隧道超前地质预报施工方案样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
隧道超前地质预报施工方案
1 编制依据
1)《高速铁路隧道工程施工技术指南》( 铁建设【 】241号)
2) 《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》铁建设( ) 120号;
3) 《时速250公里铁路双线隧道复合式衬砌》图号: 西成贰隧参03;
4) 《隧道施工工法》图号: 西成贰隧参09;
5) 施工图纸、 设计要求和环境、 地质条件。
6) 隧道超前地质预报管理办法( 西成铁路客运专线四川有限公司)
7) 《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设【 】105号本
2 工程概况
新建西安至成都客运专线位于陕西省和四川省境内, 川陕界至江油线路长165.836Km。西成客专设计为双线客运专线, 设计时速: 250km/h; 最小曲线半径: 3200m; 正线线间距: 4.6m; 最大坡度: 一般20‰, 困难山区不大于25‰。本标段第一项目部管段位于剑阁县、 青川县境内, 起讫里程: DK431+660(黄家梁隧道进口)～DK446+500( 岩边里隧道) , 全长14.84km, 主要工程数量为: 桥梁135.35m/1座, 占正线总长的0.9%, 隧道双线14702m/1.5座, 占线路总长的99.1%。
3 工程地质概况
3.1地质构造
我管段位于四川龙门山东北向褶皱带之东翼与四川盆地边缘弧形( 华夏式) 构造带交界处, 龙门山褶皱带的褶皱发育、 断裂密布, 岩层多陡顷, 直立或倒转, 地质构造较为复杂。测段属于扬子准地台西北边缘地带, 位于川西北台陷次级构造与龙门山构造带边缘区。隧区为单斜构造, 岩层产状N47～64ºE/34～45ºSE,受区域构造影响, 节理多为闭合或微张型, 其延伸较远, , 泥岩风化节理普遍发育, 裂隙多而细小。
3.2水文地质特征
沿线河流较多、 灌溉网密布。沿线基本为山区, 山谷河流较多, 主要有回龙河、 清江河, 属于嘉陵江水系。管段内第四系黏性土中含少量孔隙水, 河床及低阶地砂砾石层含丰富孔隙水。基岩中泥页岩、 泥岩夹砂岩为弱富水岩组, 含少量的裂隙水和风化裂隙水; 厚层砂岩、 砾岩为中等～强富水岩组, 含较丰富的基岩裂隙水, 多位潜水, 部分为承压水; 灰岩等可溶岩为强富水岩组, 含丰富的裂隙水和岩溶水。断裂构造多为压性断裂, 地下水一般含量较少; 褶曲构造核部为可溶岩及砂岩地段含丰富地下水。经沿线取表水和地下水试验, 水质类型以HCO3－.SO42--Ca2+、 HCO3－-Ca2+型、 HCO3－.SO42--Na+型为主, 对钢筋混凝土一般无侵蚀性, 但三叠系须家河组含煤段地层、 嘉陵江组、 雷口坡组盐溶角砾岩、 侏罗系油砂岩地段地下水以及城市周边受污染表水多具硫酸盐侵蚀性或酸性侵蚀性。
3.3隧道涌水量预测
根据各岩组地层出露位置、 岩性、 地质构造、 节理裂隙发育情况, 地貌形态及在本水文地质单元中的径流条件, 黄家梁隧道预计正常涌水量为7093m3/d,考虑在隧道勘察中较多钻孔揭示承压水, 雨季最大涌水量为14186m3/d,岩边里隧道预计正常涌水量为2071m3/d,雨季最大涌水量为3107m3/d。
3.4不良地质及特殊岩土
3.4.1 油砂岩、 有害气体及原油
黄家梁隧道根据钻探揭示在钻井过程中循环水中有大量气泡逸出, 天然气最大为28450ppm, 有2层油砂岩, 有较多稠油流出, 同时根据原油样品测量分析, 隧道内可能存在硫化氢及二氧化硫对隧道工程及隧道施工的危害, 对钻孔采气分析时, 测式结果显示CH4的含量最高为5.7143%。根据油气专题报告及评审结论, 黄家梁隧道为高瓦斯隧道, 其中DK434+500～DK439+500段为高瓦斯区段, 其余为低瓦斯区段, 同时为原油危害隧道。
岩边里隧道根据前后工点( 黄家梁隧道及庙子梁隧道) 钻孔均揭示油砂岩分布, 虽本隧道钻探未揭示油砂岩, 但根据专题研究结论, 本隧道可能受油气浸较严重, 属低瓦斯隧道和可能原油浸染隧道。
3.4.2 顺层
黄家梁隧道根据地形地貌及勘探, 在DK431+660～DK432+000, DK438+910～DK439+150, DK440+150～DK440+220, DK440+955～DK441+160, DK442+250～DK442+520, DK443+090～DK443+292段埋深小于50m, 岩层倾角34º～44º, DK437+800～DK437+950段隧道埋深大于250m, 岩层倾角34º～44º。所有辅助坑道的进口仰坡均存在顺层。
岩边里隧道穿越地层为泥岩夹砂岩, 岩层走向与隧道轴线基本一致, 倾向线路左侧, 我管段DK443+428～DK443+600段埋深小于50m, 右侧存在顺层偏压, 隧道进口边仰坡隧道的横洞仰坡均存在顺层。
3.4.3 滑坡、 岩堆、 危落石
黄家梁隧道洞口或洞身经过滑坡堆积体或滑坡群, 堆积体主要由碎石土、 块石土组成, 其间充填粉质黏土, 总厚度5～20m, 5～30m不等, 经过长期的发展, 当前自然条件下处于稳定状态。岩堆主要物质为块石土, 其间充填粉质黏土。在隧道进口及1#、 2#辅助坑道出口坡面较陡, 软硬岩相间分布, 易形面危岩落石区。隧道进口及出口多形成悬崖陡壁, 节理裂隙发育, 多形成大范围危岩落石区。
