地质超前预报措施

一、本段工程施工状况简介

本管段隧道地质条件较简单。主要工程地质问题有岩溶、涌水、突泥、断层裂开带等，因此超前地质探测与预报是本标段隧道施工的一个极其重要的内容和环节。

施工中承受动态治理、动态设计和信息化施工。提前解拟开挖地层的特性，确定合理的支护参数和施工方法，制定施工中可能消灭的各种问题的处理预案，确保工程质量和施工安全。即在预设计地质资料的根底上，承受地面预报和洞内超前预报相结合的模式，主要以洞内超前预报为主，对未开挖地段进展地质推测和分析，采集各种水文、地质、变形、应变等信息，准时进展信息反响，以确定合理的支护参数，制定合理的施工方法。洞内超前预报主要通过TSP203地质超前 预报系统、地质雷达、声波法、红外线探水仪和超前钻孔等手段进展。并将该项工作纳入施工工序治理。

二、超前地质探测与预报组织机构及职责

施工中将超前地质预报工作作为一个工序来进展安排，成立专业超前地质预报室，人员由物探、地质及试验专业工程师、测试技工组成；配备先进的推测与预报设备和仪器，建立地质预报治理组织机构，由总工程师任组长，超前地质预报室主任任副组长，各专业工程师任成员的组织机构，并聘请国内知名地质预报和隧道施工专家组成专家组。组织机构1见。图

组长：总工程师

副组长：超前地质预报室主任

工 程 地 质

水 文 地 质

物 探 专 业

试 验 专 业

图1 超前地质探测与预报组织机构图

总工程师任组长：全面负责综合测试与超前地质预报工作，直接向工程经理负责；

超前地质预报室主任任副组长：组织工程地质、水文地质、物探及试验等专业组成人员进展

超前地质预报日常工作；

工程地质：负责地质超前预报和调绘、监测以及测试、试验资料的分析、争论，提出施工工程措施建议；

水文地质：负责水文地质调绘、测试及隧道涌水量的推测与环境水文地质评价； 物探专业：负责物探测试工作；

试验专业：负责岩、土、水样的测试、试验工作。

依据本标段隧道的工程地质特点为，保障施工安全，承受地面预报和洞内预报相结合的模式， 并主要以洞内预报为主。

为提前解拟开挖地层的特性，在预设计根底上，承受多种超前地质探测与预报手段，采集各种水文、地质、变形、应变等参数进展信息化治理和监测，对未开挖地段进展地质推测和分析， 以供设计单位准时提出是否需要修改设计的正确推断，并争论拟承受的支护类型，确定合理的构造支护参数，实行动态治理、动态设计和信息化施工，以保证施工顺当进展。

三、地质预报工程

由于隧道存在岩溶、突水突泥、岩溶塌陷等地质灾难问题，施工中对可能发生的地质灾难加强预防并开展地质预报工作。

洞内预报：施工中加强岩溶、断裂裂开带等的超前地质预报工作，如承受超前钻孔并辅以TSP203、地质雷达、红外线探水仪等物探手段进展综合推测，并在必要时联合设计单位对地面进展补充地质测绘，加强洞外地表观测。

开展动态设计，准时针对隧道施工超前预报，有关监测结果准时开展动态设计，变更施工方案。

四、 超前地质探测和预报方法及工艺

依据本标段隧道工程地质条件结，合本承包人以往施工中在超前地质探测与预报方面所积存的阅历，拟承受TSP203地质预报系统、地质雷达、声波法、超前钻探法等进展地质预报并，推测 开挖工作面前方肯定范围内围岩的工程地质和水文地质条件。初步确定本标段承受以下方法进展超前地质探测与预报。

1、TSP203超前地质预报系统

TSP203 超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及四周接近区域的地质状况。它是在掌子面前方边墙肯定范围内布置一排爆破点，进展微弱爆破，产生的地震波信号在隧道四周岩体内传播，当岩石强度发生变化，界面两侧岩石的强度

差异越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理得到岩体强度变化界面的信号也就越强。返回信号被经过特别设计的接收器接收转化成信号并进展放大，通过专用数据处理软件处理，就可以得到岩体强度变化界面的位置及方位T。SP203地质预报系统现场测试 如图2。

