隧道及地下工程超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)介紹

隧道及地下工程超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)介紹第1頁/共72頁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)工期及能否安全運營的關(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，多次發(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18×104m3，造成重大人員傷亡和經(jīng)濟損失；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次遇到大規(guī)模高壓涌突水，最第2頁/共72頁1國內(nèi)外歷史及現(xiàn)狀1.1超前地質(zhì)預(yù)報的重要性大一次達3.3m3/s，水頭高達1.4MPa，貫通時總涌水量達1.63m3/s，致使該隧道建設(shè)工期達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13.4m3/s，水溫高達47~56℃；前蘇聯(lián)的貝阿鐵路北穆隧道（長13.5km），最大涌水量達60×104m3/d。這些工程事例表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，是工程施工安全的前提，是控制和合理運用工程投資的重要因素。第3頁/共72頁1超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀1.2超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀

超前地質(zhì)預(yù)報近年來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。國外早在二十世紀(jì)四、五十年代就開展了隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報工作，日、法、英、前蘇聯(lián)、德、美等早已將其列為隧道工程建設(shè)必須開展的工作。我國自六、七十年代修建成昆鐵路線時開始開展此項工作。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)得到了長足的發(fā)展，盡管如此，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。直到現(xiàn)在，我國還未有一部國家、地方、部門專門關(guān)于超前地質(zhì)預(yù)報方面的規(guī)范，仍屬于半科研半生產(chǎn)性質(zhì)的技術(shù)，大家在工程實踐中仍是探索著前進。2005年中鐵隧道集團主編的行業(yè)規(guī)范《客運專線鐵路工程隧道施工技術(shù)規(guī)范第4頁/共72頁1超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀1.2超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀第一次將超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)作為專門章節(jié)列入，現(xiàn)正在送審之中，尚未發(fā)行，我院負(fù)責(zé)該章節(jié)的編寫；2005年我院編寫的《巖溶地區(qū)隧道超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工法》通過集團公司級評審，鑒定為集團公司級工法；受鐵道部的委托，我院正在編寫《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)指南》，盡管時間很緊，壓力很大，我們作為一種榮譽任務(wù)要盡全力編寫好，不僅要體現(xiàn)出我院的水平，還要體現(xiàn)出我國在超前地質(zhì)預(yù)報方面的發(fā)展水平。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？帶著這些問題，今天與大家共同探討。第5頁/共72頁

2超前地質(zhì)預(yù)報的目的、任務(wù)及工作內(nèi)容

2.1超前地質(zhì)預(yù)報的目的及任務(wù)1進一步查清因前期地質(zhì)勘察工作的局限而難以探查的、隱伏的重大地質(zhì)問題，進而指導(dǎo)工程施工的順利進行；2降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機率；3為設(shè)計變更提供地質(zhì)依據(jù)；4為編制竣工文件提供地質(zhì)資料。第6頁/共72頁2超前地質(zhì)預(yù)報的目的、任務(wù)及工作內(nèi)容2.2超前地質(zhì)預(yù)報的主要工作內(nèi)容1地層巖性，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，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)，特別是溶洞、暗河、人為坑洞、放射性、有害氣體、高地應(yīng)力等發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報；4

地下水，特別是對巖溶管道水、富水?dāng)鄬?、富水褶皺軸及富水地層等的預(yù)測預(yù)報。第7頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.1超前地質(zhì)預(yù)報方法的分類超前地質(zhì)預(yù)報的方法主要包括：1

地質(zhì)分析法，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。2

超前導(dǎo)坑預(yù)報法，包括平行導(dǎo)坑法、正洞導(dǎo)坑法；3

超前鉆探預(yù)報法，包括深孔水平鉆探、5～8m加深炮孔探測及孔內(nèi)攝影；4物探方法，包括TSP隧道地震波反射法、HSP聲波反射法、陸地聲納法、負(fù)視速度法、地質(zhì)雷達、紅外探測、單孔和跨孔CT、TGP12地震波反射法等。第8頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.1地質(zhì)分析法3.2.1.1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。第9頁/共72頁超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

3.2各種主要預(yù)報手段3.2.1地質(zhì)分析法3.2.1.1地質(zhì)素描法第10頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段第11頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.1地質(zhì)分析法3.2.1.2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。（層序、層厚、標(biāo)志層）3.2.1.3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。第12頁/共72頁超前地質(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)投影作圖法第13頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.2超前導(dǎo)坑預(yù)報法3.2.2.1平行導(dǎo)坑法平行導(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。

