超前地质预报实施细则经典版.doc

超前地质预报实施细则经典版

16
2020年4月19日
文档仅供参考
目 录
1、适用范围 1
2、工程概况 1
2.1狮子岩隧道概况 1
2.2白山同隧道概况 1
2.3地质岩性 1
2.4 地震基本烈度 2
2.5水文特征 2
3、编制依据 2
4、超前地质预报目的 2
5、超前地质预报的主要内容和方法 2
5.1 超前地质预报的主要内容 2
5.2超前预报的主要方法 2
5.3主要实施方法 3
6、 TSP203地质预报系统 4
7、掌子面地质素描 5
8、水平超前钻孔 5
9、地质预测、预报工艺流程 6
10、地质信息收集与处理 7
11、针对预报可能出现特殊地段的处理方法 7
11.1涌水出现处理方法 7
11.2涌水突泥地质现象的处理方法 7
12、地质工作组织机构 7
13、 资料管理 8
附图1 9
附表1......................................................................................................................... 10

1、适用范围
本实施细则适用于莆永高速公路泉州段A3合同段隧道地质超前预报作业，对超前地质勘探进行过程控制，保证超前地质勘探满足施工要求。
2、工程概况
2.1狮子岩隧道概况
狮子岩隧道属于构造剥蚀低山丘岭地貌，地形起伏大，局部地段地形较陡，进出口段坡度约25-30°，均与山间沟谷盆地相连，切割深达15-30m，线路经过山顶最高约687.9m，最低约121.4m。相对高差约566.5m。隧道出口段地表溪水发育，洞身山体表面多沟谷、盆地；隧址区地表多植被覆盖，多沟谷、陡坎，自然经济欠发达。隧道最大埋深560m，围岩主要为燕山早期花岗岩和侏罗系上统南园组中微风化凝灰岩、流纹岩及长林组凝灰质砂岩，厚层状、块体状构造，结构面结合较好或好。总体稳定。围岩级别为Ⅱ～Ⅴ级。隧道区地表水体不发育，局部低洼沟谷中发育有季节性溪流，雨季多水，旱季少水甚至无水；地下水主要有第四系松散土层孔隙潜水、基岩风化裂缝系水两种类型。
2.2白山同隧道概况
白山同隧道在福建省莆田至永定高速公路泉州段A3标段内，左线里程为ZK20+040～ZK21+498.840；右线里程为K19+995～K21+500。属构造剥蚀低山丘陵地貌，地形起伏大，局部地段地形较陡，进口坡度较大，约40～45m。进口与山间沟谷盆地相连，切割深度达15～50米，线路经过山顶最高标高约659.6米，最低标高209.5米，相对高差约450米。隧道进口段地表水系较发育，隧址区地表多茶园种植区，多沟渠、小陡坎，自然经济较发达。根据工程地质调查、钻探及物探资料，本隧道进口地段围岩主要由粉质黏土及全-强风化凝灰岩组成，进口段围岩级别为Ⅴ级，工程性质差，浸水易软化，稳定性差。施工开挖洞顶极易塌方，侧壁易垮塌。
2.3地质岩性
根据工程地质调查、钻探及物探资料，隧道进口地段围岩主要由粉质黏土及全-强风化凝灰岩组成，进口段围岩级别为Ⅴ级，工程性质差，浸水易软化，稳定性差。施工开挖洞顶极易塌方，侧壁易垮塌。
2.4 地震基本烈度
隧道地区地震抗震设防烈度7度，基本地震加速度为0.10g，峰值频谱周期0.45s。
2.5水文特征
隧道区地表水体不发育，多为沟谷中发育的季节性溪流，雨季多水，旱季少水；地下水以松散土层孔隙水及基岩风化裂隙水为主,水量较小，受季节影响，雨季呈股状或淋雨状渗出。
3、编制依据
1、《公路隧道施工技术规范》；
2、《福建省高速公路施工标准化管理指南》；
3、《福建省莆田至永定高速公路永春至永定泉州段施工图》（隧道）。
4、超前地质预报目的
经过超前地质预报能够了解和判断掌子面一定距离内不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度，由此判断地下水情况、围岩的级别和对施工的影响。降低地质灾害发生的风险及几率，进而达到以下目的：
（1）为制定施工方案和措施提供可靠参数。
（2）为隧道安全施工，避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害，从而不受或者少受损失奠定基础。
（3）为隧道在安全条件下快速施工、减少事故发生率，减少不必要的安全措施，从而降低工程投资。
5、超前地质预报的主要内容和方法
5.1 超前地质预报的主要内容
5.1.1地层岩性，如软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土。
5.1.2地质构造，特别对断层、节理密集带、褶皱构造等。
5.1.3不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体、高地应力、高地温、高岩温等发育情况。
5.1.4地下水，特别是岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层地带等。
5.2超前预报的主要方法
采用TSP地质超前预报系统或地质雷达、红外线探水仪、地质素描、超前水平钻孔等综合勘探的方法进行探测，超前地质预报是制定施工方案和工程措施的主要依据，也是隧道施工的一道重要工序。本隧道施工中，在重点地段,上述各种预报手段并用。
一般地段以地质素描为主，特殊和不良地质地段则采用物探、钻探相结合的方式。实行动态监控，信息化施工。加强对围岩监测，进一步掌握围岩的特性，为施工提供可靠的技术依据。
