超前地质预报专项施工方案.doc

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1、汶马高速公路C10合同段项目部 施工方案 四川省汶川至马尔康高速公路C10合同段超前地质预报专项施工方案中国中铁编制： 年 月 日审核: 年 月 日批准： 年 月 日中铁隧道股份有限公司汶马高速公路C10合同段项目部二零一五年六月八日目 录1、编制依据、目的及适用范围11。1 编制依据11。2 编制目的11.3 适用范围及预报内容12、工程概况42。1 工程位置及数量42.2工程地质52。2。1地质构造52.2.2地质岩性72.3气象特征123、超前地质预报施工工艺及方法123.1 工艺流程123。2 超前地质预报方法153。2。1 地质调查163。2。2 地质素描173。2.3 TSP203

2、+超前地质预报183.2.4 红外线探水233.2.5 地质雷达探测253.2.6 超前地质钻孔263.2。7 综合地质分析303.2。8 成果资料签认、信息反馈及处理314、质量及安全管理324。1 质量保证措施324。2 安全管理335、设备及人员组成355.1 主要设备355。2 组织机构及职责分工356、超前地质预报结论37中铁隧道股份有限公司 超前地质预报专项施工方案1、编制依据、目的及适用范围1.1 编制依据两阶段施工图设计文件公路隧道设计规范(JTGD702004)岩土工程勘查规范（GB500212001，2009年版）公路工程施工安全技术规程（JTGF90-2015）汶马高速C

3、10合同段项目部编排的实施性施工组织设计汶马高速公路其他有关地质勘测资料1.2 编制目的（1）进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题,进而指导工程施工的顺利进行。(2）降低地质灾害发生的机率和危害程度，尤其是复杂地区隧道施工风险。（3)为优化工程设计提供地质依据.（4）为编制竣工文件提供地质资料。1.3 适用范围及预报内容（1）适用范围适用于汶川至马尔康高速公路C10合同段内所有隧道的超前地质预报。(2）本标段超前地质预报原则及手段将超前地质预报纳入工序进行管理。按照“以工程地质类型划分为核心,坚持粗查与精查相结合，物探与钻探相结合”的原则，采用多源协同预报技术，将

4、地质调绘与洞内物探、钻探相结合，对开挖面前方断层、节理裂隙、破碎带、接触带、地层含水性及岩性和围岩级别等进行预报.（3） 预报方法根据我公司多年施工中所总结的经验，拟采用TSP203探测地质构造（断层、节理、裂隙），红外探测地下水,物探异常区采用MKD-5S水平钻机和YT28风钻长短接合钻探进行地质验证.超前地质预报方法见表23. 表1：超前地质预报主要方法一览表仪器名称型号用途水平地质钻机MKD5S施做勘探孔或注浆孔超前地质预报仪TPS203+预报掌子面前方100200m范围地质情况红外探水仪探测掌子面前方30m范围地质情况地质雷达EKKO预报不良地质发育范围地质罗盘DQY1量测岩层产状高压

5、流量计量测地下水的水量温度计监测地下水开挖环境的温度变化数码相机Canon在施工过程中记录地质变化情况a.工作面地质素描预报地质素描在隧道施工中全段进行，根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证,提出是否修改预报方法及参数的意见。b。TSP203、红外探水超前地质预报每开挖100150m通过TSP203+和红外探水对开挖方向进行中长距离预报。TSP203对平直状地质界面(断层、节理、裂隙）的探测范围在隧道轴线方向可达一百五十米左右,横向探测范围通常在4050m。TSP203超前地质预报系统工作原理见图1。c.工作面超前地质钻孔探测预报在隧道施工通过断层破碎带时，每开挖30m，利

6、用MKD5S钻机采用钢丝绳取芯工法超前钻孔对开挖前进方向进行3050m的钻探.见图2。施工中结合超前探测结果的异常段，增设钻孔。在断层破碎带施工中，利用YT28钻机进行5m长的超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。超前探孔布置见图3。图1: TSP203超前地质预报系统示意图图2：冲击式钢丝绳取芯工法图3：超前探孔布置示意图2、工程概况2。1 工程位置及数量本合同段为汶马高速C10合同段,位于四川省阿坝州藏族羌族自治州理县杂谷脑镇内.工程起讫里程为K100+080K104+900,全长4。82km .主要包含维关隧道、理县隧道及理县互通。其中理县隧道全长5580m，本合同段

