铁路隧道工程超前地质预报方案.doc

铁路隧道工程超前地质预报方案

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2020年4月19日
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目 录
1 工程概况 2
2 地质预报目的 2
3 地质预报方法 2
3.1地震反射波法（TSP203、TGP206、TGP207、负视速度法） 3
3.2 水平声波反射法（HSP） 4
3.3地质雷达法 4
4预报隧道 5
5技术保证 6
5.1技术力量保证 6
5.2仪器设备保证 6
6施工组织 6
6.1组织机构及人员安排 6
6.2项目执行程序 7
6.3设备准备 8
7预报方案 9
7.1基本思路 9
7.2基本方案 9
7.3预报成果 11
1 工程概况
由我部承建龙厦铁路LX－Ⅲ标南靖段工程范围主要位于南靖县和溪镇及金山镇境内，起讫里程为DK36+160～DK50+000，全长13.84km。其中隧道工程依次为：和溪隧道，长4429m；石观音隧道，长5091m；埔顶隧道，长280m。隧道工程洞身地质主要为花岗闪长岩和黑云母花岗岩，围岩较完整，主要为II、Ⅲ级围岩；洞口及隧道受断层和岩性分界面影响的局部地段节理发育，围岩较破碎，为Ⅳ、V级围岩。
2 地质预报目的
（1）超前探测地层岩性变化界面、软弱层界面、煤层界面、断裂带界面；
（2）超前探测岩溶洞穴、岩溶通道及岩溶发育带的位置、规模、充填状况；
（3）预报突水突泥位置及带来的灾害程度；
（4）为动态设计提供相关的地质参数；
（5）确定合理的工程措施及合理的施工方法。
3 地质预报方法
当前在国内外隧道建设中使用较广泛的地质预报技术，传统的方法有地质素描法、水平钻探法、超前平导法等；近十年来，物探方法较广泛应用，有地震方法中的反射波法、瑞雷面波法、极小偏移距法、水平声波反射法；电磁法中的地质雷达法、瞬变电磁法，红外探水法；直流电法等。这些方法中根据多年预报经验，除红外探水法和直流电法在机理上和使用边界条件不当，不能使用外，其它方法使用得当，均应有较好的效果。本次预报采用地震反射波法地质预报系统和地质雷达法。
3.1地震反射波法（TSP203、TGP206、TGP207、负视速度法）
地震反射波法是一种快速、有效、无损的隧道地质预报技术，能迅速连续超前地提供开挖的前方的三维空间的工程地质状态。
根据观测系统的差异和使用的仪器不同，常见的方法有三：铁道部科研成果负视度法，瑞士引进的TSP203法和水电物探研究所最新推出的TGP206、TGP207法。其基本原理均是采用地震反射回声测量原理（见图）。地震波在指定的震源点（一般在隧道的左边墙或右边墙，布成一组排列炮点）用小量炸药或机械振动激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号发射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的信号将被高灵敏度的地震检波器接收，反射信号的传播时间和反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量。
国内工程单位在隧道地质预报中常见的仪器主要是：北京水电物探研究所生产的TGP206型和TGP207型地震反射预报系统、瑞士安伯格公司生产的TSP202型和TSP203型地震反射预报系统和使用常规地震仪的负视速度法。其系统特点是：
1.预报最长距离可达200m（作中距离和近距离跟踪预报效果更佳）；
2.操作简单，对工作环境无要求，不占用掌子面，对施工过程无妨碍；
3.30分钟内完成测量准备工作，测量一次的时间，不同的观测系统分别为10～60分钟；
4.对不良地质体的性质判断较准确，分辨率可达到0.5m，预报的距离误差小于5%；
