隧道及地下工程超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)介紹-鐵路建設(shè)培訓(xùn)班2009.12.5

隧道及地下工程

超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)介紹講解人中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)公司齊傳生2021年12月南昌講解提綱1國內(nèi)外歷史及現(xiàn)狀2超前地質(zhì)預(yù)報工作的管理3超前地質(zhì)預(yù)報的目的、任務(wù)及工作內(nèi)容4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段5地質(zhì)復(fù)雜程度分級及超前地質(zhì)預(yù)報方案6工藝流程及操作要點7臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的前兆標(biāo)志8材料、機(jī)具設(shè)備及勞動組織9平安措施10預(yù)報實例11存在問題1國內(nèi)外歷史及現(xiàn)狀1.1超前地質(zhì)預(yù)報的重要性突泥、突水、煤層瓦斯突出及爆炸是隧道建設(shè)中的主要工程地質(zhì)問題，甚至為制約隧道建設(shè)工期及能否平安運營的關(guān)鍵。如雅礱(long)江錦屏二級電站地質(zhì)探洞施工曾三次遇到特大規(guī)模的高壓涌水，其中探洞3948m處突水射程達(dá)35~37m，流量0.61m3/s，沖毀施工設(shè)施，疏干地表巖溶大泉，致使使用該泉水發(fā)電的電站關(guān)閉；衡廣復(fù)線大瑤山隧道〔14.295km〕涌突水，沖毀施工設(shè)施，淹沒豎井，延誤建設(shè)工期，引發(fā)地表巖溶塌陷、水源枯竭、居民生產(chǎn)、生活用水困難等一系列的環(huán)境地質(zhì)問題；衡廣復(fù)線南嶺隧道，施工時地表水通過巖溶裂隙下滲，屢次發(fā)生涌水突泥，導(dǎo)致地表塌陷、井水枯竭、河水?dāng)嗔鳎?006年1月21日10時50分，宜萬鐵路馬鹿箐隧道出口平導(dǎo)PDK255+978.1，即距洞口3152m處的掌子面拱頂突發(fā)透水事故，15分鐘內(nèi)涌水量達(dá)18×104m3，造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失；2005年12月22日14時許四川都江堰至汶川高速公路董家山隧道發(fā)生瓦斯爆炸事故，造成44人死亡，11人受傷；日本東海道干線舊丹拿隧道〔長7.84km〕1981年開工后曾6次遇到大1國內(nèi)外歷史及現(xiàn)狀1.1超前地質(zhì)預(yù)報的重要性規(guī)模高壓涌突水，最大一次達(dá)3.3m3/s，水頭高達(dá)1.4MPa，貫穿時總涌水量達(dá)1.63m3/s，致使該隧道建設(shè)工期達(dá)16年之久；日本的萬之瀨(lai)川引水隧道〔8.2km〕，在施工中出現(xiàn)嚴(yán)重涌突水，最大水量2.4m3/s，水頭壓力高達(dá)1.45MPa，致使5次改變施工方案，延誤工期近2年；1992年竣工的辛普倫雙孔單線隧道是穿越阿爾卑斯山的第四座特長隧道，施工期間發(fā)生的特大規(guī)模涌水，涌水量達(dá)13.4m3/s，水溫高達(dá)47~56℃；前蘇聯(lián)的貝阿鐵路北穆隧道〔長13.5km〕，最大涌水量達(dá)60×104m3/d。這些工程事例說明巖溶和涌突水以及煤層瓦斯等給工程本身和周圍環(huán)境造成極大的危害。準(zhǔn)確預(yù)報施工前方地質(zhì)條件是隧道建設(shè)的迫切需要，是確定工程對策、工程措施的關(guān)鍵，是工程施工平安的前提，是控制和合理運用工程投資的重要因素。1超前地質(zhì)預(yù)報開展的歷史及現(xiàn)狀1.2超前地質(zhì)預(yù)報開展的歷史及現(xiàn)狀隧道超前地質(zhì)預(yù)報在二十世紀(jì)八十年代前，國內(nèi)外還根本處于起步階段。我國在五、六十年代修建川黔鐵路涼風(fēng)埡隧道、成昆鐵路時開始采用以地質(zhì)法為主的地質(zhì)超前預(yù)報工作。八十年代以來，國內(nèi)外隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)得到了長足的開展，地質(zhì)條件復(fù)雜及當(dāng)時具有里程碑地位的衡廣復(fù)線大瑤山隧道、大秦鐵路軍都山隧道皆開展了局部超前地質(zhì)預(yù)報工作；特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，超前地質(zhì)預(yù)報在我國成為一熱點技術(shù)，隧道及地下工程界對此非常重視，地質(zhì)條件極為復(fù)雜、堪稱“五毒俱全〞的渝懷鐵路圓梁山隧道是我國第一座全面系統(tǒng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報的隧道。2005年中隧集團(tuán)編寫的?巖溶地區(qū)隧道超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工法?通過集團(tuán)公司級評審，鑒定為集團(tuán)公司級工法；2006年中隧集團(tuán)主編的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?在國內(nèi)外第一次1超前地質(zhì)預(yù)報開展的歷史及現(xiàn)狀1.2超前地質(zhì)預(yù)報開展的歷史及現(xiàn)狀將超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)作為專門章節(jié)列入標(biāo)準(zhǔn)；受鐵道部的委托，中隧集團(tuán)主編的鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)指南?2021年8月發(fā)布實施，這是國內(nèi)外第一部專門關(guān)于超前地質(zhì)預(yù)報的標(biāo)準(zhǔn)，表達(dá)了國內(nèi)外在超前地質(zhì)預(yù)報方面的開展水平，填補了國內(nèi)外在該領(lǐng)域無標(biāo)準(zhǔn)、無規(guī)程可依的空白。但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，目前還沒有哪一種儀器和設(shè)備能解決所有的地質(zhì)問題，預(yù)報理論與技術(shù)仍需完善，儀器和設(shè)備仍需不斷更新改進(jìn)。很多人在問，目前經(jīng)常采用的預(yù)報手段到底有哪些、原理是什么、有哪些優(yōu)缺點、適用范圍如何、在工程中該如何選擇、準(zhǔn)確度怎樣？在斷層、巖溶、煤層瓦斯等預(yù)報中采取什么樣的預(yù)報方案比較適宜？結(jié)合剛發(fā)布一年多的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，今天與大家共同探討。2超前地質(zhì)預(yù)報工作的管理2.1參建各方在隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作中職責(zé)與分工的劃分如下：

1建設(shè)單位應(yīng)負(fù)責(zé)隧道超前地質(zhì)預(yù)報實施大綱的審批，并對地質(zhì)預(yù)報工作的實施情況進(jìn)行監(jiān)督和檢查。2勘察設(shè)計單位應(yīng)研究提出隧道地質(zhì)復(fù)雜程度分級，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報方案設(shè)計，編制工程概預(yù)算；施工中應(yīng)分析和研究超前地質(zhì)預(yù)報成果，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計不符的，要按程序及時進(jìn)行變更設(shè)計。3施工單位在開工前應(yīng)編制超前地質(zhì)預(yù)報實施大綱，并納入實施性施工組織設(shè)計，按程序?qū)彶楹团鷾?zhǔn)后負(fù)責(zé)組織實施；應(yīng)及時將超前地質(zhì)預(yù)報成果報監(jiān)理、勘察設(shè)計、建設(shè)單位，并對超前地質(zhì)預(yù)報成果及數(shù)據(jù)的真實性負(fù)責(zé)。4監(jiān)理單位應(yīng)對隧道超前地質(zhì)預(yù)報實施過程進(jìn)行監(jiān)理，負(fù)責(zé)監(jiān)督檢查施工單位現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員〔地質(zhì)、物探〕數(shù)量及能力、設(shè)備類型及數(shù)量、超前地質(zhì)預(yù)報的實施和數(shù)據(jù)采集以及相關(guān)協(xié)調(diào)工作等。2超前地質(zhì)預(yù)報工作的管理2.2超前地質(zhì)預(yù)報隊伍的管理承擔(dān)地質(zhì)條件復(fù)雜隧道的施工單位應(yīng)具有實施超前地質(zhì)預(yù)報的工作能力，或委托有經(jīng)驗的超前地質(zhì)預(yù)報專業(yè)化隊伍實施，并納入現(xiàn)場施工組織管理；超前地質(zhì)預(yù)報實施單位應(yīng)根據(jù)預(yù)報方案和合同規(guī)定配備足夠的專業(yè)人員和儀器設(shè)備，儀器設(shè)備的性能、精度及效率應(yīng)能滿足預(yù)報和工期的要求。2超前地質(zhì)預(yù)報工作的管理2.3超前地質(zhì)預(yù)報工作的技術(shù)管理

