隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則

1、渭源至武都建設(shè)項(xiàng)目 WWSY1標(biāo)隧道測(cè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則1、編制依據(jù)1）鐵道部鐵路工程物理勘探規(guī)程TB10013-98;2）交通部公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTG F80/1-2004）;3）交通部公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D70-2004）;4）交通部公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTG F602009）;5）巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021-2001）;6）公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTJ064 98）;7）水利部水利水電工程物探規(guī)程（SL326-2005）;8）十天高速公路隧道工程施工圖設(shè)計(jì)資料；9）十天高速公路隧道工程地質(zhì)勘察報(bào)告；10）其它國家頒布、國家部門頒布、地方頒布的有關(guān)規(guī)范和規(guī)章。2

2、、工程概況隧道概況煙坡里隧道位于甘肅省定西市漳縣的油單溝與漳縣三岔鎮(zhèn)煙坡里村之間的厥頭山西側(cè)，隧道采用分離式，洞高 7.5m；起止樁號(hào)為 ZK173+070ZK176+910 YK173+073YK176+905 ,左 線隧道長(zhǎng)3840m,洞頂最大埋深250m,右線隧道長(zhǎng)3832m,洞 頂最大埋深248m；隧道進(jìn)口平面線型為直線，出口段為圓曲線，左右線半徑均為 R-1400;左線縱面線型為1.38% （坡長(zhǎng)637m）和-2.20% （坡長(zhǎng)3195m）的人字坡。隧道進(jìn)出口均采用削竹式洞門，設(shè)置10處行人橫洞、4處行車橫洞，左右線各設(shè)四處緊急停車帶。隧道圍巖以IV、V級(jí)為主，兩端洞口段均為 V級(jí)圍

3、巖。隧道地質(zhì)地形地貌本隧道段位于甘肅省的東南部，處于西北黃土高原邊緣與西秦嶺山地交匯過渡地帶，總體地形北低南高，隧道所經(jīng)地段地面 高程：2084,52273.2m,相對(duì)最大高差188.7m,隧道進(jìn)口段，自 然坡度3840 ,坡面呈階梯狀的田地，以構(gòu)造剝蝕低中山地貌 為主，山地海拔較高，主峰頂呈棱狀，山坡高峻，河谷狹窄，多 呈V字形。自白堊系以來，境內(nèi)地層一直處于間歇性抬升之中， 因此形成了多級(jí)不同時(shí)期、不同高程的剝夷面。地層巖性根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及本階段地勘資料，本勘察區(qū)隸屬于華北 區(qū)的陜甘寧盆地分區(qū)東南部。隧址區(qū)主要出露第四系全新統(tǒng)-1耕植土（ Q4pd）、第四系全新統(tǒng)沖洪積-1粉質(zhì)粘土（Q4

4、al+pl）、 第四系全新統(tǒng)崩滑堆積-2碎石層（Q4del+c）,下伏古近系-3 層強(qiáng)風(fēng)化礫巖（E）、白堊系上統(tǒng)民和組 -1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K2m）及三疊系上統(tǒng)-1強(qiáng)風(fēng)化砂巖（T3）、-2中風(fēng)化砂巖 （T3）、-4中風(fēng)化灰?guī)r（T3）、-4中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r（T3）和-2中風(fēng)化鈣質(zhì)砂（T3）。第四系中上更新統(tǒng)黃土（ Q2-3）:黃 褐色，中密-密實(shí)，土質(zhì)較均，垂直節(jié)理少量發(fā)育，多分布于洞 身段所在地的半山坡，覆蓋厚度不大。地質(zhì)構(gòu)造與地震根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，勘察區(qū)內(nèi)斷層均屬于干斷裂之派生斷層。隧址區(qū)有3條斷層，屬于臨潭-山陽區(qū)域斷裂的次級(jí)斷裂， 受其影響隧址區(qū)巖體裂隙教發(fā)育， 造成巖體教破碎。本區(qū)域現(xiàn)代

5、 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)間歇性緩慢升降運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)特征，區(qū)內(nèi)主要斷裂第四紀(jì)時(shí)期的活動(dòng)性都比較微弱， 區(qū)域板塊仍屬于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定地 帶。3、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的為防止隧道掘進(jìn)時(shí)未知不良地質(zhì)體對(duì)施工人員、設(shè)備造成損失，保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量， 要對(duì)施工掌子面前方進(jìn)行的超前 地質(zhì)勘察、超前儀器測(cè)試等，對(duì)隧洞掌子面前方長(zhǎng)距離范圍內(nèi)的 不良地質(zhì)體進(jìn)行預(yù)報(bào)。所采用的主要手段為：地面地質(zhì)預(yù)測(cè)、超 前鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試、地震波超前測(cè)試等。1）預(yù)報(bào)可能出現(xiàn)突水的溶洞、暗河的位置和規(guī)模；2）預(yù)報(bào)斷層、破碎帶的位置（包括裂隙發(fā)育地段）；3）預(yù)報(bào)可能出現(xiàn)突泥、巖溶陷落柱的位置；4）預(yù)報(bào)可能發(fā)生中型以上的塌方地段；5）預(yù)報(bào)地下水

