隧道超前地质预报作业指导书

一、适用范围

适用于中铁十四局集团贵广铁路第三项目部范围内的隧道超前地质预报工作。 二、作业准备

1、内业准备

（1）、施工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核图纸，熟悉技术标准。

（2）、统计设计图中超前地质预报方式和预报里程，建立超前地质预报台帐。

2、外业方面

（1）、由测量人员提供检测面的施工里程。

（2）、根据采用的超前地质预报方式做好现场打孔或机械、人员的配合工作。 三、技术要求

1、隧道爆破开挖后及时查看掌子面地质状况，描绘地质图，通过与设计的对比，提供地质情况预报。

2、隧道施工期的地质预测，应包含以下： （1）、断层及断面影响带的位置、规模及其性质。 （2）、软弱夹层的位置、规模及其性质。 （3）、岩溶的位置、规模及性质。

（4）、不同岩性、围岩级别变化界面的位置。 （5）、工程地质灾害可能发生的位置和规模。 （6）、含水构造的位置、规模及其性质。

四、施工程序和工艺流程

1、超前地质预报施作工艺流程见下图所示：

①采用TSP-203、超前钻探、地质雷达、地质素描法等进行综合探测； ②超前地质预报要对多种手段所得的资料进行综合分析与评判，相互印证，结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及前兆进行预测、判断。

岩体结构划分、结构特征 绘制各类横断面 提出变更围岩类结构面关系分析 结构面力学特征和强度绘制洞体展示图 综合研究 岩组划分 岩体结构调查 岩体质量划分 洞体埋深及岩体 点荷载试验 编制综合报告 综合研究 岩体力学测试 声波测试 变形量测 地震波测试 破碎带夹层现场力学测内空变形量测 洞内涌水实测 调查测定 不同岩层裂隙频率 不同岩层含水条件 总结岩体稳定评岩体节理发育情况 岩体完整系数及稳定性 价 提出支护建议 确定施工方法 别建议 洞体素描 绘制隧道纵断面 施工量测 洞体岩体实测 洞内量测 施工期间 围岩松动圈量测 提供实际涌水资料 提出防排水施工建议 总结涌水规律 水文地质调查 富水地段调查 涌水地段调查 地表洞内水监测 图形分析法 地质素描法预测预报 探洞地质类比法 实体比例分析 断面图分析 结果图表显示 岩体稳定预报 地质预报 施工经验法预测 钻孔经验分析法 超前钻孔预报 超前导洞预报 物探法预测预报 围岩变形量测 水文调查及涌水量监测 其它 TSP203探测 声波探测 红外线探测 其它 涌水量预报 突水、突泥预报 2、施工工艺

隧道施工过程的地质超前预报，主要是根据地表和已经开挖的隧道的地质调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法预测开挖工作面前方一定长度范围内围岩的工程地质条件。如：地面地质调查法、洞身地质素描法、钻速测试法、钻探孔法、涌水量观测、岩体结构面量测和围岩变形观测。物探测试主要有TSP法、地质雷达法。

预测时根据地质条件的不同，采用一种或几种方法组合综合预报，以工程地质法（包括图析法及地质素描法）进行超前宏观预报为前提，结合TSP203超前地质预报系统、地质雷达、超前探孔、经验法等综合手段，分长期预报、中期预报、短期预报三个阶段对隧道岩体特征、断层、涌水等不良工程地质进行超前预测预报:

采用TSP系统与地质分析法相结合进行长期（长距离）（＞80m范围）地质预报；

采用仪器钻孔进行30～80m距离的中期地质预报；

利用台车钻孔和地质雷达相结合，进行距离小于30m的短期地质预报；

采用在钻爆循环中加深（4m）3～5个炮孔进行掌子面前方4m范围的下一循环的探测。结合掌子面地质素描预测法进行掌子面作业影响区域内的当前地质预报。

对物探异常区采用钻孔进行验证，以便指导施工。 五、施工要求

根据隧道地质复杂的特点，本着以“早预报、早预防”的原则组织施

工，采用地质调查、地震波法、超前钻孔、地质雷达、红外探水和地质观测素描等综合手段进行超前探测，根据探测手段划分为经验类比法和仪器探测两种预报方式。

5.1经验类比法进行预报

以往隧道施工经验，在施工揭露的断层带构造、洞内渗水、涌水特性以及施工方法、工艺类比该标段的地质情况、施工方法及工艺,并根据类比情况对相关问题提出预报。

5.2、利用地质仪器探测进行预报 (1)TSP203探测法

TSP超前地质预报系统是目前国内外在这一领域里应用较多的隧道及地下工程探测设备。TSP203是最新一代智能型预报仪，传感器能采集不同方向的地震信号，能根据地震反射波判断发射截面的三维几何形态，经电脑分析，自动得出图像和结果。可以比较准确的预报工作面前方100～200m范围内工程地质和水文地质情况，TSP超前地质预报系统可以解决的主要技术问题如下：