掌子面

爆破孔

电雷管

炸 药

50 m承受器

附件箱

触发箱

爆破箱

主机装置

承受器

图2 TSP203地质预报系统现场测试示意图

TSP203地质预报系统实际操作中有如下特点：适用范围广适，用于极软岩至极硬岩的任何地质状况；距离长，能推测掌子面前方100m～200m 范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度 就越大；对隧道干扰小，在隧道施工间隙进展，且提交资料准时。承受专用处理软件，将简单多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。计算机自动绘出弹形波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，就可得出断层裂开带、脆弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置但。TSP203地质预报 系统也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要承受其他预报手段来补充和完善。

2、地质雷达

作为TSP203地质预报系统的补充，在TSP203预报特别点，在确定特别体的规模、性质、危害性有困难时，承受地质雷达作为补充手段，短距离进一步探测前30方m 内的地质状况。地质雷 达能觉察掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、裂开带有较高的识别力量。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个在短距离内很好的预报手段。

地质雷达探测与预报在掌子面测量放样和监控量测时平行安排，25每～27m 一循环。 3、声波法〔HSP、CT〕 (1) 声波反射界面探测

声波反射法利用声波在地层中传播反、射，通过信号采集系统接收反射信号判，释隧道掌子面成前方反射界面〔岩溶界面〕距隧道掌子面的距离来探测岩溶,界如面图3 所示。

掌子面前方界面

C

β

A、B

h

C

α

隧道开挖掌子面

A

G

B

A-波放射点 B-波接收点C-波在界面上的入射点 α -界面倾角 β -波入射角

图3 声波反射法(HSP)岩溶界面探测原理

(2) 界面距探测掌子面距离计算

在任意介质中传播的波，当其传播到该介质与另一介质的分界面时，一局部产生反射，另一局部穿过界面折射后连续在另一介质中传播。明显，探测到的距离是波信号在放射换能器及接收换能器与界面间传播的最短距离，该距离并不肯定是隧道掌子面前方界面距探测面所在位置的水平距离，应依据界面产状进展预报距离修正(3。) 岩溶性质的分析推断

岩溶充填物前方界面〔岩溶溶洞洞壁面〕探测，反射波相位与接收首波相位一样；施工掌子面前方岩溶探测，反射波相位与接收首波相位相反，此时岩溶充填物〔水、泥夹石或空溶洞〕的推断则需结合溶洞在岩溶地下水动力剖面分带中的位置加以分析确定。

(4) 岩溶声波CT 探测预报

声波CT 层析成像〔Computer Tomograph，y 简称CT 成像或CT〕法预报移植于国外始于七十年月且得到广泛应用的岩土及混凝土声C波T 层析成像技术，借助医学界X 射线断层扫描的根本 手段，结合岩土物理力学性质的相关分析，承受孔间声波探测射线走时和振幅来重构孔间岩土内部声速值及衰减系数的场分布，通过像素、色谱、立体网络的综合展现，到达直观反映孔间岩土体内部构造〔岩容发育分布〕的目的。

4、超前钻孔探测

“物探先行，钻探验证，”超前钻探是一种传统而牢靠的工程地质探测方法，针对本标段隧道位于煤系地层地段的特点，拟承受超前钻探方法进展探测，以超前水平岩芯钻探为主，辅以浅孔钻探。

超前水平岩芯钻探可依据需要探测和了解隧道开挖前方几米、几十米乃至上百米范围内围岩的工程地质状况，为施工地质灾难预警供给信息；通过钻孔了解和释放影响隧道掘进施工的地下

水和瓦斯积聚；通过岩芯观看和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层和断层裂开带进展准确定位； 直接实行岩芯样进展各种抗压强度试验，猎取岩石物理力学性质参数。

为节约施工时间和削减经费，对地质状况稳定、岩性坚硬完整且变化小的地段可酌情削减超前水平岩芯钻探工作量，在钻进过程中，尽可能避开钻头偏移，导致探测结果发生误差。依据岩石的坚硬程度，调整钻机转速和钻压，坚硬岩石承受较低钻压。采XY用-2PC 地质钻机进展超前 深孔钻探，钻探深度可达150m，孔径90~120mm。

