隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理及方法

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理及方法中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司

ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.Ltd.隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法與施作要點(diǎn)匯報(bào)人

王光權(quán)2012年6月第2頁,共74頁，2024年2月25日，星期天匯報(bào)內(nèi)容第一部分隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的物探方法第二部分隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的物探方法原與施作要點(diǎn)第三部分隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合方法運(yùn)用第3頁,共74頁，2024年2月25日，星期天第一部分隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的物探方法

一、物探方法的定義和物探方法的應(yīng)用條件二、工程物探方法的分類三、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作中常用的物探方法

四、物探方法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的重要性第4頁,共74頁，2024年2月25日，星期天一、物探方法的定義和物探方法的應(yīng)用條件

1、物探方法的定義

物探方法:利用物理學(xué)的原理和專門的探測(cè)儀器,觀測(cè)并綜合分析探測(cè)空間物理場(chǎng)的分布特征,確定被探測(cè)體的形態(tài)和性質(zhì)的探測(cè)方法。物探方法應(yīng)用領(lǐng)域:軍事領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、地質(zhì)勘察領(lǐng)域等。

物探方法在地質(zhì)勘察領(lǐng)域的應(yīng)用:《鐵路工程物理勘探規(guī)范》TB10013-2010

物理勘探:利用物理學(xué)的原理、方法和專門的儀器,觀測(cè)并綜合分析天然或人工地球物理場(chǎng)的分布特征,探測(cè)地質(zhì)體或地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)分布的勘探方法,簡稱“物探”。物理勘探應(yīng)用領(lǐng)域:工程領(lǐng)域、石油領(lǐng)域、煤田領(lǐng)域、礦產(chǎn)領(lǐng)域等。第5頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

工程物探:應(yīng)用于工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘探和工程質(zhì)量無損檢測(cè)、物性參數(shù)測(cè)試等的物理探測(cè)方法,簡稱“工程物探”。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的物探方法屬于工程物探領(lǐng)域。

綜合物探:根據(jù)勘探對(duì)象所具有的不同物理性質(zhì),采用兩種或兩種以上有效的物探方法或不同的裝置形式進(jìn)行探測(cè)并對(duì)資料進(jìn)行綜合分析作出物探結(jié)果的勘探方法。第6頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、物探方法的應(yīng)用條件⑴被探測(cè)對(duì)象與相鄰介質(zhì)應(yīng)存在一定的物性差異(如:電阻率、波阻抗、介電常數(shù)等),并具有可被探測(cè)的規(guī)模(需滿足一定徑深比)。⑵地形變化產(chǎn)生的異?；?不顯著改變探測(cè)對(duì)象的異常形態(tài)或可以進(jìn)行校正。⑶存在電、磁、振動(dòng)等干擾時(shí),探測(cè)對(duì)象的異常能夠從干擾背景中區(qū)分出來(滿足一定的信噪比)。

由于上述原因,各種物探方法都有自己應(yīng)用條件、探測(cè)精度。因此,我們常常根據(jù)探測(cè)對(duì)象所具有的不同物理性質(zhì),采用兩種或兩種以上有效的物探方法或不同的裝置形式進(jìn)行探測(cè)并對(duì)資料進(jìn)行綜合分析,消除多解性,得出物探結(jié)果來滿足不同的探測(cè)目的。第7頁,共74頁，2024年2月25日，星期天二、工程物探方法的分類

根據(jù)觀測(cè)天然或人工地球物理場(chǎng)的類型不同,工程物探方法分類如下:

⒈直流電法:

電測(cè)深法、電測(cè)剖面法、高密度電法、自然電場(chǎng)法、充電法、激發(fā)極化法等。⒉

電磁波法:可控源音頻大地電磁波、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法等。⒊彈性波法:地震波法(直達(dá)波法、折射波法、反射波法、瑞雷波法、彈性CT法)、聲波法等。⒋磁法:探測(cè)鐵磁性埋設(shè)物體和磁性巖(礦)體。⒌放射性法:探測(cè)具有放射性的物體和巖(礦)體。⒍測(cè)井:電測(cè)井、聲速測(cè)井、放射性測(cè)井、超聲成像測(cè)井等

。⒎工程質(zhì)量無損檢測(cè):樁基小應(yīng)變檢測(cè)、樁基大應(yīng)變檢測(cè)、樁基聲波透視檢測(cè)、隧道襯砌雷達(dá)檢測(cè)等。

第8頁,共74頁，2024年2月25日，星期天三、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作中常用的物探方法

工程物探方法都是應(yīng)用于地表和井中的勘探方法,要在隧道中采用物探方法進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào),我們必須對(duì)那些用于二維地表探測(cè)的物探方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)裝置和處理軟件改進(jìn),使其適合三維隧道場(chǎng)地條件和施工環(huán)境的隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。

從多年的實(shí)踐努力和經(jīng)驗(yàn)來看，我們認(rèn)為：能在隧道內(nèi)進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的工程物探方法有:

1、彈性波反射法(常用的方法:地震反射波法)

2、電磁波反射的法(常用的方法:地質(zhì)雷達(dá)法)

3、紅外探測(cè)法(常用的方法:紅外探水法)