6、富集的區(qū)域和地段；6）預(yù)報(bào)可能發(fā)生巖爆、瓦斯或其他有害氣體的地段和程度4、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理及所采用的工藝、工作方法隧道開挖面超前探測(cè)的主要內(nèi)容在隧道施工過程中，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下， 為了防止在正常施工下避免工作面開挖出現(xiàn)不測(cè)事故 （如出現(xiàn)斷層、破碎帶、 采空區(qū)、溶洞、含水集水區(qū)、高應(yīng)力地帶以及其他不良地質(zhì)現(xiàn)象 等），可以采用地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)，以便了解隧道工作面前方的 地質(zhì)狀況與水文地質(zhì)條件， 預(yù)測(cè)工作面前方的工程地質(zhì)， 做到有 針對(duì)性的施工。使用地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)可以預(yù)測(cè)工作面前方以下 一些內(nèi)容：斷層構(gòu)造及斷層破碎帶。煤層、瓦斯、天然氣、硫化氫氣賦存條件及采空區(qū)狀況。巖溶、空洞、裂隙及其

7、規(guī)模和充填情況。地下水賦存狀態(tài)及可能突水、涌水的位置以及水量的大小。軟弱圍巖及不同類別圍巖的界面。其他不良地質(zhì)情況。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)可分析判斷隧道工作面前方有無以 上情況或現(xiàn)象存在，從而結(jié)合探測(cè)的結(jié)果，采取相應(yīng)的技術(shù)措施， 做到有針對(duì)性的施工。探測(cè)原理地質(zhì)雷達(dá)是采用甚高頻一超高頻電磁波檢測(cè)地下介質(zhì)的地質(zhì)特征，不同巖性分布和對(duì)不可見目標(biāo)或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)或位置的電磁波技術(shù)。其探測(cè)原理是高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度和波形將隨所通過介 質(zhì)的電性差異及集合形態(tài)而變化。 從各個(gè)不同深度返回的反射波 與直達(dá)波被接收天線所接收，經(jīng)過接收機(jī)放大、濾波等處理并經(jīng) 采樣器

8、數(shù)字化后輸入微機(jī)進(jìn)行處理，取反射波往返路程時(shí)間之半再乘以相應(yīng)介質(zhì)的電磁波傳播速度便得出目標(biāo)距離，再通過綜合分析判斷目標(biāo)性質(zhì)。因此，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)可以探測(cè)隧道開挖工作 面前方的地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的工作原理及方法準(zhǔn)備工作應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及煤層與瓦斯等情況的具體探測(cè)方法可根據(jù)以下原則 設(shè)計(jì)。.探測(cè)方案設(shè)計(jì)探測(cè)點(diǎn)位的布置原則公路隧道掘進(jìn)高度有 8 12m,掘進(jìn)寬度也在10 15m左 右，掘進(jìn)斷面積多在100行左右，施工時(shí)一般要求探測(cè)隧道開挖 面前方及其周邊(隧道頂部、底板及左右兩端)10m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，含水情況以及煤層與瓦斯的賦存條件，因

9、此，探測(cè)點(diǎn)位 的設(shè)置應(yīng)遵循以下布置原則：.由于隧道開挖斷面高度較大， 因此探測(cè)時(shí)應(yīng)在隧道斷 面內(nèi)分設(shè)上、中、下三層探測(cè)線，每層測(cè)量多少以及測(cè)點(diǎn)位置與 分布，應(yīng)根據(jù)隧道寬度及地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度確定。.每一探測(cè)層間距和層內(nèi)測(cè)點(diǎn)的距離，應(yīng)根據(jù)開挖面巖性而定，一般約在 2 -4m之間。.為了探測(cè)隧道周邊10m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，為此在靠近隧道邊緣的測(cè)點(diǎn)，除了探測(cè)正前方的巖性外，還應(yīng)向外偏斜, 而測(cè)點(diǎn)除了水平探測(cè)處還應(yīng)上仰、下俯、向左偏斜和向右偏斜， 以便準(zhǔn)確測(cè)定隧道前方及周邊 10m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。.在滿足超前探測(cè)的前提下，為了節(jié)省探測(cè)時(shí)間、簡(jiǎn)化 探測(cè)施工程序，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度， 調(diào)整探測(cè)點(diǎn)數(shù)

10、和點(diǎn) 位，在地質(zhì)情況不太復(fù)雜的一般地段，可簡(jiǎn)化為7 9個(gè)測(cè)點(diǎn),即上層測(cè)線段1 3個(gè)測(cè)點(diǎn)，中、下層各設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。地質(zhì)情況 簡(jiǎn)單時(shí)，上層只做中間的測(cè)點(diǎn)，兩邊的測(cè)點(diǎn)可省去；在地質(zhì)情況 較為復(fù)雜時(shí)，須加密布點(diǎn)探測(cè)。根據(jù)以上原則，結(jié)合隧道工作面前方的具體情況以及探測(cè)目 的與要求作出具體的探測(cè)設(shè)計(jì)，以便實(shí)施。.地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)的布置方式地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)布置比較靈活， 根據(jù)隧道工作面前方的地質(zhì) 條件，巖層的賦存狀況以及施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況布置一些測(cè)點(diǎn)、 測(cè)線或網(wǎng)格，在測(cè)線、網(wǎng)格上的點(diǎn)距可根據(jù)工程所要求的精度選 定一般為2 4m,還可以根據(jù)具體情況和需要靈活改變。應(yīng)用 地質(zhì)雷達(dá)可在隧道開挖工作面內(nèi)的任意方向探測(cè)。