7、承建3370m.本合同段起点维关隧道进口与C9合同段以桥梁相接,维关隧道出口接理县互通日底寨大桥，大桥跨G317后与理县隧道进口相接，终点为理县隧道的排烟横洞，后与C11合同段相接。维关隧道主洞左线长度1165m，右线1130m，理县隧道左线3370m，右线3370m，排烟道390m/1座，纵坡坡率1。1%，；主线日底寨村大桥248.56m/1座；匝道大桥341。09m/2座，匝道中桥70。03m/2座，路基长629m（含匝道），其中：特殊路段225m，路基挖方6。18万m3，路基填方13。38万m3，防护及排水圬工0。6万m3。隧道最大埋深约1400m。2.2工程地质2.2.1地质构造维关隧

8、道隧址区处于薛城“S型构造的南西侧,根据现场地址调查，场地构造位于杂谷脑倒转向斜北东翼,总棚子倒转复背斜的南西翼。其中杂谷脑倒转向斜为轴线呈一“S”形，为向北西侧倒转向南东侧倾斜的同斜倒转复向斜。轴面在南西段倾向南东，北东段有倾向南东,为一扭曲面；总棚子倒转复背斜展布于汶川县总棚子至理县薛城附近,在测区内长约71公里.总棚子至正沟一带轴线方向为65，正沟至胆扎木沟为向东突出的弧形，到甘堡附近又转为向西突出的弧形，薛城附近走向为70，成为一“S形褶曲，背斜轴面产状在南西段及北东段倾向以140-160，倾角以5070为主，但向南西至总棚子附近倾向为330，倾角40.中段毛毛沟甘堡一带倾向北东，甘堡

9、附近局部又向北西倾斜。总括起来，总棚子复背斜的轴面是一“S形扭曲面。背斜两翼又为次级同斜倒转、扇形及尖棱小褶皱复杂化。东段消失于茂县群第五组中，西段由泥盆系三迭系西康群组成。 隧址区岩层片理产状变化较大，优势产状为20082,根据隧址区附近基岩露头量测统计，主要发育有三组节理： L1：34025,延伸13m,切深13m,裂隙面平直，间距0.20。5m L2:10070，延伸0.51.5m，切深0.51。5m，裂隙平直，间距0。20.5m L3：9015，延伸1.02.0m，切深0。51.5m，裂隙平直，间距0。51.5m隧址区岩体在片理、节理的切割下呈层状碎裂结构裂隙块状结构。理县隧道 隧址区

10、处于薛城“S”型构造单元中，场地构造有杂谷脑倒转向斜、椒子坪倒转背斜及三岔倒转复向斜。薛城“S”型构造带呈北东向，由一系列“S”型紧密倒转背、向斜和压性、压扭性断层组成。 杂谷脑倒转向斜为轴线呈一“S”形,为向北西侧倒转向南东侧倾斜的同斜转复向斜。轴面在南西段倾向南东，北东段又倾向南东，为一扭曲面。椒子坪倒转背斜轴线呈一“S”形，为向北西侧倒转向南东侧倾斜的同斜倒转复背斜。轴面在南西段倾向南东,北东段又倾向南东，为一扭曲面。三岔倒转向斜展布于理县塔子沟尾茂汶县线沟附近的罗都寨一带，轴线呈一“S”形，中段被印支燕山期老君沟岩体侵入，在测区内长约95Km，为向北西侧倒转向南东侧倾斜的同斜倒转复向斜