4、高分辨直流電法(常用的方法:三極空間交匯探測(cè)法)說明:瞬變電磁法還不太成熟,還未列如《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》,本次就不介紹方法。第9頁,共74頁，2024年2月25日，星期天四、物探方法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的重要性1、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的必要性⑴由于隧道深埋于地下，工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，而目前地質(zhì)勘察工作又受技術(shù)、地形和工期所限，期望在施工前查明隧道圍巖的狀態(tài)、特性，特別是要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)隧道施工中可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害的位置、規(guī)模和性質(zhì)是十分困難的；⑵由于地質(zhì)災(zāi)害體的存在，僅依靠施工揭露再行處理的辦法，帶有很大的盲目性，常常發(fā)生各種突發(fā)事故，造成投資增加、人員和施工設(shè)備傷害、工期延誤等諸多問題。因此，采用科學(xué)的、先進(jìn)的隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法來準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)隧道所通過范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體的性質(zhì)、規(guī)模和狀態(tài)是非常必要的。第10頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、物探方法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的重要性按照《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》鐵建設(shè)【2008】105號(hào)中的規(guī)定：

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)采用地質(zhì)調(diào)查與勘探相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合、長距離預(yù)報(bào)與短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合、地面與地下相結(jié)合、超前導(dǎo)坑與主洞相結(jié)合的指導(dǎo)思想，通過對(duì)各種方法的預(yù)報(bào)結(jié)果綜合分析解釋，相互印證，有利于提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，積極為隧道的安全施工提供必要的技術(shù)支撐。根據(jù)上述規(guī)定可以看出：物探方法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中占有非常重要的地位，再加上物探方法具有施測(cè)快捷、預(yù)報(bào)結(jié)果提供及時(shí)、費(fèi)用低（相對(duì)超前鉆探而言）等特點(diǎn)，物探方法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中得到了廣泛應(yīng)用。第11頁,共74頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)鐵路隧道的開挖方式、工期要求和各物探方法的優(yōu)缺點(diǎn)，我院認(rèn)為:隧道內(nèi)的物理探測(cè)應(yīng)采用長距離預(yù)報(bào)（彈性波反射法）和短距離預(yù)報(bào)（地質(zhì)雷達(dá)法或紅外探測(cè)法）相結(jié)合的綜合物探方法。

根據(jù)隧道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和不良地質(zhì)情況采用不同的綜合物探預(yù)報(bào)方法，具體規(guī)定如下表（表-１）。

第12頁,共74頁，2024年2月25日，星期天隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用綜合物探方法一覽表表-１序號(hào)適用條件適用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)物探類型采用物探方法1軟弱夾層，非可溶巖接觸帶，地表物探異常帶、差異風(fēng)化帶及可能出現(xiàn)其它不良地質(zhì)體。含炭（煤）地層。坍方風(fēng)險(xiǎn)及變形風(fēng)險(xiǎn)為中度。WT-1地震反射波法（TSP）2非可溶巖地段斷層及其破碎帶、可溶巖巖溶中度發(fā)育地段、可能出現(xiàn)的節(jié)理密集帶。風(fēng)險(xiǎn)為高度、突水突泥風(fēng)險(xiǎn)為中度及以上。WT-2以地震反射波法（TSP）為主、紅外探測(cè)法為輔的綜合物探預(yù)報(bào)方法3可溶巖巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段、可溶巖與非可溶巖接觸帶等可能出現(xiàn)溶洞、溶蝕破碎帶及富水節(jié)理密集帶。突水突泥高度風(fēng)險(xiǎn)、地表失水高度風(fēng)險(xiǎn)、坍方高度風(fēng)險(xiǎn)。WT-3以地震反射波法（TSP）為主、地質(zhì)雷達(dá)法或紅外探測(cè)法為輔的綜合物探預(yù)報(bào)方法4巖溶發(fā)育（極強(qiáng)烈）地段；煤層采空區(qū)。高壓富水?dāng)鄬?。水突泥極高風(fēng)險(xiǎn)、地表失水極高風(fēng)險(xiǎn)、坍方高度風(fēng)險(xiǎn)。WT-4以地震反射波法（TSP）為主、地質(zhì)雷達(dá)法或紅外探測(cè)法為輔的綜合物探預(yù)報(bào)方法第13頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

按照《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》鐵建設(shè)【2008】105號(hào)中的劃分，隧道內(nèi)的物理探測(cè)方法有以下四類：⑴彈性波反射法；⑵電磁波反射法；⑶紅外探測(cè)法；⑷高分辨直流電法。下面按上述分類探討物探方法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的原理及方法。第14頁,共74頁，2024年2月25日，星期天第二部分隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的物探方法原理與施作要點(diǎn)

一、彈性波反射法二、電磁波反射的法三、紅外探測(cè)法四、高分辨直流電法第15頁,共74頁，2024年2月25日，星期天一、彈性反射波法彈性波反射法是利用人工激發(fā)的地震波、聲波在不均勻地質(zhì)體中所產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)情況的一種物探方法，它包括地震波反射法、水平聲波反射法、負(fù)視速度法和極小偏移距高頻反射連續(xù)剖面法等方法。由于地震波反射法相對(duì)其它三種方法應(yīng)用相對(duì)普遍和成熟，且從預(yù)報(bào)距離、探測(cè)精度和預(yù)報(bào)復(fù)雜不良地質(zhì)問題的適應(yīng)性幾方面綜合考慮，本次只介紹地震波反射法。目前，采用地震波反射法進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的儀器主要有：TSP(瑞士)、TRT(美國)、TGP(中國)、TST(中國)等，由于目前隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中使用最多的儀器是瑞士Amberg公司生產(chǎn)的TSP系列儀器，所以下面以TSP203儀器為例介紹地震波反射法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用情況。第16頁,共74頁，2024年2月25日，星期天1、TSP的基本原理圖1-1TSP法工作原理示意圖第17頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖1-2儀器：瑞士TSP-203

第18頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖1-3儀器：瑞士TSP-203現(xiàn)場(chǎng)工作照片第19頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