11、對(duì)同一目標(biāo)可以改變方位角、仰角、底角進(jìn)行探測(cè)，總之以能達(dá)到隧道周圍左 右、上下10m范圍內(nèi)的探測(cè)為準(zhǔn)。.操作方式在隧道內(nèi)緊跟掘進(jìn)工作面借助高空作業(yè)臺(tái)車，搭設(shè)作業(yè)平 臺(tái)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可分層布點(diǎn)，安置設(shè)備，為不使探測(cè)設(shè) 備上下移動(dòng)頻繁，應(yīng)先后依次進(jìn)行上、中、下三個(gè)水平的探測(cè)工作。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)操作可分為變參數(shù)探測(cè)和固定參數(shù)探測(cè)兩種操 作方式。在隧道工作面向前方探測(cè)時(shí)可以采用變參數(shù)探測(cè)或固定 參數(shù)探測(cè)，為了便于應(yīng)用波形法解釋和使用橫向衰減對(duì)比法解 釋，也可同時(shí)采用這兩種方式探測(cè)。每次地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)完成后，為了及時(shí)反饋有關(guān)探測(cè)信 息，為工程技術(shù)決策提供依據(jù)以便指導(dǎo)施工。探測(cè)資料經(jīng)處理解釋后于24

12、h內(nèi)提交探測(cè)報(bào)告。報(bào)告中應(yīng)主要包括有關(guān)探測(cè)隧道地 質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)成果表，隧道縱橫剖面圖各一張。 成果表中的主 要內(nèi)容應(yīng)有探測(cè)點(diǎn)位編號(hào)、里程、探測(cè)日期、探測(cè)點(diǎn)布置方位、 方向及其描述，工程地質(zhì)特征（圍巖類別、有無溶洞、地下水、 瓦斯、斷層破碎帶等及其危害程度），以及對(duì)探測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問題 提出處理措施與建議。、至于圖件在一般情況下只提供隧道縱橫 剖面圖各一張即可，但在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地段應(yīng)適當(dāng)增力口，以便 進(jìn)一步精確控制地質(zhì)構(gòu)造的空間形態(tài)。探測(cè)資料的地質(zhì)解釋須在認(rèn)真分析現(xiàn)有地質(zhì)資料和實(shí)際地 質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)與結(jié)合施工地質(zhì)實(shí)際情況進(jìn)行，探測(cè)報(bào)告要求結(jié)論明確、定性準(zhǔn)確，同時(shí)也應(yīng)有定量評(píng)估。地質(zhì)分析法介紹目前隧道

13、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)采用的地質(zhì)分析法中，主要有斷層參數(shù)預(yù)測(cè)法、地質(zhì)體投射法、掌子面編錄預(yù)測(cè)法等。斷層參數(shù)預(yù)測(cè)法，利用斷層影響帶內(nèi)的特殊節(jié)理和其集中帶 有規(guī)律分布的特點(diǎn)，采用經(jīng)過大量斷層影響帶系統(tǒng)編錄得出的經(jīng)驗(yàn)公式，預(yù)報(bào)隧道斷層破碎的位置和規(guī)模。由于大多數(shù)不良地質(zhì)（溶洞、暗河、巖溶陷落柱、淤泥帶等）與斷層破碎有密切的關(guān) 系，按地質(zhì)學(xué)原理，依據(jù)斷層破碎帶推斷不良地質(zhì)體的位置和規(guī) 模。地質(zhì)體投射法，在地表準(zhǔn)確鑒別不良地質(zhì)體的性質(zhì)、位置、 規(guī)模和巖體質(zhì)量及精確測(cè)量不良地質(zhì)體產(chǎn)狀的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地質(zhì)界面和地質(zhì)體透射公式進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。掌子面編錄預(yù)測(cè)法，即地質(zhì)素描法，包括巖層巖性和層位預(yù) 測(cè)法、地質(zhì)體延伸預(yù)測(cè)法。

14、巖層巖性和層位預(yù)測(cè)法：在掌子面和 隧洞兩臂出路的巖層與地表某段巖層為同一和確認(rèn)標(biāo)志層的前 提下，用地表巖層的層序預(yù)報(bào)掌子面前方出現(xiàn)的巖層。地質(zhì)體延伸預(yù)測(cè)法：在長(zhǎng)期超前預(yù)報(bào)得出的不良地質(zhì)體厚度的基礎(chǔ)上，依據(jù)掌子面已揭露的不良地質(zhì)體的產(chǎn)狀和單臂始見的位置，經(jīng)過一系列的三角函數(shù)運(yùn)算，求得條帶狀不良地質(zhì)體在隧洞掌子面前方 消失的位置。地震反射波法（TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)）TSP（Tunnel Seismic Prediction ）是一種快速、有效、無 損的反射地震探測(cè)技術(shù)，它是專為隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)的。具目的在于迅速超前地提供在開挖周圍及前方的三維空間的工程 地質(zhì)預(yù)報(bào)。TSP和其它反射地震波方法一

