隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案1編制依據(jù)(1)公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南及交通部頒布的其他現(xiàn)行施工規(guī)范、安全規(guī)程、施工指南等。(2) 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)中國(guó)水利水電出版社。(3)近年來(lái)高速公路類似工程施工經(jīng)驗(yàn)、施工工法、科技成果；國(guó)內(nèi)外相關(guān)高速鐵路的施工工藝及科研成果。2隧道工程概況標(biāo)段內(nèi)隧道工程地質(zhì)復(fù)雜，主要由殘積砂質(zhì)粘性土及全-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，洞身主要為中微風(fēng)化花崗巖。，隧道圍巖以、級(jí)圍巖為主，部分為、級(jí)圍巖。施工中必須加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并采取相應(yīng)的工程措施，保證安全順利地通過(guò)不良地質(zhì)段。根據(jù)設(shè)計(jì)提供風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)要求，我單位采取加深炮孔探測(cè)和超前水平地質(zhì)鉆孔倆種方法進(jìn)行圍巖觀測(cè)，以提供有效的施工措施保證施工安全、順利的進(jìn)行，對(duì)于出現(xiàn)地質(zhì)異常區(qū)域，我單位另增加TSP或地質(zhì)物探手段進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)分析，并報(bào)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行核對(duì)、審批，重新進(jìn)行隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。項(xiàng)目部對(duì)標(biāo)段內(nèi)隧道作業(yè)高度重視，在施工組織設(shè)計(jì)中已經(jīng)把超前地質(zhì)預(yù)報(bào)列入獨(dú)立的施工工序進(jìn)行檢測(cè)，制定“有預(yù)報(bào)才施工，不預(yù)報(bào)堅(jiān)決不允許施工”的要求發(fā)放各施工隊(duì)執(zhí)行實(shí)施。為有效的執(zhí)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)施，項(xiàng)目部特別成立專職超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)實(shí)施小組，其中組長(zhǎng)1人，副組長(zhǎng)2人，組員5人，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作的具體實(shí)施和資料收集整理，對(duì)隧道施工起到實(shí)施性的指導(dǎo)作用。并聘請(qǐng)專職預(yù)報(bào)隊(duì)伍負(fù)責(zé)標(biāo)段內(nèi)的隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)施工。3隧道工程地質(zhì)條件本標(biāo)段隧道工程地質(zhì)復(fù)雜，主要由殘積砂質(zhì)粘性土及全-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，洞身主要為中微風(fēng)化花崗巖。，隧道圍巖以、級(jí)圍巖為主，部分為、級(jí)圍巖。4超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)目的地下地質(zhì)條件復(fù)雜，潛在、無(wú)法預(yù)知的地質(zhì)因素較多：多變的地形條件，地層破碎帶、斷層，富水巖層等。進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的是：提供隧道掘進(jìn)前方的地質(zhì)情況，包括圍巖的完整性、斷層破碎帶和溶洞的規(guī)模和位置、不良地層的富水情況，進(jìn)而做出對(duì)圍巖類別的劃分和隧道開(kāi)挖時(shí)穩(wěn)定性的分析，以確定合理的工程措施和合理的施工方法，以確保隧道施工安全順利的進(jìn)行。