依据物探结果，安排超前钻探。浅孔超前钻探方法是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等状况把握地质条件。综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定断层的规模和产状。

依据设计或超前物探，在需要地段做超前钻孔探明涌水量。在接近突水地段，最好多打一些超前探孔，并改放小炮，避开工作面消灭冲溃现象，喷距应比较稳定。假设探孔水喷距渐渐缩短， 说明遇到储量不大的静储量水危，害不大。喷距大于5m 时，可加补几个探孔加速施工查，清水情。 假设探孔水喷距突然缩小，或时大时小，说明管道中有较多的泥砂堵塞，应以初喷距为准。探孔水喷距和隧道涌水量之间的关系还受到其它一些因素的影响，应对于隧道的每一出水段，建立单独的预报标准。

5、红外线探水仪

HY-303红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，依据围岩红外辐射场的变化，分析推断开挖面前方30m 范围内是否存在含水体。将含水裂隙、含水构造、含水体作为查找对象场源时， 场源所形成的场要远远大于场源本身，当由远而近接近场远时，仪器显示屏上的读数值会发生明显变化。当掌子面前方存在含水构造时，含水构造产生的特别场会迭加到掌子面前方的正常场上， 产生场的畸变，由距场源的距离不同，畸变后的场强亦不同，在数据曲线上表现为突变。而当掌子面前方没有含水构造时，由掌子面到其后肯定距离内所测的红外辐射场场值均为正常场值，为一常数，其数据曲线表现为一近似直线。

6、承受相像比较法对涌水量预报

依据本承包人在岩溶隧道工程施工中的成功阅历，选用相像比较法或超前地质(物预探报或钻探)对隧道涌水推测。

相像比较法是通过正洞已开挖地段实测涌水量来推断未开挖地段的涌水量。它建立在岩层裂隙比较均匀，比较段的水文地质条件相像，涌水量与坑道体积成正比的根底上。

相像比较法对涌水量预报结合寻常的地质素描工作进展统计和分析。五、工作程序

超前地质探测和预报工作程序见图4。

地质资料争论

现场地质状况调查

制定超前探测预报方案

TSP203 地 质 雷 达

地质预报系 统

超前钻孔探明地质和涌 水

开 挖面岩性前推 法

声 波 法

红 外线探水 仪

比较法推测前方地 质

反响于设计、施工，进展动态设计

根 据开挖及支护状况觉察坍方征兆

确定施工方案、保证开挖安全

资料整理与阅历积存

图4 超前地质探测预报工作程序图

六、资料交附与质量保证措施 1、资料交付

地质测试与超前预报成果资料实行分报告与总报告相结合的交付方式。每天将现场采集的资料进展分析和汇总，并向施工和技术负责人进展汇报；每周进展一次归纳汇总。

对地质条件与设计变化较大、影响隧道施工安全，可能产生地质灾难的重点地段〔强富水地带、不同岩性接触带、节理密集带等〕所做的地质超前预报，准时交付业主、设计单位进展动态设计；状况紧急时，先准时实行防范措施，有条件时邀请有关方进展现场会勘，再以书面形式报告业主、设计单位，以保证施工安全。

2、质量保证措施

为了保证地质测试与超前预报质量，成Q立C 小组，实行全面质量治理，按ISO9000质量体 系的要求，建立内部质量治理机制，制定岗位责任制，保证测试预报工作按打算运行，全部地质资料实行计算机治理，保证资料的完整性和连续性。测试预报人员要依据现场实际每天或常常、主动地深入施工现场，准时了解施工动态，进展地质测绘与编录，同时对一些地质条件简单的地段，设置质量掌握点，进展重点测试预报，确保地质测试与超前预报工作的质量。

同时为了地质测试与超前预报和施工的顺当进展实，行定期会议制度，每天进展一次调度会， 每周召开周例会，每月进展一次汇总和分析，假设遇特别状况，依据需要随时召开，适时邀请业主和设计单位参与，准时协调解决存在的问题，保证地质测试与超前预报和施工的顺当进展。