如圖1-1所示，在隧道的左邊墻或右邊墻位置按約1.5～2m的間距分別布置24個(gè)激發(fā)孔，激發(fā)孔布置在左邊墻還是右邊墻取決于巖層的主導(dǎo)走向，如果定義靠近掌子面的第一個(gè)炮孔為1號(hào)孔，則在離第24個(gè)激發(fā)孔15～20m的左邊墻和右邊墻的位置分別布置一個(gè)地震波信息接收孔，激發(fā)孔和接收孔基本保持在同一高度上。通過在各個(gè)激發(fā)孔內(nèi)分別用小藥量乳化炸藥爆破的方式激發(fā)地震波，所產(chǎn)生的地震波以球面波的形式在圍巖中傳播。反射回來的地震波由高精度的接收器所接收并傳遞到主機(jī)形成地震波記錄（見圖2）。第20頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖2TSP法波形記錄

第21頁,共74頁，2024年2月25日，星期天由于波的傳播是一個(gè)球面擴(kuò)散過程，所以一部分波會(huì)傳到掌子面前方的圍巖中去，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅讲ㄗ杩褂胁町惖牡胤?，一部分波?huì)被反射回來，一部分波會(huì)繼續(xù)向前傳播，波將依次傳遞下去，直到隨著傳播距離的增加和球面的擴(kuò)大，能量足夠小不能被接收到為止。通常，兩側(cè)介質(zhì)的波阻抗差異越大，反射回來的能量越強(qiáng)，探測(cè)效果也越好。因?yàn)樗淼乐屑ぐl(fā)的地震波的傳播是一個(gè)能量球面擴(kuò)散的過程，所以為了能接收到掌子面前方的反射信號(hào)，就要求我們的接收器要有一定的方向性。在TSP203硬件系統(tǒng)中，采用了兩個(gè)高靈敏度的三分量檢波器，在安裝檢波器的時(shí)候一定要使標(biāo)有“掌子面”的一面朝向掌子面方向；而在軟件中，則采用“傾角濾波”的算法進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)TSPwin軟件處理便可以得到P波、SH波和SV波的時(shí)間剖面、速度分析圖、深度偏移圖、反射波層位、反射波相位、反射能量大小等資料，應(yīng)用這些資料并結(jié)合隧道地質(zhì)情況便可對(duì)掌子面前方的溶洞、軟弱巖層、斷層、節(jié)理裂隙密集帶及富水情況等不良地質(zhì)情況做出推斷。第22頁,共74頁，2024年2月25日，星期天用TSP法進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)注意的幾個(gè)要點(diǎn)

1、通過我院多年實(shí)踐表明：雖然TSP儀器還不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)溶洞的形狀，但把它作為一種半定量的中距離主控（一般有效探測(cè)距離為100～150m,需根據(jù)圍巖軟弱情況而定）預(yù)報(bào)方法還是行之有效的，特別是對(duì)能給施工帶來安全隱患的斷層、軟弱的含煤地層及采空區(qū)、巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)、含水體、節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)等的預(yù)報(bào)還是比較準(zhǔn)確的。因此,TSP法可作為隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主控預(yù)報(bào)方法。

2、由于物探方法的多解性及間接性（通過圍巖的物性參數(shù)來推測(cè)圍巖的結(jié)構(gòu)）的影響，物探方法預(yù)報(bào)只能對(duì)掌子面前方的物探異常進(jìn)行定性和半定量～定量解釋。為了使物探地質(zhì)解譯更準(zhǔn)確，需要用少量的超前水平鉆探（含加深炮眼探測(cè)）進(jìn)行驗(yàn)證或修正；3、目前TSP法還不能對(duì)溶洞的形態(tài)、含水體的含水量及水壓、煤層的瓦斯含量等進(jìn)行正確判斷。

第23頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

4、由于圍巖地層的存在各向異性和掌子面前方不良地質(zhì)體的位置不同，根據(jù)TSP法的探測(cè)原理，為了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方所有不良地質(zhì)體需要在隧道左右邊墻分別布置一個(gè)接受器。有些預(yù)報(bào)單位為了減小成本只布置一個(gè)接收器，這是不滿足要求的，需堅(jiān)決杜絕的。5、在地震彈性波法（TSP）探測(cè)時(shí)需要利用三分量接收器接收從不良地質(zhì)體反射回來的彈性波（P波-縱波、SH波-橫波、SV波-橫波），由于彈性波在軟弱介質(zhì)中傳播時(shí)其能量會(huì)嚴(yán)重衰減，特別是橫波衰減更嚴(yán)重（在水中不能傳播），因此要求在埋設(shè)接收器導(dǎo)管時(shí)用環(huán)氧樹脂或錨固劑（實(shí)驗(yàn)證明是滿足要求的）進(jìn)行耦合，決不能采用黃油進(jìn)行耦合，只有這樣才能保證P波-縱波、SH波-橫波、SV波-橫波的正常接收。如果用少量環(huán)氧樹脂或錨固劑進(jìn)行耦合，或者直接用黃油進(jìn)行耦合達(dá)到接收器道管的回收利用是應(yīng)堅(jiān)決杜絕的。下面我用圖-3～圖-5來說明這樣要求的原因第24頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖-3縱波、橫波傳播示意圖

P-WAVES-WAVEPROPAGATIONOFP-ANDS-WAVESdirectionofwavepropagationP=compressionalwave

directionofparticlemotion

SVSHS=shearwave

directionofparticlemotion第25頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖-4三分量接收器導(dǎo)管第26頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖-5三分量接收器導(dǎo)管的耦合

steeltube3第27頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、TSP的應(yīng)用效果

⑴小型溶洞預(yù)報(bào)實(shí)例隧道地質(zhì)情況:

某鐵路隧道全長2066m，本次預(yù)報(bào)里程范圍內(nèi)隧道埋深40～109m，由二疊系茅口棲霞組灰?guī)r組成，屬堅(jiān)硬巖類，裂隙較發(fā)育，巖體為中厚層狀結(jié)構(gòu)，巖體較完整。地下水位于洞身以下，該段隧道主要位于垂直滲流帶內(nèi)，巖溶以垂直向巖溶裂隙、溶槽、溶溝發(fā)育為主，少量水平向巖溶裂隙，地下水以季節(jié)性股狀及淋雨?duì)畛雎?。預(yù)報(bào)結(jié)論:本次預(yù)報(bào)時(shí)檢波器里程為K19+327,掌子面（即隧道開挖工作面）里程為K19+266，預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)在檢波器前方65m附近存在一個(gè)低速異常區(qū)域（見圖6中藍(lán)色顯示），另外結(jié)合二維成果圖（見圖7）中的K19+259處楊氏模量數(shù)值突然降低（代表圍巖強(qiáng)度降低），泊松比數(shù)值突然升高（代表圍巖流塑性增加）綜合分析：推測(cè)在K19+259～K19+251段巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，存在溶洞。紅色代表掃描的速度值高速區(qū)域藍(lán)色代表掃描的速度值低速區(qū)域圖6SV波速度掃描圖像圖7某鐵路隧道TSP反射層位及物理力學(xué)參數(shù)二維成果圖開挖遇到溶洞的位置第28頁,共74頁，2024年2月25日，星期天開挖驗(yàn)證情況:隧道開挖掌子面到達(dá)K19+259時(shí)，在掌子面上出現(xiàn)一個(gè)小型溶洞，內(nèi)部充填物為塊石土。后經(jīng)揭示發(fā)現(xiàn)該溶洞占據(jù)了整個(gè)掌子面，沿隧道軸向發(fā)育長度為3～5m。掌子面開挖遇到溶洞的照片見圖8所示。圖8K19+259處揭示的巖溶照片第29頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑵大型溶洞預(yù)報(bào)實(shí)例開挖遇溶洞位置開挖遇溶洞位置圖10SH波深度偏移圖像圖9P波深度偏移圖像圖11SV波深度偏移圖像開挖遇溶洞位置圖12**隧道TSP二維成果圖隧道地質(zhì)情況:

某鐵路隧道全長3086m，本次預(yù)報(bào)里程范圍內(nèi)隧道埋深220～250m，本次預(yù)報(bào)里程范圍內(nèi)圍巖為灰?guī)r，設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。第30頁,共74頁，2024年2月25日，星期天預(yù)報(bào)結(jié)論:

本次預(yù)報(bào)時(shí)檢波器處里程為K92+584.5，在深度偏移圖上我們發(fā)現(xiàn)橫波掃描圖像中都存在異常，在檢波器前方123m以后發(fā)現(xiàn)縱波能正常通過，橫波在123m以后發(fā)現(xiàn)衰減很厲害，甚至顯示橫波未能通過。在二維成果圖上的反射界面反而反映不明顯，但是因?yàn)榍斑吿岬綑M波的衰減問題，在二維成果圖中靠近后半部分我們未能發(fā)現(xiàn)有橫波反射信號(hào)（二維成果圖中定義P波用三角表示，SH波用圓圈表示，SV波用方塊表示），而只剩下縱波的反射界面。綜合以上情況綜合分析，預(yù)報(bào)推測(cè)在檢波器前方123m（即K92+461處）的地方存在無充填大型溶洞。開挖驗(yàn)證情況及小結(jié):

隧道開挖在K92+461～K92+440段發(fā)現(xiàn)一個(gè)大型溶洞，該溶洞為一個(gè)干溶洞，內(nèi)部沒有水，也沒有任何充填物，沿線路方向的長度為21m，最大高度約10m，寬度約8m。

結(jié)合開挖后遇到的溶洞情況分析，我們分析認(rèn)為：因?yàn)闄M波是剪切波，所以當(dāng)大型溶洞為空或充填水時(shí)，則會(huì)有圖9～圖11所顯示的情況發(fā)生，橫波衰減厲害甚至顯示“通不過”；該溶洞若是被泥夾石充填，則橫波衰減應(yīng)該沒有空溶洞或充填水的這種溶洞衰減厲害。第31頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑶斷層及含水體實(shí)例圖12

TSP2D成果圖隧道地質(zhì)情況:某隧道平導(dǎo)全長為14315m，預(yù)報(bào)區(qū)存在次級(jí)斷層—燕子窩斷層，圍巖級(jí)別為V級(jí)。預(yù)報(bào)結(jié)論:

PDK111+846～+880為斷層破碎帶及影響帶，其斷層核心帶位于PDK111+860～+867，核心帶圍巖力學(xué)性質(zhì)很差，且富水，全施工時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，防止坍塌和突水。開挖驗(yàn)證情況:開挖至PDK110＋848處圍巖變差，PDK110＋861處時(shí)發(fā)現(xiàn)左側(cè)拱部涌水，并伴隨拱部大量坍塌，隨著開挖不斷前進(jìn)，涌水量不斷增大，平均涌水量約950m3/h，最大12180m3/h。此現(xiàn)象一直到PDK110＋865結(jié)束，說明我們的預(yù)報(bào)結(jié)論準(zhǔn)確的。第32頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑷暗河實(shí)例圖13**隧道TSP二維成果圖開挖驗(yàn)證情況:開挖揭示大型暗河,其位置示意圖見圖14。該例說明:TSP法雖能預(yù)報(bào)暗河,但對(duì)具有復(fù)雜形態(tài)的暗河或大型不規(guī)則溶洞是不能預(yù)報(bào)它們的具體形態(tài)和三維空間位置。預(yù)報(bào)結(jié)論:1、DK922+670～+606段：圍巖破碎，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，存在中大型溶洞（或暗河）;2、DK922+606～+568段：圍巖較破碎，巖溶弱發(fā)育。圖14**隧道暗河位置示意圖二維成果第33頁,共74頁，2024年2月25日，星期天二、電磁波反射法