5超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)組織機(jī)構(gòu)和人員設(shè)備配置在項(xiàng)目部設(shè)施工地質(zhì)工作管理辦公室，辦公室設(shè)在工程管理部，負(fù)責(zé)組織項(xiàng)目部有關(guān)人員進(jìn)行預(yù)報(bào)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)工作；預(yù)報(bào)物探設(shè)備管理與協(xié)調(diào)使用；預(yù)報(bào)實(shí)施情況監(jiān)督檢查。項(xiàng)目部分別成立專職超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)實(shí)施小組，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作的具體實(shí)施和資料收集整理。人員組成及主要職責(zé)分工見(jiàn)表。超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)人員分工職責(zé)表序號(hào)姓名職 務(wù)職 責(zé)1陳顯鋒總工程師對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)工作負(fù)全責(zé)，制定預(yù)報(bào)工作計(jì)劃和實(shí)施細(xì)則，審核預(yù)報(bào)成果。2李東副總工程師負(fù)責(zé)預(yù)報(bào)工作的落實(shí)，分析整理預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，編制預(yù)報(bào)成果報(bào)告，提出施工建議。3肖文坦工程部部長(zhǎng)負(fù)責(zé)預(yù)報(bào)工作的全面落實(shí)，分析整理預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，編制預(yù)報(bào)成果報(bào)告，提出施工建議。4向輝隧道工程師負(fù)責(zé)段預(yù)報(bào)工作的物探儀器設(shè)備操作，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與整理。資料收集整理、歸檔。5王永鵬隧道工程師負(fù)責(zé)段預(yù)報(bào)工作的物探儀器設(shè)備操作，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與整理。資料收集整理、歸檔。6工作程序地質(zhì)預(yù)報(bào)主要流程為：預(yù)報(bào)通知（現(xiàn)場(chǎng)駐地監(jiān)理） 預(yù)報(bào)實(shí)施及現(xiàn)場(chǎng)記錄 自檢、報(bào)檢驗(yàn)收 資料整理 監(jiān)理確認(rèn)和歸檔具體操作流程見(jiàn)圖6-2-1所示。圖6-2-1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)操作流程7地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容和方法7.1地質(zhì)預(yù)報(bào)的要求本標(biāo)段隧道主要采用地質(zhì)調(diào)查法與加深炮孔鉆探法相結(jié)合的方法進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，如有必要，在地質(zhì)異常區(qū)域采用TSP探測(cè)儀或水平鉆機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)距離超前探測(cè)。各種探測(cè)必須以地質(zhì)為中樞，加強(qiáng)隧道地質(zhì)工作，將地質(zhì)綜合分析貫穿到施工的整個(gè)過(guò)程中，實(shí)行地質(zhì)、物探相結(jié)合，中長(zhǎng)距離探測(cè)與短距離探測(cè)相結(jié)合，優(yōu)化組合，綜合應(yīng)用，確保隧道安全、快速、優(yōu)質(zhì)施工，不留后患，全面確保隧道施工取得經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益三者的最優(yōu)結(jié)合。7.2地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的內(nèi)容超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是隧道施工地質(zhì)工作最主要的工作內(nèi)容。其工作分為既有資料收集；地質(zhì)素描；洞內(nèi)外水文調(diào)查；監(jiān)測(cè)測(cè)試；超前地質(zhì)預(yù)測(cè)；綜合超前預(yù)報(bào)和成災(zāi)警報(bào)等六項(xiàng)任務(wù)。