1鐵路隧道工程在各設(shè)計階段均應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的超前地質(zhì)預(yù)報設(shè)計，預(yù)報方法的選擇應(yīng)與施工方法相適應(yīng)。2鐵路隧道施工階段應(yīng)實施超前地質(zhì)預(yù)報。根據(jù)預(yù)報對象的特點和超前地質(zhì)預(yù)報方案設(shè)計，編制預(yù)報實施大綱并納入施工組織設(shè)計。3隧道超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)復(fù)雜程度分級，確定重點預(yù)報地段，并遵循動態(tài)設(shè)計原那么，根據(jù)預(yù)報實施工作中掌握的地質(zhì)情況，及時調(diào)整隧道區(qū)段的地質(zhì)復(fù)雜程度分級、預(yù)報方法和技術(shù)要求等。2超前地質(zhì)預(yù)報工作的管理2.3超前地質(zhì)預(yù)報工作的技術(shù)管理4隧道超前地質(zhì)預(yù)報可采用地質(zhì)調(diào)查與勘探相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合、長距離與短距離相結(jié)合、地面與地下相結(jié)合、超前導(dǎo)坑與主洞探測相結(jié)合的方法，并對各種方法預(yù)報結(jié)果綜合分析，相互驗證，提高預(yù)報準(zhǔn)確性。5超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果應(yīng)表達(dá)及時性，超前地質(zhì)預(yù)報實施單位應(yīng)及時將預(yù)報成果報送有關(guān)各方。6超前地質(zhì)預(yù)報是勘察設(shè)計階段工程地質(zhì)工作的延續(xù)，應(yīng)進(jìn)行實際地質(zhì)狀況與設(shè)計的比照分析，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷提高隧道工程地質(zhì)勘察質(zhì)量。

3超前地質(zhì)預(yù)報的目的、任務(wù)及工作內(nèi)容

3.1超前地質(zhì)預(yù)報的目的及任務(wù)1進(jìn)一步查清隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，指導(dǎo)工程施工的順利進(jìn)行；2降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率和危害程度；3為優(yōu)化工程設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)；4為編制竣工文件提供地質(zhì)資料。3超前地質(zhì)預(yù)報的目的、任務(wù)及工作內(nèi)容3.2超前地質(zhì)預(yù)報的主要工作內(nèi)容如下：1地層巖性預(yù)測預(yù)報，特別是對軟弱夾層、破碎地層、煤層及特殊巖土的預(yù)測預(yù)報；

2

地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測預(yù)報，特別是對斷層、節(jié)理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構(gòu)造發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報；3不良地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，特別是對巖溶、人為坑洞、瓦斯等發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報；4

地下水預(yù)測預(yù)報，特別是對巖溶管道水及富水?dāng)鄬?、富水褶皺軸、富水地層中的裂隙水等發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.1隧道超前地質(zhì)預(yù)報的概念隧道超前地質(zhì)預(yù)報：在分析既有地質(zhì)資料的根底上，采用地質(zhì)調(diào)查、物探、超前地質(zhì)鉆探、超前導(dǎo)坑等手段，對隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)體的工程性質(zhì)、位置、產(chǎn)狀、規(guī)模等進(jìn)行探測、分析判釋及預(yù)報，并提出技術(shù)措施建議。綜合超前地質(zhì)預(yù)報：根據(jù)預(yù)報對象的地質(zhì)特點，采取兩種或兩種以上有效的預(yù)報手段進(jìn)行相互印證的超前地質(zhì)預(yù)報方法。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.2超前地質(zhì)預(yù)報方法的分類按預(yù)報手段原理的不同分為：1地質(zhì)調(diào)查法：包括隧道地表補充地質(zhì)調(diào)查、洞內(nèi)開挖工作面地質(zhì)素描和洞身地質(zhì)素描、地層分界線及構(gòu)造線的地下和地表相關(guān)性分析、地質(zhì)作圖等。2超前鉆探法：包括超前地質(zhì)鉆探、加深炮孔探測及孔內(nèi)攝影。3物探法：包括彈性波反射法〔地震波反射法、水平聲波剖面法、負(fù)視速度法和陸地聲納法等〕、電磁波反射法〔地質(zhì)雷達(dá)探測〕、紅外探測、高分辨直流電法等。4超前導(dǎo)坑預(yù)報法：包括平行超前導(dǎo)坑法、正洞超前導(dǎo)坑法等。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段按超前地質(zhì)預(yù)報長度的不同分為：1長距離預(yù)報：預(yù)報長度100m以上?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法、地震波反射法及100m以上的超前鉆探等。2中長距離預(yù)報：預(yù)報長度30～100m?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法及30～100m的超前鉆探等。3短距離預(yù)報：預(yù)報長度30m以內(nèi)?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法、電磁波反射法〔地質(zhì)雷達(dá)探測〕、紅外探測及小于30m的超前鉆探等。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段地質(zhì)調(diào)查法地質(zhì)素描法1原理利用地質(zhì)理論和作圖法，將隧道所揭露的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、地下水出露點位置及出水狀態(tài)、出水量、煤層、溶洞等準(zhǔn)確記錄下來并繪制成圖表，結(jié)合已有勘測資料，進(jìn)行隧道開挖面前方地質(zhì)條件的預(yù)測預(yù)報。2、優(yōu)缺點該方法設(shè)備簡單(地質(zhì)羅盤〕、操作方便、不占用隧道施工時間，提交資料及時，且能為整座隧道提供完整的地質(zhì)資料，費用低，但對與隧道交角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報，對操作人員地質(zhì)知識水平要求較高，一般要求地質(zhì)專業(yè)人員來完成。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

4.3各種主要預(yù)報手段地質(zhì)調(diào)查法地質(zhì)素描法4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段地質(zhì)調(diào)查法地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析法用已開挖隧道段地層分界線及構(gòu)造線在地表的反映預(yù)報尚未開挖段隧道地質(zhì)條件，預(yù)報距離長，施工有充分準(zhǔn)備時間，不干擾施工，工作可由專業(yè)地質(zhì)人員完成?！矊有?、層厚、標(biāo)志層〕地質(zhì)投影作圖法利用地表觀測到的斷層、巖脈等產(chǎn)狀，，投影作圖給出該斷層、巖脈在洞軸上出現(xiàn)的位置。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析法、地質(zhì)投影作圖法4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段超前導(dǎo)坑預(yù)報法平行超前導(dǎo)坑法平行超前導(dǎo)坑法是在隧道正洞左邊或右邊一定距離開挖一個平行的斷面較小的導(dǎo)坑，以導(dǎo)坑中的地質(zhì)情況通過地質(zhì)理論和作圖法預(yù)報正洞地質(zhì)條件的方法。平行導(dǎo)坑的作用很多〔如排水、減壓放水、改善通風(fēng)條件、增加工作面及探明地質(zhì)條件等〕，地質(zhì)預(yù)報只是其中用途之一，一般只是當(dāng)設(shè)計圖紙中有平導(dǎo)設(shè)計的才采用該法，因其費用極為昂貴。正洞超前導(dǎo)坑法正洞超前導(dǎo)坑法是在隧道正洞中某個部位開挖一個斷面較小的導(dǎo)坑以探明地質(zhì)情況的方法。該方法較平行導(dǎo)坑法更直接、更準(zhǔn)確。正洞導(dǎo)坑可作為隧道施工工法的一種，既開挖了隧道，又探明了地質(zhì)。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段超前導(dǎo)坑預(yù)報法關(guān)鍵點1超前導(dǎo)坑預(yù)報法對煤層、斷層、地層分界線等面狀結(jié)構(gòu)面預(yù)報比較準(zhǔn)確，對巖溶等有預(yù)報不準(zhǔn)〔漏報〕的可能。在巖溶發(fā)育可能性較大的地段可利用物探、鉆探手段由導(dǎo)坑向正洞探測預(yù)報。2超前導(dǎo)坑中探測正洞地質(zhì)條件的物探方法可采用地質(zhì)雷達(dá)探測、陸地聲納法、水平聲波剖面法等，探測方法的有效探測長度應(yīng)到達(dá)或超過隧道被探測的范圍。3隧道中出現(xiàn)的涌泥、突水、瓦斯爆炸等地質(zhì)災(zāi)害在超前導(dǎo)坑施工中同樣會發(fā)生，必須引起足夠重視。超前導(dǎo)坑開挖過程中應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報，可采用地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探等方法，防止導(dǎo)坑地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段超前鉆探預(yù)報法超前地質(zhì)鉆探1、原理超前地質(zhì)鉆探是利用水平鉆機(jī)在隧道工作面進(jìn)行地質(zhì)鉆探獲取地質(zhì)信息的一種地質(zhì)超前預(yù)報方式。以下圖是某隧道復(fù)雜地段水平鉆孔布置方式圖，鉆孔納入了施工工序，每30m一個循環(huán)，純鉆時間5～9小時，輔助時間1～2小時，干擾施工時間6～11小時〔約7～13%〕。〔仰角、伏角、外插角〕(根據(jù)需要可有多種不同的布置方式和鉆孔個數(shù))圖超前水平鉆探鉆孔布置圖4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