11、。轴面在南西段倾向南东，中段一颗印打色尔沟一带倾向北东，北东段又倾向南东，为一扭曲面。枢纽亦有起伏。两翼被与之平行的同斜倒转褶皱复杂化。西段由三迭系西康群组成,向西延入小金幅,东段与松溪堡以西泥盆系危关群中扬起。 场地褶皱紧密,岩体较破碎，岩层产状变化大，揉皱发育，总体产状20407080。 受区域构造影响，隧址区节理裂隙发育，地表以风化节理裂隙为主,而深部则以构造节理裂隙为主. 各组节理在场地中发育形式变化大，节理以34组为主，局部地段可见56组发育。 场地中节理产状、组数、延展情况、发育形式变化较频繁，Jv变化大，致使岩体完整性变化大且频繁，岩体结构类型也在薄层结构碎裂状结构间频繁变化。2

12、.2。2地质岩性维关隧道区间围岩分级为级。其中左线级围岩长625m,占总长的54%；级围岩长540m，占围岩长的46（详见表：2）;右线级围岩长605m,占总长的54；级围岩长525m，占围岩长的46（详见表：3)。洞身段围岩主要由绢云石英千枚岩、变质砂岩、结晶灰岩、砂质板岩夹含煤质千枚岩、绢云千枚岩等软岩构成，其中含煤质千枚岩和绢云千枚岩段，属极软岩软岩，层间结合较差，岩石遇水极易软化，围岩稳定性差；其余岩性受构造影响较强烈,岩体较破碎较完整,稳定性较差一般,地下水类型主要为基岩孔隙裂隙水,呈点滴状、线状渗出为主.理县隧道区间围岩分级为级。其中左线级围岩长1000m,占总长的30%；级围岩长

13、2370m，占围岩长的70（详见表：4）;右线级围岩长1060m，占总长的31；级围岩长2310m，占围岩长的69(详见表:5)；排烟横洞级围岩长170m，占总长的44;级围岩长220m，占围岩长的56（详见表:6)。围岩由变质砂岩、砂质千枚岩及板岩夹炭质千枚岩等组成，属软岩较硬岩，岩体片理面发育，层间结合较差，受构造影响较强烈,节理裂隙极发育，岩体破碎较破碎,稳定性较差一般,地下水类型主要为基岩孔隙裂隙水，呈点滴状、线状渗出为主.理县互通区内地质覆盖层以漂石、卵石为主。表2 维关隧道左线围岩分级表围岩分级里程长度隧道围岩主要工程地质特征ZK100+059ZK100+10041石英岩、变质岩为

14、主夹含炭娟云千枚岩:深灰灰白色，强中风化，岩体较破碎，多呈中薄层状结构镶嵌碎裂结构,岩体片理面陡倾。地下水呈点滴状渗出。ZK100+100ZK100+19090石英岩、变质岩为主夹含炭娟云千枚岩：深灰灰白色，强中风化，岩体较破碎，多呈中薄层状结构镶嵌碎裂结构,岩体片理面陡倾。经实测地层剖面,在该段中部有一段总厚约1520m的夹含炭娟云千枚岩与石英岩互层,以软岩为主。地下水呈点滴状渗出。ZK100+190ZK100+605415以中风化含炭质千枚岩、娟云千枚岩夹石英脉为主，岩体较完整,片理较发育，属软岩，岩体呈中薄层状结构,其中含炭质千枚岩遇水极易软化,遇水后强度极低，极易产生较大变形，易产生塌

15、方。地下水主要为基岩孔隙裂隙水，呈点滴状、线状渗出为主.ZK100+605ZK101+140535以中风化娟云石英千枚岩、结晶灰岩夹千枚岩及石英岩薄层、变质砂岩、粉质岩与板岩互层为主，岩体较完整,结构面结合一般，属软岩，其中含炭质千枚岩遇水极易软化，遇水后强度极低，极易产生较大变形，易产生塌方。地下水主要为基岩孔隙裂隙水，呈点滴状、线状渗出为主。ZK101+140ZK101+22484变质砂岩夹板岩：深灰色，中层状构造,强中风化，岩体破碎,多呈碎裂结构。浅埋段围岩极易坍塌,由于进口段斜坡坡度较陡，受卸荷影响，岩体易发生崩塌，可能诱发进口岩体局部失稳.地下水呈滴水状或浸润状渗出。表3：维关隧道右

