铁路隧道工程超前地质预报作业指导书.doc

铁路隧道工程超前地质预报作业指导书1.适用范围适用于昆玉铁路扩能改造工程站前二标隧道超前地质预报施工。2作业准备2.1内业技术准备组建地质超前预报专业小组，认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，掌握隧道工程地质情况，编制超前地质预报计划，采用先进科技手段进行超前地质探测预报。预报手段主要包括以下几种：地质超前探测预报系统、地质雷达、红外线探测仪、超前地质钻孔等。2.2外业技术准备根据隧道地质情况，采用不同的超前地质预报方法，现场收集隧道地质情况的各种技术数据，进行分析、解译、对比后得出结论，指导隧道施工。3技术要求3.1预报人员为地质专业工程师，有丰富的现场施工经验，吃苦耐劳，有职业责任感。3.2 爆破人员必须为取得爆破作业资格证人员，责任心强，没有违章作业行为。4施工程序施工程序为：地质分析预测判断地质情况确定预报手段收集数据分析、解译、对比数据反馈设计变更调整设计参数根据变更设计施工。5施工要求5.1工程地质预测法工程地质预测法是工程地质技术人员根据设计地质图纸、现场地质纪录，运用工程经验和地质知识进行分析、预报地质的一种方法。施工前预报：根据设计给出的隧道地质条件说明资料，认真分析隧道的地质断面图、平面图，掌握隧道的地质特点和水文特点。进行长距离宏观预报各段隧道可能出现的不良地质情况。施工常规地质法预报：主要完成开挖面的地质素描，地质展开图，并利用超前地质系统预报资料、雷达检测资料、红外线探水资料、超前钻孔资料进行地质分析预报，是综合地质预报的中枢。施工阶段地质资料记录：首先对已开挖地段进行地质调查，调查的主要依据为隧道开挖面地质素描、岩石结构面调查和涌水观测记录。开挖面地质素描内容有：岩性、地质年代、岩层产状、软弱夹层、岩脉穿插情况；断层及破碎带形态、产状、宽度、填充物特征；主要节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。围岩岩体结构类型、完整性、围岩的物理力学性能。岩石结构面调查内容：围岩的岩石结构产状、物理力学属性、节理的延伸性、粗糙起伏情况、张开程度；地下水出露情况、水量大小等；岩溶的形态、大小、位置走向等；围岩节理内含水情况。地质素描采用图表形式形象纪录。施工阶段前推法预测：根据开挖面地质素描、岩石结构面调查记录采用前推法预测前方地质情况，首先按1:100 的比例作出开挖面前方一定长度的展开图，逐一将开挖面地质素描和岩石结构面的记录资料，按其产状、节理轨迹绘制到展示图上，最后按节理走向和轨迹延伸，结合超前地质预报系统的预报成果、地质雷达预报成果和超前钻孔的钻芯地质资料画出前方地质情况。5.2超前地质预报系统超前地质预报系统在围岩较好地段可测出前方100200m 范围内的岩层分界面、岩层的物理性质、断层等，围岩完整性较差时，预测范围在50100m之间。钻孔：在距离工作面50m 处钻深度为1.5m 的孔，布置传感器；自工作面起，每隔1.5m 钻孔一个钻孔深度为1.5m，最后一个孔与传感器的距离大于20m。所有钻孔的高度尽可能的在同一标高线上。钻孔位置所示。钻孔完毕后，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好纪录。埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌。待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面。连线检查：把传感器、检波器（电脑）、起爆器、同步器连接起来，并检查其是否正常工作，注意此时起爆器与雷管断开。测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800m 范围内停止机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等。装药爆破：由最里边炮孔开始，逐个依次装药联线，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在5080g左右，围岩较差时，可加大，但不能超过100g。恢复施工：爆破一结束，马上可以恢复施工，一般停工时间在45min 左右。成果分析：采用超前地质预报系统自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前方围岩的物理特性，岩层分界线、软弱带、断层的位置等信息。5.3红外线探水红外线探水仪可预测掌子面前方2030 米范围内的地下水情况。操作方法：进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m 点距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进面处。在掘进面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每遇到一个顺序号，就站在隧道中央，分别用仪器的激光器打出红色光斑，使之落在中线左壁位置、中线顶部位置、中线右壁位置、中线底板位置，并扣动仪器扳机分别读取探测值，并作好纪录。然后转入下一序号点，直至全部探完。