4.3各種主要預(yù)報手段

超前鉆探預(yù)報法

超前地質(zhì)鉆探

隧道內(nèi)超前地質(zhì)鉆探現(xiàn)場超前探孔布置橫斷面投影示意圖4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

4.3各種主要預(yù)報手段

超前鉆探預(yù)報法

超前地質(zhì)鉆探

技術(shù)人員利用鉆孔測試水壓超前鉆探取的溶洞填充物4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

4.3各種主要預(yù)報手段

超前鉆探預(yù)報法

超前地質(zhì)鉆探

超前地質(zhì)鉆孔揭露巖溶水〔見以下圖〕4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段超前鉆探預(yù)報法超前地質(zhì)鉆探2、優(yōu)缺點優(yōu)點：①可比較直觀地告訴我們鉆孔所經(jīng)過部位的地層巖性、巖體完整程度、裂隙度、溶洞大小、有沒有水以及可測水壓上下等。②煤系地層可進(jìn)行孔內(nèi)煤與瓦斯參數(shù)測定，采取適宜防治措施，防治煤與瓦斯突出危險性?！?鐵路瓦斯隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?(TB10120—2002〕〕③與物探方法相比，它具有直觀性、客觀性，不存在物探手段經(jīng)常發(fā)生的多解性、不確定性。缺點：費用高、占用隧道施工時間長，且資料只是一孔之見。(理論上講，由于溶洞發(fā)育的復(fù)雜性、多變性，幾個鉆孔也難100%地把掌子面前方的管道巖溶提前揭露預(yù)報出來。)4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段超前鉆探預(yù)報法加深炮孔探測該方法是利用風(fēng)鉆或掘巖臺車在隧道掌子面鉆水平小孔徑的淺孔獲取地質(zhì)信息的一種方法，它是(巖溶發(fā)育區(qū))對超前地質(zhì)鉆探的一種重要補充，因其數(shù)量較多，有時效果是非常明顯的。與超前地質(zhì)鉆探相比，它具有設(shè)備簡單、操作方便、費用低、占用隧道施工時間短，可與爆破孔同時施作，只不過其深度較爆破孔深2～6m而已。這樣，風(fēng)鉆探測深度總是超前每循環(huán)爆破進(jìn)尺2～6m，保證施工平安。缺點是孔淺，且不能取巖芯?？變?nèi)攝影目前用的比較少，中科院武漢巖土研究所在這方面經(jīng)驗比較豐富一點。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法(包括TSP隧道地震波反射法、HSP聲波反射法、陸地聲納預(yù)報法、負(fù)視速度法、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測、單孔和跨孔CT、TGP12地震波反射法等)TSP隧道地震波反射法TSP203〔TSP200〕超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)是專門為隧道與地下工程超前地質(zhì)預(yù)報研制開發(fā)的設(shè)備，它為方便快捷地預(yù)報掌子面前方100～350m(圍巖完整時可粗略預(yù)報掌子面前方500m以上〕范圍內(nèi)的地質(zhì)情況提供了一種強有力的方法和工具。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法TSP隧道地震波反射法1、預(yù)報原理(可以放一錄像)TSP203〔TSP200〕超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報隧道掘進(jìn)面前方及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)狀況的。它是在掌子面后方邊墻上一定范圍內(nèi)布置一排爆破點，依此進(jìn)行微弱爆破，產(chǎn)生的地震波信號在隧道周圍巖體內(nèi)傳播，當(dāng)巖石強度發(fā)生變化時，比方有斷層或巖層變化，信號的一部分被返回。界面兩側(cè)巖石的強度差異越大，反射回來的信號也就越強。返回的信號被經(jīng)過特殊設(shè)計的接收器接收轉(zhuǎn)化成電信號并進(jìn)行放大。根據(jù)信號返回的時間和方向，通過專用數(shù)據(jù)處理軟件處理就可以得到巖體強度變化界面的位置及方位。TSP超前地質(zhì)預(yù)報原理圖4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段

物探方法TSP隧道地震波反射法(實例中有一些圖)

2、優(yōu)缺點及適用范圍①適用范圍廣適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。②預(yù)報距離長能預(yù)報掌子面前方100～350m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越完整預(yù)報長度就越大。③對隧道施工干擾小它可在隧道施工間隙進(jìn)行，即使專門安排此項工作，也不過30分鐘左右。④提交資料及時在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的第二天即可提交正式成果報告。它設(shè)計了一套專用處理軟件，將復(fù)雜多解的波形分析轉(zhuǎn)換為直觀的單一解的波形能量分析圖。