16、线围岩分级表围岩分级里程长度隧道围岩主要工程地质特征ZK100+087ZK100+11528石英岩、变质岩为主夹含炭娟云千枚岩：深灰灰白色，强中风化，岩体较破碎，多呈中薄层状结构镶嵌碎裂结构，岩体片理面陡倾。地下水呈点滴状渗出。ZK100+115ZK100+20085石英岩、变质岩为主夹含炭娟云千枚岩：深灰灰白色,强中风化，岩体较破碎,多呈中薄层状结构镶嵌碎裂结构，岩体片理面陡倾.经实测地层剖面，在该段中部有一段总厚约1520m的夹含炭娟云千枚岩与石英岩互层，以软岩为主.地下水呈点滴状渗出.ZK100+200ZK100+620420以中风化含炭质千枚岩、娟云千枚岩夹石英脉为主，岩体较完整，片理

17、较发育,属软岩，岩体呈中薄层状结构，其中含炭质千枚岩遇水极易软化，遇水后强度极低，极易产生较大变形，易产生塌方。地下水主要为基岩孔隙裂隙水，呈点滴状、线状渗出为主。ZK100+620ZK101+140520以中风化娟云石英千枚岩、结晶灰岩夹千枚岩及石英岩薄层、变质砂岩、粉质岩与板岩互层为主，岩体较完整,结构面结合一般，属软岩，其中含炭质千枚岩遇水极易软化，遇水后强度极低，极易产生较大变形，易产生塌方。地下水主要为基岩孔隙裂隙水，呈点滴状、线状渗出为主。ZK101+140ZK101+21777变质砂岩夹板岩：深灰色,中层状构造，强中风化,岩体破碎，多呈碎裂结构.浅埋段围岩极易坍塌,由于进口段斜坡

18、坡度较陡，受卸荷影响，岩体易发生崩塌，可能诱发进口岩体局部失稳。地下水呈滴水状或浸润状渗出。表4 理县隧道左线围岩分级表围岩分级里程长度隧道围岩主要工程地质特征ZK101+530ZK101+900370 强中风化变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层,变质砂岩呈中薄层状,单个韵律层厚3070m不等,变质砂岩岩质较硬，节理较发育较完整，拱顶易掉块,稳定性较差。局部变质程度较深，呈砂质千枚岩，岩质较软,岩体稳定性差，易发生洞顶及侧壁坍塌。地下水呈点滴渗流状渗出.ZK101+900ZK102+140240岩性为变质砂岩与砂岩板岩的韵律互层,夹千枚岩夹层，围岩完整性较差。地下水呈点滴渗流状渗出。ZK102+1

19、40ZK102+440300岩性为变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层，变质砂岩呈中薄层状，单个韵律层厚3070m不等，变质砂岩岩质较硬，节理较发育较完整,拱顶稳定性较好，偶尔会产生掉块，侧壁稳定。但在千枚状板岩段,局部变质程度较深,呈砂质千枚岩,岩质较软，岩体稳定性差。地下水呈点滴渗流状渗出。ZK102+440ZK104+2001760岩性含炭质变质粉细砂岩与含炭质砂质千枚岩的韵律互层夹少量炭质千枚岩薄层,含炭质变质粉细砂岩多为薄层板状结构,岩体中片理面发育，炭质多富集于片理面附近，光滑、污手;含炭质砂质千枚岩局部含炭质较重，炭质软，岩石遇水易软化，锤轻击即碎。在紧密倒转向斜核部附近,受构造影响严

20、重,岩体节理及板理发育，拱顶稳定性较差,容易产生掉块或小规模塌方，侧壁稳定性一般,地下水呈点滴线流状,在穿越沟谷段，可能存在股状涌水。在含炭质千枚岩段当地下水较丰富段，围岩极易发生大变形.ZK104+200ZK104+900700岩性为变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层,变质砂岩呈中薄层状，单个韵律层厚3070m不等，变质砂岩岩质较硬，节理较发育较完整，拱顶稳定性较好，偶尔会产生掉块,侧壁稳定。但在千枚状板岩段，局部变质程度较深，呈砂质千枚岩，岩质较软，岩体稳定性差,易发生洞顶及侧壁坍塌.在洞身杂谷脑倒转背斜核部附近，受构造影响严重，岩体较破碎。地下水呈点滴线流状，在洞身下穿沟谷段，可能存在股状涌