15、樣，采用了回聲測(cè)量原理。地 震波在指定震源點(diǎn)用小藥量激發(fā)產(chǎn)生，震源點(diǎn)通常布置在隧道的 左邊墻或右邊墻，一般 24個(gè)炮點(diǎn)布成一條直線，接收點(diǎn)和炮點(diǎn) 在同一水平面。地震波以球面波的形式在巖石中傳播，當(dāng)遇到巖石物性界面如斷層與巖層的接觸面、巖石破碎帶與完整巖石接觸面、不同巖性接觸面等波阻抗差異界面時(shí)，一部分地震信號(hào)將反 射回來，一部分折射進(jìn)入前方介質(zhì)。 反射地震信號(hào)將為高靈敏度 的檢波器接收，反射信號(hào)的傳播時(shí)間和反射界面的距離成反比， 因此可確定界面的位置。TSP系統(tǒng)的方法原理與觀測(cè)系統(tǒng)布設(shè)圖TSP系統(tǒng)超前探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖TSP方法特點(diǎn)：預(yù)報(bào)范圍大，可從100m到200m；施工時(shí)間短，完成全部外業(yè)施工

16、僅需 2小時(shí)左右，可現(xiàn)場(chǎng) 處理資料提交成果，也僅需 3-6小時(shí);對(duì)施工基本無影響，可對(duì)全隧道開展；無須面對(duì)掌子面，對(duì)掌子面狀況無要求;可提供巖石動(dòng)力學(xué)參數(shù)，劃分圍巖級(jí)別;可確定地質(zhì)體空間位置。200m,為提高預(yù)測(cè)精度，200m,為提高預(yù)測(cè)精度，本方案采用每100m150m左右預(yù)測(cè)一次。TSP系統(tǒng)超前探測(cè)空間示意圖電磁波法(GPR-地質(zhì)雷達(dá))介紹GPR (Ground Penetraing Radar )方法是一種用于確定地下 介質(zhì)分布的電磁波法，類似反射地震勘探技術(shù)，是一種高分辨率 探測(cè)方法。該方法是通過天線向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波在地下傳播，對(duì)于不同介質(zhì)，由于電磁性質(zhì)不同，傳播特點(diǎn)不一樣

17、， 當(dāng)遇到存在電性差異介質(zhì)的界面時(shí)，便發(fā)生反射，弁返回為接收天線接收。電磁波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間與距離成正比，因此可計(jì)算出界面位置，弁可根據(jù)反射波的振幅、 頻率特征推測(cè)地質(zhì)體的 性質(zhì)。溶洞、斷層破碎帶、含水帶、結(jié)構(gòu)面等都于周圍巖石存在 較大的電性差異，用GP昉法進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)正是基于這一前 提。地質(zhì)雷達(dá)方法原理圖現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)，可在掌子面布設(shè)“井”字型測(cè)網(wǎng)。當(dāng)區(qū)域構(gòu)造走向與隧道軸線大致平行時(shí)， 應(yīng)在隧道側(cè)壁布置一些測(cè)線。 采用 連續(xù)觀測(cè)方式，用 RADANIII專用軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在資料處理的基礎(chǔ)上，分析地質(zhì)雷達(dá)圖象，識(shí)別反射信號(hào)，確定 電磁波在巖石介質(zhì)中的傳播速度、反射波的到達(dá)時(shí)間，計(jì)

18、算反射 界而的位置，通過分析反射波的振幅、頻率，結(jié)合前期勘察資料 推斷地質(zhì)體性質(zhì)。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)測(cè)線示意圖GP昉法是基于介質(zhì)電磁性差異的高頻電磁波法，具有以下特點(diǎn)：.頻率高，衰減快，探測(cè)距離短，1050m為宜；.分辨率高，可探測(cè)圍巖內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面；.對(duì)巖溶、富水帶探測(cè)效果好；.施工方便、成本更低廉，對(duì)隧道施工無影響。地質(zhì)雷達(dá)的預(yù)測(cè)距離可達(dá)到 50m,為提高預(yù)測(cè)精度，本方案 采用每10m35m左右預(yù)測(cè)一次。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)其它方法和本項(xiàng)目隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào) 擬采用的方法.隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)其它方法縱觀國內(nèi)外隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)采用的方法，除上面提到三種常用方法外，還有超前（平行）導(dǎo)坑（隧道）法、超前水平鉆

19、孔 法、超前鉆孔聲波測(cè)井及跨孔聲波透視法等。.本項(xiàng)目隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)擬采用的方法為提高測(cè)試結(jié)果的可信程度， 本項(xiàng)目擬采用地質(zhì)分析法、 地 震反射波法和電磁波法相結(jié)合的綜合預(yù)報(bào)方法。即首先在掌子面附近采用地震波法（TSP203plus增強(qiáng)型預(yù)報(bào)儀）預(yù)測(cè)掌子面前方 100150m范圍地層情況；再根據(jù)所探異常地質(zhì)情況解讀分析結(jié) 果，確定采用電磁波法（SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)儀）詳細(xì)探 測(cè)掌子面前方2050m范圍地層細(xì)部異常情況；在利用地質(zhì)雷 達(dá)詳細(xì)探測(cè)掌子面前方 2050m范圍內(nèi)的地層狀況時(shí)，應(yīng)采用 線測(cè)和點(diǎn)測(cè)相結(jié)合的方式， 測(cè)點(diǎn)的布設(shè)為測(cè)線的交點(diǎn)位置，并要求有豐富經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工程師應(yīng)堅(jiān)持觀察開