1、電磁波反射法的原理電磁波反射法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)。

第34頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

在地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集過程中，由地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線向被探測(cè)體內(nèi)發(fā)射高頻電磁波，當(dāng)高頻電磁波傳至被探測(cè)體內(nèi)兩種不同介質(zhì)的分界面（如：界面、空洞、不密實(shí)帶等）時(shí)，由于兩種介質(zhì)的介電常數(shù)不同而使電磁波發(fā)生反射，反射波的傳播遵循反射定律，反射波返回被檢測(cè)體的表面，并由地質(zhì)雷達(dá)的接收天線所接收，形成雷達(dá)圖像。雷達(dá)圖像包含了被檢測(cè)體的豐富信息，根據(jù)雷達(dá)圖像特征對(duì)被探測(cè)體進(jìn)行定性判釋，再根據(jù)下式可對(duì)被探測(cè)體的異常部位作定量解釋。H=V*T/2第35頁,共74頁，2024年2月25日，星期天由于地質(zhì)雷達(dá)法具有異常圖像直觀、工作效率及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，該方法可應(yīng)用在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的短距離(15～30m)預(yù)報(bào)。工作原理示意圖見圖15-1所示。圖15-1地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖第36頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖15-2地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置示意圖和SIR3000現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)照片

第37頁,共74頁，2024年2月25日，星期天用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)注意的幾個(gè)要點(diǎn)

1、雖然地質(zhì)雷達(dá)法具有高分辨率、圖象直觀、預(yù)報(bào)時(shí)間較短等特點(diǎn)，但地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜地段往往存在水，且掌子面處多破碎，掉塊嚴(yán)重，很難把掌子面處理平整，因此地質(zhì)雷達(dá)很難在這些地方取得有效資料，因此大大降低了地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中適用性。2、由于金屬對(duì)雷達(dá)波具有很強(qiáng)的反射作用，因此在施測(cè)時(shí)需要把含有金屬材料的設(shè)備遷移到遠(yuǎn)離掌子面的地方。

有些預(yù)報(bào)單位未認(rèn)識(shí)到上述影響和要求,未按要求執(zhí)行，結(jié)果是所獲得的數(shù)據(jù)信息信噪比低、干擾大，嚴(yán)重影響了預(yù)報(bào)結(jié)果。第38頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、電磁波反射法的應(yīng)用效果

⑴完整圍巖的地質(zhì)雷達(dá)圖象

左圖為在完整圍巖上采集的地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)，可見電磁波反射波信號(hào)較平靜，無明顯反射信號(hào)，能量亦呈正常衰減趨勢(shì)。圖16完整圍巖的地質(zhì)雷達(dá)法圖象第39頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑵溶蝕破碎帶的地質(zhì)雷達(dá)圖象左圖中有明顯的電磁波反射信號(hào)，反射信號(hào)同相軸較連續(xù)，并且反射的電磁波信號(hào)較強(qiáng)，分析認(rèn)為在掌子面后面5～10米深度范圍內(nèi)存在不良地質(zhì)體，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的圍巖巖性為灰?guī)r情況綜合分析認(rèn)為掌子面前方為溶蝕破碎帶(經(jīng)開挖驗(yàn)證結(jié)論準(zhǔn)確)。圖17溶蝕破碎帶的地質(zhì)雷達(dá)法圖象

第40頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑶溶洞的地質(zhì)雷達(dá)圖象

左圖中有明顯的電磁波反射信號(hào)，在7～19米范圍內(nèi)由近似拋物線的反射波軸頂點(diǎn)包羅的區(qū)域?yàn)檎惩脸涮钚腿芏捶秶?經(jīng)開挖驗(yàn)證結(jié)論準(zhǔn)確)。圖18-1粘土充填型溶洞的地質(zhì)雷達(dá)法圖象

第41頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑶溶洞的地質(zhì)雷達(dá)圖象

左圖中有明顯的非常強(qiáng)的電磁波反射信號(hào)，在9～29米范圍內(nèi)形成非常強(qiáng)的能量團(tuán)塊,為充水型溶洞范圍(經(jīng)開挖驗(yàn)證結(jié)論準(zhǔn)確)。圖18-2充水型溶洞的地質(zhì)雷達(dá)法圖象

第42頁,共74頁，2024年2月25日，星期天三、紅外探測(cè)法

1、紅外探測(cè)法的原理

地質(zhì)體(如含水體)每時(shí)每刻都在向外部發(fā)射紅外能量，并形成紅外輻射場(chǎng)。地質(zhì)體由內(nèi)向外發(fā)射紅外輻射時(shí)，必然會(huì)把地質(zhì)體內(nèi)部的信息以紅外電磁場(chǎng)的形式傳遞出來。紅外探測(cè)法就是通過接收和分析紅外輻射信號(hào)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的一種物探方法。

