超前地质预报方案

一、编制依据 ............................................. 2 二、工程概述 ............................................. 2 三、地质概况 ............................................. 2 四、地质复杂程度分级 ..................................... 3 五、超前地质预报的目的 ................................... 4 六、超前地质预报方案、分段预报内容及具体预报方法 ......... 4 七、地质预报工艺流程及操作要点 ........................... 5 八、超前地质预报组织机构及投入的人力、设备资源 ........... 7 九、质量要求 ............................................. 9 十、安全措施 ............................................. 9 十一、资料要求 .......................................... 11 十二、工作制度 .......................................... 11 十三、地质预报成果的验证及总结 .......................... 12 十四、其他需要说明的问题 ................................ 12

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秀岭隧道超前地质预报方案

一、编制依据

1、铁路隧道超前地质预报技术指南(铁建设[2008]105号)； 2、新建铁路大理至瑞丽线大理至保山段秀岭隧道施工图； 3、《大瑞铁路站前I标段实施性施工组织设计》； 二、工程概述

秀岭隧道进口临近漾濞县城，老滇缅公路附近。隧道进口里程为DIK35+256，隧道全长17616m，属特长铁路隧道，隧道内采用弹性支撑块式无碴轨道。隧道地质复杂，施工组织难度大、工期长，是本标段重点控制性工程。按中铁八局大瑞项目部对秀岭进出口端工程任务的初步划分，我分部承担正洞DIK35+256-DIK44+066段施工,平导9491米。

隧道进口采用翼墙式洞门，预留II线洞门及洞口与I线同期一次性建成。全隧均采用曲墙复合式衬砌。在DIK38+562～DIK39+662为秀岭车站，采用双线车站衬砌。隧道最大纵坡为13‰，隧道最大净宽11.6米。在线路左侧30m处设集施工中地质探测、通风、排水、增加工作面及运营期间排水等多功能贯通平导，由洞口的13m渐变到30m。进口段间隔260m～420 m不等设置横通道,共计23处横通道连接正洞与平导。在进口平导和正洞之间设置一根锚固桩。围岩类别主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，以Ⅳ、Ⅴ级围岩居多。 三、地质概况

1、工程地质特征

地层岩性、地质构造复杂，构造作用强烈，受褶皱、断裂及岩浆侵入活动的影响，岩层产状变化较大，岩体完整性较差，岩层风化层较厚。水文地质条件复杂，地表水、地下水发育不均，部分地下水、地表水对混凝土具有侵蚀性。局部地段第四系覆盖层较厚，边坡稳定性较差。

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2、地质构造

本区属于滇西太平向斜。沿线褶皱构造线与线路关系为：相交位置于DIK41+954，夹角840。受区域性活动断裂山祖--左白达断层（F16）和草坪断层（F17）影响，次级断层及褶皱构造较发育，岩体较破碎，对隧道施工影响较大。特殊岩土主要为石膏、煤层、断层破碎带；不良地质主要为滑坡、泥石流、顺层偏压。

3、水文

该地区地表水主要为沟槽内流季节性水流。水量受季节控制，雨季水量猛涨且浑浊，旱季水少且清澈，水流部分用于农田灌溉。沟槽各山岭之间，汇集山坡面雨季时的片流、线流、细流及上游出露及坡脚渗出的地下水，通过各分支流向低洼处排泄，流水汇集山水于瓦窑箐，流入漾濞江。地表水主要接受大气降雨及地下水的补给。

4、地下水

主要为山坡坡麓堆积层地下水，多为沿堆积层与基岩接触面渗出，水量甚小。

5、气象资料

受太平洋、印度洋暖湿气流影响，气候湿润温暖、四季常春，属热带～亚热带高原型湿润季风气候。由于纬度低且在短距离内地形高差悬殊，气候具有垂直变化显著、干湿季节分明，有“一山分四季、十里不同天”之特点。从北东至南西多年平均降雨量从1100～2300mm，年平均水面蒸发量从1600mm至1700mm左右，多年平均气温从15℃至19.5℃。最高气温34.6℃，最低为-2.7℃。年平均风速为1.6m/s。蒸发量、气温随高程增加而降低，降雨量则随之增大。降雨量还随季节的不同而变化，其中80%集中在5～10月，这期间也是山洪、泥石流、滑坡、崩塌等自然灾害高发期，其余月份为平水期及旱季。 四、地质复杂程度分级