①能探测工作面前方存在的断层、破碎带、特殊软岩、富水岩层和煤系地层与其他地层的界线，还能探测岩浆岩岩体、岩脉等特殊地质体。

②能查明前述不良地质体的位置和规模，能判别不同类别围岩的分界线，并提供相应岩层的地质力学参数。

③能探测和较准确的解释距离为:软岩一般能探测150m（最大可达300m）,硬岩一般能探测250m（最大可达400m）,有效解释距离为150m。

④对不良地质体的地质性质判断，一般较准确；对不良地质体的位置

判断精度可达90％以上；对不良地质体的规模的判断精度可达85％～90％以上。

应用TSP203超前地质预报系统进行地质探测的频率为：岩层完整、岩性一致地段1次/100m，断层破碎带地段1次/50m，必要时再增加频率，以相互重叠、复核，提高预测精度。

操作方法是：在开挖工作面排列布置地震激发和反射波接收的装置，为排除表面波的影响，传感器对称布置在隧洞两侧的侧帮，距洞表面2～3m的围岩内部，安装时使传感器与岩石结合紧密；激发地震波信号的爆破孔，第一排紧靠掌子面，最后一排距传感器15～20m，正常布置24孔，用YT28风枪钻孔，孔径为φ32～φ42mm之间，钻孔间距1～3m，孔深2～3m，每孔装药量50～100g。爆破后，测量系统数据记录部分实时显示所有的数据采集通道，并实时通过测量系统计算机显示监视爆破信号的质量和传感器与岩石之间的耦合状况，初步评价结果在测量完成后8h内即能读出，以图像和表格的直观形式显示隧道施工前方和四周测量范围内的不良地质带和不连续界面的位置。

(2)地质雷达法

采用地质雷达进行地质超前预报，该方法可以探查断层及破碎带、大节理、岩脉、陡倾角岩体分界线，以及洞穴等。其工作原理是高频电磁波以宽频带脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射返回地面，由接收天线接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波强度与波形随所通过介质的电性特征及几何形态而变化。所以通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质

体的空间位置和结构。

(3)地质素描及数码相机分析法预报

利用地质素描判定工作面前方短距离范围内的地质情况。掘进施工时，派有经验的地质工程师在每排炮后对工作面进行地质观察、记录，并用数码相机照相摄影，绘制地质素描图。地质素描的主要内容包括：地下水状态（出水点、出水量、水压力、突水情况等）；地层岩性（产状、结构、地质构造影响程度等）；岩石特性（岩石名称、风化状况、岩石结构、质地、强度）；地质结构面（间距、延伸性、粗糙度、张开性等）；软弱夹层，贯穿性强的大节理、断层（填充情况、风化程度、开度、渗漏）等。根据掌子面地质情况，通过对地质素描图的分析，用工程类比法对开挖面前方短距离内的岩体稳定性进行分析，通过综合分析判断，提出地质预测报告。

(4)超前探孔取芯验证法预报

根据设计地质资料及TSP等长期预报提供的不良地质资料，在掌子面距不良地质地段约25m左右时，采用轻型地质钻机在掌子面进行钻孔探测，以便相互印证，根据TSP探测资料选择探孔位置，布置两个探孔，需要时对其中一个进行取芯，孔深60～80m。在钻孔的同时，记录钻孔速度、岩碴岩粉特征、冲洗液颜色、含泥量、出水部位、钻杆是否突进等情况，探明水量和水压情况，按设计和开挖面的地质资料，判定工作面前方的工程、水文地质情况，以采取必要的预防措施。钻孔前先用稍大直径的钻头钻孔，安设3m孔口管，孔口处设闸阀，在遇到高压水时紧急关闭，防止突水。对于取芯钻孔，每次提钻后要对岩芯进行观察描述和记录，记录各

岩层位置、岩性、厚度及其裂隙发育、充填胶结情况，做好岩芯的地质描述，同时记录好孔内出水情况。取出的岩芯要按孔位编号，摆放整齐，供地质人员分析研究。超前钻孔取芯能够较真实地反映掌子面前方的地质情况，在隧道施工超前地质预报中已得到广泛应用。

