阿卡黑一号隧道超前地质预报专项方案(编辑修改稿)

阿卡黑一号隧道超前地质预报专项方案(编辑修改稿)内容摘要：

探测孔约1 5 0开挖轮廓线约150约1501 探测孔内轨顶面正洞加深炮孔开孔坐标断面图 云桂铁路云南段站前工程 3 标段 阿卡黑一号 隧道超前地质预报专项方案 中交四航局云桂铁路云南段项目经理部 11 中近距离超前物探：采用红外探水仪器、地质雷达等物探手段对掌子面前方先进行中距离综 合超前预测、预报； 地质雷达主要应用于洞口段、断层破碎段、软弱夹层、岩溶等不均匀地质段，探测距离一般在 20～ 30m范围内，连续预报时前后两次重叠长度应在 5m以上 ； 红外探测仪进行含水体探测，探测距离一般小于 30m，连续预报时前后两次重叠长度大于 5m。 本隧道物探由第三方预报机构实施，施工单位予以配合。 本隧道物探法采用 WT2，采取 TSP203+红外探测。 具体操作方法见下面描述： TSP 超前探测 长距离预报采用地震反射波探测仪 (TSP203 地质预报系统 )进行。 (1)时间安排 地震反射波探测仪（ TSP 预报系统）一般 对隧道进行连续跟踪测试，前后两次搭接长度大于 10m。 根据预报计划，提前做好测试准备，在前次预报里程还余 10m 以上时提前和驻地地质工程师联系做好准备工作，并提前 24小时书面通知施工单位做好 TSP 预报的钻孔配合工作。 现场共需在边墙施做 26 个钻孔，由驻地地质工程师配合施工单位提前施做，钻孔工作一般需 3～ 4 个小时， 在仪器到场前施做完成。 现场预报测试过程包括仪器设备安装连接、现场参数测量记录、仪器调试及 24炮点逐个引爆和数据采集，共需时间约 2小时。 (2)人员安排 现场由地质工程师、物探工程师进行测试，由施工单位 配合施做钻孔。 测试时需有监理旁站、施工单位到场。 (3)TSP 探测 的 方法及仪器 ① TSP 原理 及 方法 TSP 方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。 地震波在设计的震源点（ 24个炮点，通常布置在隧道轴向与构造走向相交为锐角的 隧道 边墙，）用小量炸药激发产生。 当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等 )时，一部分地震信号反射回来（图 2），一部分信号透射进入前方介质。 反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器（加速度型） 接收。 数据通过 TSPwin 软件处理，便可了解隧道 掌子 面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带 、断层、含水岩层等）和位置及规模。 云桂铁路云南段站前工程 3 标段 阿卡黑一号 隧道超前地质预报专项方案 中交四航局云桂铁路云南段项目经理部 12 图 2 TSP探测原理 ② 仪器 采用新购进的 TSP203型 超前地质预报系统。 系统主要组成： ： 12道， 24 位 A/D 转换，采样间隔 和 125μs ，最大记录长度为，记录带宽 8000Hz 和 4000Hz，动态范围 120dB。 （检波器）：三分量加速度 型 地震检波器，灵敏度为 1000mV/g177。 5% ，频率范围为 ～ 5000Hz，共振频率 9000Hz，横向灵敏度＞ 1%，操作温度 0℃ ～ 65℃。 软件：数据采集和处理集于一体，高度智能化。 (4)现场数据采集 ① 观测系统设计 接收器位置在 R1，掌子面位置为 R1+55，设计为 24炮， 2 个接收器（检波器）在隧道左右边墙同时接收。 观测系统设计如表 3： 表 3 地震波反射法观测系统设计 接 收 (检波 ) 器 孔 炮 孔 数量 2 个，位于隧道左右边墙 24 个 , 位于隧道左边墙 直径 Φ 45mm 钻头钻孔 φ 38～ Φ 45mm 钻头钻孔 深度 定向 垂直隧道轴向，上倾 5176。 ～ 10176。 垂直隧道轴向，下倾 10176。 ～ 20176。 