隧道地质超前预报方案
目 录
1.编制依据 ............................................... 3 2.工程概况 ............................................... 3 3.地质概况 ............................................... 3 4.实施超前地质预报的目的 ................................. 4 5.地质超前预报内容 ....................................... 4 6.超前地质预报方案 ....................................... 5
6.1.既有资料收集及分析、判别 ......................... 5 6.1.1.隧道掌子面地质素描 ........................... 5 6.1.2.洞内外水文调查 ............................... 6 6.1.3.超前物探成果 ................................. 6 6.1.4.地质超前预报的实施方法 ....................... 6 6.1.5本标段各隧道超前地质预测预报表 ................ 7 6.2.超前水平钻（ZDY1900S型）取芯法 ................... 8 6.2.1工作原理及适用范围 ............................ 8 6.2.2.孔位布置 ..................................... 8 6.3.TGP超前地质预报法 ................................ 9 6.3.1.工作原理 ..................................... 9 6.3.2.工作方法 .................................... 10 6.3.3.预报成果 .................................... 10 6.4.地质雷达超前地质预报 ............................ 12 6.4.1.测试仪器 .................................... 12
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6.4.2.预报成果 .................................... 13 6.5．超前钻探和加深炮眼 ............................. 14 7.综合成果分析 .......................................... 14
7.1.预报内容 ........................................ 15 7.2.超前地质灾害警报内容 ............................ 15 7.3.制定施工预案 .................................... 15 8.对地质预报的修正 ...................................... 15 9.质量保证措施 .......................................... 15 10.安全保证措施 ......................................... 16 11.环境保护措施 ......................................... 16
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1.编制依据
(1)《工程地质及水文地质》——中国水利水电出版社 (2)《新建铁路武汉至十堰铁路孝感至十堰段HSSG-3B标段施工资料（隧道通用参考图）》、《新建铁路武汉至十堰铁路孝感至十堰段HSSG-3B标段施工资料（新光隧道设计图）、（寨沟隧道设计图）、（万家沟隧道设计图）、（郭家沟隧道设计图）》等施工设计图纸。
(3)国家及铁道部现行的设计规范、施工规范、验收标准和有关规定。
(4)现场实地勘察调查的有关资料。
2.工程概况
我标段有新光隧道、寨沟隧道、万家沟隧道、郭家沟隧道共计四座隧道，长度分别为449.44m、170m、350m、115m，均位于直线段上，洞内纵坡为-9.5‰、横坡2%。
3.地质概况
隧道表层覆盖第四系残坡积(Q4el+dl)粉质黏土、冲洪积（Q4al+pl）粉质黏土，下覆元古界武当山群（Ptwd）云母石英片岩。
沿线（地表）出露的底层岩性从新到老为： 第四系：
残坡积(Q4el+dl)：粉质黏土，黄褐色，硬塑，厚度小于1m。 冲洪积（Q4al+pl）：粉质黏土，黄褐色，可硬塑，厚度小于4米。 元古界武当山群（Ptwd）：Ptwd元古界武当山群云母石英片岩，全~弱风化呈灰黄色，风化呈土夹碎块状，厚约1~10米，局部地段较厚，可达10米；强风化呈灰黄色、灰白色，片状构造，节理裂隙较