4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法TSP隧道地震波反射法(實例中有一些圖)〔加錄像〕2、優(yōu)缺點及適用范圍④將隧道頂部和底部的波形能量分析圖分析確定之后，就可得出斷層破碎帶、軟弱夾層或其它不良地質(zhì)體相對于隧道的空間位置，計算機(jī)就會自動繪出彈性波速度有差異的地質(zhì)界面相對于隧道軸線的地質(zhì)平面圖和縱斷面圖。⑤預(yù)報準(zhǔn)確性其預(yù)報地質(zhì)體距離掌子面的位置是根據(jù)24個爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質(zhì)體反射波到達(dá)接收器的時間來確定的，由于彈性波速度的差異而導(dǎo)致地質(zhì)體預(yù)報位置與實際情況有所差異。⑥預(yù)報精度它所能反映出的地質(zhì)體的寬度是根據(jù)采樣間隔和巖體彈性波速度來確定的，如采樣間隔取80μs，彈性波速度為5000m/s，那么能預(yù)報出的地質(zhì)體的寬度為0.4m。⑦預(yù)報斷層、弱硬巖接觸面等面狀結(jié)構(gòu)反射信號較為明顯，而預(yù)報溶洞等點狀地質(zhì)體那么不盡如人意，因其預(yù)報原理和計算模型是以平面為計算依據(jù)，對小型溶洞反映不明顯。TSP202(203、200)隧道內(nèi)操作現(xiàn)場4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法HSP聲波反射法該方法是利用聲波在地層中傳播、反射，通過信號采集系統(tǒng)接收反射信號，根據(jù)波的傳播、反射理論計算判釋隧道掌子面前方反射界面〔斷層破碎帶、軟弱夾層等〕距隧道掌子面的距離來進(jìn)行預(yù)報。其原理與TSP相一致，現(xiàn)場采集信號時要求沒有其它震動源。HSP可以預(yù)報掌子面前方50～100m，還可用于利用超前平導(dǎo)對正洞未開挖段地質(zhì)情況的預(yù)報。以下圖為ZGS1610型智能工程探測聲波儀(1996～2003年)4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法紅外探測1、根本原理紅外探測屬廣義遙感技術(shù)，它建立在紅外輻射場的根底上。地球上一切物質(zhì)，每時每刻都在向外部輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場。物質(zhì)在向外部發(fā)射紅外輻射的同時，必然會把它內(nèi)部的信息傳遞出來，因而根據(jù)場的變化，即探測曲線上所出現(xiàn)的異常，提前發(fā)現(xiàn)隱蔽的災(zāi)害實體，從而預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生。紅外輻射場理論應(yīng)用于隧道地質(zhì)預(yù)報中，就是，當(dāng)隧道外圍空間和掘進(jìn)前方存在隱伏水體或含水構(gòu)造時，隱伏水體或含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常場就要疊加到正常場上，使隧道內(nèi)的正常場產(chǎn)生畸變，根據(jù)拱頂、隧底、邊墻、掌子面探測曲線、測量數(shù)據(jù)的變化就能確定隱伏水體或含水構(gòu)造所在空間方位。如右圖是某隧道某里程掌子面的探測結(jié)果圖，據(jù)此圖可判定掌子面前方存在含水構(gòu)造。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法紅外探測2、優(yōu)缺點及適用范圍優(yōu)點：儀器小巧輕便，操作簡單，可實現(xiàn)全空間全方位探測，能預(yù)測隧道外圍空間及掘進(jìn)面前方30m范圍內(nèi)是否存在隱伏水體或含水構(gòu)造，根本不占用隧道施工時間，資料分析簡潔、快速、直觀。缺點：它只能告訴探測點前方30m范圍內(nèi)有沒有水，至于水量大小、水體寬度及具體位置等那么難以說清，也就是說目前紅外探測只限于定性階段。適用范圍：適用于任何地層中定性判斷探測點前方“有沒有水〞及水體存在方位。右圖為紅外探水儀照片4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法地質(zhì)雷達(dá)1、預(yù)報原理地質(zhì)雷達(dá)采用的是時間域脈沖雷達(dá)，其理論根底為高頻電磁波理論。工作方式是以寬頻帶短脈沖的高頻電磁波的反射來探測目的體。雷達(dá)系統(tǒng)向被探測物發(fā)射電磁脈沖，電磁脈沖穿過介質(zhì)外表，碰到目標(biāo)物或不同介質(zhì)之間的界面而被反射回來，根據(jù)電磁波的雙程走時的長短差異，確定探測目標(biāo)的形態(tài)及屬性，結(jié)合工程地質(zhì)理論分析到達(dá)對埋藏目標(biāo)〔地質(zhì)體〕的探測與判斷。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段

物探方法

地質(zhì)雷達(dá)

2、優(yōu)缺點及適用范圍

①目前國內(nèi)還沒有為隧道超前地質(zhì)預(yù)報而專門設(shè)計制作的地質(zhì)雷達(dá)，儀器密封性差，洞內(nèi)不易防水、防潮、防塵，易造成儀器損壞，特別是沒有專門的天線，操作起來費時費力，且效果不好。②探測距離太短，一次只能探測5～30m，與目前隧道每天開挖接近10～20m的速度極不匹配。

4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法地質(zhì)雷達(dá)2、優(yōu)缺點及適用范圍③隧道內(nèi)的環(huán)境條件與地質(zhì)雷達(dá)的理論根底—半無限空間不吻合，加之洞內(nèi)鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼軌等金屬構(gòu)件的影響，探測結(jié)果一般不太理想。④就目前的技術(shù)水平而言，地質(zhì)雷達(dá)采用高頻率的天線作為隧道砼襯砌質(zhì)量無損檢測的手段仍是比較適宜的。⑤地質(zhì)雷達(dá)在地表探測5～30m范圍內(nèi)的地下地層或地質(zhì)異常體(溶洞、土洞、斷裂、空隙等)反射信號還是比較明顯的，也是一種比較理想的手段；灰?guī)r地區(qū)隧道鋪底前采用中～低頻率的天線作為探明隧底隱伏巖溶洞穴的手段仍是大家經(jīng)常采用的。⑥巖溶重點發(fā)育地段，有時也用地質(zhì)雷達(dá)對掌子面前方和邊墻外側(cè)巖溶洞穴進(jìn)行探測。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法陸地聲納法1、預(yù)報原理陸地聲納法是“極小偏移距高頻寬帶彈性波反射連續(xù)剖面法〞的簡化俗稱，其根本原理也是地震反射法。它是在隧道掌子面上用錘擊方式產(chǎn)生彈性波，并在激震點旁用檢波器接收。彈性波向掌子面前方傳播，遇到斷層、大節(jié)理、巖脈、溶洞及其它不良地質(zhì)界面會產(chǎn)生反射，由檢波器接收到這些反射波，就能反映前方的不連續(xù)面。

4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法陸地聲納法2、優(yōu)缺點①儀器為國產(chǎn)設(shè)備，價格廉價，工作費用較低。②儀器設(shè)備輕便，采用錘擊方式〔而不是爆炸方式〕激發(fā)震波，操作簡單。③現(xiàn)場總施測時間30～50分鐘。④實踐認(rèn)為每次預(yù)報80～100m是比較合理的。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法高分辨直流電法1原理高分辨直流電法是以巖石的電性差異〔即電阻率差異〕為根底，在全空間條件下建立電場，電流通過布置在隧道內(nèi)的供電電極在圍巖中建立起全空間穩(wěn)定電場，通過研究電場或電磁場的分布規(guī)律預(yù)報開挖工作面前方儲水、導(dǎo)水構(gòu)造分布和發(fā)育情況的一種直流電法探測技術(shù)。2適用范圍高分辨直流電法適用于探測任何地層中存在的地下水體位置及相對含水量大小，如斷層破碎帶、溶洞、溶隙、暗河等地質(zhì)體中的地下水。3關(guān)鍵點現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)時必須布設(shè)三個以上的發(fā)射電極，進(jìn)行空間交匯，區(qū)分各種影響，并壓制不需要的信號，突出隧道前方地質(zhì)異常體的信號，該方法也稱為“三極空間交匯探測法〞。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段