岩边里隧道进口右侧多形成悬崖陡壁, 节理裂隙发育, 多形成危石。坡脚多见崩塌形成的块石, 直径较大。
4 地质复杂程度分级
4.1隧道洞身及洞口工程地质评价
4.1.1隧道洞身
隧道区主要不良地质为油砂岩、 有害气体及原油、 顺层及滑坡、 岩堆、 危落石。在黄家梁隧道表现尤为突出, 洞身地质较为复杂。黄家梁隧道DK434+500～DK439+500段为高瓦斯区段, 同时有原油危害。顺层在洞身多见为DK438+910～DK439+150, DK440+150～DK440+220, DK440+955～DK441+160, DK442+250～DK442+520, DK437+800～DK437+950段, 滑坡多见于洞身DK431+763～DK431+793, DK432+090～DK432+286, DK432+541～DK433+543段, 岩堆多见于DK438+681～DK439+114段。
4.1.2 隧道洞口
隧道区进洞条件均较困难, 洞口主要不良地质为危落石, 主要表现为黄家梁隧道进口、 出口及1#、 2#斜井辅助坑道, 岩边里隧道进口进洞极为困难, 下方为绵广高速公路匝道口, 有落石的危险。
4.2地质复杂程度分级
超前地质预报的重点段落及内容主要对隧道开挖前方一定距离的突水突泥、 断层破碎带、 浅埋段和瓦斯( 天然报) 、 原油等有气体的灾害地质的施工探测。对照勘测阶段的地质数据、 预测、 预报地质条件变化及其对施工的影响。根据我管段水文及工程地质条件及可能存在的风险因素, 按《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设【 】105号本, 将我管段的黄家梁隧道定为”复杂”级别, 超前地质预报由设计院主持来完成, 岩边里隧道定为”中等复杂”级别, 超前地质预报由施工单位超前地质预报组来完成。
5 实施超前地质预报的目的
为保证隧道施工安全、 优化设计、 实现信息化施工, 经过隧道超前地质预报工作, 进一步查清隧道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, 及时掌握和回馈隧道地质条件信息, 调整和优化隧道设计参数、 防护措施, 为优化隧道施工组织、 制定施工安全应急预案, 控制工程变更设计提供依据。
根据西成客专四川段隧道工程及水文地质条件, 在认真分析前期勘察资料的基础上, 结合地表调查情况分析, 隧道地质情况较为复杂, 施工中可能遇含水断层, 不同程度的渗、 流水、 突水突泥、 坍塌、 瓦斯( 天然气) 、 原油溢出等地质灾害, 对隧道工程施工必须采取多种方法综合预报, 查明隧道掌子面前方存在的较大不良地质缺陷的规模、 空间分布情况等, 以便为施工、 设计及时做出正确的处理预案, 确保工程施工顺利完成, 避免安全事故发生或造成人员伤亡事故。
经过超前地质预报, 能够了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质的性质、 位置、 宽度和影响隧道的长度, 由此判断地下水、 瓦斯、 油层情况、 围岩级别和对施工的影响, 进而达到以下目的:
( 1) 为制定施工方案和措施提供可靠的参数, 如地下水压力、 水量、 不良地质的位置、 大小及规模;
( 2) 为隧道安全施工, 避免或最大限度地降低施工过程中突水突泥、 塌方、 瓦斯( 原油) 溢出等灾害, 从而不受或少受损失奠定基础;
( 3) 为隧道在安全条件下实现快速施工、 减小风险创造了条件;
( 4) 准确的地质预报能够减少施工中的盲目性, 减少事故发生率, 减少很多不必要的安全措施, 从而降低工程投资。
6 超前地质预报的方案
6.1 分段预报内容及方法
管段超前地质预报的重点段落为: 黄家梁隧道DK434+500～DK439+500。
超前地质预报重点内容为:
( 1) 不同岩性接触带的位置, 接触带岩体破碎程度、 地下水赋存情况;
(2) 顺层及滑坡、 岩堆、 危落石;
( 3) 油层位置及层厚, 瓦斯及有害气体浓度;
( 4) 隧道内围岩级别变化趋势。
6.1.1 黄家梁隧道分段预报内容及方法
6.1.1.1 超前地质预报段落及内容
为保证隧道施工安全、 优化设计、 实现信息化施工, 施工期间施工单位应加强施工地质工作, 并实施全隧超前地质预测预报, 将其纳入正常施工工序进行管理。经过超前地质预测预报工作, 核实和预测掌子面前方的地质条件, 以便及时调整工程措施, 确保施工及结构安全。结合隧道工程特点以及工程地质、 水文地质条件, 开展超前地质预测预报工作。全隧道采用以地质调查法为基础, 并采用综合物探手段及钻孔为主进行综合超前地质预报。
其重点预报的段落及内容如下表所示:
表1 黄家梁隧道超前地质预报的重点段落及内容
序号
重点段落
预报的内容
备注
1
DK431+671～DK432+000 DK432+100～DK432+250 DK438+900～DK439+150 DK440+150～DK440+220
DK440+955～DK441+160 DK442+250～DK442+450 DK443+220～DK443+277
主要针对洞身浅埋段, 预报隧道中可能出现塌方的情况;

