超前地质预报技术交底.doc

中铁十四局集团黔张常铁路QZCZQ-4标项目经理部二分部
黔张常铁路QZCZQ-4标项目经理部二分部

隧道超前地质预报
交底书

中铁十四局集团黔张常铁路QZCZQ-4标
项目经理部二分部
二O一五年九月

技 术 交 底
一、交底内容
为保障隧道施工安全，根据相关规范及设计要求，需要对掌子面前方围岩进行超前探测，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。主要采用的方法有地震波法超前预报探测（TSP）、地质雷达、红外探水、地质编录、超前水平钻探测和超前炮孔探测。
二、施工工艺
1. 地震波法超前预报探测（TSP）
据隧道内岩层的走向确定炮孔布置在左边墙或右边墙位置，从掌子面附近的边墙位置开始布置第一个激发孔，以后每间距1.5m处布置下一个激发孔，激发孔向下倾斜20°，孔深为1.5m，连续布置24个激发孔。在第24个激发孔朝着洞口的方向量测15～20m，分别在左右边墙的位置布置两个地震波信息接收孔，孔径为50mm，深度为2m。激发孔与接收孔基本保持在同一个高度上。待孔全部钻好后需要对孔间距进行量测并与隧道里程发生关系。
上倾5°
～10°
)
(
上倾5°
～10°
1m
接收器孔
接收器孔
横断面（接收器孔）
)
1m
炮孔
炮孔，在左或右侧)
下倾10~20
～20°
工作面
55m
接收孔1
15m

炮孔S1 S2 S3 S23 S24
隧道轴线

接收孔2
接收器孔和炮孔平面分布
1.5m
岩层

接收器孔
炮 孔
数量
2个，位于隧道左右边墙（各1个），位置对称
24个，位于构造走向与隧道轴向交角为锐角的一侧边墙，第一个炮孔靠近掌子面
直径
φ50mm
φ45～50mm
深度
2m
1.5m
定向
垂直隧道边墙，向上倾斜5°～10
垂直隧道边墙，向下倾斜20°(便于用水充填炮孔)
高度
距地面（隧底）高1m
距地面（隧底）高1m
位置
距开挖工作面约55m
第1个炮孔距同侧接收器孔20m，炮孔间距1.5m
外业实施流程:
(1）埋设地震波信息接收探头
TSP203测量过程中需要将接收器探头埋设在钢套管中，而钢套管则通过双组分环氧树脂或锚固剂与围岩紧紧耦合在一起。以便于接收由激发孔激发的地震波信号。
(2）药包的埋设
每一个激发孔中需要通过小药量炸药人工激发地震波信号。需要说明的是雷管必须采用瞬发电雷管，炸药采用乳化炸药。放炮前需要对激发孔中灌水，起到使爆破产生的能量能尽量在围岩中传播并压制灰尘和消焰的目的。
(3）数据采集
待准备工作就绪后，就可以采集数据。在噪音监测模式下如发现周边环境的噪音低，可以进行数据采集作业并开始放炮。此时起爆器产生的电信号一方面去触发电雷管引爆药包，另一方面给仪器一个信号以打开里边的数据传输通道。通过药包的爆破，所产生的地震波信号很快会被接收探头所接收到并记录下来。依次下去，直到24个激发孔全部放炮完毕为止。
(4）数据处理
将现场采集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成。
① 数据库
编辑现场采集的数据和定义观测系统。
② 处理
对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理。
③ 计算反射界面
在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vs。
vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质，根据vp和vs值可直接计算动力学参数，即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比μd，计算式如下：
Ed=ρvs2（3vp2-4vs2）/（vp2-vs2）
Gd=ρvs2
μd=（vp2-2vs2）/2（vp2-vs2）
其中，ρ为围岩的密度。
根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。
(5）资料解释
根据TSP法的原理和工作经验，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合地震波速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。解释原则如下所述：
① 泊松比高说明有流体存在，纵波波速低说明有裂隙存在；
② S波反射能量强，P波反射能量弱，说明有流体存在；
③ S波反射能量弱，P波反射能量强，说明有裂隙存在；
④ 反射波为正相位时，说明围岩由软弱岩层进入坚硬岩层；
⑤ 反射波为负相位时，说明围岩由坚硬岩层进入软弱岩层；
⑥ 当泊松比大于0.28或VP/VS突然增大时，前方地质情况为有水或围岩较破碎；
⑦ 当静态杨氏模量大于30时，石质坚硬，反之，石质较软；
⑧ 当反射界面较多且静态杨氏模量和泊松比变化频繁，幅度较大时，围岩为破碎带，若为负反射振幅时，围岩为软弱破碎带。
外业测量的时间：
① 清理激发孔、接收孔的时间：20分钟；
② 埋设地震波信息接收探头时间：20分钟；
③ 药包的埋设时间：30分钟；
④ 放炮及数据采集的时间：40分钟；
⑤ 清理爆破后现场的时间：10分钟。
现场整个TSP203测量系统的总时间为120分钟。
(6）施工方工作配合
需要提供瞬发电雷管24支，乳化炸药3kg，锚固剂1箱，炮工2名，注水管及起爆器。
2. 地质雷达
(1）测线布置
① 采用100MHz天线，根据隧洞地质条件的复杂程度，剖面采用双侧线布置。
② 测线附近尽量避开测线附近的机械设备与金属物体、导线等。
③ 测试过程中，天线应紧贴岩壁，水平测线高度基本一致，垂直测线应保持铅直。
④ 基底岩溶探查，需在仰拱面布置3条测线，左、右测线各距左、右边墙2m。
(2）施工方工作配合
施工方应提前将掌子面清理平整，准备托举人员设备台车或机械，需要准备两名工人配合协助。
3. 红外探水
(1）测线布置
在隧道施工中，主要通过探测掘进掌子面岩体场强的变化差异值，和隧道开挖段围岩场强沿纵向的变化规律，来推断前方是否为隐伏含水构造体，有无发生突涌水的可能。掘进掌子面场强测点布置，应根据掘进掌子面的大小，将掘进掌子面划分为若干个区域，一般情况下，将掘进掌子面划分为 9 个区域，每个区域设定 1 个测点。
沿已开挖隧道边墙纵向进行测点布置时，分别在拱顶、两侧边墙上各布置一条测线。从掘进掌子面开始，向已开挖方向(背离掘进掌子面方向)，每间隔 1 m～5 m 设置一个测点，测点数一般不少于 12 个，如图。