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发育，岩体较破碎，厚约2~20米，局部地段大于20米；弱风化呈灰褐色、灰绿色，层状构造，节理裂隙较发育，岩体较破碎，单轴饱和抗压强度Rc=97Mpa，属硬质岩片理产状：45~82º∠42~60º，主要节理产状有：12~20º∠60~63º,1~2组/米微张，泥质充填；100~153º∠45~80º，1~2组/米，局部2~3组/米，微张，泥质充填，185~265º∠15~60º，1~2组/米，微张，泥质充填。
4.实施超前地质预报的目的
预报隧道前方的工程地质及水文情况，能够明确判断前方地质的围岩级别、性状、有无溶洞、暗河等不良地质，根据预报结果及时调整支护参数及施工方案，从而确保工程质量和施工安全。
5.地质超前预报内容
我部的地质预报工作主要由有资质的专业地质预报队伍来完成，是在钻探开挖工作面前方的围岩工程地质和水文地质条件的基础上，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报。预报内容如下：
⑴对照施工图的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度。
⑵可能出现塌方、滑动影响施工时，预报其部位、型式、规模、发展趋势，并提出处理措施。
⑶隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层，需施工部门改变施工方法或做应急措施时的预报。
⑷预报可能出现突然涌水地点、涌水量大小、地下水泥砂含量及对施工的影响。
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⑸软岩出现内鼓、片帮掉块地段，应预报对施工的影响程度。 ⑹岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽时，应预报其危害程度。 ⑺在位移量测中，发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度。
⑻隧道浅埋地段的原有地面出现下沉或裂隙时，应预报对隧道稳定和施工的影响程度。
⑼洞口可能出现滑坡、坠石，应及时做出预报。
⑽预报由于施工不当，可能造成的围岩失稳及其改进措施。
6.超前地质预报方案
6.1.既有资料收集及分析、判别
对全线隧道的地质情况、水文情况、地形情况的资料进行收集，并进行初步分析,对特殊地段,采用大地音频电磁EH-4、V6、高密度电法物探方法进行专项地质勘察。 6.1.1.隧道掌子面地质素描
⑴地层岩性—-地层时代划分,岩组划分,岩石划分,岩体性态,切割程度,围岩等级等。
⑵断层---断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价。
⑶节理---节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部坍方的构造内因。
⑷特殊地层---岩溶规模（形态）、位置（洞体里程）、所属地层和构造部位，充填物（成分、状态）、洞体展布的空间关系。
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⑸地下水：地下水出露情况，水量大小。 6.1.2.洞内外水文调查
⑴洞内水文：出水点层位、构造部位、洞围分布，含水体分布，出水的颜色、含泥砂量及出水量情况；地下水补给来源、途径、连通关系；出水情况与初期支护关系。
⑵洞外水文调查：气象观测，重要排泄点、径流点与洞内出水的关系；相关岩溶水文地质及环境水文地质调查。 6.1.3.超前物探成果
采用地面电测法、地面浅层地震法、地震发射波预报法、洞内地质雷达法、洞内瞬变电磁法等（原理是利用有一定宽度的地质不连续面对地震波和电磁波的反射原理，探测开挖工作面前方地质界面）。宏观判断全隧岩性及水文情况。 6.1.4.地质超前预报的实施方法
本地质超前预报分层分类进行，采用超前地质雷达长距离超前预报，在TGP预报的预报为主，若地质雷达判定围岩破碎或为不良围岩时，再采取超前水平钻孔地质预报进行进一基础上进行地质雷达超前预报，地质超前预报以地质雷达超前步超前预报。
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6.1.5本标段各隧道超前地质预测预报表
表6.1.5-a 新光隧道超前地质预报表
围里程 长度 岩分级 DK394+308~DK394+400 92.44 Ⅴ 云母石英片岩，较破碎 云母石英片岩，较破碎 云母石英片岩，较完整 云母石英片岩，较破碎 云母石英片岩，较破碎 中等复杂 中等复杂 简单 中等复杂 中等复杂
表6.1.5-b 寨沟隧道超前地质预报表