（1）既有資料收集既有設(shè)計(jì)資料和相關(guān)地質(zhì)成果的收集和分析,對(duì)存疑慮的相關(guān)重大地質(zhì)問(wèn)題和地段,必要時(shí)進(jìn)行踏勘和補(bǔ)充恰當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)工作。（2）地質(zhì)素描施工地質(zhì)最基礎(chǔ)的工作，包括正洞、超前平導(dǎo)和輔助導(dǎo)坑洞壁地質(zhì)及掌子面地質(zhì)素描，見(jiàn)圖7-2-1所示。其主要內(nèi)容包括：地質(zhì)觀察A.地層巖性：地層時(shí)代劃分，巖組劃分，巖石劃分，巖體性態(tài)，切割程度，圍巖等級(jí)等。B.斷層：斷層性質(zhì)、位置、產(chǎn)狀、破碎帶寬度及構(gòu)造巖劃分，斷層巖體的圍巖級(jí)別劃分及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。斷層坍方的地質(zhì)原因，是地質(zhì)素描的重點(diǎn)。C.貫穿性節(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)。分析判斷組合特征、巖體完整性程度，控制局部坍方的構(gòu)造內(nèi)因。 D.地應(yīng)力：高地應(yīng)力顯示性標(biāo)志(巖爆、軟弱夾層擠出，探孔餅狀巖心等現(xiàn)象)及其發(fā)生部位。E.特殊地層：煤層、含膏鹽層和含黃鐵礦層等單獨(dú)素描。圖7-2-1 隧道地質(zhì)素描圖（3）洞內(nèi)外水文調(diào)查洞內(nèi)水文調(diào)查A.涌水點(diǎn)(處)調(diào)查空間：層位、構(gòu)造部位、洞圍分布，含水體分布；時(shí)間：點(diǎn)(處)間的時(shí)效關(guān)系；制約：制約因素、補(bǔ)給來(lái)源、途徑、連通關(guān)系。B.涌水量預(yù)測(cè)實(shí)用量測(cè)：反映瞬時(shí)特征和短期變化特征；長(zhǎng)期觀測(cè)：反映長(zhǎng)期變化特征和動(dòng)態(tài)特征；涌水量預(yù)測(cè)。C.水質(zhì)水壓測(cè)試包括水壓、水溫、水色、含泥沙量測(cè)定。D.危害評(píng)估洞外水文調(diào)查A.氣象觀測(cè)。B.重要排泄點(diǎn)、徑流點(diǎn)長(zhǎng)期觀測(cè)；C.相關(guān)巖溶水文地質(zhì)及環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查調(diào)繪：相關(guān)巖溶水文調(diào)繪、地表坍方、變形調(diào)查；試驗(yàn)：同位素、示蹤等；水質(zhì)。（4）監(jiān)測(cè)測(cè)試天然氣、軟巖變形、地面沉降變形監(jiān)測(cè)及洞內(nèi)地應(yīng)力測(cè)試。其中隧道周邊位移量測(cè)，包括拱頂下沉、凈空水平收斂及必要時(shí)增設(shè)的隧底上鼓量測(cè)（采用儀器為收斂計(jì)、水準(zhǔn)儀、塔尺）和隧道淺埋段、山間洼地、巖堆、破碎帶、偏壓洞口的地表下沉量測(cè)（采用儀器為水準(zhǔn)儀、塔尺等）為必測(cè)項(xiàng)目。（5）超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方法A.地質(zhì)編錄預(yù)測(cè)法(圖解法、類比法、斷層參數(shù)法)；B.超前物探預(yù)測(cè)法：包括TSP-203等。C.超前鉆孔預(yù)測(cè)法；預(yù)測(cè)有效距離A.長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)測(cè)：其預(yù)報(bào)距離為100150m。以TSP、斷層參數(shù)法等為手段結(jié)合地面地質(zhì)工作綜合預(yù)報(bào)。B.短距離超前地質(zhì)預(yù)測(cè)：其預(yù)報(bào)距離為1530m以內(nèi)。是在長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，以58孔5m超長(zhǎng)炮眼孔和30m超前鉆孔為手段并結(jié)合掌子面地質(zhì)素描工作綜合預(yù)報(bào)。C.中長(zhǎng)距離超前預(yù)測(cè)：其預(yù)報(bào)距離為3060m，是在長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，針對(duì)較大物探異常，以3060m超前鉆孔為手段并結(jié)合掌子面地質(zhì)素描工作綜合預(yù)報(bào)。