20、挖的掌子面，注意地表結(jié)構(gòu)、地層巖性、支護(hù)狀況的變化，結(jié)合物探資料，做出高質(zhì)量 的預(yù)報(bào)。幾種測(cè)試方法對(duì)比見下表 1.1。種測(cè)試方法的測(cè)試內(nèi)容表測(cè)試內(nèi)容測(cè)試方法與儀器一仄廠、探測(cè)范圍精度巖土力 學(xué)信息測(cè)線及測(cè)點(diǎn)布置地質(zhì)分析法掌子面觀察精度一般好工程師判讀，與進(jìn)尺循環(huán) 同步地震波預(yù)報(bào)儀TSP203plus 型100m 200m精度較局好（縱橫波）在隧道的一側(cè)布置測(cè)點(diǎn)SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)20m 35m精度局非直接類比掌子面上布置橫兩條，豎 三條隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)工作流程地質(zhì)預(yù)報(bào)工作需要施工單位給予大力配合。TSP203plus在隧道后方側(cè)墻上布孔進(jìn)行，對(duì)施工無影響，時(shí)間需要約 180分鐘；地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)在

21、掌子面進(jìn)行，需要時(shí)間約25分鐘，可在出渣完成后進(jìn)行，對(duì)施工略有影響。預(yù)報(bào)工作流程見下圖隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理與成果應(yīng)用.數(shù)據(jù)處理分析. TSP203plusTSP超前地質(zhì)探測(cè)的數(shù)據(jù)處理分析TSP203plus超前地質(zhì)探測(cè)結(jié)果通過 TSPwin軟件處理，可以 獲得P波、SH波、SV波的時(shí)間剖面、深度偏移剖面、提取的反 射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等成果，以及反射 層在探測(cè)范圍內(nèi)的空間分布。利用TSPwin軟件，按數(shù)據(jù)設(shè)置一帶通濾波-初至拾取一拾取處理一炮能量均衡-Q-估計(jì)-反射波提取-P-S波分離一速度分析-深度偏移一提取反射層的步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。TSP203plus系統(tǒng)處理成果的

22、動(dòng)力學(xué)特征解釋遵循下述原則：.正反射振幅表明巖層，負(fù)反射振幅表明軟巖層；.若S波反射較P波強(qiáng)，則表明巖層含水；.若P波速度與S波速度之比增加或泊松比突然增大，表 明有流體存在；.若P波速度下降，則表明裂隙或者孔隙度增加。.GPR (地質(zhì)雷達(dá))超前地質(zhì)探測(cè)的數(shù)據(jù)處理分析現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)，可在掌子面布設(shè)“井”字型測(cè)網(wǎng)，為了得到較 好的觀測(cè)效果，掌子面最好平整、直立。當(dāng)區(qū)域構(gòu)造走向與隧道 軸線大致平行時(shí)，應(yīng)在隧道側(cè)壁布置一些測(cè)線。 為了獲得豐富的 信息，應(yīng)采用連續(xù)觀測(cè)方式。用RADANIII專用軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行增益、濾波、反褶積、希爾伯特變換等處理，突出異常。 在資料處理的基礎(chǔ)上，分析地質(zhì)雷達(dá)圖象，識(shí)

23、別反射信號(hào)，確定 電磁波在巖石介質(zhì)中的傳播速度、反射波的到達(dá)時(shí)間，計(jì)算反射 界面的位置，通過分析反射波的振幅、頻率，結(jié)合前期勘察資料 推斷地質(zhì)體的性質(zhì)。.成果應(yīng)用.對(duì)照原勘察設(shè)計(jì)文件，復(fù)核隧道圍巖設(shè)計(jì)級(jí)別?，F(xiàn)今大多數(shù)隧道的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)任然是以工程經(jīng)驗(yàn)類比為 主，僅對(duì)處于軟弱圍巖地段的初期支護(hù)鋼拱架、二次襯砌輔以必要的強(qiáng)度驗(yàn)算。圍巖級(jí)別是工程類比設(shè)計(jì)施工的基礎(chǔ)。原勘察設(shè)計(jì)文件的圍巖級(jí)別僅是根據(jù)地表的物探工作及少量的鉆探工作 量的結(jié)果來劃分，受勘探工作量、場(chǎng)地條件及工作方法的限制，設(shè)計(jì)階段所劃分的圍巖級(jí)別往往與實(shí)際存在一定的差別，據(jù)此施工經(jīng)濟(jì)與安全難以保證。通過在全隧道開展超前預(yù)報(bào)地質(zhì)勘探工作，根

24、據(jù)量測(cè)的P波、S波速度，按照相關(guān)規(guī)范確定的圍巖級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)重新核定 圍巖級(jí)別，反饋設(shè)計(jì)。.預(yù)報(bào)不穩(wěn)定巖層、斷層破碎帶分布里程，避免盲目施 工通過超前地質(zhì)探測(cè)，預(yù)報(bào)不穩(wěn)定巖層、斷層破碎帶分布里程， 以便設(shè)計(jì)、施工及時(shí)變更施工方法，準(zhǔn)備應(yīng)急措施，避免盲目施 工O.預(yù)報(bào)富水帶的分布里程，及時(shí)采取處理措施對(duì)溶洞、暗河的分布、規(guī)模進(jìn)行預(yù)報(bào)，避免因突泥、涌水危 及人員、設(shè)備安全的事故發(fā)生。.TSP203plus系統(tǒng)超前地質(zhì)探測(cè)成果根據(jù)數(shù)據(jù)處理輸出的資料結(jié)合前期勘察資料、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪綜合分析提交以下成果：.軟硬巖層分界面里程；.是否存在斷層，斷層破碎帶分布里程；.富水帶的分布里程；.溶洞、暗河等不良地質(zhì)體規(guī)

