廈門東通道翔安隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法適用性研究大綱

1、廈門東通道翔安隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法適用性研究大綱一、項(xiàng)目概況廈門東通道翔安隧道為我國(guó)大陸第一座鉆爆法施工的海底隧道，隧道穿越海邊陸地區(qū)、海邊潮間帶、海水區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度和工程風(fēng)險(xiǎn)較大。設(shè)計(jì)階段采用地質(zhì)調(diào)查，陸上和海上鉆孔探測(cè)后綜合分析推斷隧道穿越段的地質(zhì)情況，但該方法對(duì)局部斷層破碎帶、不均勻風(fēng)化、巖體節(jié)理、裂隙、滲水等不可能準(zhǔn)確無(wú)誤的探測(cè)。翔安隧道頂板僅1540m，且潮間帶和海域段有1030m的海水，隧道承壓水頭到6020m，如果施工中不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)前方地質(zhì)，給施工安全、工期、成本將帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)。在施工陸域段時(shí)進(jìn)行多種方法的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，建立信息化分析系統(tǒng)，將各種方法預(yù)報(bào)結(jié)果懷隧道開

2、挖揭示結(jié)果對(duì)比，從而選擇有效方法，在全隧中采用，指導(dǎo)施工。二、項(xiàng)目前期研究、開發(fā)的背景、必要性目前超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法有：地質(zhì)素描、TSP、地質(zhì)雷達(dá)、紅外線、長(zhǎng)、中、短距離水平超前地質(zhì)鉆孔，各種方法探測(cè)的技術(shù)、設(shè)備已經(jīng)很成熟，并在廣泛使用中，但各種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)性。該課題將通過(guò)各種方法單項(xiàng)或多種方法結(jié)合的方式預(yù)測(cè)前方地質(zhì)，并將預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際開挖地質(zhì)情況對(duì)比，選擇適用、切實(shí)有效的方法進(jìn)行全隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性是該隧道成敗的關(guān)鍵。三、主要研究?jī)?nèi)容 通過(guò)綜合手段（地面調(diào)查、洞內(nèi)水平鉆孔、深孔內(nèi)全景數(shù)碼攝像、TSP超前預(yù)報(bào)、紅外探水、地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)素描推斷等）進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。并與地質(zhì)調(diào)繪

3、與物探、鉆探行出的地質(zhì)情況進(jìn)行對(duì)比分析，預(yù)測(cè)前方的地質(zhì)情況（斷層破碎帶、風(fēng)化槽、富水帶）。 開挖后進(jìn)行地質(zhì)編錄。將實(shí)際地質(zhì)情況與預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，修正或完善預(yù)測(cè)方法和結(jié)果。分析斷層破碎帶、風(fēng)化槽、富水帶等發(fā)展規(guī)律。 結(jié)合設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)情況提出應(yīng)采取的施工技術(shù)方案。 斷層破碎帶、風(fēng)化槽通過(guò)方案； 風(fēng)化槽、富水帶堵水加固方案。 根據(jù)施工技術(shù)方案確定相應(yīng)的施工方法和工藝。 海水量的計(jì)算和設(shè)備配置； 帷幕注漿的施工工藝； 施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)； 其它。四、主要研究方法采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的方法進(jìn)行該課題的研究。主要內(nèi)容包括： 資料收集、調(diào)研及方案確定收集、調(diào)研和借鑒國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道斷層破碎帶、風(fēng)化

4、槽、涌水量和突泥的施工順利預(yù)測(cè)與施工技術(shù)，根據(jù)翔安隧道實(shí)際地質(zhì)情況，研究通過(guò)綜合手段進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并與地質(zhì)調(diào)繪與物探、鉆探得出的地質(zhì)情況進(jìn)行對(duì)比分析，預(yù)測(cè)前方的地質(zhì)情況。將實(shí)際地質(zhì)情況與預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，修正或完善預(yù)測(cè)方法和結(jié)果。分析斷層破碎不帶、風(fēng)化槽、富水帶等發(fā)展規(guī)律?？茖W(xué)合理地確定通過(guò)方案。 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)和勘探試驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行120250m長(zhǎng)距離地質(zhì)探測(cè)。在TSP203超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中出現(xiàn)異常的地段，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)一步探明前方512m范圍內(nèi)的巖 、地質(zhì)情況。在物探資料同時(shí)出現(xiàn)異常的部位，采用超前鉆探進(jìn)一步明確