高度 离隧底高 1m 离隧底高 1m 位置 距离掌子面 55m 第 1 个炮点离同侧检波器 20m，炮点距 地层 或 断层 入射波前 反射波前 震源 检波器 检波器 隧道 云桂铁路云南段站前工程 3 标段 阿卡黑一号 隧道超前地质预报专项方案 中交四航局云桂铁路云南段项目经理部 13 观 测 系 统 示 意 图 见 图 3。 ② 仪器采集参数 数据采集时，采用 XYZ 三分量同时接收， 设置适合的 采样间隔 、 记录长度。 采样前，检测噪音，当噪音振幅值小于 78dB 时方接收数据。 激发地震波时，采用无爆炸延迟时的瞬发电雷管， 乳化 炸药，药量 通过试验确定。 数据记录时准确填写隧道内记录，在放 炮过程中采用炮点号递增或递减的方式进行，确保炮点号正确。 (5)数据处理 采集的数据采用配套的 TSPwin 专用软件进行处理。 处理时，首先正确输入隧道及炮点和接收点的几何参数。 剔除 不合格 的 地震 道。 质量合格的地震道才用于数据处理和解释。 根据 预报长度 选取合适的用于处理的时间长度。 处理流程 主要 包括 11 个主要步骤，即：数据设置 → 带通滤波 → 初至拾取 → 拾取处理→ 炮能量均衡 → Q 估计 → 反射波提取 → P、 S 波分离 → 速度分析 → 深度偏移 → 提取反射层。 处理的最终成果包括 频谱、 P 波、 SH 波、 SV 波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反 射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等，以及反射层在探测范围内的 2D和 3D 空间分布。 (6)处理结果解释与评估 对处理成果的解释与评估，主要根据以下 几点 进行： ① 反射振幅越强，反射系数和波阻抗的差别越大。 ② 正反射振幅（红色）表明正的反射系数，表明刚性岩层；负反射振幅（ 蓝 色）指向软弱岩层。 接收器 R1 掌子面 55 米 接收器 R2 20 米 炮孔 S1 S2 S3 S23 S24 隧道轴 TA 图 3 TSP 观测系统示意图 云桂铁路云南段站前工程 3 标段 阿卡黑一号 隧道超前地质预报专项方案 中交四航局云桂铁路云南段项目经理部 14 ③ 若 S 波反射比 P 波强，则表明岩层饱含水。 ④ Vp/Vs 较大的增加或泊松比 δ 突然增大，常常因流体的存在而引起。 ⑤ 若 Vp 下降，则表明裂隙密度或孔隙度增加。 解释及评估结果 结合隧道地质勘察资料、设计资料、施工地质资料、反 射波分析成果显示图及岩体物理力学参数等进行。 综合上述成果资料，推断隧道开挖工作掌子面前方围岩的工程地质和水文地质条件，如软弱夹层、断层破碎带、节理密集带等地质体的性质、规模和位置等。 结合岩体物理力学参数、围岩软硬、含水情况、构造影响程度、节理裂隙发育程度等资料，对围岩稳定性做出评价，并可参照有关规范对围岩级别初步评估。 红外探水 超前探测 红外探水一般在 TSP 及瞬变电磁法预测的地下水异常段、重点难点段对含水体做短距离精确探测，重点对地下水（ 特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层等 ）的有无及其方位进 行探测。 在隧道开挖接近前期探测的异常体或重点段时，进场开展探测工作。 红外探测测试过程简单，不需要进行仪器设备安装连接。 现场参数测量及记录及数据采集共需约 20分钟。 (2)人员安排 由地质工程师、物探工程师进行测试。 测试时需有监理旁站、施工单位到场。 (3)红外探测 方法及仪器 系统 红外探测是根据红外辐射原理，即一切物质都在向外辐射红外电测波的原理，通过接收和分析红外辐射信号进行超前地质预报的一种物探方法。 本项目采用煤炭科学研究总院唐山分院泰普高科技开发中心研发的 HY303型红外探测仪及其配套软件 分析软件。 (4)现场布置及数据采集 现场测试时在隧道拱顶、拱腰、边墙、隧底位置沿隧道轴线布置测线，测点间距 5m，自开挖面向洞口方向布设，长度 60m，在掌子面布置 3～ 4 条测线，每条 3～ 5 个测点。 开挖面测线布置如图 8。 