里程 长度 围岩地质复杂分级 程度 地质素描 弹性反射法 地质雷达 延米 200 次 延米 5 100 超前钻探 孔 1 延米 30 加深炮孔 孔 延米 255 1275 附注 地质复杂程度 地质素描 弹性反射法 地质雷达 超前钻探 加深炮孔 次 延米 次 延米 次 延米 孔 延米 孔 延米 46 92 1 100 3 60 138 690 DK394+400~DK394+425 25 Ⅳ 12 25 1 20 36 180 DK394+425~DK394+580 155 Ⅲ 6 155 1 100 1 30 77 385 DK394+580~DK394+595 15 Ⅳ 7 15 1 20 21 105 DK394+595~DK394+757 162 Ⅴ 81 162 2 200 5 100 1 30 243 1215 次 延米 次 170
2 DK394+980~DK395+150 170 Ⅴ 中等复杂 85 表6.1.5-c 万家沟隧道超前地质预报表
里程 长度 围岩地质复杂分级 Ⅴ 程度 地质素描 弹性反射法 地质雷达 延米 500 次 延米 9 180 超前钻探 孔 15 延米 450 加深炮孔 孔 延米 525 2625 次 延米 次 5 DK395+912~DK396+262 350 较复杂 175 350 表6.1.5-d 郭家沟隧道超前地质预报表
里程 长度 围岩地质复杂分级 Ⅴ 程度 地质素描 弹性反射法 地质雷达 延米 200 次 延米 3 60 超前钻探 孔 5 延米 150 加深炮孔 孔 延米 171 855 次 延米 次 115 2 DK396+360~DK396+475 115 较复杂 57
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6.2.超前水平钻（ZDY1900S型）取芯法
6.2.1工作原理及适用范围
采用水平地质钻机钻孔取芯，经过对岩石芯样试验分析确定围岩特性，用于指导隧道施工。本方法适用于短距离探测，由其是在预报由溶腔、暗河、涌泥涌水等地质段要加强探测频率。 6.2.2.孔位布置
⑴正常情况：在掌子面布置五个超前钻孔,按等边三角形方式布孔,每次超前水平地质钻钻孔至少重叠5m以上。三孔布置在线路中线上中下位置，根据需要钻进的深度，确定仰角，一般在钻探超出轮廓线2.0m左右；左右两侧探孔，根据需要钻进的深度，确定偏角，钻探范围超出轮廓线外2.0m左右。
⑵一般地质地段超前地质钻孔一个，但在涌水地段3～5个，在距离煤层15~20m处的开挖面钻1个孔，在距离煤层10m处钻3个 超前探孔取出岩心或岩样。
⑶在钻探过程中，及时做好钻探记录，钻探记录包括： a、钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分； b、卡钻、跳钻等情况；
c、掌子面的岩层岩性、构造性质及地下水等情况。
送岩心或岩样至设计及中心试验室，经过试验及分析，对隧道前方的地质情况做出预报，并将预报情况及时反馈至施工现场，以达到指导施工的目的。
⑷钻探情况的分析
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①通过钻进过程中的情况对围岩进行分析。如：a、在遇到断层泥时，钻进时间短、钻进速度快，钻孔冲洗液浑浊，呈白色；b、遇到卡钻时，说明岩体破碎；c、遇到跳钻时，则可能有空洞或溶洞等。d、钻进过程中，遇到孔内有大量地下水涌出，则可能有地下暗河、裂隙水、承压水等情况。
②通过对岩心或岩样的观察，分析其构造情况，从而判断隧道前方的地质情况。
③通过对岩心或岩样实验分析，得到岩石的物理力学性质，从而判断隧道前方的地质情况。
6.3.TGP超前地质预报法
6.3.1.工作原理
TGP206地质超前预报系统是利用波的反射原理进行地质预报。预报时通过爆破产生地震波，地震波在隧洞中的岩体内传播，当遇到一地震界面时，如断层、破碎带、溶洞，大的节理面等，一部分地震波就被反射回来，反射波经过一段时间后到达传感器被记录仪接收，然后经专门的分析软件进行处理，得到清晰的反射波图像。通过对反射波特征的分析，如发射与反射之间的时间差、相位差、反射信号强弱、纵波与横波的比率等,并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧洞前方及周围地质构造的位置和特性。图一为TGP206系统工作原理图。
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图一 TGP206系统工作原理
本方法适用于80～200m的长距离围岩预测一次。 6.3.2.工作方法
数据采集前在右边墙距地面约1.0m高的水平线上，按间距1.5m、孔深1.50 m、孔径35～38mm、倾角10～20°、倾向10～20°的标准钻24个炮孔，最后一个炮孔距掌子面5.0m左右。接收器孔与炮孔在同一水平线上，距洞口方向第一个炮孔15～20m，其孔深2.0m、孔径42～45mm、倾角5～10°。将已钻好的炮孔接收孔的孔深、倾角、间距测量出来，并作好记录，以备数据处理时用。
地震波激发采用乳化炸药，瞬发电雷管。数据采集时，确定药量并装完药后，按顺序逐个引爆，并由仪器记录下各道信号。为减少噪声对采集数据的影响，数据采集过程中隧道内应停止其它施工作业，尤其是针对岩体的作业。 6.3.3.预报成果
收集的数据经专门的分析软件进行处理，形成预报成果图。图二、图三、图四分别为纵波深度偏移剖面，纵波反射面，波速、泊松比、密度曲线和反射面二维图。