25、模、分布里程；.不同地質(zhì)體的介質(zhì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。繪制沿隧道軸線方向的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)綜合剖面圖，并利用探測(cè)資料，按照公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范重新劃分圍巖級(jí)別。.GPR超前地質(zhì)探測(cè)成果根據(jù)數(shù)據(jù)處理輸出的資料結(jié)合前期勘察資料、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪綜合分析提交以下成果：.巖性分界面里程；.是否存在斷層，斷層破碎帶分布里程；.富水帶的分布里程；.溶洞、暗河等不良地質(zhì)體規(guī)模、分布里程；.軟弱結(jié)構(gòu)面的分布繪制沿隧道軸線方向的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)綜合剖面圖。.報(bào)告提交為了確保預(yù)報(bào)工作的及時(shí)性、 有效性，地質(zhì)超前預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)及 地質(zhì)預(yù)報(bào)快報(bào)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪完成后24小時(shí)內(nèi)上報(bào)招標(biāo)人及監(jiān)理，檢測(cè)報(bào)告和分析意見在 36小時(shí)內(nèi)上報(bào)招標(biāo)人及監(jiān)理，

26、在每次預(yù) 報(bào)結(jié)束后7天內(nèi)，提交完整的報(bào)告并對(duì)報(bào)告內(nèi)容負(fù)責(zé)。4.3.8隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)擬投入的主要設(shè)備介紹(1) .TSP203plus超前地質(zhì)探測(cè)設(shè)備TSP203plus增強(qiáng)型超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)一套，TSP203plus增 強(qiáng)型超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備由瑞士安伯格測(cè)量技術(shù)公司在TSP202和TSP203成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步研制的，具有卓越的特色。比較 TSP202和TSP203, TSP203plus增強(qiáng)型預(yù)報(bào)系統(tǒng)在硬件方面增 加了操作安全性，突出的特點(diǎn)表現(xiàn)在軟件方面：軟件語言使用中/英文雙語言；加強(qiáng)各處理模塊的功能，提高了處理結(jié)果的可靠 性和準(zhǔn)確性。我單位引進(jìn)一臺(tái)全新的 TSP203plus增強(qiáng)型超前

27、地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，用于本項(xiàng)目的隧道超前預(yù)報(bào)工作，儀器新舊程度為100%TSP203plus超前地質(zhì)探測(cè)設(shè)備統(tǒng)，用于本項(xiàng)目的隧道超前預(yù)報(bào)工作，儀器新舊程度為100%TSP203plus超前地質(zhì)探測(cè)設(shè)備TSP203plus超前地質(zhì)探測(cè)設(shè)備表儀器名稱單位數(shù)量備注12道高性能數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)套1便攜式筆記本電腦IBM臺(tái)1一體化免維護(hù)的 pb電池（約6小時(shí)操作）副1堅(jiān)固耐用的聚合物防水箱IP64保護(hù)（關(guān)箱時(shí)，IP67）只1極靈敏的三軸地震接收單元（X, Y,Z三分量），總長(zhǎng) 2m （分 三部份，每部份長(zhǎng) 670mm根2接受器套管清潔桿（配套）根1噴射潤滑劑（進(jìn)口）瓶1堅(jiān)固耐用的聚合物防水箱IP64保護(hù)（關(guān)箱時(shí)，

28、IP67）只1高精度鋼管（插入三軸地震接殳器單兀），長(zhǎng)2m根2環(huán)氧樹脂膠反應(yīng)時(shí)間5分鐘，每箱包裝4個(gè)只4地震記錄單兀的充電器輸入電壓230/110V AC（歐洲插口）只1Toughbook CF-28 PC 充電器輸入電壓230/110V AC（歐洲插口）只1爆炸機(jī)起爆器盒(標(biāo)準(zhǔn) 1-3KV, 40-80 u F)個(gè)1虛擬電阻器（用于測(cè)試爆炸起爆器）個(gè)1電纜線（連接三軸地震接收單兀和記錄 單元），圈卷20m卷1電纜線（記錄單元與起爆器盒之間的連 接線），圈卷20m卷1堅(jiān)固的圈卷鋁制電線卷1三分量地震接受單元的安裝工具套1電子傾角水準(zhǔn)儀只1堅(jiān)固耐用的聚合物防震防水附件箱（關(guān)箱時(shí)，IP67）只1T