5.3主要实施方法
结合各隧道不同的地质条件，超前地质工作按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。根据各种探测方法的特点，可分为长距离控制预报、中距离预报、短距离验证预报。长距离、中距离预报主要采用TSP、地质雷达、瞬变电磁仪法等方法进行；短距离预报主要利用地质素描和加长炮眼的方式进行。综合地质预报主要措施见下表“综合超前地质预报主要措施表”。
综合超前地质预报主要措施表
代号
超前地质预报方案组合
适用段落
C1
TSP
远距离（200m）较宏观长期预报
C2
TSP+TEM
适用于可能发生涌突水段落 地质风化层交替变化段
C3
TSP+TEM+超前水平钻孔
适用于断层破碎带和构造带段落 地质岩性变化段
C4
TSP+TEM+超前水平钻（取芯）
适用于可能发生大变形段落
1、远距离宏观控制预报
除洞口55m范围外通长布置，采用TSP隧道地震探测仪进行远距离（200m）较宏观长期预报。
2、中距离预报
对于初步判断可能发生涌水段，提前20～30m采用TEM（瞬变电磁仪法）探测地下水情况。
3、短距离预报
①根据远距离宏观控制预报和中距离预报结果确定是否需要打超前探孔以及探孔位置和数量（1～3为宜），钻孔时对钻进速度、取芯（岩芯采取率、RQD值）、出水位置、流量、水压、水温及出水状态等作详细记录，必要时应作水质分析判断地下水的腐蚀性等。钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。
在溶岩地段、溶岩与非溶岩过度接触带以及断层破碎带施工中运用开挖用的钻具进行长5米的超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。
②利用工作面地质素描预报
地质素描在隧道施工中全段进行。地质素描内容为：对开挖掌子面和洞身周边综合分析围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，分析判断开挖面前方围岩的工程地质、水文地质特征，并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。
根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。
4、其它地质工作内容及方法
①地表监测
依据提供的工程地质、水文地质图，岩溶隧道中线两侧各一定范围内与居民生活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。监测内容主要为水量、水温、水压、水质的变化以及当地的气象与降水。
②必要时采用超前导坑法进行开挖揭示地质情况。
根据几种探测手段的探测结果进行综合分析，互相验证，提出预测预报意见和工程措施建议，及时反馈，以调整优化设计，进一步改进和完善施工工艺和方法，实施信息化动态施工管理。
6、 TSP203地质预报系统
本合同段隧道采用TSP203系统探测，主要用于预报掌子面前方200m左右范围内的断层破碎带、富水带、不同岩层接触带等不良地质体的界面位置。
TSP203地质超前预报系统，能够进行隧道地质超前预报，扩展配置又能够对开挖过程中未发现的隧道隐蔽病害（如隧底岩溶等）进行检测，和检测隧道围岩的弹性波速度、划分隧道围岩类别，以及检查混凝土衬砌与围岩之间是否存在脱空缺陷等。
TSP203地质超前预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的。它是在掌子面后方边墙上一定范围内布置一排爆破点，依此进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，经过专用数据处理软件处理，能够得到岩体强度变化界面的方位。
TSP超前地质预报系统和超前探孔见附图。
为保证隧道的安全正常顺利施工，有效地采取针对性措施，确定并选择有效的施工方案，为动态设计提供理论性指导，本合同段隧道采取综合超前地质预测预报系统，以确保预测预报结果的准确性，并将综合超前地质预测预报系统必须作为一道工序，贯彻于隧道施工掘进全过程，以确保隧道安全、顺利施工。
TSP数据采集要求详见附表1。
7、掌子面地质素描
隧道开挖后经过地质素描手段，及时查看掌子面地质状况，经过和设计资料对比，为隧道掘进提供地质情况预报。掌子面地质素描应在隧道作业每一开挖循环后立即进行，根据掌子面暴露岩层的层理、节理、裂隙结构状况，岩体软硬程度，出水量大小判断开挖前方地质情况。
观察中应具体记录以下各项，并描绘掌子面地质素描图：
⑴、地质状况及其分布、性质和掌子面自稳性；
⑵、围岩的软硬、裂隙间距及方向等围岩状态；
⑶、断层的分布、走向、粘土化程度等
⑷、出水地点、涌水量及其状态；
8、水平超前钻孔
水平超前钻孔是最直观、最可靠的超前探测手段。经过洞内外观察与地质描述、TSP203地震波探测仪等有关地质与水文资料分析，配合采用超前水平地质钻探加以验证。经过超前水平钻孔岩芯的分析，进一步探明掌子面前方的隧道围岩地质状况与水文地质的具体情况，根据探孔钻进的时间、速度、压力、成分以及卡钻力、钻芯和岩性构造性质及地下水情况，掌握隧道前方的地质条件与水文条件。
9、地质预测、预报工艺流程
地质预报工作必须在地质工作小组的统一管理下严格按流程进行，其具体的工艺流程框图如下：