除对可能突水点地段进行深孔探测外，为防止意外，对非长探孔地段，用钻孔台车在开挖前断面地质较差或渗流水部位钻不少于2个长度为28m的φ50超前探孔，对掌子面前方地质进行超前探测和核实。

5.3注意事项

（1）、隧道超前地质预报多在地质情况复杂多变、围岩地质条件恶劣的地段进行，在进行超前地质预报施作时，要密切关注围岩的变化，详细掌握围岩的动态信息资料，以便及时采取措施保证地质预报工作的顺利、安全进行；

（2）、隧道超前地质预报要采用综合手段获取多种参数数据进行对照以得到较为准确的地质信息，切忌凭借单一方法得出的片面结论来指导施工；

（3）、多项预测预报手段所得的资料进行综合分析与评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及前兆进行预测、判断，并根据超前地质预测预报结果，相应优化调整措施，以确保施工安全及结构安全，确保工程顺利实施。 六、人力资源

6.1、组织机构

为确保隧道超前地质预报工作落到实处，成立以项目总工为组长的超

前地质预报管理小组，其成员由专职地质和物探工程师及长期从事隧道施工地质预报工作的技术人员组成。全面管理三项目部隧道超前预报工作，组织机构如下：

组长：王旭华 副组长：张维

组员：杨飞林、王志力、薛猛、范利民、各隧道架子队负责人 技术主管负责技术交底书的编制、发放，对工序的实施过程进行控制检查。根据施工进度，提报材料计划。

生产保障部负责按要求购进超前地质预报作业所需材料；负责仪器、设备的配置、发放，检查指导仪器、设备的使用、保养和维修工作。

质检工程师负责对整套工序监督检查及抽查。

架子队队长负责组织施工，对工序过程实施监督检查，协调作业班组之间的关系。

地质工程师负责组织超前地质预报工作的实施，各隧道技术负责人及技术员负责具体落实，各施工工班负责相应工序中的配合、协作。

超前地质预报的数据由技术负责人、技术员负责采集、记录； 超前地质预报的数据由各技术负责人负责整理、分析处理； 地质预报数据分析结果由地质工程师审核；

当根据超前地质预报分析结果需要调整后续施工的方法、方案及工艺时，由技术负责人负责编制、地质工程师负责审核、签发。

1、人员

负责超前地质预报作业人员必须是经过培训、工作熟练的技术人员或

工人，并且具有较高的责任心和质量意识。 七、设备机具配置

设备（见下表） 序号 1 2 3 4 仪器设备名称 地质雷达探测仪 地震波探测仪 水平钻机 数码相机 规格类型 单位 BK2000 TSP-203 PD-100 套 套 台 数量 1 1 1 1 备注 八、质量控制及检验

8.1检验频率

用TSP203超前地质预报系统进行长距离地质探测，洞身1次/100m进行探测，通过不良地质区域如断层破碎带区域、突泥涌水区域等探测频率为1次/50m，必要时在提高探测频率。

在通过断层及断层破碎带，运用地质雷达对掌子面、断层及断层破碎带进行探测，探测频率为1次/30m。

根据本标段隧道的地质特点，采用30m、50m两种超前探孔进行估算，30m探孔运用于一般地段，在不良地质区域，则采用50m探孔取芯。

8.2、质量保证措施

（1）．编制详细周密、切实可行的超前地质预报施作方案，合理组织，严格按照规范和设计要求的程序按部就班进行；

（2）．利用精密的仪器设备，纵向多设测面、横向多布测点，多种探测方法并用，综合分析得出预报信息；

（3）．认真观测，详细记录，确保收集数据的真实、详尽；

（4）．数据分析要客观、连贯，多探测、勤汇总，总结动态预报信息。 九、安全要求

成立安全领导小组，由项目经理任组长，副经理、安全长任副组长，组员由各有关部门人员组成；各架子队成立相应组织，设专职安全员；工班设兼职安全员，负责各项安全工作的落实，做到有组织、有计划地进行预测，预防事故的发生。

超前地质预报施作时，严格按照隧道施工各项安全操作规程进行，安全防护人员全程监督、跟踪旁站，各种防护器材、设施全部到位，各种防护制度健全、防护警示标识清晰醒目。

针对超前地质预报施作条件差、安全风险大等特点，在每一工序开工前，均应做好详细的安全施工方案和安全技术措施，及时做好安全技术操作规程交底。