21、水。表5 理县隧道右线围岩分级表围岩分级里程长度隧道围岩主要工程地质特征ZK101+530ZK101+920390 强中风化变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层,变质砂岩呈中薄层状，单个韵律层厚3070m不等,变质砂岩岩质较硬，节理较发育较完整，拱顶易掉块，稳定性较差。局部变质程度较深,呈砂质千枚岩,岩质较软,岩体稳定性差，易发生洞顶及侧壁坍塌。地下水呈点滴渗流状渗出。ZK101+920ZK102+100180岩性为变质砂岩与砂岩板岩的韵律互层,夹千枚岩夹层，围岩完整性较差.地下水呈点滴渗流状渗出。ZK102+100ZK102+460360岩性为变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层,变质砂岩呈中薄层状，单

22、个韵律层厚3070m不等，变质砂岩岩质较硬，节理较发育较完整,拱顶稳定性较好，偶尔会产生掉块，侧壁稳定。但在千枚状板岩段,局部变质程度较深，呈砂质千枚岩，岩质较软，岩体稳定性差。地下水呈点滴渗流状渗出。ZK102+460ZK104+2001740岩性含炭质变质粉细砂岩与含炭质砂质千枚岩的韵律互层夹少量炭质千枚岩薄层，含炭质变质粉细砂岩多为薄层板状结构，岩体中片理面发育，炭质多富集于片理面附近,光滑、污手；含炭质砂质千枚岩局部含炭质较重，炭质软,岩石遇水易软化，锤轻击即碎。在紧密倒转向斜核部附近，受构造影响严重，岩体节理及板理发育，拱顶稳定性较差，容易产生掉块或小规模塌方，侧壁稳定性一般，地下水

23、呈点滴线流状，在穿越沟谷段,可能存在股状涌水。在含炭质千枚岩段当地下水较丰富段，围岩极易发生大变形.ZK104+200ZK104+900700岩性为变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层，变质砂岩呈中薄层状，单个韵律层厚3070m不等，变质砂岩岩质较硬，节理较发育较完整，拱顶稳定性较好,偶尔会产生掉块，侧壁稳定.但在千枚状板岩段,局部变质程度较深，呈砂质千枚岩，岩质较软，岩体稳定性差，易发生洞顶及侧壁坍塌。在洞身杂谷脑倒转背斜核部附近，受构造影响严重,岩体较破碎。地下水呈点滴线流状，在洞身下穿沟谷段,可能存在股状涌水。表6 排烟横洞围岩分级表围岩分级里程长度隧道围岩主要工程地质特征PKO+020PKO

24、+07050岩性含炭质变质粉细砂岩与含炭质砂质千枚岩的韵律互层夹少量炭质千枚岩薄层,含炭质变质粉细砂岩多为薄层板状结构,岩体中片理面发育，炭质多富集于片理面附近，光滑、污手;含炭质砂质千枚岩局部含炭质较重,炭质软，岩石遇水易软化,锤轻击即碎。在紧密倒转向斜核部附近，受构造影响严重，岩体节理及板理发育，拱顶稳定性较差,容易产生掉块或小规模塌方，侧壁稳定性一般，地下水呈点滴线流状，在穿越沟谷段，可能存在股状涌水。在含炭质千枚岩段当地下水较丰富段,围岩极易发生大变形。PKO+070PKO+220150岩性含炭质变质粉细砂岩与含炭质砂质千枚岩的韵律互层夹少量炭质千枚岩薄层,含炭质变质粉细砂岩多为薄层板