（6）綜合超前預(yù)報(bào)和成災(zāi)警報(bào)綜合超前預(yù)報(bào)內(nèi)容地層、完整性及含水情況；斷層及富水情況；大型巖溶及富水情況；暗河。超前地質(zhì)災(zāi)害警報(bào)內(nèi)容大型塌方；突水突泥；煤類突出、天然氣燃燒爆炸；巖爆、軟巖大變形。7.3地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法本標(biāo)段隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的主要方法見(jiàn)下表7-3-1所示表7-3-1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)內(nèi)容預(yù)報(bào)工具預(yù)報(bào)頻率地質(zhì)調(diào)查及地質(zhì)素描巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及不良地質(zhì)現(xiàn)象地質(zhì)羅盤、數(shù)碼相機(jī)等開(kāi)挖后及初期支護(hù)后進(jìn)行，每次爆破后進(jìn)行加深炮孔探測(cè)掌子面超前5m范圍圍巖狀況風(fēng)槍、鉆孔臺(tái)架開(kāi)挖鉆孔時(shí)進(jìn)行超前鉆探法掌子面超前3050m范圍圍巖狀況超前水平鉆機(jī)每隔3035m一個(gè)斷面，搭接不小于5m地震波法劃分地層界線、查找地質(zhì)構(gòu)造、探測(cè)不良地質(zhì)體的厚度和范圍TSP探測(cè)儀地質(zhì)異常區(qū)域（1）地質(zhì)調(diào)查法對(duì)地質(zhì)較簡(jiǎn)單的地段，以地質(zhì)調(diào)查法為主。利用常規(guī)地質(zhì)理論和作圖法，根據(jù)隧道已有的勘察資料、地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查資料、洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查資料、隧道開(kāi)挖面地質(zhì)素描、圍巖數(shù)碼照片，通過(guò)地層層序?qū)Ρ?、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析、斷層要素與隧道幾何參數(shù)的相關(guān)性分析、地質(zhì)作圖和趨勢(shì)分析、隧道內(nèi)不良地質(zhì)臨近前兆分析等，推測(cè)開(kāi)挖工作面前方可能揭示的地質(zhì)情況。其特點(diǎn)為：設(shè)備簡(jiǎn)單，占用時(shí)間少，是其他探測(cè)方法的地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)依據(jù)。人員素質(zhì)要求高，須掌握較豐富的地質(zhì)學(xué)理論知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)。在隧道埋深較淺，地質(zhì)構(gòu)造不太復(fù)雜的情況下，地質(zhì)調(diào)查法有很高的準(zhǔn)確性。（2）加深炮孔法對(duì)地質(zhì)條件較復(fù)雜的地段，如地層分界線、角度不整合接觸帶、物探異常段、次級(jí)斷層、富水段等，在地質(zhì)調(diào)查法的基礎(chǔ)上，采用加深炮孔探測(cè)。利用風(fēng)鉆或鑿巖臺(tái)車等在隧道開(kāi)挖工作面鉆小孔徑淺孔獲取地質(zhì)信息，每斷面均勻選取3孔，外插角1，搭接長(zhǎng)度不小于1.5m，加深炮孔至5米進(jìn)行超前探測(cè)。加長(zhǎng)炮孔布置示意圖：（3）超前鉆探法超前地質(zhì)鉆探是在掌子面布設(shè)36個(gè)探孔，采用水平鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探。根據(jù)鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中的推力、扭矩、鉆速、成孔難易及鉆孔出水情況（必要時(shí)提取巖芯進(jìn)行分析）來(lái)確定前方的地層及巖性，同時(shí)進(jìn)行涌水量、水壓測(cè)試和水質(zhì)分析，判定掌子面前方地層含水情況及地下水的性質(zhì)。其鉆孔布置示意圖如下圖所示，掌子面中部?jī)蛇叺某般@孔應(yīng)水平且有一定水平偏角13，掌子面上部的超前鉆孔仰角11.5，掌子面下部?jī)蛇叺某般@孔俯角11.5、水平偏角13。探孔孔徑一般為108mm，孔深3050m，搭接長(zhǎng)度不小于5m。