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通过对预报成果图的分析处理，结合洞内开挖段地质情况、地质勘测资料，对掌子面前方200m范围内围岩地质形成预报成果书。
图二 纵波深度偏移剖面
图三 纵波反射面
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图四 波速、泊松比、密度曲线和反射面二维图
6.4.地质雷达超前地质预报
6.4.1.测试仪器
采用美国GSSI公司生产的SIR-3000地质雷达，天线中心频率为100MHz，采用连续测试及点测试方法，测线及测点布设见图1。
图1 雷达测试示意图
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测试原理：通过发射天线向测试面前方发射宽频带短脉冲的高频电磁波信号，当电磁波遇到有电性差异(介电常数、电磁导率等)的界面或其它目标体(如围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况)时，就会发生反射、绕射等电磁波特有现象。通过接收天线拾取响应信号，并记录到计算机上，依据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可获得测试面前方不同电性体的分布特征；通过反射波双程旅行时间，可计算前方分界面或目标体的深度，其公式为：
Z=V·t/2 式中：Z—深度
t—反射波双程旅行时间
电磁波反射能量取决于相邻介质的介电常数差异，差异越大，反射越明显，越容易识别界面和目标体的位置。此预报按照实际每35米预报一次。 6.4.2.预报成果
参照设计文件，结合雷达测试波波形，可进行近距离（40m）较微观近期预报。
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图2 雷达测试波形图
6.5．超前钻探和加深炮眼
超前钻探地质法分为取芯钻与冲击钻。
取芯钻具有直观、准确的优点，通过岩芯鉴定即可判断前方的地质条件；但也有速度慢、费用高的缺点。
冲击钻、加深炮孔具有速度快、效率高、费用低的优点，但直观性要差一些。冲击钻与加深炮孔需要根据钻进过程中钻进情况的变化分析推断前方的地质条件，如钻速及其变化、冲洗液的颜色及流量变化、岩粉、钻杆震动、冲击器响声、卡钻跳钻等情况、钻杆震动等情况。
7.综合成果分析
根据超前水平钻孔资料结合其它物探手段判别围岩情况，从以下几个方面对围岩进行预报：
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7.1.预报内容
1）地层、完整性及含水情况。 2）断层及富水情况。 3）大型岩溶及富水情况。 4）暗河。 5）围岩级别
7.2.超前地质灾害警报内容
1）大型塌方。 2）涌水突泥。
3）煤与瓦斯突出、天然气、瓦斯燃烧爆炸。 4）岩爆、软岩大变形。
7.3.制定施工预案
根据地质预报资料及时修正支护参数、调整循环进尺长度，必要时改变施工工法。
8.对地质预报的修正
把隧道开挖过程中揭示的围岩情况与预测的围岩情况进行比较，并分析总结，找出预报误差产生的原因，以便在下次的预报中进行修正。
9.质量保证措施
⑴成立专门的超前地质预报小组，建立完善的地质信息采集系统，对信息进行综合分析、判断。
⑵超前地质预报小组成员定期进行学习和总结，不断提高全员的
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素质。
⑶根据地质预报资料，及时修正支护参数、调整循环进尺长度，必要时改变施工工法。
⑷严格按设计文件、施工技术规范和施工工艺组织施工。
10.安全保证措施
⑴严格执行国家现行的安全生产法规，建立安全管理机构，制定完善的安全生产管理制度。
⑵对工人进行安全技术教育和培训。工人安全培训考试不及格者，一律不准上岗作业。
⑶在地质钻进行装卸过程中，安全员全程跟踪指导，防止出现高空坠落伤亡事故。
⑷施工用电由电工负责，一切线路设置必须符合规范要求；各种带电运行的机械应做好接地保护，一律装置漏电保护开关；配电箱要锁闭，严禁任何人乱拉乱接电源。特别在地质钻施工时，注意做好接地保护。
11.环境保护措施
⑴成立环境卫生管理机构和环境保护及水保管理体系。按照国家、业主的规定和要求，建立管理制度，落实各项责任制。
⑵采取措施控制施工现场的各种粉尘、垃圾、噪声、振动等各项污染对环境的危害。
⑶在施工过程中，对生产过程中产生的生产废水和基坑积水等按设计要求进行沉淀，处理，达标排放。对于各类生活污水要经化粪池
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处理后达标排放，防止污染河水。
⑷认真学习并深入贯彻执行国家及地方政府有关环境保护方面的法律、法规，制定并严格执行《防止水源污染措施》、《防止水土流失措施》、《防止空气污染措施》、《防止噪声污染措施》、《绿色植被保护措施》、《生态环境保护措施》、《竣工环境恢复措施》。
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