2
DK431+660～DK443+292
主要针对有害气体, 预报隧道中可能遇到瓦斯、 天然气等有害气体情况。探测开挖面前方有害气体浓度及变化情况。

3
DK432+500～ DK432+700 DK433+300～ DK433+500 DK435+200～ DK435+400 DK436+020～ DK436+220 DK436+700～ DK436+900
主要针对地下水含量丰富且形成承压水地段, 预报隧道中可能出现突水突泥的情况。

6.1.1.2 超前地质预报选用方法
表2 黄家梁隧道超前地质预报选用方法对比表
序号
里程段
长度
选用方法
备注
1
DK431+660～DK431+671
11
地质调查法

2
DK431+671～DK433+300
1629
地质调查法
物探法( WT-1)
超前钻探法( ZT-2)

3
DK433+300～DK433+500
200
地质调查法
物探法( WT-2)
超前钻探法( ZT-2)

4
DK433+500～DK434+500
1000
地质调查法
物探法( WT-1)
超前钻探法( ZT-2)

5
DK434+500～DK436+700
2200
地质调查法
物探法( WT-1)
超前钻探法( ZT-4)

6
DK436+700～DK436+900
200
地质调查法
物探法( WT-2)
超前钻探法( ZT-4)

7
DK436+900～DK439+500
2600
地质调查法
物探法( WT-1)
超前钻探法( ZT-4)

8
DK439+500～DK443+277
3777
地质调查法
物探法( WT-1)
超前钻探法( ZT-2)

9
DK443+277～DK443+292
15
地质调查法

6.1.1.3 超前地质预报类型
表3 超前地质预报类型表
项目
类型
主要手段及方法
地质调查法
地质调查
地质调查
地质素描
地质素描
地质作图
地质作图
物探法
WT-1
地震反射波法( TSP203)
WT-2
地震反射波法( TSP203) +红外探测
钻探类型
ZT-1
加深炮眼( 5孔)
ZT-2
超前钻孔( 2孔) +加深炮眼( 5孔) , 1孔取芯
ZT-4
超前钻孔( 5孔) +加深炮眼( 10孔)
备注: 超前钻孔采用孔径Φ108mm, 长度20～30m, 搭接长度5m, 加深炮眼3～6m。
6.2.1 岩边里隧道分段预报内容及方法
6.2.1.1 超前地质预报段落及内容
( 1) DK445+056~DK446+499段(我项目部管段)共1443m主要针对隧道内围岩级别变化趋势显著地段, 预报围岩分级变化的具体位置。
( 2) DK443+430~DK446+499段(我项目部管段)共3069m主要针对有害气体, 预报隧道中可能遇到瓦斯、 天然气、 二氧化硫等有害气体情况。探测开挖面前方有害气体浓度及变化情况。
6.2.1.2 超前地质预报选用方法
全隧采用以地质调查法为基础, 并采用综合物探手段及钻孔为主进行综合超前地质预报。
表4 岩边里隧道超前地质预报选用方法对比表
序号
里程段
长度
选用方法
备注
1
DK443+430～DK446+499
3069
地质调查法
物探法( WT-1)
超前钻探法( ZT-1)