物探方法

高分辨直流電法圖YD32(A)高分辯電法儀標(biāo)準(zhǔn)圖譜

圖

某隧道進(jìn)口YDK427+062探測圖

4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法跨孔聲波CT成像法〔定發(fā)、定收、同步接發(fā)〕〔聲波、電磁波、地震波〕跨孔聲波CT是通過探測成像確定鉆孔間巖體結(jié)構(gòu)等情況，借助醫(yī)學(xué)界X射線斷層掃描的根本原理，結(jié)合巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)分析，采用射線走時和振幅來重構(gòu)巖土內(nèi)部聲速值及衰減系數(shù)的場分布，通過像素、色譜、立體網(wǎng)絡(luò)的綜合展示，到達(dá)直觀反映巖石〔體〕內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像〔如巖溶洞穴的位置、規(guī)模及充填特性等〕之目的。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法跨孔聲波CT成像法〔專用處理軟件〕聲波CT探測的物理前提是：具不同物性差異的介質(zhì)，聲波在其內(nèi)部的傳播速度不同。該方法通過密集對穿的測試方式，計算并模擬測試剖面內(nèi)部的物性差異情況，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)分析，從而到達(dá)對測試剖面范圍內(nèi)的地質(zhì)體進(jìn)行直觀的三維圖像描述。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段物探方法數(shù)碼成像技術(shù)1、原理這是一項具有高科技含量和開展前景的技術(shù)—信息技術(shù)在地下工程中的具體應(yīng)用。它可利用掌子面超前鉆孔或隧洞已開挖段坑壁的畫象情報，用計算機(jī)數(shù)值處理等方法，進(jìn)行相關(guān)處理，就能進(jìn)行施工階段圍巖級別的判定、掌子面前方地質(zhì)情況預(yù)測。2、優(yōu)缺點該方法設(shè)備簡單，僅僅需要一臺或幾臺較高分辨率的數(shù)碼相機(jī)及相應(yīng)的附屬配件。該項技術(shù)在我國尚處于研究階段。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段其它聲監(jiān)測法巖石受力過程中出現(xiàn)的微破壞會在巖體中引起自然聲振動，隨著巖體破壞程度的開展，到將要破壞的短時間內(nèi)，這種聲響會增大，單位時間內(nèi)的聲響次數(shù)也會增加。據(jù)研究，頂板冒落前還發(fā)出一系列人耳聽不見的聲音—超聲波，如果這種聲響頻率越來越大，接著急劇變小，頂板就有馬上冒落的危險。根據(jù)巖石產(chǎn)生微破壞會在巖體中引起聲振動及冒頂前聲響頻度產(chǎn)生異常變化的原理，采用儀器去監(jiān)收或監(jiān)聽這類聲振動，據(jù)以預(yù)報巖體發(fā)生破壞的可能性和時間，以便及時采取平安措施的方法叫做聲監(jiān)測法。這種方法利用壓電效應(yīng)靈敏的材料做成接收換能器〔聲響探頭〕，將其放在鉆孔中或直接粘貼在頂板上，它能將巖體中微弱的聲振動轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電子放大器放大而為觀測人員直接聽到或進(jìn)行自記，以監(jiān)測巖體中聲響的異常變化。聲監(jiān)測法對聲發(fā)射活動比較顯著的堅硬脆性巖石效果較好，而對軟弱巖石不太理想。4超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段4.3各種主要預(yù)報手段其它聲探測法通過人工發(fā)出聲波或超聲波，測量它在巖體或巖石試件中傳播速度、相位、振幅、頻率等的變化，用以確定巖石力學(xué)性質(zhì)、巖體應(yīng)力等的方法稱為聲探測法。目前用聲探測法可確定巖石的彈性模量，確定巖體的裂隙性〔破壞程度〕和破裂帶范圍，當(dāng)應(yīng)力與聲速有固定關(guān)系的情況下，還可根據(jù)聲速測定巖體應(yīng)力。目前聲探測法比較成功的是用于測動彈性模量和破裂帶范圍。5地質(zhì)復(fù)雜程度分級及

超前地質(zhì)預(yù)報方案5.1地質(zhì)復(fù)雜程度分級隧道超前地質(zhì)預(yù)報設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)隧道的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、地質(zhì)因素對隧道施工影響程度及誘發(fā)環(huán)境問題的程度等，對隧道分段進(jìn)行地質(zhì)復(fù)雜程度分級，為隧道地質(zhì)超前預(yù)報設(shè)計提供依據(jù)，不同級別的地段應(yīng)采取不同的預(yù)報方法。隧道地質(zhì)復(fù)雜程度分為復(fù)雜、較復(fù)雜、中等復(fù)雜和簡單四級〔分級方法詳見下表〕。隧道地質(zhì)復(fù)雜程度分級是動態(tài)變化的過程，可根據(jù)開挖過程中的地質(zhì)超前預(yù)報成果和實際地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)整。地質(zhì)復(fù)雜程度分級及超前地質(zhì)預(yù)報方案

地質(zhì)復(fù)雜程度分級表復(fù)雜程度分級影響因素復(fù)雜較復(fù)雜中等復(fù)雜簡單地質(zhì)復(fù)雜程度(含物探異常)巖溶發(fā)育程度強烈發(fā)育，以大型暗河、廊道、較大規(guī)模溶洞、豎井和落水洞為主，地下洞穴系統(tǒng)基本形成中等發(fā)育，沿斷層、層面、不整合面等有顯著溶蝕，中小型串珠狀洞穴發(fā)育，地下洞穴系統(tǒng)未形成，有小型暗河或集中徑流弱發(fā)育，沿裂隙、層面溶蝕擴(kuò)大為巖溶化裂隙或小型洞穴，裂隙連通性差，少見集中徑流，常有裂隙水流微弱發(fā)育，以裂隙狀巖溶或溶孔為主，裂隙不連通，裂隙透水性差涌水涌泥程度特大型涌突水（涌水量＞100000m3/d）、大型涌突水（涌水量10000～100000m3/d）、突泥，高水壓較大型涌突水（涌水量1000～10000m3/d）、突泥中型涌水（涌水量100～1000m3/d）、涌泥小型涌水（涌水量＜100m3/d），涌突水可能性極小斷層穩(wěn)定程度大型斷層破碎帶、自穩(wěn)能力差、富水，可能引起大型失穩(wěn)坍塌中型斷層帶，軟弱，中～弱富水，可能引起中型坍塌中小型斷層，弱富水，可能引起小型坍塌中小型斷層，無水，掉塊地應(yīng)力影響程度極高應(yīng)力（Rc/σmax＜4），開挖過程中硬質(zhì)巖時有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出；軟質(zhì)巖巖芯常有餅化現(xiàn)象，巖體有剝離，位移極為顯著高應(yīng)力（Rc/σmax=4～7），開挖過程中硬質(zhì)巖可能出現(xiàn)巖爆，巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象；軟質(zhì)巖巖芯時有餅化現(xiàn)象，巖體位移顯著————瓦斯影響程度瓦斯突出：瓦斯壓力P≥0.74Mpa，瓦斯放散初速度△P≥10，煤的堅固性系數(shù)f≤0.5，煤的破壞類型為Ⅲ類及以上高瓦斯：全工區(qū)的瓦斯涌出量≥0.5m3/min低瓦斯：全工區(qū)的瓦斯涌出量＜0.5m3/min無地質(zhì)因素對隧道施工影響程度危及施工安全，可能造成重大安全事故存在安全隱患可能存在安全問題局部可能存在安全問題誘發(fā)環(huán)境問題的程度可能造成重大環(huán)境災(zāi)害施工、防治不當(dāng)，可能誘發(fā)一般環(huán)境問題特殊情況下可能出現(xiàn)一般環(huán)境問題無5地質(zhì)復(fù)雜程度分級及

超前地質(zhì)預(yù)報方案5.2超前地質(zhì)預(yù)報方案隧道超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)復(fù)雜程度分級，針對不同類型的地質(zhì)問題，選擇不同的方法和手段進(jìn)行，并貫穿于施工全過程：1地質(zhì)條件復(fù)雜隧道(區(qū)段)的超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)以地質(zhì)調(diào)查法為根底，以超前鉆探法為主，結(jié)合多種物探手段進(jìn)行綜合地質(zhì)超前預(yù)報。2地質(zhì)條件較復(fù)雜隧道(區(qū)段)的超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)以地質(zhì)調(diào)查法為根底，以彈性波反射法為主，輔以紅外探測、高分辨直流電法、地質(zhì)雷達(dá)等方法，必要時采用超前鉆探驗證。當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部地段工程地質(zhì)條件復(fù)雜時，應(yīng)按地質(zhì)條件復(fù)雜隧道〔區(qū)段〕的地質(zhì)超前預(yù)報方案實施。3地質(zhì)條件中等復(fù)雜隧道(區(qū)段)的超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)以地質(zhì)調(diào)查法為主，對重要的地質(zhì)界面、斷層或地面物探異常地段可采用彈性波反射法進(jìn)行探測，必要時采用紅外探測、高分辨直流電法和超前鉆探等。4地質(zhì)條件簡單隧道(區(qū)段)的超前地質(zhì)預(yù)報可只采用地質(zhì)調(diào)查法進(jìn)行。6工藝流程及操作要點綜合超前地質(zhì)預(yù)報工藝流程見以下圖6工藝流程及操作要點6.1研究既有資料，制定預(yù)報方案首先，研究既有區(qū)域地質(zhì)、工程地質(zhì)資料，必要時到地表補充測繪，以到達(dá)對整個地區(qū)地質(zhì)情況有一個比較全面和深刻的認(rèn)識，地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)、地下水發(fā)育情況、隧道的主要工程地質(zhì)問題等，通過對這些資料的分析和把握，制定預(yù)報預(yù)案，針對不同地段的地質(zhì)情況進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報重要性分級，不同級別的地段采取不同的預(yù)報手段，以到達(dá)既預(yù)報準(zhǔn)確又節(jié)省有限預(yù)報資源的目的。