红外探水测线测点布置图
(2）施工方配合
需要施工方把掌子面后方70米范围障碍物清除。
4. 掌子面地质编录
地质编录人员和施工单位紧密配合，编录长度原则不超过10m一次（重点、复杂地段加密），对掌子面和左右边墙进行地质编录、数码照（摄）像。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，按要求采取标本（包括定向标本）。编录的原始记录、图、表须当天整理（绘制）。
5. 超前水平钻探测
(1）测线布置

正洞开挖施工时超前水平钻探探孔设计

辅助坑道开挖超前水平钻孔设计图
(2）技术要求
① 超前水平钻孔长度原则上为30m，两个探测循环间搭接长度5m，遇溶腔时超前钻探须钻穿溶腔至完整基岩不少于5m。
② 水平钻一般以不取芯钻探为主，遇异常情况（如断层破碎带、溶洞填充物）时应干钻取样，必要时采用孔内摄像记录。
③ 超前水平钻探资料应现场记录描述。
④ 超前钻孔有水时，应进行水压、水量量测工作，并绘制时间-水压变化曲线、时间-水量变化曲线；监理单位签认后报设计单位，作为设计单位综合分析评价依据之一。
⑤ 黔张常铁路高风险隧道超前水平钻机建议采用RPD-150C钻机、卡萨C6钻机等快速钻机，以满足施工进度和溶腔探测需要。
⑥ 地质超前钻探孔口应安设孔口管和止水闸阀，以便于控制揭露岩溶水时的水流，孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。
6. 超前炮孔探测
风钻加深5m浅孔钻探简称加深炮孔法，其为短距离探查隧道前方及周边地质情况的主要手段，通常情况下，加深炮孔长度均为5m，一般采用40度角度外插。当采用三臂台车等大型机械设备时，加深炮孔长度可增长，外插角度可适当减小，但需保证炮孔终孔时位于开挖轮廓线外3m以上。
①加深炮孔分两循环交错向前布置，Ⅳ、V级围岩情况下，沿洞身方向两循环加深炮孔间距不能大于3m，Ⅱ、Ⅲ级围岩情况下，每掘进循环均应施作加深炮孔。
②加深炮孔钻孔设备选择：可采用普通风钻施钻。
③正洞13孔加深炮孔设计如图。

正洞开挖13孔加深炮孔设计图
④正洞8孔加深炮孔设计如图。

正洞开挖加深炮孔设计图
⑤正洞6孔加深炮孔设计如图。

正洞开挖加深炮孔设计图
⑥辅助坑道6孔加深炮孔设计如图。

辅助坑道开挖加深炮孔设计图
三、施做里程要求
严格按照设计资料要求，对相应里程段采取对应预报措施，保证施工的安全进行，相应预报要求如下表所示：
表1 超前地质预报范围要求
工程名称
超前地址预报地段
长度(m)
地质编录(m)
TSP(m)
地质雷达(m)
超前水平钻(m)
红外探水(m)
超长炮孔(m)
里程范围
陈家沟一号隧道
DIK63+182.45
DK63+935.95
753.5
753.5
180

陈家沟二号隧道
DK64+240
DK64+605
365
365
90

陈家沟三号隧道
DK64+628
DK64+757
129
129

麦地湾隧道
DK64+859
DK66+538
1679
1679
700

安子村隧道
DK66+630
DK69+568
2938
2938
1300
690
100
150

金龙村隧道
DK69+870
DK70+060
190
190
90

管寨坡隧道
DK70+095
DK70+084
989
989
400

茅坪隧道
DK76+596
DK76+791
195
195
200

210

1440
合计
7238.5
7238.5
3050
690
310
150
1440
四、施工安全技术规程及安全文明施工
（1）地震波法（TSP）超前预报探测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。
（2）进入隧道工作必须穿戴合体的工作服、防护靴、安全帽和防尘口罩等防护用品。
（3）在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。
（4）地质预报工作必须在现场找顶作业结束后进行，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，保证预报人员的安全。
（5）钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴后方向站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙等伤人。
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