6.2.1.3 超前地质预报类型
表5 超前地质预报类型表
项目
类型
主要手段及方法
地质调查法
地质调查
地质调查
地质素描
地质素描
地质作图
地质作图
物探法
WT-1
地震反射波法( TSP203)
钻探类型
ZT-1
加深炮眼( 5孔)
6.2 超前地质预报工作量
6.2.1 黄家梁隧道工作量
黄家梁隧道超前地质预报工作量如下表:

表6 黄家梁隧道超前地质预报工作量
项目
类别
工程数量
1#斜井
地质调查法
地质调查
m
455
地质描述
m
455
地质作图
m
455
超前钻探法
加深炮眼
m
2265
2#斜井
地质调查法
地质调查
m
325
地质描述
m
325
地质作图
m
325
超前钻探法
加深炮眼
m
1620
3#斜井
地质调查法
地质调查
m
324
地质描述
m
324
地质作图
m
324
超前钻探法
加深炮眼
m
1620
横洞
地质调查法
地质调查
m
371
地质描述
m
371
地质作图
m
371
超前钻探法
加深炮眼
m
1860
正洞
地质调查法
地质调查
m
11632
地质描述
m
11632
地制作图
m
11632
超前钻探法
加深炮眼
m
82995
超前钻孔
m
50900
物探法
TPS203
m
11606
红外探测
m
400
6.2.3 岩边里隧道工作量
岩边里隧道超前地质预报工作量如下表:
表7 岩边里隧道超前地质预报工作量
项目
断面次数
长度( m)
加深炮眼
5
30345
TSP
1
6069
地质调查
6069

7 超前地质预报工作流程及操作要点
7.1 超前地质预报工程流程
超前地质预报工作程序流程图如下:
图1 超前地质预报工作程序流程图
7.2 超前地质预报操作要点
7.2.1 常规地质法
隧道开挖爆破后经过地质素描手段, 及时查看掌子面地质情况, 修正设计时间的地质信息, 经工程地质模拟预测隧道前方小于10m的地质状况并为其它超前地质预报方法提供基础数据。进行地质素描前, 先搜集隧道前期的勘察设计地质数据, 初步了解区域地质和附近大地构造单元及其特征, 以及工程范围内的地层岩性、 围岩类别、 地下水发育特征等。地质素描, 应在隧道作业每一开挖循环后立即进行, 观察中发现围岩条件恶化时, 应立即采取相应处理措施; 观察后及时绘制开挖工作面地质素描图( 附表4) 。
地质素描的具体内容主要包括以下几个方面:
( 1) 岩性
应根据隧道说明围岩岩石的名称、 颜色、 矿物成分、 坚硬程度等, 各类岩脉也应对其岩性、 出露位置、 宽度、 接触关系、 破碎、 风化程度进行描述。
( 2) 构造
隧道开挖段围岩受地质构造影响程度、 延伸性、 表面粗糙度、 张开性、 风化、 破碎程度等进行描述, 特别是岩体范围内出现的断层、 节理、 裂隙、 软弱夹层等重点进行地质描述。断层应对其位置、 产状、 性质、 破碎特性、 宽度等一一进行观测和描述; 节理裂隙, 特别是贯通性节理的产状密度、 延伸情况、 节理面现状等也要仔细量测和统计。使用地质罗盘仪对岩层产状要素( 包括岩层的走向、 倾向和倾角) 的测量。
( 3) 地下水
围岩的含水状态、 涌水部位、 水量、 水压、 水温、 水质等描述并长期跟踪调查是否受季节性影响, 特别是大、 暴雨后观察涌水部位涌水量有无增减以及该段地表一定范围内是否有水源补给情况并作好记录。
( 4) 围岩变形破坏情况
开挖段围岩发生坍方、 掉块、 岩爆等现象的位置、 性质、 形态、 规模作详细记录, 必要时附上工程处理措施。
( 5) 有害气体及危害源存在情况
有条件时使用数码相机、 摄影等工程地质数据采集和编录系统, 做到图文并茂。
不良地质体在被揭露之前往往表现一些明显或不明显前兆标志, 预示着隧洞即将临近不良地质体, 因此, 仔细观察、 描述开挖石渣、 洞壁结构面及岩层形态、 量测结构面及岩层特征参数, 是正确进行超前地质预报的关键。
7.2.2 TSP203超前地质预报系统
1) 超前地质预报系统
TSP与超前地质钻探( 1孔) 组合: 适用于在工程地质复杂地段, 仅采用TSP超前地质预报系统不能满足需要时, 用补充超前地质钻孔对TSP预报成果加以核查与确认。
施工开始
超前地质预报
信息综合处理