5.配套分析软件，可方便地完成数据处理和评估；
6.采用TBM法和盾构法施工时，用TGM207型地震发射预报系统，可连续作业，重复相关，全程跟踪。
3.2 水平声波反射法（HSP）
水平声波反射法即HSP法，是弹性波反射法的一种，利用声波在地层中传播、反射原理，经过信号采集系统接收反射信号，预报隧道施工开挖面前方及周围区域的地质情况。实质是：将发射源、接收换能器布置在隧道两侧的浅孔内，发射、接收位置均在平行于隧道地面的同一水平面上，即构成一“水平声波剖面”，在该剖面内空间激发并接收振动（声波）信号，采用时域、频域中的时差、频差与地质相结合的方法确定反射面的空间方位并“投影”到该剖面上，从而确定反射面的出露情况及性质，可对掌子面前方50m内的地质状况进行预报。
该方法特点是对反射界面倾角没有限制，探测时不占用掌子面。
3.3地质雷达法
地质雷达法是由发射天线在掌子面上，向前方发射一高频脉冲电磁波，当其在传播过程中遇到不同的目标体（岩石体、断层、破碎、空洞等）的电性界面时，有部分电磁能量被反射回来，由接受天线接受，并由主机记录，得到界面反射回到接受天线的双程走时t，当地下介质的波速己知时，可根据测到的t值求得目标体的位置和埋深。
地质雷达法操作简单，对施工干扰小，可对岩溶、断层破碎带、地下水赋存情况进行探测，探测目标的深度一般在20m以内。该方法分辨率高，对地下水非常敏感。在太中（银）铁路隧道地质预报项目中，采用美国GSSI公司生产的SIR- 型地质雷达。
4预报隧道
由我部承建的龙厦铁路LX－Ⅲ标南靖段工程自漳州市南靖县和溪镇境内，沿九龙江支流西溪折向南，相继跨漳龙高速公路、319国道和龙山西溪后至金山镇境内，新建线路全长13.84km，其中隧道总长9.8Km，占线路长度的70.8%，部分地段受浅埋、偏压、断层破碎带和煤系地层等不良地质影响，存在一定的施工难度和安全隐患，为确保施工安全和进度，我部将严格按照设计要求在以下隧道施工过程中进行超前地质预报。
1.和溪隧道：和溪隧道位于福建省漳州市和溪镇范围，起迄里程DK39＋583～DK44＋012，全长4429m，地处剥蚀低山，表层为粉质黏土夹碎石，下伏基岩主要为花岗闪长岩；
2.石观音隧道：石观音隧道位于福建省漳州市和溪镇和金山镇之内，起讫里程DK44+094～DK49＋185，全长5091m，地处剥蚀低山区，表层为第四系坡残积粉质黏土夹碎石，其下为黑云母花岗岩；在DK44+780～DK44+890可能有一断层，断层以破碎带形式产出，带内岩石破碎，呈角砾状，碎石充填胶结，岩石风化强烈，均呈碎屑状、碎块状。
3.埔顶隧道：埔顶隧道位于福建省漳州市金山镇之内，起讫里程DK49+396～DK49+636，全长240m，地处剥蚀低山区，表层为第四系坡残积粉质黏土夹碎石，其下为黑云母花岗岩
5技术保证
5.1技术力量保证
中铁物探勘察有限公司
（中铁地质物探试验研究中心
项目组由年富力强的具有硕士、学士学位的中青年技术骨干为主体，同时聚集了经验丰富的专家、教授、高工进行技术把关。项目组内技术专业结构齐全合理，包括进行隧道地质预报所需要的隧道工程、隧道工程地质、工程物探、工程钻探专业。
5.2仪器设备保证
根据主要采用的预报方法（如地震反射法、地质雷达法），准备投入的主要仪器设备有：瑞士AMBERG公司生产的TSP203隧道地震预报系统，北京水电物探研究所生产的TGP206型和TGP207型地质预报系统，美国GSSI公司生产的SIR- 地质雷达和美国产R-24地震仪。以上设备均处于国际领先水平。
6施工组织
6.1组织机构及人员安排
根据项目实际情况，建立功能健全、职权明确、精简高效的组织管理机构，确保项目有条不紊、科学合理地进行。地质预报组主要人员组成如下：
项目经理
项目总工程师
地质素描组
地震组
地质雷达组
技术组
工程师1人
仪器操作员2人
技术负责1人
技术负责1人
仪器操作员2人
高级工程师1人

