隧道工程超前地质预报方案

隧道工程超前地质预报方案内容摘要：

在所有准备工作完成后，即可进行现场测试。 为提高测试精度，测试时要求个工作面暂停工作，为了尽量少占用施工时间和减少进行现场测试时的干扰，现场测试时间一般选取在喷锚结束和钻爆开始之间的交接班时间。 爆破采用逐个爆破，在爆破孔注满水后立刻进行爆破，接收器接收到的数据保存在电脑里。 3）预报分析 采集的数据采用 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。 剔除质量差的记录道。 质量合格的地震道才用于数据处理和解释。 预报长度为 100~120m。 基本处理流程包括 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 P 波、 SH 波、 SV 波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数等，以及反射层二维分布。 图二 地质构造平面及剖面图 中铁二十局白云至龙里北铁路工程三分部隧道工程 超前地质预报方案 第 8 页 中铁二十四局白云至龙里北铁路工程三分部 图三 TSP 成果二维显示及及岩石力学参数曲线 图四 P 波反射层及其能量图 地质雷达法 中铁二十局白云至龙里北铁路工程三分部隧道工程 超前地质预报方案 第 9 页 中铁二十四局白云至龙里北铁路工程三分部 目前多采用地质雷达法进行隧道施工开挖前的地质超前预报。 地质雷达法是目前 分辨率较高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年也被广泛应用于隧道超前预报工作。 地质雷达法是以介质的导电性、导磁性为基础，研究不同频率的电磁波经介质透射、反射、吸收后的能量衰减、频散作用和时间等参数的变化规律，用于探测地质异常体的形态和空间位置。 隧 道地质超前预报工作要求：①提供掌子面前方及开挖段 20～ 30 米范围内的地质情况；②提供开挖段前方及周边的水文地质预报；③提供开挖段前方及周边溶洞的规模及位置的预报；④测试后 24 小时提交地质预报成果报告给监理或施工单位；⑤预报成果报告应包括掌 子面前方地质情况的剖面图和简明的文字说明，通过对围岩完整性的判定得出的围岩类别划分，并对开挖过程中围岩稳定性的评价。 (1) SIR— 20 型地质雷达 GPR 原理 美国 GSSI 公司产的 SIR— 20 型地质雷达（见图 五 ）。 其原理是，向地层发射一定强度的高频电磁脉冲波，电磁波传播的过程中遇到不同电磁性介质分界面时，一部分能量会转换成反射波返回地面，另一部分能量透过界面继续传播，再次遇到界面时，又产生反射波返回地面。 接收到反射波并利用所带信息加以分析，就可获得被探地层的层厚、动弹模量等物理量。 图五 SIR— 20 型地质雷达 (2)系统组成 SIR— 20 型地质雷达由主机、显示器和天线三部分组成，采集时窗、扫描速率灵活可变，扫描速率最高可达 160 扫描每秒；数据采集时有多种增益控制形式和滤波形式供选择，可保证数据采集的正确可靠；配备有多种频率的天线，可根据需要选择使用，以中铁二十局白云至龙里北铁路工程三分部隧道工程 超前地质预报方案 第 10 页 中铁二十四局白云至龙里北铁路工程三分部 达到需要的分辩率和控测深度；配有各种专用测量轮，使用时可达到精确定位。 使用专用软件，经过对原始数据进行处理试验，可获雷达图像，供分析解释。 地质雷达法测线测点布置图见图所示。 图六 地质雷达法测线示意图 (3)地质雷达剖面法测量 1）根据探测介质的性质和目的层深度选择合适频率的天线。 2）对于深部界面的反射波会由于信噪比过小而不易识别，应用不同天线距在同一测线上进行重复测量，将测量记录中相同位置的记录进行叠加，增强对深部介质的分辨能力。 红外探测法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磁波的原理，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。 红外探测适用于定性判断测点前方有无水体存在及其方位，不能定量给出水量大小等参数。 (1)红外探测应符合下列技术要求和工作要求： 1)探测时间 应选在爆破及出碴完 成后进行。 2)测线布置 ① 全空间全方位探测地下水体时，需在拱顶、拱腰、边墙、隧底位置沿隧道轴向布置测线，测点间距一般为 5m，发现异常时，应加密点距；测线布置一般自开挖工作面往洞口方向布设，长度通常为 60m，不得小于 50m。 ② 开挖工作面测线布置，一般为 3～ 4条，每条测线布 3～ 5 个测点。 3)应做好数据记录，并绘制红外探测曲线图。 中铁二十局白云至龙里北铁路工程三分部隧道工程 超前地质预报方案 第 11 页 中铁二十四局白云至龙里北铁路工程三分部 4)有效预报据间距 应在 30m 以内，连续预报时前后两次重叠长度应大于 5m。 5)采集的探测数据不合格如下所示： ①仪器已显示电池电压不足，未更换电池而继续采集的数据； ②开挖工作面炮眼 、超前探孔等钻进过程中所采集的数据； ③喷锚作业后水泥水化热影响明显的部位所采集的数据； ④爆破作业后测线范围内温差明显时所采集的数据； ⑤测线范围内存在高能热源场（如电动空压机等）时所采集的数据。 (2)探测数据和曲线分分析与判断应符合下列要求： 1)测探数据和曲线的分析与判定应以地质学为基础，并结合现场的工程地质和水文地质条件 ； 2)通过探测与施工开挖验证，总结出正常场的特点，才能分辨出异常场； 3)分析由探测数据绘制的探测曲线前，必须认真检查探测数据的可靠性； 4)分析解释时应先确定正常场，再确定异常 场，由异常场判定地下水体的存在； 5)在分析单条曲线的同时，还应对所有探测曲线进行对比， 比如两边强探测曲线的对比、顶底探测曲线的对比，依此确定隐蔽水体或含水构造相对隧道的所在空间位置； 6)沿隧道轴向 的红外探测曲线和开挖工作面红外探测数据最大差值应结合起来分析，在实践中不断总结经验，做出符合实际的分析判断。 (3)仪器的维护与保养应符合下列要求求： 1)仪器应由专人保管 ； 2)仪器受潮后，应放在通风处晾干，不应用碘钨灯或其他热源去烘烤 ； 3)应保护好仪器不得进水，探头一旦进水，应把水倒出并在通风处晾干 ； 4)不得用仪器去探测点燃的香烟头、通电的电炉丝、电焊的电火花等热源 ； 5)仪器出现故障后应送至厂家维修，不应自行拆卸。 仪器的辐射率出厂时已调整好，使用者不应随意调整。 (4)仪器的维护与保养应符合下列要求： 红外探测预报应编制探测报告，内容包括探测工作概况、地质解译结果、开挖工作面探测数据图、左右边墙及拱顶等测线的探测曲线图等。 加深炮眼法 加深炮眼探测是利用风钻或凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔获取地质中铁二十局白云至龙里北铁路工程三分部隧道工程 超前地质预报方案 第 12 页 中铁二十四局白云至龙里北铁路工程三分部 信息的一种方法。 加深炮眼探测适用于各种地质条件下隧道的超前地质探测，尤其适用于岩溶发育区。 加深 炮眼探测应符合下列要求： (1)孔深应较爆破孔（或循环进尺）深 3m 以上； (2)孔径宜与爆破孔相同； (3)孔数、孔位应根据开挖断面大小和地质发杂程度确定； (4)在富水岩溶发育区每循环必须按设计认真实施，发现异常情况应及时反馈信息，严禁盲目装药放炮。 (5)钻到溶洞和岩溶水时，应视情况采用超前地质钻探和其他探测手段，查明情况，确保施工安全，为变更设计提供依据。 (6)加深炮眼探测严禁在爆破眼中实施； (7)揭示异常情况的钻孔资料作为技术资料保存。 超前水平钻法 超前 水平钻法 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，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。 (1)超前水平钻 探测 方式 1)不取芯钻探 主要系利用钻机的冲击力、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。 不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用 较低 (与取芯钻探比较 )，若隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。 在施作期间开挖面通常需配合停工，且钻进过程中，容易受操作人员人为影响，因此变数较大，造成判读岩体比较困难。 不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。 2)取芯钻探 利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做中铁二十局白云至龙里北铁路工程三分部隧道工程 超前地质预报方案 第 13 页 中铁二十四局白云至龙里北铁路工程三分部 出较正确的地质判别。 岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔 洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而言，可利用此先行降低水压。 但取芯钻探施作期间开挖面通常需配合暂停，且施作时间比不取芯钻用工进要长，费用也较高。 在海底隧道施工中，将有效利用横通道作为取芯钻孔的工作面，以减少超前探孔对正常施工掘进的干扰，钻孔长度可以调整到 200m甚至更远。 (2)超前水平钻采用的机械设备 超前水平钻探测主要采用冲击钻和回转取芯钻，二者应合理搭配使用，提高预报准确率和钻探速度，减少占用开挖工作面的时间。 1)一般地段采用冲击钻。 冲击钻 不能取芯，但可通过冲击器的响声、钻速及其变化 、岩粉、卡钻情况、钻杆震动情况、冲洗液的颜色及流量变化等粗略探明岩性、岩石强度、岩体完整程度、溶洞、暗河及地下水发育情况等。 2）复杂地段 地段采用回旋取芯钻。 回转取芯钻岩芯鉴定准确可靠，地层变化里程可准确确定，一般只在特殊地层、特殊目的地段、需要精确判定的情况下使用。 比如煤层取芯及试验、溶洞及断层破碎带物质成分的鉴定、岩土强度试验取芯等。 (3)超前水平钻探测的技术要求。