29、SPwin地震軟件包3分量地震數(shù)據(jù)采集3分量地震波場(chǎng)處理P波和S波反射層圖層顯示 石石力學(xué)參數(shù)輸出 文件輸出套1TSPwin系統(tǒng)軟件的第二個(gè)保護(hù)器加密狗套1（2） .GPR超前地質(zhì)探測(cè)設(shè)備地質(zhì)雷達(dá)為美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR-3000型彩顯地質(zhì)雷達(dá) （100MHz天線），RADAN處理軟件，可及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。有 效探測(cè)距離1035m,對(duì)探測(cè)結(jié)構(gòu)面、軟夾層、巖溶、含水性效 果好。施工方便，對(duì)隧道施工沒影響。我單位目前擁有SIR-3000型彩顯地質(zhì)雷達(dá)3套，如果我單 位中標(biāo)能夠保證2套地質(zhì)雷達(dá)專用于本項(xiàng)目，確保超前預(yù)報(bào)工作的及時(shí)性。SIR-3000型彩顯地質(zhì)雷達(dá)GPR超前地質(zhì)探測(cè)設(shè)備表儀器名稱

30、單位數(shù)量備注SIR-3000SIR-3000套1便攜式筆記本電腦IBM臺(tái)1一體化免維護(hù)電池（約4小時(shí)操作）副2免維護(hù)電池充電器輸入電壓230/110V AC只1天線100MHzM 蔽套1500MHzW 蔽套1900MHzM 蔽套1LF240cm套1LF360cm套1LF480cm套1電纜線（連接儀器與天線）30m卷1附件箱只2RADANIII軟件包數(shù)據(jù)處理 圖形輸出 文件輸出套1RADANIII系統(tǒng)軟件保護(hù)器加密狗套15、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)與隧道施工作業(yè)易發(fā)生干擾，因此兩者必須緊密配合，相互支持，創(chuàng)造條件，提供方便，按預(yù)報(bào)計(jì)劃認(rèn)真 組織實(shí)施。施工單位不應(yīng)以任何理由中斷地質(zhì)超前

31、預(yù)報(bào)，弁防止因搶工程進(jìn)度忽視地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作而危及施工安全。地震波法.準(zhǔn)備工作TSP203plus超前地質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)距離可達(dá)到200m為提高預(yù)測(cè)精度，本方案采用每100150m左右預(yù)測(cè)一次。當(dāng)采用TSP203plus進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)，首先做好以下準(zhǔn)備工作:.爆破鉆孔預(yù)報(bào)斷層構(gòu)造時(shí)，爆破鉆孔應(yīng)根據(jù)斷層走向布置在與斷層夾 角較小一側(cè)的隧道邊墻上，預(yù)報(bào)巖溶則隧道兩側(cè)邊墻都應(yīng)布置爆 破鉆孔進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。每一次預(yù)報(bào)的炮數(shù)應(yīng)為 24個(gè)（特殊情況下至少18個(gè)），炮 間距l(xiāng).5m o炮眼高度為距隧底lm,所有炮眼與接收器的高度應(yīng) 相同。炮眼孔深1.2l.5m （孔深應(yīng)盡量一致），向下傾斜10 20 ,垂

32、直于隧道軸向，或向前與掌子面成10夾角。鉆孔完成后應(yīng)注意保護(hù)，防止塌孔。.裝藥及起爆準(zhǔn)備裝藥及起爆準(zhǔn)備應(yīng)遵守爆破安全規(guī)程的規(guī)定，使用毫秒 級(jí)無延遲電雷管；炸藥量應(yīng)大于200m探測(cè)距離要求，一般 50g左右，最多不 大于75g。應(yīng)保證炸藥與炮孔嚴(yán)密耦合。.接收器鉆孔的布置要求距掌子面約50m,距第一個(gè)爆破孔1618m必須在隧道兩壁各安置四個(gè)接收器，接收器安置高度與炮孔一致；孔徑4245mm孔深2m,應(yīng)根據(jù)采用的耦合材料確定接收 孔上傾還是下傾（當(dāng)采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行耦合時(shí)，接受器孔應(yīng)向上傾510 ;當(dāng)采用水泥砂漿進(jìn)行耦合時(shí)，接受器孔應(yīng)向下傾 5 10 ）。.在傳感器孔和爆破孔全部鉆好后，由測(cè)量班提供

33、每個(gè)孔 的三維坐標(biāo)，同時(shí)用水平角度尺和鋼尺測(cè)量每個(gè)孔的角度和深 度，并記錄下來。.接收器套管的埋置與爆破孔裝藥接收器套管的埋置關(guān)系到接收器所收集的地震波信息的準(zhǔn)確性。在傳感器孔鉆好后把環(huán)氧樹脂藥卷塞人孔中，然后用風(fēng)槍將套管埋入孔中，環(huán)氧樹脂凝固很快，5min后即可凝結(jié)牢固。當(dāng)所有的爆破孔鉆好后，為防止塌孔，應(yīng)立即在每個(gè)孔內(nèi)裝炸藥， 每孔裝藥量為100g,用瞬發(fā)電雷管連接好，裝入爆破孔的底部。以上所有準(zhǔn)備工作都可以與隧道施工平行作業(yè)，不占用隧道施工時(shí)間。但進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，為減少噪音對(duì)地震波信號(hào)的影響， 要求隧道內(nèi)的各工作面均要暫停 3045min。.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試在所有準(zhǔn)備工作完成后，即可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