3.2.2.1正洞導(dǎo)坑法正洞導(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)。第14頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.3超前鉆探預(yù)報法3.2.3.1深孔水平鉆探1、原理超前地質(zhì)鉆孔是利用水平鉆機在隧道掌子面進行水平地質(zhì)鉆探獲取地質(zhì)信息的一種地質(zhì)超前預(yù)報方式。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第15頁/共72頁超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

3.2各種主要預(yù)報手段

3.2.3超前鉆探預(yù)報法

3.2.3.1深孔水平鉆探

隧道內(nèi)超前水平鉆探現(xiàn)場超前探孔布置橫斷面投影示意圖第16頁/共72頁超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

3.2各種主要預(yù)報手段

3.2.3超前鉆探預(yù)報法

3.2.3.1深孔水平鉆探

技術(shù)人員利用鉆孔測試水壓超前鉆探取的溶洞填充物第17頁/共72頁超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段

3.2各種主要預(yù)報手段

3.2.3超前鉆探預(yù)報法

3.2.3.1深孔水平鉆探

超前水平鉆孔揭露巖溶水（見下圖）第18頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.3超前鉆探預(yù)報法3.2.3.1深孔水平鉆探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高低等。②煤系地層可進行孔內(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)規(guī)范》(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。)第19頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.3超前鉆探預(yù)報法3.2.3.2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))對深孔水平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。與深孔水平鉆探相比，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)爆破進尺2～6m，保證施工安全。缺點是孔淺，且不能取巖芯。3.2.3.3孔內(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。第20頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法(包括TSP隧道地震波反射法、HSP聲波反射法、負(fù)視速度法、地質(zhì)雷達、紅外探測、單孔和跨孔CT、TGP12地震波反射法等)3.2.4.1TSP隧道地震波反射法TSP202（TSP203）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。第21頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.1TSP隧道地震波反射法

1、預(yù)報原理(可以放一錄像)TSP202（TSP203）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，比如有斷層或巖層變化，信號的一部分被返回。界面兩側(cè)巖石的強度差別越大，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。

圖TSP超前地質(zhì)預(yù)報原理圖第22頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.1TSP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。

第23頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.1TSP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，則能預(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)體則不盡如人意，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。第24頁/共72頁TSP202(203)隧道內(nèi)操作現(xiàn)場第25頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.2HSP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。下圖為ZGS1610型智能工程探測聲波儀(1996～2003年)第26頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.3紅外探測

1、基本原理：紅外探測屬廣義遙感技術(shù)，它建立在紅外輻射場的基礎(chǔ)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。

第27頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.3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面前方30m范圍內(nèi)是否存在隱伏水體或含水構(gòu)造，基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則難以說清，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第28頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.4地質(zhì)雷達1、預(yù)報原理地質(zhì)雷達采用的是時間域脈沖雷達，其理論基礎(chǔ)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。雷達系統(tǒng)向被探測物發(fā)射電磁脈沖，電磁脈沖穿過介質(zhì)表面，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別，確定探測目標(biāo)的形態(tài)及屬性，結(jié)合工程地質(zhì)理論分析達到對埋藏目標(biāo)（地質(zhì)體）的探測與判斷。第29頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.4地質(zhì)雷達

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，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。

第30頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.4地質(zhì)雷達

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)雷達的理論基礎(chǔ)—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合適的。⑤地質(zhì)雷達在地表探測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)雷達對掌子面前方和邊墻外側(cè)巖溶洞穴進行探測。第31頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.5陸地聲納法

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，其基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。

第32頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.5陸地聲納法2、優(yōu)缺點

①儀器為國產(chǎn)設(shè)備，價格便宜，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。第33頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.6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射線斷層掃描的基本原理，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，達到直觀反映巖石（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。第34頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.6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，從而達到對測試剖面范圍內(nèi)的地質(zhì)體進行直觀的三維圖像描述。第35頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4物探方法3.2.4.7數(shù)碼成像技術(shù)1、原理這是一項具有高科技含量和發(fā)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，用計算機數(shù)值處理等方法，進行相關(guān)處理，就能進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)碼相機及相應(yīng)的附屬配件。該項技術(shù)在我國尚處于引進研究階段。第36頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.4其它3.2.4.1