5、該異常體的具體情況。在鉆孔出現(xiàn)噴水時(shí)采用相似比擬法對(duì)涌水量、水壓、富水規(guī)模、補(bǔ)給情況等進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。為確保掌子面作業(yè)安全，對(duì)掌子面向后方10m范圍內(nèi)采用42鉆桿對(duì)開挖輪廓外5.0m進(jìn)行鉆探，以查明洞室周邊圍巖情況。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料及時(shí)提交業(yè)主、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的重點(diǎn)地段，設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)，進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)試預(yù)報(bào)。隧道開挖后及進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪與編錄，將實(shí)際地質(zhì)情況與預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步修正或完善預(yù)測(cè)方法和結(jié)果，分析研究斷層、風(fēng)化槽形態(tài)、發(fā)育特征等，制定相應(yīng)的施工技術(shù)措施，采取堵水加固方案。 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)程序見圖1。圖1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)程序合格服務(wù)隧道TSP預(yù)報(bào)紅外探水5010

6、0m深孔探測(cè)2040m深孔探測(cè)物 探5m淺孔探測(cè)地質(zhì)素描是否富水帶正洞是是否斷層、風(fēng)化槽CT探測(cè)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)注漿加固堵水注漿效果檢查開挖、支護(hù)是否不合格否物 探 現(xiàn)場(chǎng)超前地質(zhì)探測(cè)方法根據(jù)本隧道工程地質(zhì)條件，擬采用TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、HY-303防爆紅外探測(cè)儀、TIS-探地雷達(dá)和XY-2超前水平鉆機(jī)等綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，預(yù)測(cè)開挖工作面前方一定范圍內(nèi)圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。將預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果及時(shí)上報(bào)業(yè)主、設(shè)計(jì)單位，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)。確定合理的結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，以保證施工順利進(jìn)行。 服務(wù)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及掌子面地質(zhì)素描服務(wù)隧道超前正洞施工300500m探明地質(zhì)。

7、安排專職地質(zhì)工程師對(duì)正洞和服務(wù)隧道進(jìn)行全程地質(zhì)素描工作，做好地質(zhì)展示圖，依此預(yù)測(cè)服務(wù)隧道掌子面前方短距離范圍內(nèi)和對(duì)應(yīng)里程正洞洞身工程地質(zhì)情況，及時(shí)采取正確的施工措施，同時(shí)采用計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)、素材和裂隙的各種統(tǒng)計(jì)量（裂隙間距、裂隙密度、單位面積和裂隙總長(zhǎng)度等）、斷層、節(jié)理的走向傾角和圍巖的巖性、風(fēng)化程度等地質(zhì)變量用圖像解析進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，根據(jù)這些解析結(jié)果，預(yù)測(cè)掌子面前方的地質(zhì)構(gòu)造、斷層、節(jié)理和開挖面的交差狀態(tài)，評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定狀況，預(yù)報(bào)圍巖級(jí)別?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員，采用計(jì)算機(jī)把服務(wù)隧道施工過(guò)程中的掌子面里程、施工時(shí)間、圍巖的自穩(wěn)能力、地質(zhì)、涌水情況按固定的格式進(jìn)行記錄，編制工程地質(zhì)觀察日?qǐng)?bào)，結(jié)合隧道的開