隧道区属构造剥蚀高中山地貌，高程1540～2730m，相对高差约

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1200m；洞身大部分位于“滇西红层”之软质岩中。隧道通过的地层有第四系残破积土、碎石土，白垩系砂岩夹泥岩，侏罗系上统泥岩夹砂岩，中统花开左组泥岩夹砂岩、石膏，下统漾江组泥岩夹砂岩，三叠系上统砂岩、泥岩夹煤线等。属于中等复杂地质。 五、超前地质预报的目的

了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度，由此判断地下水情况、围岩级别和对施工的影响，达到：

1、为在施工中调整施工方案和措施提供可靠的参数；

2、避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害，从而不受或少受损失奠定基础；

3、为隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险创造条件； 4、减少施工中的盲目性，减少事故发生率。 六、超前地质预报方案、分段预报内容及具体预报方法

1、超前地质预报方案

根据本隧道地质情况，采用综合超前地质预报办法进行。首先熟悉隧道施工设计图（特别是提供的地质资料），然后开展地质调查，最后在洞内进行综合物探及验证。

2、超前地质预报的范围：

全隧道及平导采用地震波法贯通预报，对重点地段和地震波法探测异常地段，采用超前钻孔等方法加强探测和验证，异常地段详见下表：

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隧道超前预报范围表

隧道名 称 里程范围 DIK35+560～DIK35+760 DIK35+920～DIK36+000 DIK36+315～DIK36+635 DIK37+985～DIK38+225 DIK38+750～DIK38+870 DIK40+045～DIK40+260 DIK40+360～DIK40+560 DIK40+560～DIK40+870 DIK41+535～DIK41+890 DIK41+890～DIK41+930 DIK41+930～DIK42+960 DIK42+960～DIK43+120 长度（m） 200 80 320 240 120 215 200 310 355 40 1030 160 可能的异常 物探Ⅰ类异常 黎家河断层 物探Ⅰ类异常 物探Ⅰ类异常 草坪断层 物探Ⅰ类异常 杨梅岭断层 物探Ⅰ类异常 物探Ⅰ类异常 太平1#断层 物探Ⅰ类异常 太平2#断层 秀 岭 隧 道 超前预报预计工程量：

隧道名称 里程 洞内远距长度地质离物（m） 描述探（m） （次） 88 94 超前地质雷达法或红水平外探测法或瞬变钻孔电磁法（m） （m） 610 610 610 610 秀岭DIK35+256~DIK44+066 8810 8810 隧道 秀岭ZDK35+275.83~ 9491 9491 平导 ZDK44+766.83 七、地质预报工艺流程及操作要点

1、本隧道超前地质预报工作实施按如下图进行

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研究既有资料进行预报分级制定预报方案正常地质分析法TSP或HSP或陆地声纳深孔水平钻探异常短距离预报长距离预报异常中长距离预报地质素描红外探测超前水平钻探风钻、凿岩台车超前探测地质雷达预报成果技术建议决策部门施工方案隧道施工信息反馈验证预报成果提出修正意见正常地质综合判析 超前地质预报工作流程图

2、技术要点

（1）、进行超前地质预报前，应研究既有区域地质、工程地质资料，必要时进行地表补充测绘，全面了解隧址区地质情况，分析和把握存在的主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围、在隧道内揭示的大致里程等，核实与领会设计文件中关于地质复杂程度分