（4）物探法 采用TSP203探測(cè)儀根據(jù)地震潑的回波原理，通過(guò)人工制造一系列規(guī)則布置的輕微震源，由三維地震波接收儀在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下采集這些震源所發(fā)出的地震波沿隧道前方及四周區(qū)域傳播而遭遇不良地質(zhì)體（如地層層面、節(jié)理面、巖溶面，特別是斷層破碎帶等）被反射返回的地震波數(shù)據(jù)。這些回波信號(hào)的傳播速度、延遲時(shí)間、波形、強(qiáng)度和方向是與相應(yīng)的不良地質(zhì)體的性質(zhì)和分布狀況緊密相關(guān)的，通過(guò)分析可以得到前方地形的地層力學(xué)參數(shù)和空間位置數(shù)據(jù)，從而形成預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果。TSP測(cè)量原理見(jiàn)下圖所示：鉆孔要求：預(yù)報(bào)斷層構(gòu)造時(shí)爆破鉆孔應(yīng)根據(jù)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)巖溶時(shí)爆破鉆孔應(yīng)布置在沒(méi)有橫洞和停車道的一側(cè)。爆破鉆孔應(yīng)選擇布置在完整灰?guī)r段落上，不宜在隧道邊墻巖溶發(fā)育的段落做TSP試驗(yàn)，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)雷達(dá)和水平鉆孔進(jìn)行超前探測(cè)。每一次預(yù)報(bào)的有效炮數(shù)不少于20個(gè)，炮間距1.5m。炮眼高度11.5m，所有炮眼與接收器高度應(yīng)相同（與隧道底板平行）。炮眼孔深1.21.5m（孔深盡量一致），向下傾斜1020，垂直于隧道軸向。鉆孔完成后應(yīng)注意保護(hù)，防止塌孔。接收器孔距掌子面約50m，距第一爆破孔1520m。必須在隧道兩壁各安置1個(gè)接收器，接收器安置高度與炮孔一致,孔徑4245mm，孔深2 m，應(yīng)根據(jù)采用的藕合材料確定接收孔上傾還是下傾。接收器與孔壁的藕合必須緊密，施測(cè)時(shí)隧道中應(yīng)沒(méi)有其它振動(dòng)源。具體鉆孔布置情況如圖7-3-5所示。上傾510)(上傾5101m接收器孔接收器孔橫截面（接收器孔）)(下傾10201m炮孔炮孔橫截面(炮孔,左或右側(cè))下傾102050m掌子面1520m接收孔1隧道軸炮孔S1 S2 S3 S23 S24接收孔22m2m1.5m1.5m 1.5m圖7-3-5 接收器孔和炮孔布置示意圖爆破要求：遵守爆破安全規(guī)程的規(guī)定，使用毫秒級(jí)無(wú)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)密藕合，所有炮孔必須采取堵孔和注水措施。資料的處理和整理：數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)對(duì)每一炮的波幅進(jìn)行調(diào)節(jié)，記錄不好或存在干擾時(shí)應(yīng)重新放炮。對(duì)采集的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行三維波場(chǎng)處理，提取反射界面。提交以下資料：A.現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄表（如表7-3-6）；B.X、Y、Z三個(gè)分量的原始記錄；C.頻率譜；D.縱橫波分離后的P、SH、SV波形圖；E.P、SH、SV波的極度偏移圖（橫坐標(biāo)為里程）；F.二維結(jié)果圖（橫坐標(biāo)為里程）；G.巖石參數(shù)曲線圖（橫坐標(biāo)為里程）；H.巖石參數(shù)表（如表7-3-7）；I.電子文檔。 表7-3-6 TSP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄表 隧道（第 標(biāo)） 號(hào) 年 月 日掌子面里程炮孔布置左邊墻右邊墻接收器里程高度孔深傾角耦合劑耦合狀態(tài)左右炮點(diǎn)參數(shù)序號(hào)距離孔深高差藥量備 注123456789101112131415注：第一炮的距離為炮點(diǎn)到接收器的距離，以后為孔間距。高差為各炮孔與接收器的高差，高為正，低為負(fù)。操作: 記錄: 復(fù)核: 施工監(jiān)理:表7-3-7 TSP解釋巖石參數(shù)表隧道（第 標(biāo)） 號(hào) 年 月 日序號(hào)里程波速P/S泊松比密度剪切模量拉梅常數(shù)體積模量動(dòng)楊模量靜楊模量圍巖級(jí)別PSHSVPSHSVPSHSV制表： 復(fù)核： 負(fù)責(zé)：8預(yù)報(bào)成果預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的成果由項(xiàng)目部工程管理部進(jìn)行匯總后