8、挖形狀，進(jìn)行處理并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于日后快速、便捷的檢索，達(dá)到對(duì)正洞地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的。 TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)圖2 TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)中產(chǎn)生和反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)隧道掘進(jìn)前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)狀況?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試見圖2。圖3 TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)設(shè)計(jì) TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)設(shè)計(jì)見圖3。隧道掘進(jìn)不少于150m，接近前次預(yù)報(bào)結(jié)束里程測(cè)量放樣，確定爆破孔位和接受器孔位施鉆爆破孔位和接受器孔位清孔裝藥、安裝傳感器掌子面200m范圍不得有噪音，停止一切活動(dòng)連接主機(jī)、傳感器、起爆器和爆破孔確認(rèn)安全、實(shí)施爆破和數(shù)據(jù)采集原始數(shù)

9、據(jù)處理預(yù)測(cè)成果報(bào)告與施工過(guò)程揭示的工程地質(zhì)核對(duì)，總結(jié)提高圖4 TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)工藝流程 TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)工藝流程見圖4。 超前鉆孔探測(cè)采用較短距離的淺孔鉆探，詳細(xì)了解掘進(jìn)施工前方3050米范圍內(nèi)地質(zhì)情況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)資料中地質(zhì)資料和TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際情況是否有不相符的地方，并根據(jù)淺孔超前鉆探所得的詳細(xì)地質(zhì)資料來(lái)最終確定掘進(jìn)施工方案和工期安排。 超前鉆探施工設(shè)備：采用日本產(chǎn)RPT-150C地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)。RPT-150C地質(zhì)鉆機(jī)是專用巖芯鉆探鉆機(jī)，該鉆機(jī)鉆孔速度快，效率高，24小時(shí)可完成150m深孔鉆探任務(wù)，孔徑98mm。 超前鉆探施工步驟及施工工藝孔點(diǎn)布置：按設(shè)計(jì)

10、要求，在TSP203地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)有異常部位，常規(guī)情況下：服務(wù)隧道每個(gè)斷面布置4個(gè)鉆孔，正洞6個(gè)鉆孔，按設(shè)計(jì)要求確定鉆孔的方向和仰角。當(dāng)遇到特殊地質(zhì)情況下，按照超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)資料提供單的要求進(jìn)行布孔鉆探。每次鉆孔深50m。每月安排三個(gè)工作日進(jìn)行超前鉆孔探測(cè)。鉆探施工及施工記錄：鉆機(jī)就位并進(jìn)行調(diào)試，安接好施工所需的水、電；開鉆前必須量測(cè)立軸鉆桿的方向是否條例設(shè)計(jì)要求；開孔孔徑宜在110130mm之間，且以低壓力，慢轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)為原則。當(dāng)鉆探達(dá)到一定深度并確定未偏離方向時(shí)，可以適當(dāng)提高鉆進(jìn)速度；每鉆進(jìn)10米左右量測(cè)鉆孔方向是否偏離方向如有偏離及時(shí)進(jìn)行糾正；鉆進(jìn)過(guò)程中認(rèn)真做好鉆探記錄；

11、采取的巖芯須整齊地?cái)[放在標(biāo)準(zhǔn)巖芯箱中，并貼上巖芯標(biāo)簽?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員詳細(xì)做好地質(zhì)編錄工作；根據(jù)鉆探過(guò)程中鉆進(jìn)發(fā)問(wèn)（是否卡鉆、漏水、涌水等）及巖芯的完整性（RQD值）和巖芯采取率，初步分析確定該鉆探進(jìn)尺范圍內(nèi)巖性狀態(tài)、結(jié)構(gòu)及破碎程度和含水量等。 超前鉆探質(zhì)量保證及技術(shù)措施。配備1名具有實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)專業(yè)工程師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)值班，在掌握隧道地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，掌握和參加鉆探現(xiàn)場(chǎng)編錄和地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，保證地質(zhì)鉆探和預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。根據(jù)地質(zhì)勘探資料和洞內(nèi)巖層鉆探及時(shí)編制和調(diào)整巖層產(chǎn)狀、斷層、風(fēng)化槽預(yù)報(bào)工作。 紅外探測(cè)驗(yàn)HY-303紅外探測(cè)儀通過(guò)接收巖體的紅外輻射強(qiáng)度，根據(jù)紅外輻射場(chǎng)