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级、超前地质预报方案的内容。

（2）、认真分析地质状况，选择适合的超前预报方法，提高超前预报工作效率

（3）、在多项预测预报工作基础上，将多种预测预报手段所获得的资料进行综合分析与判断，相互印证，得出最终的预报结论，并提出施工措施建议及下步预报工作计划等。

（4）、施工过程中应将实际开挖的地质情况与预报结果进行对比分析，及时总结经验教训，指导和改进地质预报工作。

（5）、设计预报方案和根据实际地质情况调整后的实施预报方案；

（6）、统计各预报方法工作量，与设计工作量进行对比，分析增减的原因；

（7）、预报与施工验证对比情况，包括预报准确率统计结果，对预报绩效进行评价；

（8）、设计与施工地质资料对比情况，对勘察资料进行评价； （9）、采用新技术、新设备、新方法的情况及推广应用的建议； 八、超前地质预报组织机构及投入的人力、设备资源

1、组织机构

本隧道为Ⅲ、IV、V级围岩，根据勘测设计资料，本隧道施工期间可能会发生（活动）断层破碎带及影响带和向斜核部倾角平缓破碎岩层（较）大规模塌方冒顶与大变形，断层破碎带和向斜核部涌（突）水突泥（砂、石）等重大工程地质问题，此外，还将可能存在微弱—

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中等强度软质围岩大变形、膨胀岩等地质问题，为保证隧道施工安全、质量，项目部将隧道超前地质预报工作作为一道重要工序进行控制，成立专业的超前地质预报室，由总工程师任组长，具体负责该隧道施工的第四分部总工程师和项目部工程部长、地质工程师任副组长，各负责该隧道现场技术管理的专业人员为成员地质预报管理组织机构。

组织机构见图1。 组长：总工程师 副组长：第四分部总工、项目部工程部正、副部长、地质工程师 工 程 地 质 水 文 地 质 物 探 专 业 试 验 专 业 图1 地质超前预报组织机构图

其职责为：

总工程师任组长：全面负责综合测试与超前地质预报工作，直接向项目经理负责；

分部总工、工程部正副部长、地质工程师任副组长：组织工程地质、水文地质、物探及试验等专业组成人员进行超前地质预报日常工作；

地质工程师：负责隧道工程的地质超前预报和调绘、监测以及测试、试验资料的分析、研究，提出施工工程措施建议；

水文工程师：负责水文地质调绘、测试及隧道涌水量的预测与环

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境水文地质评价；

物探专业工程师：负责物探测试工作；

试验专业工程师：负责岩、土、水样的测试、试验工作。 2、设备

本隧道的设备计划集中利用标段的超前地质预报设备：TSP203或TRT6000地质探测仪1台、SIR-20地质雷达1台，超前水平钻机1台，地质罗盘1台。

3、人员

本隧道人员在项目分部现场技术管理人员的基础上，利用标段的超前地质预报专业人员。 九、质量要求

1、为了保证地质测试与超前预报质量，成立QC小组，实行全面质量管理，按ISO9001质量体系的要求，建立内部质量管理机制，制定岗位责任制，保证测试预报工作按计划运行，全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和连续性。测试预报人员要根据现场实际每天或经常、主动地深入施工现场，及时了解

2、进行施工动态地质测绘与编录，同时对一些地质条件复杂的地段，设置质量控制点，进行重点测试预报，确保地质测试与超前预报工作的质量。 十、安全措施

1、超前地质预报人员认真学习、执行隧道施工安全规程，超前水平钻探人员还必须认真学习、执行钻探安全技术操作规程。新技术

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人员和工人（含临时工）上岗前，必须经过安全生产教育，具有安全生产的基本知识，并在班长或技术熟练人员的指导下工作。

2、进入隧道工作必须穿戴合体的工作服（油气、瓦斯隧道必须穿戴纯棉工作服）、防护靴、安全帽和防尘口罩等防护用品。

3、地质预报工作必须在现场进行找顶作业完后进行，开始工作前应观察操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探掌子面附近是否还有危石存在，确保预报人员的安全。