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發(fā)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，以便及時采取安全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。第37頁/共72頁3超前地質(zhì)預(yù)報的主要手段3.2各種主要預(yù)報手段3.2.5其它3.2.5.2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。第38頁/共72頁4工藝流程及操作要點綜合超前地質(zhì)預(yù)報工藝流程見下圖第39頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.1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，以達到對整個地區(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，以達到既預(yù)報準(zhǔn)確又節(jié)省有限預(yù)報資源的目的。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害對隧道施工安全的危害程度，分為以下四級：A級：存在重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的地段，如大型暗河系統(tǒng)，可溶巖與非可溶巖接觸帶，軟弱、破碎、富水、導(dǎo)水性良好的地層和大型斷層破碎帶，特殊地質(zhì)地段，重大物探異常地段，可能產(chǎn)生大型、特大型突水突泥地段，誘發(fā)重大環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的地段以及高地應(yīng)力、瓦斯、天然氣問題嚴(yán)重的地段以及人為坑洞等。B級：中、小型突水突泥地段，較大物探異常地段，斷裂帶等。C級：水文地質(zhì)條件較好的碳酸鹽巖及碎屑巖地段、小型斷層破碎帶，發(fā)生突水突泥的可能性較小。D級：非可溶巖地段，發(fā)生突水突泥的可能性極小。根據(jù)不同的地質(zhì)災(zāi)害分級，針對不同類型的地質(zhì)問題，選擇不同的方法和手段開展超前地質(zhì)預(yù)報。第40頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.1研究既有資料，制定預(yù)報方案不同地質(zhì)災(zāi)害地段的預(yù)報方式為：A級預(yù)報：采用地質(zhì)分析法、TSP隧道地震波反射法、HSP聲波反射法、地質(zhì)雷達、紅外探測、超前水平鉆探等手段進行綜合預(yù)報。首先以地質(zhì)分析法進行長距離預(yù)測預(yù)報，然后采用中長距離TSP或HSP和一種或幾種短距離物探方法相結(jié)合進行預(yù)報，同時進行多孔超前鉆探探查。B級預(yù)報：采用地質(zhì)分析法、TSP或HSP，輔以紅外探測、地質(zhì)雷達，進行必要的超前水平鉆孔。當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部地段工程地質(zhì)條件較復(fù)雜時，按A級要求實施。C級預(yù)報：以地質(zhì)分析法為主。對重要的地質(zhì)（層）界面、斷層或物探異常地段可采用TSP進行探測，必要時采用紅外探測和超前水平鉆孔。D級預(yù)報：采用地質(zhì)分析法。第41頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.2長距離預(yù)報長距離預(yù)報主要采用地質(zhì)分析法，根據(jù)地面測繪和其它基礎(chǔ)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200m以上，并根據(jù)揭示的情況進行不斷的修正。地質(zhì)分析法，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)分析法，應(yīng)編制資料：1、掌子面素描圖2、隧道與導(dǎo)坑地質(zhì)展示圖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)縱斷面圖第42頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.3中長距離預(yù)報中長距離預(yù)報是在長距離預(yù)報的基礎(chǔ)上采用TSP或HSP、深孔水平鉆探等對掌子面前方30～200m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況作進一步的預(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TSP或HSP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)地段對比分析，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。

第43頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.4短距離預(yù)報短距離預(yù)報是在中長距離預(yù)報的基礎(chǔ)上采用掌子面素描、紅外探測、地質(zhì)雷達和超前鉆孔等方法進行預(yù)報，比如掌子面前方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)情況的地段進行鉆孔驗證。4.4.1地質(zhì)素描隨開挖及時進行，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)進行一次素描，其他地段也應(yīng)每10～20m進行一次素描，進行掌子面編錄，結(jié)合地面地質(zhì)體投射，預(yù)報前方的地質(zhì)情況。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，包括地層時代、巖性、巖體產(chǎn)狀等；2）斷層，包括斷層性質(zhì)、位置、產(chǎn)狀、破碎帶寬度及構(gòu)造巖劃分，并進行斷層帶巖體的穩(wěn)定性評價；3）節(jié)理，包括節(jié)理產(chǎn)狀、密度、寬度、延伸情況、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；4）巖溶，包括巖溶規(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。5）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。