34、，為提高測(cè)試精 度，測(cè)試時(shí)要求個(gè)工作面暫停工作，為了盡量少占用施工時(shí)間和減少進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)的干擾，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)間一般選取在噴錨結(jié)束 和鉆爆開始之間的交接班時(shí)間，爆破采用逐個(gè)爆破，在爆破孔注滿水后立刻進(jìn)行爆破，接收器接收到的數(shù)據(jù)保存在電腦里。電磁波法地質(zhì)雷達(dá)詳細(xì)探測(cè)掌子面前方 2050m范圍地層細(xì)部異常 情況，再根據(jù)所探異常地質(zhì)情況解讀分析結(jié)果。地質(zhì)工程師堅(jiān)持日?？拥纼?nèi)觀察，注意地表結(jié)構(gòu)、地層巖性、支護(hù)狀況的變化， 結(jié)合物探資料，做出地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。圖7測(cè)試區(qū)間圖采用SIR-3000型彩顯地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)，首先做好以下準(zhǔn)備工作：.地質(zhì)預(yù)報(bào)工作需要施工單位配合，地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)在掌 子面進(jìn)行，需

35、要時(shí)間約 25分鐘，可在出渣完成后進(jìn)行，對(duì)施工 略有影響；.每次超前預(yù)報(bào)測(cè)試前均應(yīng)該將掌子面修正調(diào)平；(3),根據(jù)探測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和目的層深度選擇合適頻率的天 線；.對(duì)于深部界面的反射波會(huì)由于信噪比過小而不易識(shí)別，應(yīng)用不同天線距在同一測(cè)線上進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，將測(cè)量記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，增強(qiáng)對(duì)深部介質(zhì)的分辨能力；.采用測(cè)量輪控制測(cè)量，測(cè)點(diǎn)間距等。6、有必要說明的其它內(nèi)容重大不良地質(zhì)問題的預(yù)報(bào)對(duì)可能產(chǎn)生涌水、突泥、突石等重大不良地質(zhì)問題的地段應(yīng)重點(diǎn)開展以下幾個(gè)方面的工作。地面地質(zhì)調(diào)查地面地質(zhì)調(diào)查方法分為地質(zhì)測(cè)繪法和地面地質(zhì)界面和地質(zhì) 體投射技術(shù)。其中前者采用的主要技術(shù)手段有穿越、追索和全面 踏勘

36、三種；后者主要是利用調(diào)查的結(jié)果運(yùn)用投射公式進(jìn)行計(jì)算。利用這種方法進(jìn)行如下工作。查明可溶巖與非可溶巖接觸界面的位置及其與地表隧道線 路中心線的相互關(guān)系。弄清楚隧道線路經(jīng)過地區(qū)可溶巖（灰?guī)r、鹽巖），特別是強(qiáng)溶 巖（純灰?guī)r、白云巖、鹽巖）的地層層位和展布范圍。查明隧道線路經(jīng)過地區(qū)及其鄰近地區(qū)， 在可溶巖特別是強(qiáng)溶 巖中分布的規(guī)模較大斷層的產(chǎn)狀及其與地表隧道線路中心線的 相互關(guān)系；特別注意那些兩條或兩條以上斷層交匯的位置（它們是侵蝕性地下水的有利通道）。結(jié)合上述有利于巖溶發(fā)育的巖層層位和構(gòu)造位置，在大小封閉的洼地內(nèi)，尋找大型溶洞或暗河的入口。根據(jù)斷層產(chǎn)狀或可溶巖與非可溶巖界面的產(chǎn)狀， 用地面地質(zhì) 界面

37、法和投射公式，求得可能出現(xiàn)的大型溶洞、 暗河與隧道的相 互關(guān)系。查明暗河的入口和出口的位置及標(biāo)高， 并結(jié)合可能成為暗河 通道的較大斷層或較緊閉背斜褶皺的核部的位置、產(chǎn)狀，推斷暗河大致通道，確定能否與隧道相遇或與隧道的大概位置關(guān)系。依據(jù)巖溶發(fā)育的分帶性和隧道的相對(duì)標(biāo)高和季節(jié)的變化，判斷那些可能與隧道相遇的溶洞、暗河的含水量；或推斷那些不與隧道相遇的有水溶洞或暗河對(duì)隧道施工的影響程度。中距離TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)一般情況下，TSP的觀測(cè)系統(tǒng)采用單邊放炮，雙邊接收，為 保證獲得豐富的信息量，復(fù)雜地段采用雙邊放炮、雙邊接收。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)不僅開展掌子面前方的探測(cè)工作，還應(yīng)對(duì)側(cè) 壁進(jìn)行探測(cè)。超前水平鉆，采用鉆爆法進(jìn)行隧道施工的鉆進(jìn)深度3.5m,也就是每循環(huán)開挖的長(zhǎng)度，完整堅(jiān)硬巖石5m,可保證開挖安全，因此可采用風(fēng)槍鉆鉆進(jìn)，進(jìn)行超前探測(cè)，該方法簡(jiǎn)便易行，必要 時(shí)采用專門的水平鉆。發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)問題和險(xiǎn)情的處理措施由于隧道工程為地下工程，不可避免地遇到各種各樣的地質(zhì) 災(zāi)害，當(dāng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)體，或存在險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)警，并 與由業(yè)主牽頭組成的總體技術(shù)組(建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、監(jiān)控和施 工單位組成)一起商討處理方案。下面列出發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)問題時(shí)常用的施工方法和處理措施， 可供參考