是否与
设计一致
按设计施工
调整施工方法和支护参数
图2 TSP超前地质预报施工流程图
2) 施工流程
施工流程图如下所示

TSP203系统在围岩较好的地段可测出前方100～200m范围内的岩层分接口、 岩层的物理性质、 断层破碎带、 洞穴、 隐伏含水体等; 围岩完整性较差时, 预测范围在50～100m之间, 需连续预报时前后两次应重叠10m以上。根据局项目部安排, 此项物探方法委外, 由专业探测人员现场具体操作, 各作业队积极配合。
原理: 经过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播, 在不同岩层中地震波以不同的速度传播, 在其接口处被反射, 并被高精度的接收器接受。经过计算机软件分析前方围岩性质、 节理裂隙分布、 软弱岩层及含水状况等, 最终显示屏上显示各种围岩结构面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离, 并可初步测定岩石的弹性模量、 密度、 泊松比等参数以供参考。但仪器在作业过程中对环境的要求较高, 若噪声过大则会影响采集数据的准确性。探测方法为:
①钻孔: 在距离掌子面50m处钻深度为1.5m的孔, 布置传感器; 自掌子面起, 每隔1.5m钻孔一个, 钻孔深度为1.5m, 最后一个孔与传感器的距离大于20m。所有钻孔的高度尽可能的在同一标高在线。钻孔完毕后, 逐个测量孔的深度和倾斜度, 并作好记录。
②埋设传感器杆: 埋设传感器前, 先清孔, 清除孔底虚碴, 放入环氧树脂药卷, 插入传感器套杆, 用钻带动其钻动, 保证环氧树脂药卷充分搅拌。待传感器杆固定后, 插入传感器, 注意传感器方向朝向掌子面。
③联机检查: 把传感器、 检波器( 计算机) 、 起爆器、 同步器连接起来, 并检查其是否正常工作, 注意此时起爆器不得与雷管相连。
④测量时间: 测量时间选在施工交接班时间, 要求工作面800m范围内不得有机械作业和作业人员作业, 作业前与现场施工员联系, 以确定停工时间, 此时准备好爆破药卷、 电雷管等。
⑤装药爆破: 由最里边炮孔开始, 逐个依次装药联线, 起爆器起爆, 装药量根据围岩情况, 一般控制在50～80g左右, 围岩较差时, 可加大, 但不能超过100g。
⑥恢复施工: 爆破一结束, 马上能够恢复施工, 一般停工时间在45min左右。
⑦成果分析: 采用TSP203自带的软件分析系统, 剔除一些明显的干扰波, 软件自动分析, 自动生成图表, 反映前方围岩的物理特性, 岩层分界线、 软弱带、 断层的位置等信息。
7.2.3 红外探测
( 1) 红外探测系统的原理
红外探测是根据红外辐射原理, 即一切物质都在向外辐射红外电磁波的原理, 经过接收和分析红外辐射信号进行超前地质预报的一种物探方法。适用于定性判断探测点前方有无水体存在及其方位, 不能定量给出水量大小等参数,每25m一次, 一次范围为30m, 两次重叠长度为5m。
( 2) 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:
①、 全空间全方位探测地下水体时, 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; 测线布置一般自开挖工作面往洞口方向布设, 长度一般为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个测点。
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, 连续预报时前后两次重叠长度应大于5m。
( 3) 探测数据和曲线的分析与判定:
①、 探测数据和曲线的分析与判定应以地质学为基础, 并结合现场的工程地质和水文地质条件;
②、 经过探测与施工开挖验证, 总结出正常场的特点, 才能分辨出异常场;
③、 由探测数据绘制的探测曲线前, 必须认真检查探测数据的可靠性; 分析解释时应先确定正常场, 再确定异常场, 由异常场判定地下水体的存在; 在分析单条曲线的同时, 还应对所有探测曲线进行对比, 比如两边墙探测曲线的对比、 顶底探测曲线的对比, 依此确定隐蔽水体或含水构造相对隧道的所在空间位置;
④、 沿隧道轴向的红外探测曲线和开挖工作面红外探测数据最大差值应结合起来分析, 在实践中不断总结经验, 作出符合实际的分析判断。
⑤、 红外探测预报应编制探测报告, 内容包括探测工作概况、 地质解译结果、 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
7.2.4 地质钻探
7.2.4.1、 超前水平钻
由于物理探测判释成果的多解性, 需对重点怀疑地段, 采用多种方法探测, 进行综合判释, 就需用一定数量的地质钻孔验证。钻探法是最直观、 可靠的超前预报手段, 经过对钻孔取样的分析, 判断地层变化、 岩性差异、 地层含水量、 隧底岩溶等不良地质情况。根据需预报距离( 深度) 的远近可采用不同型号的钻机, 一般可探测前方( 深度) 20～30m范围内的地质情况, 连续预报时前后两循环钻孔应重叠5m左右。超前钻孔施工工艺流程图如下图所示。