6工藝流程及操作要點6.2長距離預(yù)報預(yù)報長度100m以上?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法、地震波反射法及100m以上的超前鉆探等。地質(zhì)調(diào)查法，根據(jù)地面測繪和其它根底資料對隧道通過區(qū)的地質(zhì)界線、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖級別、儲水構(gòu)造、富水規(guī)模、巖溶發(fā)育規(guī)律及特征、其它不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)發(fā)育情況進(jìn)行長距離、宏觀預(yù)測預(yù)報，預(yù)報距離一般在掌子面前方100m以上，并根據(jù)揭示的情況進(jìn)行不斷的修正。地質(zhì)調(diào)查法，包括地質(zhì)素描法、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析法、地質(zhì)作圖法等。地質(zhì)調(diào)查法，應(yīng)編制資料：1、掌子面素描圖2、隧道與導(dǎo)坑地質(zhì)展視圖3、導(dǎo)坑預(yù)報正洞平面圖4、地層分界線及構(gòu)造線隧道內(nèi)和地表相關(guān)性分析預(yù)報圖5、特殊地段縱、橫斷面圖6、各種監(jiān)測和測試資料7、有關(guān)攝影和影像資料8、隧道竣工工程地質(zhì)縱斷面圖6工藝流程及操作要點6.3中長距離預(yù)報預(yù)報長度30～100m。可采用地質(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法及30～100m的超前鉆探等。中長距離預(yù)報是在長距離預(yù)報的根底上采用地質(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法及30～100m的超前鉆探等對掌子面前方30～100m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況作進(jìn)一步的預(yù)報，如溶洞、暗河的位置、規(guī)模、充填情況等作較為詳細(xì)的預(yù)報。在復(fù)雜地段應(yīng)增加彈性波反射法預(yù)報次數(shù)，TSP每次預(yù)報有效長度100m左右，需連續(xù)預(yù)報時前后兩次應(yīng)重疊10m以上，HSP每次預(yù)報有效長度應(yīng)在50m左右，連續(xù)預(yù)報時前后兩次重疊長度應(yīng)大于10m，以便前后兩次重復(fù)地段比照分析，另隨著預(yù)報距離的增大，地質(zhì)異常帶的位置和寬度誤差也在增大。TSP隧道地震波反射法預(yù)報應(yīng)編制探測報告，內(nèi)容包括探測工作概況、地質(zhì)解譯結(jié)果、分析處理波形圖、頻譜圖、深度偏移剖面圖、二維成果顯示圖及巖體物理力學(xué)參數(shù)表。HSP聲波反射法預(yù)報應(yīng)編制探測報告，內(nèi)容包括探測工作概況、地質(zhì)解譯結(jié)果、原始記錄波形圖、經(jīng)過處理用于解釋的波形曲線。

6工藝流程及操作要點6.4短距離預(yù)報預(yù)報長度30m以內(nèi)。可采用地質(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法、電磁波反射法〔地質(zhì)雷達(dá)探測〕、紅外探測及小于30m的超前鉆探等。短距離預(yù)報是在中長距離預(yù)報的根底上采用地質(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法、電磁波反射法〔地質(zhì)雷達(dá)探測〕、紅外探測及小于30m的超前鉆探等方法進(jìn)行預(yù)報，比方掌子面前方30m范圍內(nèi)有無水、在哪個方位有水、掌子面處地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及巖溶發(fā)育情況等，對以上判斷可能有突泥、突水和其它有害地質(zhì)情況的地段進(jìn)行鉆孔驗證。地質(zhì)素描隨開挖及時進(jìn)行，地層巖性變化點、構(gòu)造發(fā)育部位、巖溶發(fā)育帶附近應(yīng)每開挖循環(huán)進(jìn)行一次素描，其他地段也應(yīng)每10～20m進(jìn)行一次素描，進(jìn)行掌子面編錄，結(jié)合地面地質(zhì)體投影，預(yù)報前方的地質(zhì)情況。

6工藝流程及操作要點6.4短距離預(yù)報6.4.1地質(zhì)素描地質(zhì)素描包括正洞、平導(dǎo)和輔助導(dǎo)坑洞壁及掌子面素描，其主要內(nèi)容包括：〔1〕工程地質(zhì)1〕地層巖性：描述地層時代、巖性、層間結(jié)合程度、風(fēng)化程度等。2〕地質(zhì)構(gòu)造：描述褶皺、斷層、節(jié)理裂隙特征、巖層產(chǎn)狀等。斷層的位置、產(chǎn)狀、性質(zhì)、破碎帶的寬度、物質(zhì)成分、含水情況以及與隧道的關(guān)系。節(jié)理裂隙的組數(shù)、產(chǎn)狀、間距、充填物、延伸長度、張開度及節(jié)理面特征、力學(xué)性質(zhì)，分析組合特征、判斷巖體完整程度。3〕巖溶：描述巖溶規(guī)模、形態(tài)、位置、所屬地層和構(gòu)造部位，充填物成分、狀態(tài)，以及巖溶展布的空間關(guān)系。4〕特殊地層：煤層、瀝青層、含膏鹽層、膨脹巖和含黃鐵礦層等應(yīng)單獨描述。5〕人為坑洞：影響范圍內(nèi)的各種坑道和洞穴的分布位置及其與隧道的空間關(guān)系。6〕地應(yīng)力：包括高地應(yīng)力顯示性標(biāo)志及其發(fā)生部位，如巖爆、軟弱夾層擠出、探孔餅狀巖芯等現(xiàn)象。7〕塌方：應(yīng)記錄塌方部位、方式與規(guī)模及其隨時間的變化特征，并分析產(chǎn)生塌方的地質(zhì)原因及其對繼續(xù)掘進(jìn)的影響。8〕有害氣體及放射性危害源存在情況。6工藝流程及操作要點6.4短距離預(yù)報地質(zhì)素描〔2〕水文地質(zhì) 1〕地下水的分布、出露形態(tài)及圍巖的透水性、水量、水壓、水溫、顏色、泥砂含量測定，以及地下水活動對圍巖穩(wěn)定的影響，必要時進(jìn)行長期觀測。地下水的出露形態(tài)分為：滲水、滴水、滴水成線、股水〔涌水〕、暗河。2〕水質(zhì)分析，判定地下水對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性。3〕出水點和地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶、暗河等的關(guān)系分析。4〕必要時進(jìn)行地表相關(guān)氣象、水文觀測，判斷洞內(nèi)涌水與地表徑流、降雨的關(guān)系。5〕必要時應(yīng)建立涌突水點地質(zhì)檔案?！?〕圍巖穩(wěn)定性特征及支護(hù)情況記錄不同工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下隧道圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)方式以及初期支護(hù)后的變形情況。發(fā)生圍巖失穩(wěn)或變形較大的地段，詳細(xì)分析、描述圍巖失穩(wěn)或變形發(fā)生的原因、過程、結(jié)果等?！?〕進(jìn)行隧道施工圍巖分級?！?〕影像隧道內(nèi)重要的和具代表性的地質(zhì)現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行攝影或錄像。6工藝流程及操作要點6.4短距離預(yù)報紅外探測原那么上可以定性預(yù)報掌子面前方30m范圍內(nèi)有無地下水，因其體積小、操作方便、數(shù)據(jù)直觀、不占用施工時間，可以20m預(yù)報一次，前后兩次重疊長度10m，以增加比照分析。紅外探測預(yù)報應(yīng)編制探測報告，內(nèi)容包括探測工作概況、地質(zhì)解譯結(jié)果、掌子面探測數(shù)據(jù)圖、左右邊墻及拱頂三條測線的探測曲線圖。6工藝流程及操作要點6.4短距離預(yù)報超前地質(zhì)鉆探超前地質(zhì)鉆孔，需要時施做，一般每循環(huán)30～40m；斷層、節(jié)理密集帶或其它破碎富水地層每循環(huán)可只鉆一孔；巖溶發(fā)育區(qū)每循環(huán)3～5個孔，當(dāng)鉆到溶洞時可適當(dāng)增加，并可采用地質(zhì)雷達(dá)及其它物探手段進(jìn)行精細(xì)探測，以滿足溶洞處理所需資料為原那么；也可進(jìn)行深孔鉆探，比方每循環(huán)鉆100～150m，但隨著鉆孔深度的增加，鉆具下垂加大，孔位易偏離設(shè)計值；巖溶地段鉆孔應(yīng)終孔于隧道開挖輪廓線以外5～8m；孔口按計算應(yīng)安設(shè)一定長度的孔口管，并安設(shè)閘閥，揭露大量地下水時及時關(guān)閉閘閥，使地下水始終處于可控狀態(tài)，以便有時間制定和采取有效處理措施；連續(xù)預(yù)報時前后兩循環(huán)鉆孔應(yīng)重疊5～8m；煤層超前探測鉆孔按?鐵路瓦斯隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?〔TB10120—2002〕執(zhí)行；為減少粉塵污染，保護(hù)操作人員身心健康，應(yīng)采用水循環(huán)鉆；假設(shè)鉆孔主要是探測有無地下水時，為提高鉆進(jìn)速度，減少工序時間，可采用沖擊鉆，特殊地段應(yīng)采用回轉(zhuǎn)取芯鉆，以便對巖心進(jìn)行鑒定。超前水平鉆探預(yù)報應(yīng)編制探測報告，內(nèi)容包括工作概況、鉆孔探測結(jié)果、鉆孔綜合柱狀圖。6工藝流程及操作要點6.4短距離預(yù)報加深炮孔探測由于隧道開挖炮眼數(shù)量較多，且風(fēng)鉆或掘巖臺車打眼比較方便，在每循環(huán)掌子面對其中的幾個炮眼加深至5～8m作為預(yù)報探測孔，實踐證明會收到較好的效果，可探明掌子面前方地質(zhì)情況，使掌子面前方總有2～6m以上的巖盤，防止或減少隧道突泥、突水事故的發(fā)生。6工藝流程及操作要點6.4短距離預(yù)報地質(zhì)雷達(dá)目前地質(zhì)雷達(dá)用于地質(zhì)預(yù)報主要在巖溶發(fā)育地區(qū)探測溶洞，在非巖溶地區(qū)很少用于地質(zhì)預(yù)報。在巖溶發(fā)育區(qū)原那么上應(yīng)連續(xù)重疊式預(yù)報，但因每次預(yù)報距離較短為5～30m，預(yù)報準(zhǔn)確度不太高約30%，且占用施工時間較長，一般在很可能有溶洞的地段探測溶洞的發(fā)育部位、規(guī)模大小、走向等，稱之為精細(xì)預(yù)報。地質(zhì)雷達(dá)法預(yù)報應(yīng)編制探測報告，內(nèi)容包括探測工作概況、地質(zhì)解譯結(jié)果、測線布置圖〔表〕、探測剖面圖、采集及解釋參數(shù)。6工藝流程及操作要點6.5地質(zhì)綜合判析地質(zhì)綜合判析是綜合超前地質(zhì)預(yù)報方法的中樞，它對以上所采用的各種預(yù)報手段獲得的資料進(jìn)行歸納、分析、比照，提出最終預(yù)報結(jié)論和工程措施建議，指導(dǎo)施工。綜合分析探測報告，內(nèi)容包括工作概況、采用的各種預(yù)報手段及預(yù)報結(jié)果、相互印證情況、綜合分析預(yù)報結(jié)論、施工方法和施工技術(shù)建議。6工藝流程及操作要點超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果應(yīng)表達(dá)出及時性，有異常情況時應(yīng)及時通知決策部門和施工單位，及時采取措施，使溶洞、暗河、斷層破碎帶等不良地質(zhì)體始終處于可控狀態(tài)；在預(yù)報前方地質(zhì)情況正常的情況下，亦應(yīng)將預(yù)報結(jié)果及時通知決策部門和施工單位，使其安排正常施工工序，組織正常施工生產(chǎn)。7臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的