第44頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.4短距離預(yù)報4.4.1地質(zhì)素描（2）水文地質(zhì) 1）出水點位置、出水狀態(tài)、水量、水壓、水溫、顏色、泥砂含量測定，必要時進行長期觀測；2）水質(zhì)分析，判定水對建筑材料的腐蝕性；3）出水點和地層巖性、構(gòu)造、巖溶、暗河等的關(guān)系分析；4）必要時進行地表相關(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。（3）攝像和影像隧道內(nèi)重要的和具代表性的地質(zhì)現(xiàn)象如溶洞、暗河等應(yīng)進行攝像或錄像。第45頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.4短距離預(yù)報4.4.2紅外探測原則上可以定性預(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，以增加對比分析。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。第46頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.4短距離預(yù)報4.4.3超前地質(zhì)鉆探超前水平鉆孔，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)雷達及其它物探手段進行精細(xì)探測，以滿足溶洞處理所需資料為原則；也可進行深孔鉆探，比如每循環(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5～10m；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)規(guī)范》（TB10120—2002）執(zhí)行；為減少粉塵污染，保護操作人員身心健康，應(yīng)采用水循環(huán)鉆；若鉆孔主要是探測有無地下水時，為提高鉆進速度，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。第47頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.4短距離預(yù)報4.4.4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3～5m以上的巖盤，避免或減少隧道突泥、突水事故的發(fā)生。第48頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.4短距離預(yù)報4.4.5地質(zhì)雷達目前地質(zhì)雷達用于地質(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)原則上應(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)。

第49頁/共72頁4工藝流程及操作要點4.5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行歸納、分析、對比，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。第50頁/共72頁4工藝流程及操作要點超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果應(yīng)體現(xiàn)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)。第51頁/共72頁5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或TSP203采用爆速大于6000m/s的烈性炸藥效果較好，比如黑索金、TNT炸藥。第52頁/共72頁6機具設(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TSP202或TSP203預(yù)報TSP202或TSP203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)雷達探測地質(zhì)雷達CR—20B型探地雷達或其它能探測20～30m范圍1臺1臺超前鉆探

水平鉆機

MK—5全液壓鉆機或其它鉆孔深度30～300m視需要

YQ100F風(fēng)動鉆機或其它鉆孔深度30m以內(nèi)

第53頁/共72頁

7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)服務(wù)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)、物探人員可以同時兼顧地質(zhì)分析、紅外探測、TSP202或TSP203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，一般情況下若幾樣預(yù)報手段同時進行，還需要各負(fù)其責(zé)。施工勞動組織安排如下表所示。第54頁/共72頁7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TSP202或TSP203儀器的探測21名爆破工，1名普工負(fù)責(zé)TSP202或TSP203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23負(fù)責(zé)地質(zhì)雷達現(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）負(fù)責(zé)鉆機、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。第55頁/共72頁8安全措施1、TSP202或TSP203現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)使用靈敏度很高的高爆速炸藥，危險性較大，應(yīng)由專業(yè)爆破工操作。2、鉆機使用高壓風(fēng)、高壓水，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，一般人員不得操作。3、進洞應(yīng)帶好安全帽、穿防高壓電的雨靴，注意操作空間上方、周圍有無安全隱患，特別是鉆探掌子面附近是否還有危石存在。4、若巖體中含有煤層瓦斯、石油天然氣等易燃易爆物，應(yīng)采用水循環(huán)鉆，且勿干鉆，電機、照明設(shè)備、開關(guān)及其他機械設(shè)備也應(yīng)采用防爆型，且不得攜帶煙火進洞。5、為便于控制超前鉆孔揭露巖溶水時的水流及采取措施，孔口應(yīng)安設(shè)孔口管和閘閥，但孔口管必須安設(shè)牢固，防止水壓將孔口管沖出傷人。6、鉆孔時，鉆機前方安設(shè)擋板，防止泥沙沖出傷人。第56頁/共72頁9預(yù)報實例9.1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)貫通平行導(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。第57頁/共72頁9預(yù)報實例9.2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。第58頁/共72頁9預(yù)報實例9.3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，超過允許的安全差值10，因而判定掌子面前方有儲水構(gòu)造；從拱頂、左邊墻、右邊墻紅外探測曲線變化趨勢也可判定前方存在含水構(gòu)造。第59頁/共72頁9預(yù)報實例9.3實例一圓梁山隧道深埋充填性一號溶洞(1)一號溶洞平導(dǎo)段的地質(zhì)預(yù)報、探測情況②在平導(dǎo)PDK354+244.5掌子面采用MK-5型鉆機進行超前鉆探作業(yè)，共鉆四孔，孔位布置如左圖所示。1#孔鉆進到18～28m、3#孔鉆進到17～28m、4#孔鉆進到17～21m及24～28m時，表現(xiàn)為鉆機稍施壓力便有較大進尺，同時可觀察到黃褐色淤泥順鉆桿流出，內(nèi)含巖屑，換鉆具取巖心鑒定為溶洞填充物。鉆探中涌水量約為35～50m3/h。第60頁/共72頁9預(yù)報實例