12、的變化，分析判斷開挖面前方30m范圍內(nèi)是否存在含水體，紅外探測(cè)儀探測(cè)與預(yù)報(bào)在掌子面測(cè)量放樣和監(jiān)控量測(cè)時(shí)平行安排，每25m27m一循環(huán)。每次需要占用掌子面15分鐘。 施工工序：暴露出全部工作面沿輪廓線每5m進(jìn)行工作面標(biāo)識(shí)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，采集數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理利用探測(cè)曲線判斷掘進(jìn)斷面前方有無(wú)含水構(gòu)造。利用掘進(jìn)斷面上的探測(cè)數(shù)據(jù)判斷。 數(shù)據(jù)信息處理信息采集系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)超前預(yù)報(bào)是否與設(shè)計(jì)吻合信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)巖石力學(xué)特性水文地質(zhì)素描節(jié)理裂隙洞壁應(yīng)力測(cè)試信息處理系統(tǒng)否圖5 信息化處理系統(tǒng)程序圖數(shù)據(jù)信息化處理系統(tǒng)程序圖見圖5將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)利用專用軟件進(jìn)行處理，并繪出數(shù)據(jù)曲線圖。根據(jù)曲線圖中突

13、變點(diǎn)預(yù)測(cè)前方的水體位置、規(guī)模等相關(guān)參數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)曲線表現(xiàn)為一條近似直線時(shí)表明探測(cè)范圍沒(méi)有水體。勘探試驗(yàn)物探：采用多種物探跨孔CL（彈性波、電磁波）、孔內(nèi)數(shù)字全景攝像等方法，探測(cè)斷層破碎帶、風(fēng)化槽位置、規(guī)模以及斷裂帶位置、寬度、產(chǎn)狀、富水性。測(cè)試試驗(yàn)：采用抽水試驗(yàn)，取得各地層的滲透系數(shù)、涌水量、影響半徑等參數(shù)。根據(jù)洞內(nèi)排水?dāng)?shù)據(jù)反演分析入滲系數(shù)和徑流系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的地質(zhì)資料、地面地質(zhì)補(bǔ)充勘察結(jié)果、綜合物探預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、超前鉆孔探測(cè)和徑向探測(cè)結(jié)果，提出加強(qiáng)和完善洞內(nèi)排水設(shè)施方案，并有針對(duì)性的采取特殊材料填充、超前帷幕注漿固結(jié)、施工通道繞行等不同的施工方案。 超前帷幕注漿固結(jié)針對(duì)斷層破碎帶、風(fēng)化槽、富水帶，

14、采用開挖輪廓外38m范圍內(nèi)進(jìn)行超前帷幕注漿，固結(jié)開挖輪廓外圍巖破碎體。 施工通道繞行在對(duì)前方斷層、風(fēng)化槽基本探明的基礎(chǔ)上，當(dāng)斷層、風(fēng)化槽處理方案實(shí)施較長(zhǎng)，對(duì)工期影響較大，并對(duì)隧道洞室周邊圍巖地層進(jìn)行綜合探測(cè)，基本明確斷層、風(fēng)化槽發(fā)育的輪廓線之后，經(jīng)過(guò)綜合方案比較后，謹(jǐn)慎采用施工橫通道繞行通過(guò)前方不良地質(zhì)段，進(jìn)入正洞或左側(cè)繞行增設(shè)工作面，保證工期要求。 監(jiān)測(cè)方法 洞內(nèi)外觀察在開挖及支護(hù)后專人到掌子面進(jìn)行觀察記錄。地質(zhì)觀察由測(cè)量隊(duì)采用地質(zhì)羅盤儀在爆破后初噴前進(jìn)行，繪制地質(zhì)素描圖，填寫開挖工作面地質(zhì)狀態(tài)記錄表；由現(xiàn)場(chǎng)隧道工程師每天檢查噴射混凝土有無(wú)開裂及發(fā)展，錨桿有無(wú)松動(dòng)，鋼架支護(hù)狀態(tài)等，洞外查看邊