4、严禁上班前和工作中饮酒。

5、高空作业平台架一定要牢固，平台周围设置防护栏，人员在钻架上作业时系安全带。凡患有高血压、心脏病等不得上架作业。

6、若岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物，采用水循环钻，且勿干钻，电机、照明设备、开关及其他机械设备也应采用防爆型，且不得携带烟火进洞，严格按照《铁路瓦斯隧道技术规范》、《煤矿安全规程》执行。

7、钻机使用高压风、高压水，各连接部件均采用符合要求的高压配件，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂，高压风水伤人；高压电路接线由专业电工操作，一般人员不得操作。

8、钻孔时，钻机前方安设挡板，严禁在钻具的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙等伤人。

9、孔口安设孔口管和闸阀，但孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。

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10、地震波反射法所需炸药和雷管由持有爆破证的专人领用，由专业爆破工操作，非专业人员严禁从事爆破作业。 十一、资料要求

1、现场技术人员每天将现场采集的资料进行分析和汇总。 2、每200m分段提供报告，分段地质测试预报完成后，在3天内向设计单位和业主提供说明和图件，5天之内提供分段成果报告。

3、编制各预报方法预测报告、地质综合分析报告、月报、年报、超前地质预报竣工总报告。

4、超前地质预报采用的各种预报手段均应提交预测报告。 十二、工作制度

1、现场技术人员每天将现场采集的资料进行分析和汇总，并向现场施工和技术负责人进行汇报；每周进行一次归纳汇总。在出现异常情况，立即向分部总工程师报告，分部总工立即向项目部工程部和总工程师汇报。

2、项目部总工程师立即组织召开各专业技术人员分析及提出临时应对措施，对地质条件与设计变化较大、影响隧道施工安全，可能产生地质灾害的重点地段（富水地带、不同岩性接触带、节理密集带等）所做的地质超前预报，及时交付业主、设计单位进行动态设计；情况紧急时，先及时采取防范措施，然后邀请有关方进行现场会勘，以保证施工安全。

3、为确保超前地质预报工作的顺利进行，实行定期会议制度，每天进行一次调度会，每周召开周例会，每月进行一次汇总和分析，

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若遇特殊情况，根据需要随时召开，适时邀请业主和设计单位参加，及时解决存在的问题，保证地质测试与超前预报和施工的顺利进行。 十三、地质预报成果的验证及总结

在TRT6000地质探测仪中长距离预报异常地段，采用SIR-20地质雷达和超前水平钻孔短距离预报，在开挖过程中，每轮掌子面爆破后，立即进行地质素描（掌子面和侧壁）对已预报地段的地质进行对比总结，以提高预报的准确性。 十四、其他需要说明的问题

各种预报手段的原理及适用的地质条件

根据本隧道围岩地质情况采用以长距离预报为主短距离为辅，长短互补的预报原则。计划采用：TSP203和TRT6000、地质雷达、远红外线探水、超前水平钻孔、地质素描。将以上方法有机结合、综合应用，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系，将超前地质预报合理纳入工序进行组织管理。所采用的设备为：中长距离预报采用TSP203和TRT6000地质探测仪（探测距离约120m），短距离预报采用地质素描和超前水平钻孔的方法，进行综合预报，以便相互补充、验证，提高准确率。

TRT6000预报系统：该系统是目前最先进的地质预报系统，准确率高，适用范围广，适用于任何地质情况；预报距离长，能准确预报掌子面前方100～200m的地质情况。

地质雷达：用于隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位可能隐伏岩溶洞穴的探测，效果较好。

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远红外探水：遇到断层和涌水量较大的地段时，可以准确判断其含水量和水压，为防止出现涌水突泥地质灾害提供可靠依据。