第43頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

野外施測(cè)時(shí)采用：在掌子面后方60米處，朝掌子面方向每隔5m對(duì)隧道周邊探測(cè)一次,每次探測(cè)順序依次為左邊墻、左拱腰、拱頂、右拱腰、右邊墻和隧底中線，共探測(cè)12個(gè)斷面，這樣沿隧道軸線方向共形成6條探測(cè)曲線，分別為左邊墻探測(cè)曲線、左拱腰探測(cè)曲線、拱頂探測(cè)曲線、右拱腰探測(cè)曲線、右邊墻探測(cè)曲線和隧底中線探測(cè)曲線。依據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)繪制沿隧道軸向的探測(cè)曲線，如果開挖工作面前方存在儲(chǔ)水構(gòu)造，在靠近開挖工作面一端曲線會(huì)出現(xiàn)明顯下降或上升。第44頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖19-1中國HW-304現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)照片第45頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、紅外探測(cè)法的應(yīng)用效果從圖19-2的探測(cè)所得的場(chǎng)值數(shù)據(jù)表明：最大值與最小值之差大于安全值10μW/cm2，且臨近掌子面處曲線有明顯異常，呈上升趨勢(shì)，因此推斷掌子面前方30米范圍內(nèi)圍巖含水量較大，存在涌水的可能性極大。后經(jīng)鉆探驗(yàn)證掌子面前方確實(shí)存在含水體，且從鉆孔噴出距離達(dá)3m。

通過我單位的大量實(shí)踐證明：

1、紅外探測(cè)還不能對(duì)水量和水壓作出定量預(yù)報(bào)；

2、在含水地段預(yù)報(bào)承壓水比較困難。

圖19-2沿隧道軸線方向各探測(cè)測(cè)線上所測(cè)場(chǎng)值曲線

第46頁,共74頁，2024年2月25日，星期天四、高分辨直流電法1、高分辨直流電法的原理高分辨直流電法是以巖石的電性差異（即電阻率差異）為基礎(chǔ)，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(chǎng)，通過研究電場(chǎng)或電磁場(chǎng)的分布規(guī)律預(yù)報(bào)開挖工作面前方儲(chǔ)水、導(dǎo)水構(gòu)造分布和發(fā)育情況的一種直流電法探測(cè)技術(shù)，該方法也稱為“三極空間交匯探測(cè)法”。高分辨直流電法現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)在隧道掌子面后方隧道底面布置測(cè)線，沿測(cè)線布設(shè)三個(gè)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(hào)，突出隧道前方地質(zhì)異常體的信號(hào)。測(cè)線布置示意圖見圖20。

第47頁,共74頁，2024年2月25日，星期天圖20測(cè)線布置示意圖

第48頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、高分辨直流電法的應(yīng)用情況

把高分辨直流電法（“三極空間交匯探測(cè)法”）用于隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是煤炭系統(tǒng)開發(fā)的，并取得了較好的效果，但由于鐵路隧道（特別是高速鐵路隧道）與采煤坑道有很大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在：⑴隧道斷面大；⑵Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ圍巖的封閉位置距掌子面的距離不得大于35m（《關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》【2010】120號(hào)）；⑶隧道底部的仰拱和襯砌存在大量的鋼筋和鋼拱架；⑷Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ圍巖均采用臺(tái)階法施工。

由于鐵路隧道具有上述特點(diǎn)，在大多數(shù)情況下不滿足開展高分辨直流電法（“三極空間交匯探測(cè)法”）探測(cè)的施測(cè)條件和物理探測(cè)條件，因此目前還沒有較好的應(yīng)用效果。第49頁,共74頁，2024年2月25日，星期天第三部分隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合方法運(yùn)用

一超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的要求二超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的、內(nèi)容、工作程序三超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法四超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作量的確定原則五超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的單位職責(zé)、分工六超前地質(zhì)預(yù)報(bào)發(fā)展方向第50頁,共74頁，2024年2月25日，星期天一超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的要求

近年來，鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)取得了長足進(jìn)展，鐵道部先后印發(fā)了以下文件和指南,對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作作出了具體要求?！惰F路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》《鐵路隧道施工技術(shù)指南》《關(guān)于鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道安全管理工作的實(shí)施意見》《關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》（鐵建設(shè)【2010】120號(hào)）第51頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

中鐵二院也有針對(duì)性地印發(fā)了以下文件,對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)、實(shí)施、預(yù)報(bào)方案、工作程序及職責(zé)分工作了具體要求?！蛾P(guān)于印發(fā)鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)管理暫行規(guī)定的通知》《關(guān)于印發(fā)鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則暫行規(guī)定的通知》

云桂鐵路云南有限責(zé)任公司和滬昆鐵路客運(yùn)專線云南有限責(zé)任公司對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作也制定了相應(yīng)要求。第52頁,共74頁，2024年2月25日，星期天二超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的、內(nèi)容、工作程序1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的進(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；降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率和危害程度；為優(yōu)化工程設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)；為編制竣工文件提供地質(zhì)資料。第53頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的內(nèi)容地層巖性預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，特別是對(duì)軟弱夾層、破碎地層、煤層及特殊巖土的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，特別是對(duì)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(cè)預(yù)報(bào)；不良地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，特別是對(duì)巖溶、人為坑洞、瓦斯等發(fā)育情況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；地下水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，特別是對(duì)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(cè)預(yù)報(bào)。第54頁,共74頁，2024年2月25日，星期天3、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的工作程序隧道地質(zhì)復(fù)雜程度分級(jí)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)編制超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施大綱超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施地質(zhì)綜合分析編制地質(zhì)預(yù)報(bào)月報(bào)、年報(bào)隧道施工方案實(shí)施或根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論變更設(shè)計(jì)、施工方案后實(shí)施隧道內(nèi)地質(zhì)調(diào)查下循環(huán)實(shí)施編制地質(zhì)預(yù)報(bào)竣工總報(bào)告提交地質(zhì)預(yù)報(bào)成果報(bào)告與設(shè)計(jì)、地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論吻合與設(shè)計(jì)、地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論不符第55頁,共74頁，2024年2月25日，星期天三超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法