25、状结构,岩体中片理面发育,炭质多富集于片理面附近，光滑、污手；含炭质砂质千枚岩局部含炭质较重，炭质软，岩石遇水易软化,锤轻击即碎。在紧密倒转向斜核部附近，受构造影响严重，岩体节理及板理发育，拱顶稳定性较差，容易产生掉块或小规模塌方，侧壁稳定性一般，地下水呈点滴线流状，在穿越沟谷段，可能存在股状涌水。在含炭质千枚岩段当地下水较丰富段,围岩极易发生大变形。PKO+220PKO+340120岩性为变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层，变质砂岩呈中薄层状，单个韵律层厚3070m不等，变质砂岩岩质较硬，节理较发育较完整，拱顶稳定性较好，偶尔会产生掉块，侧壁稳定。但在千枚状板岩段，局部变质程度较深，呈砂质千枚岩

26、，岩质较软，岩体稳定性差，易发生洞顶及侧壁坍塌。地下水呈点滴线流状渗出。PKO+340PKO+41070 强中风化变质砂岩与千枚状板岩的韵律互层，变质砂岩呈中薄层状，变质砂岩岩质较硬，节理较发育,岩体较破碎，拱顶易掉块，稳定性较差。地下水呈点滴渗流状渗出。2。3气象特征气候受西伯利亚西风气流、印度洋暖流和太平洋东南季风三个环流的影响,形成季风气候。因海拔高差悬殊，地形复杂，气候差异显著，具有山地立体型气候特征。510月份雨量增加，形成低温降雨季节。年降雨量在650毫米-1000毫米之间,河谷地带年均气温6.9-11，常年主导风向为西北风。3、超前地质预报施工工艺及方法3。1 工艺流程综合超前地

27、质预报工艺流程如图31所示：（1）研究既有资料，制定预报方案应研究既有区域地质、工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达到对整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识，可溶岩分布情况、构造发育情况、地表水系发育情况、当地最低侵蚀基准面标高、岩溶大概发育几层、每层大概标高、哪一层对工程影响最大等.通过对这些资料的分析和把握，制定预报预案，针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级,不同级别的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。图3-1综合超前地质预报工艺流程图根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：A级:存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶

28、岩与非可溶岩接触带,软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等.B级:中、小型突水突泥地段,较大物探异常地段，断裂带等。C级:水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。根据不同的地质灾害分级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报。不同地质灾害地段的预报方式为：A级预报:采用地质分析法、TSP隧道地震波反射法、地质雷达、红外探测、超前

29、水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预测预报,然后采用中长距离TSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。B级预报：采用地质分析法、TSP，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件较复杂时,按A级要求实施。C级预报:以地质分析法为主.对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用TSP进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔.D级预报：采用地质分析法。在岩溶发育的灰岩地区，由于岩溶发育的复杂性，应采用A级预报方式。（2）长距离预报长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它基础资料对隧道通过区的地质界线、

30、地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行长距离、宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上,并根据揭示的情况进行不断的修正。地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等.(3）中长距离预报中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP、深孔水平钻探等对掌子面前方30200m范围内的地质情况作进一步的预报，如溶洞、暗河的位置、规模、充填情况等作较为详细的预报。在复杂地段应增加TSP预报次数，TSP每次预报有效长度100m左右，需连续预报时前后两次应重叠10m以上，以便前后两次重复地段对比分

31、析，另随着预报距离的增大，地质异常带的位置和宽度误差也在增大。（4）短距离预报短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报,比如掌子面前方30m范围内有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及岩溶发育情况等，对以上判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进行钻孔验证.3。2 超前地质分里程预报方法隧道施工超前地质预报以地质分析（地质调查、地质素描、几何作图、块体坐标作图、赤平投影作图）、TSP长距离探测、红外探水、地质雷达超前探测手段贯通为主；褶皱核部及其它地质异常地段，采用超前地质钻孔验证；泥灰岩地段，根据开挖揭示岩溶发育程度，必

32、要时采用地质雷达检底。具体方法如表31。表3-1 隧道施工超前地质预报方法序号隧道内容隧道里程段备注1地质调查（平方公里）隧道中线两侧各5001000m,进出口各延伸200m2地质素描（米）全隧道3TSP(次）全隧道4红外探水(次）全隧道5地质雷达超前探测（次）全隧道6超前地质钻孔(延米）三孔7地质雷达检底（测线米)视需要3。2.1 地质调查（1)调查目的核对勘测资料，掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及水文地质情况,为隧道超前地质预报提供方向性的依据.（2）调查范围根据勘察单位提供的隧道工程地质图，调查范围主要为隧道进出口及隧道中线两侧各5001000m的范围。（3）调查内容 地

