆小孔徑淺孔獲取地質信息，每斷面均勻選取3孔，外插角1，搭接長度不小于1.5m，加深炮孔至5米進行超前探測。加長炮孔布置示意圖：（3）超前鉆探法超前地質鉆探是在掌子面布設36個探孔，采用水平鉆機進行超前鉆探。根據(jù)鉆機在鉆進過程中的推力、扭矩、鉆速、成孔難易及鉆孔出水情況（必要時提取巖芯進行分析）來確定前方的地層及巖性，同時進行涌水量、水壓測試和水質分析，判定掌子面前方地層含水情況及地下水的性質。其鉆孔布置示意圖如下圖所示，掌子面中部兩邊的超前鉆孔應水平且有一定水平偏角13，掌子面上部的超前鉆孔仰角11.5，掌子面下部兩邊的超前鉆孔俯角11.5、水平偏角13。探孔孔徑一般為108mm，孔深3050m，搭接長度不小于5m。（4）物探法 采用TSP203探測儀根據(jù)地震潑的回波原理，通過人工制造一系列規(guī)則布置的輕微震源，由三維地震波接收儀在計算機的監(jiān)控下采集這些震源所發(fā)出的地震波沿隧道前方及四周區(qū)域傳播而遭遇不良地質體（如地層層面、節(jié)理面、巖溶面，特別是斷層破碎帶等）被反射返回的地震波數(shù)據(jù)。這些回波信號的傳播速度、延遲時間、波形、強度和方向是與相應的不良地質體的性質和分布狀況緊密相關的，通過分析可以得到前方地形的地層力學參數(shù)和空間位置數(shù)據(jù)，從而形成預測預報結果。TSP測量原理見下圖所示：鉆孔要求：預報斷層構造時爆破鉆孔應根據(jù)走向布置在與斷層夾角較小一側的隧道邊墻上。預報巖溶時爆破鉆孔應布置在沒有橫洞和停車道的一側。爆破鉆孔應選擇布置在完整灰?guī)r段落上，不宜在隧道邊墻巖溶發(fā)育的段落做TSP試驗，此時應加強地質雷達和水平鉆孔進行超前探測。每一次預報的有效炮數(shù)不少于20個，炮間距1.5m。炮眼高度11.5m，所有炮眼與接收器高度應相同（與隧道底板平行）。炮眼孔深1.21.5m（孔深盡量一致），向下傾斜1020，垂直于隧道軸向。鉆孔完成后應注意保護，防止塌孔。接收器孔距掌子面約50m，距第一爆破孔1520m。必須在隧道兩壁各安置1個接收器，接收器安置高度與炮孔一致,孔徑4245mm，孔深2 m，應根據(jù)采用的藕合材料確定接收孔上傾還是下傾。接收器與孔壁的藕合必須緊密，施測時隧道中應沒有其它振動源。具體鉆孔布置情況如圖7-3-5所示。上傾510)(上傾5101m接收器孔接收器孔橫截面（接收器孔）)(下傾10201m炮孔炮孔橫截面(炮孔,左或右側)下傾102050m掌子面1520m接收孔1隧道軸炮孔S1 S2 S3 S23 S24接收孔22m2m1.5m1.5m 1.5m圖7-3-5 接收器孔和炮孔布置示意圖爆破要求：遵守爆破安全規(guī)程的規(guī)定，使用毫秒級無延遲電雷管，炸藥量應大于200m探測距離要求，一般50g左右，最多不大于75g。應保證炸藥與炮孔嚴密藕合，所有炮孔必須采取堵孔和注水措施。資料的處理和整理：數(shù)據(jù)采集時應對每一炮的波幅進行調節(jié)，記錄不好或存在干擾時應重新放炮。對采集的數(shù)據(jù)及時進行三維波場處理，提取反射界面。提交以下資料：A.現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表（如表7-3-6）；B.X、Y、Z三個分量的原始記錄；C.頻率譜；D.縱橫波分離后的P、SH、SV波形圖；E.P、SH、SV波的極度偏移圖（橫坐標為里程）；F.二維結果圖（橫坐標為里程）；G.巖石參數(shù)曲線圖（橫坐標為里程）；H.巖石參數(shù)表（如表7-3-7）；I.電子文檔。 表7-3-6 TSP現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表 隧道（第 標） 號 年 月 日掌子面里程炮孔布置左邊墻右邊墻接收器里程高度孔深傾角耦合劑耦合狀態(tài)左右炮點參數(shù)序號距離孔深高差藥量備 注123456789101112131415注：第一炮的距離為炮點到接收器的距離，以后為孔間距。高差為各炮孔與接收器的高差，高為正，低為負。操作: 記錄: 復核: 施工監(jiān)理:表7-3-7 TSP解釋巖石參數(shù)表隧道（第 標） 號 年 月 日序號里程波速P/S泊松比密度剪切模量拉梅常數(shù)體積模量動楊模量靜楊模量圍巖級別PSHSVPSHSVPSHSV制表： 復核： 負責：8預報成果預測預報的成果由項目部工程管理部進行匯總后