根據(jù)《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》的規(guī)定:由于各預(yù)報(bào)方法均有優(yōu)缺點(diǎn),隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)采用地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法(含加深炮眼法)、物探法和超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)。

有隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)文件的隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作應(yīng)按設(shè)計(jì)文件執(zhí)行。但開挖情況與設(shè)計(jì)文件中的地質(zhì)情況有較大差異時(shí)應(yīng)對(duì)該隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)文件中的要求進(jìn)行調(diào)整。

第56頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法選擇原則根據(jù)隧道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)采用與設(shè)計(jì)相符合的綜合預(yù)報(bào)方法進(jìn)行預(yù)報(bào),并對(duì)各方法預(yù)報(bào)結(jié)果綜合分析，相互驗(yàn)證，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

方法選擇原則如下:

⑴隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可采用長距離預(yù)報(bào)、中長距離預(yù)報(bào)、短距離預(yù)報(bào)和超短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合的綜合預(yù)報(bào)方法。⑵長距離預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)長度100m以上。可采用地質(zhì)調(diào)查法—地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查、地震波反射法。

⑶中長距離預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)長度30～80m。可采用地質(zhì)調(diào)查法—地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查、30～80m的超前鉆探等。

⑷短距離預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)長度30m以內(nèi)?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法—隧道內(nèi)地質(zhì)素描、地質(zhì)雷達(dá)法、紅外探測(cè)法及小于30m的超前鉆探等。

⑸

超短距離預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)長度5m以內(nèi)?？刹捎玫刭|(zhì)調(diào)查法—隧道內(nèi)地質(zhì)素描、加深炮眼法等。第57頁,共74頁，2024年2月25日，星期天3、地質(zhì)調(diào)查法

地質(zhì)調(diào)查法是根據(jù)隧道已有勘察資料、地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查和隧道內(nèi)地質(zhì)素描等資料，通過地層層序?qū)Ρ取⒌貙臃纸缇€及構(gòu)造線地下與地表相關(guān)性分析、斷層要素與隧道幾何參數(shù)的相關(guān)性分折、臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的前兆分析等，利用常規(guī)地質(zhì)理論、地質(zhì)作圖和趨勢(shì)分析等，推測(cè)開挖工作面前方可能揭示地質(zhì)情況的一種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。第58頁,共74頁，2024年2月25日，星期天地質(zhì)調(diào)查法是一種傳統(tǒng)、實(shí)用和基本的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，具有綜合和指導(dǎo)其他預(yù)報(bào)方法的作用。地質(zhì)調(diào)查法不占用工作面施工時(shí)間、不干擾施工、設(shè)備簡單、操作方便、提交資料及時(shí)，可隨時(shí)掌握隧道開挖工作面的地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水等地質(zhì)條件的變化，是隧道施工過程中的地質(zhì)工作，是隧道工程全過程地質(zhì)工作的重要一環(huán)，是隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)工作。地質(zhì)調(diào)查法不僅是一種地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，而且可以補(bǔ)充和完善隧道設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，也便于施工與設(shè)計(jì)資料對(duì)比，積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也是竣工資料的一部分，更為隧道運(yùn)營階段隧道病害整治提供完整的隧道地質(zhì)資料。

這種方法對(duì)與隧道交角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面、特殊巖溶(溶洞的發(fā)育具有突變性)容易產(chǎn)生漏報(bào)。第59頁,共74頁，2024年2月25日，星期天4、物探法

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)物探法為彈性波反射法（包括以TSP法為代表的隧道地震波預(yù)報(bào)法、水平聲波反射法、負(fù)視速度法、陸地聲納法）、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、紅外探測(cè)、高分辨率直流電法、時(shí)域瞬變電磁法等。應(yīng)用相對(duì)普遍和成熟的主要為地震反射波法、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、紅外探測(cè)。物探適用范圍廣，方法多，設(shè)備輕便，效率高，但各種物探方法都需具備一定的應(yīng)用條件，其裝置的選擇、測(cè)線的布置、采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量和資料的處理與解釋都直接關(guān)系到物探的效果；物探結(jié)果具有多解性，因此對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道應(yīng)采用綜合物探，并結(jié)合其它資料探測(cè)(如:超前鉆探資料、地質(zhì)調(diào)查法資料等)進(jìn)行綜合分析，相互驗(yàn)證，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。第60頁,共74頁，2024年2月25日，星期天隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用綜合物探方法一覽表表-2序號(hào)適用條件適用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)物探類型采用物探方法1軟弱夾層，非可溶巖接觸帶，地表物探異常帶、差異風(fēng)化帶及可能出現(xiàn)其它不良地質(zhì)體。含炭（煤）地層。坍方風(fēng)險(xiǎn)及變形風(fēng)險(xiǎn)為中度。WT-1地震反射波法（TSP）2非可溶巖地段斷層及其破碎帶、可溶巖巖溶中度發(fā)育地段、可能出現(xiàn)的節(jié)理密集帶。風(fēng)險(xiǎn)為高度、突水突泥風(fēng)險(xiǎn)為中度及以上。WT-2以地震反射波法（TSP）為主、紅外探測(cè)法為輔的綜合物探預(yù)報(bào)方法3可溶巖巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段、可溶巖與非可溶巖接觸帶等可能出現(xiàn)溶洞、溶蝕破碎帶及富水節(jié)理密集帶。突水突泥高度風(fēng)險(xiǎn)、地表失水高度風(fēng)險(xiǎn)、坍方高度風(fēng)險(xiǎn)。WT-3以地震反射波法（TSP）為主、地質(zhì)雷達(dá)法或紅外探測(cè)法為輔的綜合物探預(yù)報(bào)方法4巖溶發(fā)育（極強(qiáng)烈）地段；煤層采空區(qū)。高壓富水?dāng)鄬?。水突泥極高風(fēng)險(xiǎn)、地表失水極高風(fēng)險(xiǎn)、坍方高度風(fēng)險(xiǎn)。WT-4以地震反射波法（TSP）為主、地質(zhì)雷達(dá)法或紅外探測(cè)法為輔的綜合物探預(yù)報(bào)方法第61頁,共74頁，2024年2月25日，星期天5、超前鉆探法