检测人员一览表
序号
姓名
性别
出生年月
职称
学历
专业
1
张宇
男
1956.3
高工
本科
工程物探
工程地质
2
郭有劲
男
1969.6
高工
本科
工程物探
工程地质
3
高红刚
男
1968.6
高工
本科
工程物探
工程地质
4
方青利
女
1949.8
高工
本科
工程物探
岩土工程
5
易海龙
男
1971.1
工程师
本科
岩土工程
6
丰伟
男
1984.10
助工
大专
信息工程
7
董明华
男
1983.11
助工
大本
工程物探
8
金波
女
1984.5
助工
大本
工程物探
6.2项目执行程序
前期准备
信息收集
设计单位
建设单位
施工单位
人员及组织机构
技术培训
仪器设备准备
制定技术方案
现场勘察
人员设备进场
现场检测
资料整理、分析
预报完成、提交报告
施工阶段

6.3设备准备
仪器设备表
序号
仪器名称
型号
数量
生产厂家
1
TGP
206和207
2
北京水电物探公司
2
TSP
203
1
瑞士AMBERG公司
3
地质雷达
SIR
1
美国LAUREL公司
4
地震仪
R-24
1
美国乔美利特公司
5
地质素描处理系统

1
日本东亚侧器株式会社
6
台式计算机

1

7
笔记本

2

8
打印机

1

9
传真机

1

10
越野吉普车

1

7预报方案
7.1基本思路
（1）所有隧道工程均进行超前地质预报工作，并作为一道工序纳入施工组织设计中。
（2）地质预报工作中，应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘察的结合、地质方法与物探方法结合、多种物探方法的结合、地球物理方法与超前水平钻探的结合，开展多层次、多手段的综合地质预报，并贯穿整个施工过程。
（3）地质预报中的物探方法和钻探方法都是预报的方法手段，在综合分析中，地质方法是中枢、是龙头，预报的最终成果都必须转换为地质语言、地质结论和工程结论。
7.2基本方案
预报方案设计的技术思路是“两个综合”。即：在预报方法选择上是“多种预报手段联合应用的综合预报，充分发挥各自方法的优势，取长补短，优势互补，互相验证”。在资料分析上是“综合分析，中长距预报与近距离预报结合，物探预报与地质预报结合，微观与宏观结合。中长距离指百米以上预报，近距离指50m以内的预报”。
地质预报指隧道施工中的地质描述，物探预报指采用地震反射法和电磁波法、地质雷达法、瞬变电磁法等方法预报。钻探预报指水平超前钻孔和钻孔内的一系列参数测试。微观地质指隧道施工地点，宏观地质指隧道设计提供的地质资料。
根据方案设计原则，考虑对施工的影响以及预报成本的高低，总的预报方案如下：
1.长距离预报
采用地震反射法：根据选用的仪器型号不同预报距离可分别达到200～400m。
2.近距离预报
采用地磁波法：地质雷达法可预报20～25 m，瞬变地磁法可预报30～40 m。
3.常规预报
采用地质描述法；每完成一个循环进尺，都要进行掌子面地质描述，发现异常后进行异常位置跟踪预报。
4.异常位置预报
对隧道常规预报中和设计中的断层破碎带、节理密集区、岩溶带、软弱岩层带、煤带、煤层等进行预报。在异常带百米前进行远距离预报，在50 m前进行短距离预报，远距离预报和短距离预报的异常段，必须进行水平钻孔。
5.作业时间
为了少占用主要工序时间，减少施工干扰，作业时间选在出碴完成后钻车就位前这段时间内进行。地质雷达法预报时，占用掌子面约1～2小时；瞬变地磁法不占用掌子面；地震反射法，有的仪器占用施工时1～1.5小时，TGP207法不占用掌子面，可连续作业。
7.3预报成果
每次检测后7天之内提交最终技术报告，报告内容包括：不良地质体的性质、位置和规模；围岩类别及相关参数；提出相应的技术措施与可行性建议。