15、仰坡有無(wú)開裂、起殼，地表有無(wú)裂紋。做好相應(yīng)記錄和臺(tái)帳并及時(shí)進(jìn)行匯報(bào)。 地表沉降監(jiān)測(cè)隧道陸域段由測(cè)量隊(duì)每天采用精密水準(zhǔn)儀在洞口地表沉降量測(cè)，沿隧道中心及兩側(cè)間距2m5m處設(shè)地表下沉測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)范圍在隧道開挖影響范圍以外。地表下沒(méi)量測(cè)在開挖工作面前方，隧道埋深與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止時(shí)為止，做好相應(yīng)記錄和臺(tái)帳，及時(shí)匯報(bào)。 水量收斂量測(cè)由測(cè)量隊(duì)每天采用收斂計(jì)，在隧道路面以上2.5m，左右兩側(cè)對(duì)稱布置量測(cè)點(diǎn)，量測(cè)斷面間距根據(jù)圍巖級(jí)別確定，開挖后按要求迅速安裝測(cè)點(diǎn)并編號(hào)，初讀數(shù)在開挖8h內(nèi)且在下一循環(huán)開挖前讀取最遲不超過(guò)12h，測(cè)點(diǎn)應(yīng)牢固可靠，易于識(shí)別并妥為保護(hù)，做好相應(yīng)記

16、錄和臺(tái)帳，并及時(shí)匯報(bào)。 拱頂下沉量測(cè)由測(cè)量隊(duì)每天利用水準(zhǔn)儀和收斂計(jì)、銦瓦尺與水平收斂斷面對(duì)應(yīng)拱頂設(shè)置量測(cè)點(diǎn)，噴射混凝土后迅速在拱頂設(shè)點(diǎn)，采用精密水準(zhǔn)儀和收斂計(jì)、銦瓦尺進(jìn)行量測(cè)，各項(xiàng)監(jiān)控量測(cè)作業(yè)均要求持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后23周，做好相應(yīng)記錄和臺(tái)帳，并及時(shí)匯報(bào)。五、預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和成果形式 目標(biāo)預(yù)測(cè)前方地質(zhì)情況，將實(shí)際地質(zhì)情況與預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，修正或完善預(yù)測(cè)方法和結(jié)果，斷層破碎帶等發(fā)展規(guī)律。結(jié)合設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)情況提出應(yīng)采取的施工技術(shù)方案，確定相應(yīng)的施工方法和工藝，達(dá)到在斷層破碎帶、風(fēng)化槽、涌水、突泥等不良地質(zhì)情況下安全、快速施工的目的。 成果形式 以形容報(bào)告形式提供研究成果 發(fā)表科研論文35篇 主要技術(shù)指標(biāo)本課題針對(duì)廈門東通道翔安隧道斷層帶、風(fēng)化槽、富水帶對(duì)隧道的影響程度進(jìn)行專題研究，力爭(zhēng)在查斷層帶、風(fēng)化槽、富水帶的水文動(dòng)態(tài)，涌水量的預(yù)測(cè)，突水突泥規(guī)模等方面有所突破和提高。提出在上述情況下的具體施工方法和工藝。盡量避免隧道修建過(guò)程中因涌水、突泥等而造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)海底隧道通過(guò)不良地質(zhì)段提出建議性意見，防止災(zāi)害發(fā)生，確保隧道施工安全進(jìn)行。 關(guān)鍵技術(shù) 對(duì)斷層破碎帶、風(fēng)化槽涌水量的綜合預(yù)計(jì)； 不良地質(zhì)段涌水、突泥段的施工技術(shù)方案。六、進(jìn)度安排2005年8月，收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料進(jìn)行調(diào)研分析，提出解決問(wèn)題的技術(shù)路線。編制試驗(yàn)大綱，確定協(xié)作單位分工。2005年9月1