图3 超前钻孔工艺流程图
超前探孔在低瓦斯地段工作面上超前钻3个孔。其中1个位于上部拱顶处, 另2个位于边墙部位。其中1孔取芯; 高瓦斯地段预报超前钻探孔数5孔, 拱顶1孔, 两侧拱腰处2孔, 边墙2孔。
7.2.4.2、 加深炮孔
在施工中采用加深炮孔超前钻探, 在每次开挖钻孔过程中, 指定在拱顶1处, 两侧拱腰各1处、 两侧边墙脚各1处, 共计5个辅助眼, 对于黄家梁隧道高瓦斯地段DK434+500～DK439+500共计10个辅助眼, 孔深3～6m, 依靠对钻进速度的变化以及钻孔地下水涌水状况、 水压、 水量、 颜色、 水质等预测前方围岩、 地下水的变化。它具有设备简单、 操作方便、 费用低、 占用隧道施工时间短的特点, 因此将加深炮孔钻探作为日常的预测、 预报手段; 充分利用隧道超前支护、 初期支护体系中长管棚、 超前小导管、 超前锚杆、 径向锚杆的钻孔作为探测隧道前方、 环向四周围岩状况的辅助手段, 依靠对钻孔速度变化的直觉以及钻孔地下水涌水状况、 水压、 水量、 颜色、 水质等预测前方围岩、 地下水的变化。
在综合地质超前预报中的各种方法中, TSP203及红外探测作业快, 测距长, 干扰相对少, 能够与多种预测法结合应用, 但精度不高, 解释难度大, 适于作长距离预测; 地质钻探基本能够揭示地下水及围岩物理力学性能, 但干扰大, 用时长, 费用高。而加长炮孔钻探设备简单、 操作方便、 费用低、 占用隧道施工时间短, 在涌水地段效果较好。因此施工中应采取多种预报手段综合运用, 取长补短, 相互补充和印证, 确保地质预测、 预报的准确性。
7.3、 瓦斯地段超前预报
经地质勘测钻探揭示, 黄家梁隧道DK434+500~DK439+500在钻井过程中循环水中有大量气泡逸出, 天然气最大为28450ppm, 有2层油砂岩, 有较多稠油流出, 同时根据原油样品测量分析, 隧道内可能存在硫化氢及二氧化硫对隧道工程及隧道施工的危害, 对钻孔采气分析时, 测式结果显示CH4的含量最高为5.7143%。根据油气专题报告及评审结论, 黄家梁隧道为高瓦斯隧道, 其中DK434+500～DK439+500段为高瓦斯区段, 其余为低瓦斯区段, 同时为原油危害隧道。
隧道施工中将采取定性预测( 地质调查) 和洞内超前钻孔预测预报, 并采用相关仪器进行预测预报, 以防止瓦斯突出、 原油及有害气体溢出等不良地质灾害的发生。
7.3.1、 定性预测方法
采用地貌、 地质调查与地质推理相结合的方法, 进行定性预测。收集区域地形、 地质、 水文地质资料以及铁路地质资料, 经过这些资料分析区域岩溶地貌特征。对隧道所处地区地质构造和岩性的调查, 调查分析隧道所在地区的瓦斯( 天然气) 、 原油及有害气体等。
7.3.2、 洞内超前钻孔预报预探