注：根据现有地质勘测资料，本合同段隧道地质较简单，无大的构造带等，暂不布置地质雷达及超前钻孔。主要采用TSP203超前地质预报系统和地质素描来保证施工的安全进行，必要时做水平超前探孔。
10、地质信息收集与处理
经过超前地质预报建立一个地质信息系统，经过各种方法收集地质信息，进行综合分析、判断，编制信息预报成果，由主管技术人员予以复核，并报设计、监理，为变更设计和施工提供决策依据，及时调整施工方法和支护参数。经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。
采用新的施工方法和支护参数后，又从施工过程中获取新的地质信息，更新地质信息系统，经处理后，再一次反馈给施工，如此往复，形成地质信息系统化。
11、针对预报可能出现特殊地段的处理方法
当施工过程中发现前方有异常地质现象出现时，立即向监理、设计单位、业主汇报现场实际情况、组织人员对前方的地质情况作进一步的勘测。当确定前方地质情况后针对具体情况按以下方法进行处理。
11.1涌水出现处理方法
1、采用超前钻孔将水排除法
2、采用超前小导管注浆堵水法。
3、采用井点降水或深井降水、对于渗透水较少时，也可采用洞内降水法降低地下水。同时做好抽水后的地面排水工作。
在此施工中，必须高度重视并做好防排水工作，务必将涌水或裂缝水引致洞外的排水系统中。
11.2涌水突泥地质现象的处理方法
1、采用了注浆加固塌体，长管棚超前支护，等施工措施。
2、对于不同的突水方式分别采用裂缝出水注浆与溶洞涌水注浆的施工方法。
3、在突水点设置止浆墙，然后在对前方围岩进行全断面深孔预注浆进行堵水，采用排堵结合的方案。
12、地质工作组织机构
隧道施工地质超前预报工作是保证安全施工的重要前提，为了更好地完成施工阶段的地质超前预报工作，应成立专门的地质工作机构，设置专门人员负责地质超前预报工作，确保各种地质超前预报措施的落实，保证地质超前预报工作的准确性。我项目部地质工作组织机构见图 “地质工作组织机构图”。
地质工作组织机构图
地表监测

TSP
预测

红外探水
洞内监测
地质复查和素描
地质雷达预报

工程部
地质组
超前探孔

13、 资料管理
超前地质预报的各项资料管理由专人负责，内容填写必须及时、规范，数据真实、可靠，严禁有涂改、造假的现象。
各项数据应及时整理，进行分析，准确判定前方的地质情况，指导现场，及时调整开挖和支护参数，防止地质灾害事故发生。
14、人员与设备配置
TSP超前地质预报由莆永公司统一招标确定，TSP超前探测配合人员3名，超前水平探孔人员3名，地质素描人员1人。钻孔工人4名。
徕卡TCRP1201全站仪1台，DSZ3水准仪一台，钢尺5m 2把。风枪4台，相应钻头4个。附图1

掌子面
55米
接收孔1
20米

炮孔S1 S2 S3 S23 S24
隧道轴TA

接收孔2
上倾5°
～10°
)
(
上倾5°
～10°
1m
接收器孔
接收器孔
横截面（接收器孔）
)
(
下倾10°
～20°
1m
炮孔
炮孔
横截面（炮孔）
下倾10°
～20°
接收器孔和炮孔平面分布

观 测 系 统要求

接 收(检波)器 孔
炮 孔
数 量
2个，位于隧道左右两边墙
24个（同侧）, 位于隧道左或右边墙，视地质情况而定
直 径
φ50mm(钻头钻孔)
φ38mm(钻头钻孔)
深 度
1.8m
1.5m
定 向
垂直隧道轴向（边墙），上倾5°～10°
垂直隧道轴向（边墙），下倾10°～20°
高 度
离地面（隧底）高1m
离地面（隧底）高1m
位 置
距离掌子面约55m
第1个炮孔离同侧接收器孔20m，炮孔距1.5m
示意图
其它要求
每次TSP探测时
①应准备瞬发电雷管30发，防水乳化炸药4kg，采集数据时作震源之用。
②提供接收器孔附近的隧道半径、拱顶至地面（隧底）的铅直高度、两接收器孔之间的距离等数据。
③提供接收器孔和掌子面的里程，以及两者之间的地质素描图。
④钻孔前，应用测量仪器（器具）测定接收器孔和炮孔的位置，接收器孔和炮孔应在同一平面上，并用红油漆作标记。炮点要标记序号。
⑤严格按设计要求（距离、孔深、倾角等）钻孔。
⑥孔身要直，孔内岩屑和泥浆要用水冲出孔外。
⑦配备与接收器孔和炮孔直径大小相当、长度比孔深稍长的PVC管。完钻后应将PVC管放入孔中，防止围岩掉块，以便于套管和药包放置到位。
附表1 TSP数据采集要求