云桂铁路云南段站前工程 3 标段 阿卡黑一号 隧道超前地质预报专项方案 中交四航局云桂铁路云南段项目经理部 15 图 8 掌子面红外探点布置示意图 探测属非接触探测，定点使用仪器的激光器在隧道岩壁上打出一个红色斑点，便可在仪器屏幕上显示一个探测数据，一次沿布设测点探测并读取探测值，即完成数据采集。 (5)数据处理及成果 探测数据的分析前首先检查探测数据的可靠性，探测数据和曲线分析与判定 以地质学为基础，通过探测与施工验证，总结出正常场的特点，先确定正常场，再确定异常场，由异常场判定含水体的存在。 分析时对所有探测曲线综合对比分析，确定隐蔽水体或含水构造相对隧道的所在空间位置。 隧道隐伏岩溶探查 对 阿卡黑一号 隧道灰岩地段、开挖过程中发现岩溶的地段必须进行 隐伏 岩溶探查。 ，围岩存在不稳定性，各类施工机具设备活动频繁，隧道隐伏岩溶探查实施难度较大。 因此，隧道开挖后的隧底及洞周隐伏岩溶探查应根据具体情况采用适宜的方法。 露的大型岩溶工点，原则上有进出洞条件的须采用仪器进行跟踪探测，查明其空间形态与洞身关系，测量精度应满足相关规范要求。 ，是隐伏岩溶探查的最基本手段。 对风枪探查出的洞周异常及无法进入实测的洞周岩溶，原则上采用地质雷达法进一步探查，因地制宜布置侧线，探查岩溶异常范围。 （埋深＜ 3m，需要增加钎探、风镐等手段进行探查。 （埋深≥ 3m）的岩溶，应采用钻探并结合物探查明岩溶空间形态。 探测隧底岩溶的物探方法主要有地质雷达法、弹性波 CT 法等， 开挖过程中分段探查。 地质雷达法测线原则上沿隧道轴线、左右线中心及边墙脚等布置，弹性波 CT 法结第一行测点第一列测点云桂铁路云南段站前工程 3 标段 阿卡黑一号 隧道超前地质预报专项方案 中交四航局云桂铁路云南段项目经理部 16 合钻孔布置。 6．各种探查方法须提交相应的探查说明（或报告）及相关的图件。 隧底及洞周岩溶测量及素描 工作要求 、溶洞（腔）、裂隙发育带、地下水发育段等进行测量，绘制洞壁、拱顶、隧底岩溶平、剖面图，比例尺原则上采用 1:50～ 1:500. ，并完成数码摄像。 （泉）、涌突水点、涌突泥点的位置等应进行准确测量，水量、洪水期水位等应调查测量。 工程地质测绘 工作要求 a. 岩溶洞穴顶板节理、裂隙分布及 充填、胶结程度，岩层产状，单层厚度，洞顶、洞底、洞壁完整程度； b. 洞穴的形态尺寸，建筑物跨越洞穴的位置、宽度，洞顶（底）板至建筑物界限间的岩层厚度； c. 洞内沉积物、水痕、积水、水流等情况； d. 溶蚀沟槽、溶隙等的空间发育特征、充填物情况； e. 水文地质特征如暗河（泉）补给来源、水流方向、长时间水量动态变化特征等； f. 涌（突）泥 (水 )动态观察。 风枪探孔 工 作要求 采用风枪探孔对隧底及周边岩溶进行探查。 每个断面布置 10个探孔，分别位于拱顶、左右拱脚、 左右边墙中部和左右边墙脚、隧底左右线中心及隧底轴线处。 探孔深度6m（隧底探孔在仰拱开挖后施作），断面环向间距 5m，遇到岩溶异常时应适当加密、加深。 钎探、风镐探查 隧道底部及洞周有充填物且充填物厚度＜ 3m 时使用 ,原则上孔纵横向间距≧ 5m，探查范围须覆盖岩溶充填物。 云桂铁路云南段站前工程 3 标段 阿卡黑一号 隧道超前地质预报专项方案 中交四航局云桂铁路云南段项目经理部 17 做好钎探、风镐探孔记录，每孔的里程位置须准确定位，详细记录每孔岩溶充填物厚度、成分、软硬程度、含水程度等。 物探 （ 1）方法选择 基于探查效率及 实用性考虑，目前在隧道施工中 常用的岩溶物探方法主要有两种，即地质雷达法及弹性波 CT 法。 地质雷达法可用于隧底和洞周的岩溶探查，原则上现场首选该方法；弹性波 CT 法主要用于隧道底部大型岩溶工点（与钻探相结合）的探查。 （ 2）地质雷达法 a、设备要求 须采用认证合格的地质雷达仪，为兼顾勘探深度和精度，天线频率可采用 100MHz的一种屏蔽天线，或 100MHz 和 200MHz 的两种屏蔽天线。 b、外业布置 ①采用连续测量方式 ②定位标尺间距不大于 10m。 ③隧底探查测线原则上沿隧道延伸方向，按隧道宽度平均布置三条测线， 如下图，或针对风枪异常范围进行。 LLLL边墙左测线中测线右测线边墙 ④洞周探查原则上沿隧道。