前兆標(biāo)志

7.1

臨近大型溶洞水體或暗河的前兆標(biāo)志主要有：1

裂隙、溶隙間出現(xiàn)較多的鐵染銹或黏土；2

巖層明顯濕化、軟化，或出現(xiàn)淋水現(xiàn)象；3

小溶洞出現(xiàn)的頻率增加，且多有水流、河沙或水流痕跡；4

鉆孔中的涌水量劇增，且夾有泥沙或小礫石；5

有嘩嘩的流水聲；6

鉆孔中有涼風(fēng)冒出。7.2臨近斷層破碎帶的前兆標(biāo)志主要有：1

節(jié)理組數(shù)急劇增加；2

巖層牽引褶曲的出現(xiàn)；3

巖石強度的明顯降低；4

壓碎巖、碎裂巖、斷層角礫巖等的出現(xiàn)；5臨近富水?dāng)鄬忧皵鄬酉卤P泥巖、頁巖等隔水巖層明顯濕化、軟化，或出現(xiàn)淋水和其他涌突水現(xiàn)象。7臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的

前兆標(biāo)志7.3臨近人為坑洞積水的前兆標(biāo)志主要有：1巖層明顯濕化、軟化，或出現(xiàn)淋水現(xiàn)象；2巖層裂隙有涌水現(xiàn)象；3開挖工作面空氣變冷或發(fā)生霧氣；4有嘶嘶的水聲；5臨近煤層老窯積水的前兆是巖層中出現(xiàn)暗紅色水銹或滲水中掛紅。7.4大規(guī)模塌方的前兆標(biāo)志主要有：1拱頂巖石開裂，裂縫旁有巖粉噴出或洞內(nèi)無故塵土飛揚；2初支開裂掉塊、支撐拱架變形或發(fā)生聲響；3拱頂巖石掉快或裂縫逐漸擴(kuò)大；4枯燥圍巖突然涌水等。7臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的

前兆標(biāo)志7.5

煤與瓦斯突出的前兆標(biāo)志主要有：1

開挖工作面地層壓力增大，鼓壁，深部巖層或煤層的破裂聲明顯、響煤炮、掉碴、支護(hù)嚴(yán)重變形；2

瓦斯?jié)舛韧蝗辉龃蠡蚝龈吆龅?，工作面溫度降低，悶人，有異味等?

煤層結(jié)構(gòu)變化明顯，層理紊亂，由硬變軟，厚度與傾角發(fā)生變化，煤由濕變干，光澤暗淡，煤層頂、底板出現(xiàn)斷裂、波狀起伏等；4

鉆孔時有頂鉆、夾鉆、頂水、噴孔等動力現(xiàn)象；5

工作面發(fā)出瓦斯強涌出的嘶嘶聲，同時帶有粉塵；6

工作面有移動感。8材料、機(jī)具設(shè)備及勞動組織8.1材料超前地質(zhì)預(yù)報主要是通過儀器、設(shè)備、觀察分析判斷掌子面前方的地質(zhì)情況，所用新型材料較少。TSP202、TSP203、TSP200采用爆速大于6000m/s的烈性炸藥效果較好，比方黑索金、TNT炸藥。

8材料、機(jī)具設(shè)備及勞動組織

8.2機(jī)具設(shè)備

項目名稱設(shè)備儀器名稱型號性能數(shù)量地質(zhì)素描地質(zhì)羅盤普通型能測巖層、構(gòu)造面產(chǎn)狀視需要TSP203、TSP200預(yù)報TSP203、TSP200預(yù)報儀目前只有一個生產(chǎn)廠家能探測100m以上1臺HSP水平聲波探測智能工程探測聲波儀或普通地震儀ZGS-1型或普通地震儀能探測50m以上1臺紅外探測紅外探測儀HY—303防爆型能探測30m范圍每工點1臺地質(zhì)雷達(dá)探測地質(zhì)雷達(dá)CR—20B型探地雷達(dá)或其它能探測20～30m范圍1臺1臺超前鉆探

水平鉆機(jī)

MK—5全液壓鉆機(jī)或其它鉆孔深度30～300m視需要

YQ100F風(fēng)動鉆機(jī)或其它鉆孔深度30m以內(nèi)