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超前地質(zhì)鉆孔法

·加深炮眼探測(cè)法第62頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑴超前地質(zhì)鉆孔

利用鉆機(jī)在隧道開挖工作面進(jìn)行鉆探獲取地質(zhì)信息的一種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。它比較直觀地探明鉆孔所經(jīng)過部位的地層巖性、巖體完整程度、巖溶及地下水發(fā)育情況等。超前地質(zhì)鉆探適用于各種地質(zhì)條件下隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，宜在富水軟弱斷層破碎帶、富水巖溶發(fā)育區(qū)、煤層瓦斯發(fā)育區(qū)、重大物探異常區(qū)等地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)必須采用。超前地質(zhì)鉆探主要有沖擊鉆和回轉(zhuǎn)取芯鉆，二者應(yīng)合理搭配使用，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率又提高鉆探速度，減少開挖工作面占有時(shí)間。超前地質(zhì)鉆孔采用單孔水平取巖芯鉆探法，鉆孔是否取巖芯根據(jù)不同地質(zhì)條件確定。在需連續(xù)鉆探時(shí)，一般每循環(huán)鉆探20～30m，活動(dòng)斷裂帶或必要時(shí)需鉆探50～100m，相鄰兩循環(huán)重疊長度應(yīng)在5～8m。超前地質(zhì)鉆探的缺點(diǎn)：成本高、耗時(shí)長(對(duì)工期影響較大)；“一孔之見”容易產(chǎn)生漏報(bào)。第63頁,共74頁，2024年2月25日，星期天⑵加深炮眼探測(cè)

是利用風(fēng)鉆或鑿巖臺(tái)車等在隧道開挖工作面鉆小孔徑淺孔獲取地質(zhì)信息的一種方法。加深炮孔探測(cè)適用于各種地質(zhì)條件下隧道的超前地質(zhì)探測(cè)，尤其適用于巖溶發(fā)育區(qū)。加深炮眼（即加深炮眼超前探測(cè)）利用在隧道開挖工作面上的炮鉆孔來探測(cè)前方圍巖的地質(zhì)情況，在每一循環(huán)鉆設(shè)炮眼時(shí)布設(shè)3～5個(gè)鉆孔加深3m以上作為探測(cè)孔。加深炮眼探測(cè)是超前地質(zhì)鉆探的重要補(bǔ)充，因其數(shù)量較多，在巖溶發(fā)育區(qū)大大增加揭示溶洞的機(jī)率，效果非常明顯。與超前地質(zhì)鉆探相比，具有設(shè)備移動(dòng)靈活、操作方便、費(fèi)用低、占用隧道施工時(shí)間短的特點(diǎn)，可與爆破孔同時(shí)施作。但孔淺，不能取巖心。

第64頁,共74頁，2024年2月25日，星期天超前鉆探、加深炮眼探測(cè)方法組合表

(表-3)適應(yīng)條件適用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)鉆探類型主要手段備注所有工點(diǎn)全部風(fēng)險(xiǎn)類型ZT-1加深炮眼（5孔）最基本手段地表存在構(gòu)筑物及隧道淺埋偏壓地段。坍方風(fēng)險(xiǎn)為高度、變形風(fēng)險(xiǎn)為中度。ZT-2超前鉆孔（2孔）+加深炮眼（5孔）,其中1孔取芯。高地應(yīng)力：軟巖大變形及巖爆。坍方風(fēng)險(xiǎn)為中度、變形風(fēng)險(xiǎn)為中度，巖爆風(fēng)險(xiǎn)為中度。ZT-3超前鉆孔（3孔）+加深炮眼（5孔）,其中1孔取芯,3孔為地應(yīng)力測(cè)試孔。發(fā)生大變形、巖爆時(shí)補(bǔ)做應(yīng)力測(cè)試，包括原始應(yīng)力、接觸應(yīng)力、巖石試驗(yàn)等地質(zhì)構(gòu)造帶，巖層接觸帶，物探異常區(qū)。突水突泥中度風(fēng)險(xiǎn)、坍方中度風(fēng)險(xiǎn)。超前鉆孔（3孔）+加深炮眼（5孔）,其中1孔取芯。巖溶發(fā)育區(qū)突水突泥中度風(fēng)險(xiǎn)、地表失水高風(fēng)險(xiǎn)。ZT-4超前鉆孔（5孔）+加深炮眼（10孔）。高壓富水地段突水突泥極高風(fēng)險(xiǎn)、地表失水極高風(fēng)險(xiǎn)。ZT-5超前鉆孔（5孔），所有探測(cè)孔均需設(shè)置關(guān)水閥門，1孔設(shè)置測(cè)壓裝置。其中3孔作為定位孔?；顒?dòng)斷裂帶突水突泥中度風(fēng)險(xiǎn)、坍方中度風(fēng)險(xiǎn)。ZT-6超前鉆孔（3孔）+加深炮眼（5孔）,其中1孔取芯。超前鉆孔80～100m煤系地層瓦斯及煤層突出高度風(fēng)險(xiǎn)。ZT-7在距離15m垂直距離處設(shè)置1個(gè)超前鉆孔，初步探測(cè)煤層位置，在距初探煤層10m出鉆5個(gè)超前鉆孔，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測(cè)試。其中2個(gè)孔