在隧道开挖面布置超前钻孔, 对前方及隧道周边短距离的地质进行预探, 弥补了地面钻孔对规模较小裂隙岩溶位置、 形态探查的不足。钻孔方向呈放射状延伸到隧道周边外, 若遇瓦斯、 原油及有害气体溢出段, 则应加强对各项施工措施的施工准备工作。
隧道开挖进入高瓦斯地层后, 在掌子面施做一组( 5孔, 拱顶1孔, 两侧拱腰处2孔, 边墙2孔) 超前钻孔孔深不少于30m, 详细记录岩芯资料, 查明油砂岩位置, 并测瓦斯压力浓度。如遇地质岩性明显变化, 或随着向前掘进瓦斯浓度升高梯度变大时, 不论是否为设计高瓦斯地段, 均应加强超前钻孔探测。以防瓦斯突出及大量原油及有害气体冒出。
同时对于高瓦斯地层加深炮眼也应加密, 由低瓦斯地段每断面5个孔, 增加至10个孔, 每孔长3～6m, 以加强瓦斯的探测及瓦斯的排出。
如具有煤与瓦斯突出危险性应及时提出, 以修正和调整施工方案, 可采用钻孔排放, 抽放瓦斯, 强力通风, 水力冲孔、 钢架支护等技术措施, 将突出危险性降至安全指标内。
7.3.3、 监测依据
隧道瓦斯的监测, 主要以《煤矿安全规程》、 《防治煤矿瓦斯突出细则》、 《铁路瓦斯隧道技术规范》为主要依据, 并参照现行《高速铁路隧道工程施工技术指南》, 根据上述规程进行有害气体的监测、 控制。
7.3.4、 瓦斯限值与处理
隧道岩层中瓦斯涌出浓度的大小是危险程度的标志, 施工中必须将瓦斯浓度控制在安全的限值以内。隧道施工控制瓦斯限值及超限处理措施见表8。
表8 隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施
序号
地点
限值
超限处理措施
1
瓦斯工区任意处
0.5％
超限处20m范围内立即停电, 查明原因, 加强通风监测
2
局部瓦斯积聚(体积大于0.5 m3)
2.0％
超限处附近20m停工,断电、 撤人, 进行处理, 加强通风
3
开挖工作面风流中
1.0％
停止钻孔
1.5％
超限处停工, 撤人, 切断电源, 查明原因, 加强通风
4
回风巷或工作面回风流中
1.0％
停工、 撤人、 处理
5
放炮地点附近20m风流中
1.0％
严禁装药放炮
6
煤层放炮后工作面风流中
1.0％
继续通风、 不得进入
7
局扇及电气开关10m范围内
0.5％
停机、 通风、 处理
8
电动机及开关附近20m范围内
1.5％
停止运转、 撤出人员, 切断电源, 进行处理
9
竣工后洞内任何处
0.5％
查明渗漏点, 进行整治
8、 超前地质预报组织机构及人员、 设备
根据超前地质预报实施方案, 成立超前预报组织机构, 配备专业预报人员和预报仪器设备, 预报仪器设备的性能、 精度及效率应能满足预报和工期的要求。
8.1、 组织机构及人员
8.1.1、 超前地质预报组织机构
成立以施工超前地质预报组长为责任人的超前地质预报工作机构, 该组织机构在项目部的直接领导下, 切实抓好施工超前地质预报工作。
超前地质预报组织机构图如下图所示:
地表监测