8材料、機(jī)具設(shè)備及勞動組織

8.3勞動組織超前地質(zhì)預(yù)報的產(chǎn)品為文字、圖表報告，屬技術(shù)效勞行列，所需人員主要為地質(zhì)、物探專業(yè)技術(shù)人員、鉆探技術(shù)工人，地質(zhì)、物探人員可同時兼顧地質(zhì)調(diào)查、紅外探測、TSP203或TSP200儀器的探測、鉆孔巖芯、巖粉的鑒定及孔內(nèi)情況的監(jiān)測，但這需要復(fù)合型專業(yè)人才，一般情況下假設(shè)幾樣預(yù)報手段同時進(jìn)行，還需要各負(fù)其責(zé)。施工勞動組織安排如下表所示。

8材料、機(jī)具設(shè)備及勞動組織

8.3勞動組織

工種人數(shù)

職責(zé)技術(shù)人員工人地質(zhì)素描2無負(fù)責(zé)地質(zhì)素描及地質(zhì)資料的編制TSP203或TSP200儀器的探測21名爆破工，1名普工負(fù)責(zé)TSP203或TSP200現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和室內(nèi)數(shù)據(jù)的分析及預(yù)測報告的編寫HSP探測22負(fù)責(zé)HSP現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和室內(nèi)數(shù)據(jù)的分析及預(yù)測報告的編寫紅外探測2無負(fù)責(zé)紅外探測現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集及室內(nèi)數(shù)據(jù)的分析、預(yù)測報告的編寫地質(zhì)雷達(dá)23負(fù)責(zé)地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和室內(nèi)數(shù)據(jù)的分析及預(yù)測報告的編寫

地質(zhì)鉆探

1/班3～6人/（班·鉆機(jī)）負(fù)責(zé)鉆機(jī)、鉆孔定位、施鉆，巖心、巖粉的鑒定、孔內(nèi)情況的觀測及鉆孔柱狀圖的繪制、鉆孔報告的編寫

地質(zhì)綜合判析1～2無負(fù)責(zé)對以上預(yù)報資料歸納、分析、對比，提出預(yù)報結(jié)論，指導(dǎo)施工，并對以上各預(yù)報手段提出下步工作計劃。9平安措施9.1超前地質(zhì)預(yù)報人員應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)、執(zhí)行隧道施工平安規(guī)程，超前鉆探人員還應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)、執(zhí)行鉆探平安技術(shù)操作規(guī)程。新參加人員〔含臨時工〕上崗前，必須經(jīng)過平安生產(chǎn)教育，具有平安生產(chǎn)的根本知識，并應(yīng)在班長或技術(shù)熟練人員的指導(dǎo)下工作。9.2隧道超前地質(zhì)預(yù)報實施過程中應(yīng)積極識別各種平安危險源，保障人員和機(jī)械設(shè)備的平安。9.3進(jìn)入隧道工作必須穿戴合體的工作服〔天然氣、瓦斯隧道嚴(yán)禁穿著易于產(chǎn)生靜電的服裝〕、防護(hù)靴、平安帽和防塵〔防毒〕口罩等防護(hù)用品。9.4嚴(yán)禁上班前和工作中飲酒。9.5地質(zhì)預(yù)報工作必須在現(xiàn)場找頂作業(yè)結(jié)束〔必要時初期支護(hù)〕后進(jìn)行，開始工作前應(yīng)觀察操作空間上方、周圍有無平安隱患，特別是鉆探開挖工作面附近是否還有危石存在，確保預(yù)報人員的平安。9.6高處作業(yè)時作業(yè)臺架必須安設(shè)牢固，臺架周圍應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄，凡患有高血壓、心臟病等不適應(yīng)高處作業(yè)者不得上架作業(yè)。9平安措施9.7當(dāng)隧道巖體中含有煤層瓦斯、石油天然氣等易燃易爆物時，必須嚴(yán)格執(zhí)行國家現(xiàn)行的?煤礦平安規(guī)程?、?鐵路瓦斯隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?等的有關(guān)規(guī)定。超前地質(zhì)預(yù)報工作應(yīng)采用防爆型的儀器、設(shè)備。當(dāng)采用非防爆型時，在儀器設(shè)備及操作空間20m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛缺仨毿∮?%。超前鉆探必須采用水循環(huán)鉆或濕式鉆孔。嚴(yán)禁攜帶火源進(jìn)洞。9.8彈性波反射法超前地質(zhì)預(yù)報現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)使用的炸藥和雷管必須由持有爆破證的專人領(lǐng)用，爆破作業(yè)必須由專業(yè)爆破工操作。非專業(yè)人員嚴(yán)禁從事爆破作業(yè)。9.9鉆機(jī)使用的高壓風(fēng)、高壓水的各連接部件均應(yīng)采用符合要求的高壓配件，管路應(yīng)連接安設(shè)牢固，并應(yīng)經(jīng)常檢查，防止管接頭脫落、管路爆裂高壓風(fēng)、水傷人；高壓電路接線應(yīng)由專業(yè)電工操作。9.10鉆孔時，鉆機(jī)前方應(yīng)安設(shè)擋板，嚴(yán)禁在鉆孔的軸向前方站人，以防鉆具和高壓沖出的巖屑、泥沙等傷人。9.11為便于控制超前鉆孔揭露大量地下水時的水流及采取措施，孔口應(yīng)安設(shè)孔口管和閘閥，且孔口管必須安設(shè)牢固，防止水壓將孔口管沖出傷人。10預(yù)報實例10.1地質(zhì)概況圓梁山深埋特長隧道是新建鐵路重慶至懷化線關(guān)鍵控制性工程，全長11.068km，最大埋深約780m，設(shè)貫穿平行導(dǎo)坑，預(yù)留二線線位。因其地質(zhì)條件極為復(fù)雜，二十世紀(jì)六十年代曾被地質(zhì)、隧道專家稱為隧道修建的禁區(qū)。該隧道穿越烏江與沅江水系分水嶺毛壩-圓梁山地區(qū)，為中、低山深切河谷地貌；地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜，隧道穿越的主要地質(zhì)構(gòu)造為毛壩向斜和桐麻嶺背斜及其伴生或次生斷裂等構(gòu)造。毛壩向斜為兩翼高凸、中間低洼的槽狀地貌，四周被志留系泥頁巖及粉砂巖所圍限頂托的二疊系及三疊系碳酸鹽巖構(gòu)成的緊密向斜；向斜核部的空間形態(tài)呈長舟形狀，南北長65Km，東西寬2～3.5Km；平面形態(tài)呈“S〞狀；桐麻嶺背斜為中間高聳，兩翼傾斜的條帶狀山脈。主要地質(zhì)問題為，該隧道存在毛壩向斜段巖溶及大規(guī)模高壓涌〔突〕水、冷水河淺埋段存在較大規(guī)模的河水滲漏、背斜段斷層帶巖溶及較大規(guī)模涌〔突〕水、硬質(zhì)巖巖爆與軟質(zhì)巖大變形、局部石油天然氣與煤層瓦斯等災(zāi)害性重大工程地質(zhì)問題。10預(yù)報實例10.2地質(zhì)預(yù)報概況圓梁山隧道超前地質(zhì)預(yù)報做了大量工作，它是我國建設(shè)史上第一座進(jìn)行系統(tǒng)超前地質(zhì)預(yù)報的隧道，包括正洞、平導(dǎo)、迂回導(dǎo)坑、泄水洞在內(nèi)共完成如下工作量：地質(zhì)素描24857.57m，TSP202預(yù)報61次，紅外探測570次，地質(zhì)雷達(dá)22773m，超前鉆探74476.8m/2324孔、其中深孔13522.7m/240孔，HSP實驗性探測4次，跨孔CT法探測1次，通過地質(zhì)作圖法平導(dǎo)預(yù)報正洞、泄水洞96次?，F(xiàn)擇其兩例說明如下。10預(yù)報實例10.3實例一圓梁山隧道深埋充填性一號溶洞圓梁山隧道深埋充填性一號溶洞處于巖溶高壓富水區(qū)，超前地質(zhì)鉆探納入了每循環(huán)必須進(jìn)行的預(yù)報手段之列。(1)一號溶洞平導(dǎo)段的地質(zhì)預(yù)報、探測情況①平導(dǎo)掌子面PDK354+244.5處紅外探測數(shù)據(jù)及曲線見以下圖。由圖可知，掌子面上9個測點的數(shù)據(jù)最大值為675，最小值為661，其差值為14，超過允許