33、层岩性主要调查地层的地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。 地质构造主要调查断层、破碎带及节理裂隙特征.断层的产状、性质、破碎带宽度、破碎带的成分、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。 不良地质主要调查隧址内滑坡的性质、规模、以及对隧道的影响。采空区的分布、规模及巷道充填情况. 地下水的特征调查隧道范围内的泉水、井水、水塘、水库、沟水、河水及其水量、水文、水质的变化等。3。2.2 地质素描隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法，它是地质调查的细化和补充,结

34、合勘察和地质调查取得的地质资料,通过地质分析,可以预测隧道前方地质情况。（1）素描内容 地层岩性地层地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。 地质构造断层破碎带宽度、破碎带的成分及胶结程度、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙特征节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。 不良地质滑坡体的性质及对隧道的影响。采空区巷道充填情况以及与隧道的关系。 地下水的特征出水点位置、水量、水压、水温、水色、悬浮物(泥砂等）测定；出水点和地质环境(地层、构造、岩溶、暗河等）的关系；与地表相关气象、水文观测；洞内涌水与地表

35、径流、降雨的关系；必要时进行水样分析。（2）围岩稳定性评价和预报根据地质素描得到地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质特征等，判定围岩完整性和围岩分级,结合勘察和地质调查取得的地质资料预测隧道前方地质情况.(3）资料提交对拱顶和左右边墙进行素描、数码摄像，绘制地质展示图（60m/张）。3.2。3 TSP203+超前地质预报TSP203+超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研发的目前世界上在这个领域最先进的设备。它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况,它弥补了传统地质预报方法只能定性不能定量预报的缺陷,为更准确进行超前地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具.它不仅可以及

36、时地预测预报隧道前方工程地质条件，为隧道施工工艺制定提供依据,从而加快施工进度，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害发生的危险性，为隧道施工提供安全保障。 TSP203+每次可探测150m左右，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖100m150m预报一次，重叠部分(不小于20m)对比分析，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。(1）预报原理 TSP203+超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体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地质状况的，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（通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点)用小量炸药激发产生，当

37、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，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接收，数据通过TSPwin软件处理，就可以了解隧道工作面前方不良地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。TSP203超前地质预报系统的原理见图31 图3-1 TSP203+ 原理图地层或断层入射波前反射波前震源检波器检波器隧道（2）设备采用TSP203+超前地质预报系统，系统主要组成： 记录单元：12道，24位A/D转换，采样间隔62。5s和125s,最大记录长度为1808.5ms，动态范围120dB。 接收器（检波器）：三分

38、量加速度地震检波器，灵敏度为1000mV/g5，频率范围为0。55000Hz，共振频率9000Hz,横向灵敏度1，操作温度065。 TSPwin软件:数据采集和处理集于一体。（3)测线布置 接收器孔位置：在隧道边墙(面对掌子面），距离掌子面大约50m。数量：2个，隧道左、右边墙各一个。直径:43-45mm/孔深2m.布置：沿轴径向，用环氧树脂固结，向上倾斜10左右。高度:离地面1m。 炮孔位置：在隧道的右边墙。第一个炮孔离接收器16m，其余炮孔间距为1.5m.数量：24个直径:38mm/孔深1。5m。布置：沿轴径向,向下倾斜1020（激发时水封填炮孔)。高度：离地面约1m。(4）数据采集与分析

39、TSP203+超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大部分。 洞内数据采集洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大部分组成。洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器、放炮接收信号等过程。a、钻接收器孔2个，见测线布置。b、钻爆破孔24个，见测线布置.c、埋置接收器管：将环氧树脂放入接收器孔中， 然后将接收器管旋转插入孔内，15分钟后环氧树脂、接收器管与周围岩体就能很好地粘结在一起；d、装药:每爆破孔装药量大约75g(岩石2乳化炸药)，根据围岩软硬完整破碎程度与距接收器位置的远近而不同；e、联线：将设备各组件及爆破导火线联接好；f、放炮、接收信号