超前水平钻孔：在地质较差段采用。

地质素描：操作简便，可以作为其他方式的补充和验证。 1、超前水平钻孔

超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况等诸多方面的资料。

本隧道采用不取芯加长钻杆钻孔法。主要利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。具体要求如下：

（1）、根据需要采取1-5孔超前水平钻探，其终孔位置一般超出开挖轮廓线3-5米，长度在30-50米之间，孔径满足要求；探孔布置如图2所示。

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探一隧道中线探二

图2 探孔布置示意图

（2）、采用高效钻机，提高钻进速度，减少超前水平钻探占用掌子面的时间；

（3）、两次循环的超前水平钻探搭接长度不小于5米； （4）、钻进过程中，对断层、溶洞充填物应干钻取样，对不同岩层代表性取样；

（5）、超前水平钻探资料应现场记录描述； （6）、24h内提交完整的钻孔探测报告。 2、地质素描

地质素描是将地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件的预测预报。主要内容如下：

（1）、岩性（基本的地质资料）：主要描述岩石名称、颜色、结构、构造、矿物成分、风化程度等。

（2）、断层：对隧道施工影响极大，是开挖时发生塌方的主要地

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质原因之一。主要描述断层位置、产状、断层破碎带宽度及构造类型、断层性质及其与其它断层的关系、派生节理产状、密度及充填物等。

（3）、贯穿性节理：主要描述节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征(光滑、粗糙、起伏不平)、出露位置等。

（4）、岩脉：主要描述岩脉的岩性，出露位置、宽度、接触关系、破碎情况、风化程度等。

（5）、地下水：主要描述出水点位置、出水状态(滴、流、涌)、水量、出水点附近有无沉淀物等。同时了解水对混凝土的侵蚀性。

3、TSP203地质探测仪

TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域的地质状况。它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点，进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理得到岩体强度变化界面的信号也就越强。返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的位置及方位，见TSP203地质预报系统现场测试示意图3。

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TSP203主机炮点1.51.51.51.51.51.51.5掌子面0.5岩接收器

单位：m前方预报层图3 TSP203地质预报系统现场测试示意图 具体要求如下：

（1）、有效探测距离：采用C级预报方式，测距为150米；需要预报段大于有效预报距离时应多次预报，两次预报重复长度不小于10米；

（2）、资料的处理和整理：数据采集时应对每一炮的波幅进行调节，对采集的数据及时进行三维波场处理，提取反射界面。

（3） 编制探测报告其内容应包括：

○1、概况：隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等； ○2、TSP方法原理及仪器：TSP方法原理及采用的仪器型号等； ○3、野外数据采集：观测系统、采集方法、数据质量等； ○4、数据处理：采用软件及处理流程、参数选择说明、处理成果及质量等；

○5、资料分析与判释：附上成果图，主要是二维显示图，需要时尚可附上分析处理波形图、频谱图、深度偏移剖面图及岩体物理力学参数表，以及地质判释/推断的地球物理准则；

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○6、结论及建议：提出隧道掌子面前方存在的对隧道施工有影响的工程地质和水文地质隐患，以及施工过程中应采取的措施。

4、TRT6000地质探测仪 （1）、检测原理

当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质．声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等），位置及规模。当地震波从软粗岩传播到硬的白云石时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易探测到。

（2）、具体要求如下： ○1、传感器的安装

TRT系统需要得到的是地质情况的三维图，需要在安装的传感器较多，在不同的部位共安装10个传感器（如图1所示）。安装过程简捷方便，检测人员到现场安装即可（较其它预报系统更节省人工费用）。

○2、震源布置：

在掌子面两侧布置震源，两侧各布置两组，每组沿竖向（高程方向）布置三个震源点，每个震源点相差大约1米，两组间隔2米（里程方向）。

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○3、传感器布置

在距离最后一个震源点10米处开始布置传感器，左右边墙各四个，每隔5米（里程方向）布置一个，隧道中心线拱顶处布置2个。

击震点布置（如图1所示）在掌子面后的裸露的岩体（或已到强度的初期支护）上，采用锤击即可。

图1传感器及击震点位置布置

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图2传感器

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