把探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、底板探测曲线、两壁探测曲线。根据探测曲线可以很明了的预报出前方地下水的情况。红外线探水仪从探测到得出分析结果非常快，且探测仪器轻便，方法简单。5.4地质雷达当超前地质预报系统预报前方有溶洞、断层、岩层破碎等不良地质时，其规模、形态需要具体了解，采用地质雷达进行探测。5.4.1 工作参数选择（1）天线中心频率天线中心频率选择需要兼顾目标体最小尺寸和天线尺寸是否符合场所需要。衬砌检测中，由于隧道内存在台车、机械等铁磁性物品，需要采用屏蔽天线。（2）时窗时窗选择主要取决于最大探测深度d（单位：cm）与混凝土的电磁波速度V（单位：cm/ns）。时窗W（单位：ns）可由公式计算：W=2d/V 时窗的选择主要取决于最大探测深度与介质中电磁波速度，在隧道质量检测中，介质主要是混凝土和岩石，若取电磁波的速度为0.1m/ns，要求探测深度在1.5m 以内，时窗可取为35ns（包含采集背景噪音所需的时间）。（3）采样率、采样频率和采样点数采样率是记录的反射波采样点之间的时间间隔。采样间隔的选择直接影响到波形采集的质量。对于规模较小的空洞异常，采样间隔选取太大时，波形将会发生削波现象，甚至严重畸变；而采样间隔太小，数据采集的效率将会降低，一般情况下，天线频率越高，采样间隔选取越小。在隧道检测中，若使用400MHz 的天线，采样间隔一般选取0.2ns；使用1200MHz 的天线，采样间隔则选取0.1ns。（4）叠加次数叠加次数也会影响到波形采集的质量和数据采集的效率。在隧道检测中，探地雷达受外界电磁干扰较小，若采用点测的方式，叠加次数常选为4次或8次即可。（5）距离记录方式隧道检测一般采用时间记录方式，手动打标记，5m 做一个标记，每隔100m进行一次距离校准。5.4.2 数据采集中的注意事项（1）密切注意雷达图像的变化，对图像异常段做好记录，必要时进行复检。（2）控制天线耦合情况，保证天线密贴检测面，减少晃动。（3）保证检测台车平稳匀速直线进行，中间尽量减少停顿，并记录停顿位置。5.4.3 数据处理分析探地雷达检测数据，需要专业人员来进行判读分析，并且需要一定的数据处理经验。对采集的数据进行处理主要有以下步骤：采集文件载入、文件测量方向掉转、添加距离信息、添加里程信息、水平刻度调整、确定地面反射波信号位置，设置和修改介电常数，计算深度信息、信号振幅自动增益调整、水平相关分析、背景去除、一维频率滤波、反褶积、一维频率滤波、偏移归位、希尔伯特变化、添加地面高程信息，并利用高程归一化函数进行处理、文件拼接、绘制地质剖面图.利用电子表格Excel 或者抓图软件绘制地质图件。5.5超前钻孔探测5.5超前钻孔探测当超前地质预报系统预报前方有断层、破碎带、岩层层理明显时，采用液压钻机进行超前探孔。用钻机探测钻孔，深度为30100m，无异常情况，按正常程序施工，出现异常按预案实施并测定水压和水量。100m以后的探测则由下一循环钻孔探测完成。日常的钻孔探测：在每次钻孔过程中，指定在拱顶、两侧拱腰、两侧边墙脚及仰拱底部附近的12 个辅助眼加深15m，依靠对钻孔速度变化的直觉，判断前方围岩的变化。6.劳动组织(见表27)表27 人员配备小组组长1 人专业工程师24人工班长1 人爆破工35人7.材料要求7.1预报仪器设备处于良好状态，无故障，无安全隐患。7.2火工品在有效期内，材料规格、储存、运输和使用符合火工品相关规定。7.3钻孔设备性能良好，满足钻孔要求。8.设备机具配置(见表28)表28 超前地质探测预报仪器设备配备表序号名称数量备注1地质探测预报系统1套2地质雷达1套3红外线探水仪1台4水平钻机1台5数码照相机1台6水量表2个7水压表2个8笔记本电脑2台9越野汽车1辆施工现场配合：凿岩机3耀5 台，提供高压风、水和电源，提供现场运输工具。9.质量控制及检验9.1收集数据时，要排除外界干扰源对信号的干扰；9.2 要将解译结果与开挖后实际地质情况比较，不断总结经验，提高解译水平。10.安全及环保要求10.1安全要求10.1.1 设备技术状态良好，能确保正常、安全使用。10.1.2 操作人员必须熟知设备性能和操作规程，严格遵守设备操作、使用和维护保养规定，按照设备使用说明书的有关规定操作使用。10.1.3 严禁设备带故障使用，防止拼设备和精机粗用，违规代用，使用设备时不得任意改变其性能和用途，禁止随意拆卸零部件和附属设备。10.1.4 设备的随机附件、备件、专用工具应专人保管，责任到人。10.1.5 设备使用后要按照出厂装箱位置装好设备，设备搬运要轻拿轻放，做好防潮防雨工作。10.1.6 仪器运输时应机不离人，人不离机，保证仪器运输安全，按照要求在指定时间内到达待测地点。10.1.7 按照“养维并重，预防为主”的原则，必须对设备有计划的进行技术保养维护，使设备保持整洁、干净和安全，做好设备的保养维护工作。10.1.8 设备发生故障，现场操作人员应及时向组长汇报，及时与厂家联系维修事宜，操作人员不得私自拆卸、处理故障设备。10.1.9 设备操作地点要选择已支护、安全稳定的位置，确保操作者和设备安全。10.1.10 震源使用的炸药、电雷管管理要严格按照火工品使用管理规定执行，保证设备及现场作业人员的安全。10.2环保要求10.2.1 工作中的废弃物及时处理，运到当地环保部门指定的地点弃置。10.2.2 按环保部门要求集中处理试验及生活中产生的污水及废水。- 13 -