TSP
预测

红外探水
洞内监测
地质复查和素描
预地质雷达报
工程技术部
地质组
超前钻孔

图4 超前地质预报组织机构图
8.1.2、 超前地质预报主要人员配置
组 长: 杨锡斌
副组长: 吕彦伟
组 员: 李 星、 刘屹峰、 项目部地质工程师及各队技术负责人、 技术主管
8.2、 设备及仪器配置
黄家梁隧道和岩边里隧道超前地质预报设备及仪器配置如下表:
表9 超前地质预报设备仪器配置表
序号
仪器设备
数量
方法
备注
1
地质罗盘仪
7台
地质素描、 观察
可形成隧道地质基础数据
2
数码相机
7台
2
TSP203
1台
外委
可远距离探测破碎带、 岩层分接口、 隧道涌水突泥
3
红外探测仪
1台
4
地质钻机
1台
超前水平钻探
诊断隧道断层、 涌水、 瓦斯、 重大物探异常段等
5
YT-28风钻
45台
加深炮孔
可探测前方地质情况, 瓦斯
9、 超前地质预报质量、 安全要求
9.1、 质量要求
( 1) 现场严格按各预报方法要求进行超前预报, 保证各方法操作的准确性。
( 2) 资料整理规范、 齐全、 及时、 准确。
( 3) 注意各预报段落的前后搭接过渡长度。
9.2、 安全要求
( 1) 超前地质预报人员应认真学习、 执行隧道施工安全规程, 超前钻探人员还应认真学习、 执行钻探安全技术操作规程。新参加人员( 含临时工) 上岗前, 必须经过安全生产教育, 具有安全生产的知识, 并应在班长或技术熟练人员的指导下工作。
( 2) 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。
( 3) 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。
( 4) 严禁上班前和工作中饮酒。
( 5) 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。
( 6) 高处作业时作业台架必须安设牢固, 台架周围应设置防护栏, 凡患有高血压、 心脏病等不适应高处作业者不得上架作业。
( 7) 当隧道岩体中含有煤层瓦斯、 石油天然气等易燃易爆物时, 必须严格执行国家现行的《煤矿安全规程》、 《铁路瓦斯隧道技术规范》等的有关规定。超前地质预报工作应采用防爆型的仪器、 设备。当采用非防爆型时, 在仪器设备及操作空间20m范围内瓦斯浓度必须小于0.5%。超前钻探必须采用水循环钻或湿式钻孔, 严禁携带火源进洞。
( 8) 弹性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。
( 9) 钻机使用的高压风、 高压水的各连接部件均应采用符合要求的高压配件, 管路应连接安设牢固, 并应经常检查, 防止管接头脱落、 管路爆裂高压风、 水伤人; 高压电路接线应由专业电工操作。
( 10) 钻孔时, 钻机前方应安设挡板, 严禁在钻孔的轴向后方站人, 以防钻具和高压冲出的岩屑、 泥沙等伤人。
( 11) 为便于控制超前钻孔揭露大量地下水时的水流及采取措施, 孔口应安设孔口管和闸阀, 且孔口管必须安设牢固, 防止水压将孔口管冲出伤人。
9.3 应急预案及救援器材
9.3.1应急指挥机构
成立应急救援指挥中心。事故应急救援工作指挥中心, 负责对事故的上报; 负责抢险方案的制定; 事故调查处理及上报。
指挥中心主任: 项目经理
指挥中心副主任: 安全总监
指挥中心组员: 副经理、 各部门负责人
9.3.2 应急救援队伍
成立应急救援小组, 应急救援小组人员要具有丰富的施工及抢险经验, 具有两项以上特技的工人。
( 1) 急救小组:
职责: 急救小组负责现场医疗救护, 对事故中的轻伤人员, 现场及时进行包扎救治, 伤情严重的, 专人负责送至附近医院紧急抢救。人员组成: 组长: 工区安质部长 组员: 工区有关部门人员
( 2) 现场抢救小组:
职责: 事故发生后, 现场抢救小组负责事故现场的处理, 根据事故发生的实际情况, 分析事故原因, 及时制定处理方案, 采用加固、 抢修或排除事故隐患等措施, 有效地遏制事故的蔓延。将事故的损失降到最小, 同时避免事故范围的扩大和再发生。
人员组成:
组 长: 项目经理
副组长: 副经理
组 员: 架子队队长、 架子队有关部门和人员
( 3) 后勤保障组
职责: 为了确保事故预案的顺利开启、 实施, 由后勤保障组对事故 上报、 事故处理的通讯联系和安全处理应急资金提供保证。
人员组成:
组 长: 项目部党工委书记
副组长: 副经理
组 员: 及架子队队长及架子队有关部门人员
9.3.3应急救援必备设备和器材
发电照明器材、 抢险工程车、 挖掘机, 简单医疗急救设备篷布、 担架、 铁锹。
10 成果资料编制内容及要求
10.1 阶段成果资料
①、 即时报告当地质工程师发现地质情况发生变化时, 即刻以口头或书面的形式向工区和项目部报告, 并积极参与不良地质地段工程措施的研究, 并从地质角度提出意见。
②、 日常报告当每次完成地质预报工作后, 应在规定时间向工区和项目部提供相应资料。
10.2 竣工资料
在全部超前预报工作完成后三个月内编写《隧道施工超前地质预报总体报告》并提交给建设单位和施工单位。《隧道施工超前地质预报总体报告》包括以