40、g、拆线、清理设备。 室内计算机分析处理采集的TSP数据，通过TSPwin软件进行处理。TSPwin软件处理流程包括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。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间转换为距离(深度），可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体的性质。通过TSPwin软件处理，可以获得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成果,以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分

41、布。(5）提交资料室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告,报告一般包括如下内容： 工作概况 探测的方法、设备及原理 测线布置 对测试结果的初步分析 结论TSP报告中应附的成果图表： 现场数据记录表 岩石参数曲线图（横坐标为里程） 岩石参数表（6)与隧道施工工序衔接打炮孔和接收器孔可与隧道施工平行作业，由作业公司完成,届时预报单位以工程联系单形式书面就钻孔的孔位、孔深、倾斜等具体要求与作业公司联系。为洞内数据采集接收信号时减少噪音，一般要求45分钟左右短暂停工。(7)预报范围一般预报距离为150m，在地质情况同复杂地段，如岩溶发育、断层、煤层采空区、煤层瓦斯等特殊地段，为提高精度，

42、采用连续重叠式预报，按平均每次预报120m考虑。3。2.4 红外线探水(1）基本原理在隧道中,围岩每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，场有密度、能量、方向等信息,岩层在向外部发射红外辐射的同时，必然会把它内部的地质信息传递出来。干燥无水的地层和含水地层发射强度不同的红外辐射，红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度,根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。（2)红外线探水的特点优点:测量快速，基本不占用施工时间；资料分析快,测量完毕,即可得出初步结论,室内整理及编写报告也可在2小时内完成。缺点：只能测量出含水体的方位，测量不出含水体隐藏深度

43、及水量大小、水压等参数。（3）现场数据采集在施工隧道的隧顶和两侧边墙的中部各布置一条测线，5m点距，发现异常后加密测点,并初步分析异常的可能原因,如因喷浆、照明灯等干扰影响应与删除，并重测。 在掌子面上均匀布置9个测点,发现异常后加密测点，并初步分析异常的可能原因，如因喷浆、放炮、照明灯等干扰影响应予删除，并重测.每次探测应对岩体的裂隙发育情况和隧道壁渗水情况进行详细记录。（4)资料提交红外超前探水报告并附对掌子面及三条测线探测的红外场强值曲线图及探测数据表。（5)红外探水的探测范围红外探测每循环可探测30m,为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报， 2025m探测一次,重叠部分对比分析。3。

44、2.5 地质雷达探测（1）预报目的作为TSP203+超前地质预报的补充，在可溶岩地段对TSP203+预报的异常点采用地质雷达进行补充探测，进一步确定异常体的规模、性质等；同时,在岩溶发育地段中,采用地质雷达对隧道底板进行隐伏岩溶探测。(2）预报方法 掌子面超前探测作为TSP203+超前地质预报的补充。探测的具体布置根据TSP203+的预报结果确定，测线主要布置在掌子面上，正洞每个掌子面布置四条测线，斜井每个掌子面布置三条测线，每次测长15m.测线布置如图32所示。正洞掌子面地质雷达测线布置示意图排烟洞掌子面地质雷达测线布置示意图图3-2 雷达测线布置图 隧底探测岩溶发育地段,在隧底布置3条平行

45、测线.（3）与施工工序衔接地质雷达探底要在隧道铺底之前完成，具体探测时间由指挥部工程部安排.掌子面前方探测,数据采集前要求作业公司配合对掌子面进行平整处理,使雷达天线与掌子面能有较好的耦合，移走掌子面附近其他的金属物体。成果资料室内计算机分析处理一般在24小时内完成并报告有关部门.资料整理和处理要求：雷达记录应清晰，反射波形、同相轴明显,不合格的记录应重测.对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理如：编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等，求得时间剖面。在时间剖面中应标出探测对象的反射波组，确定反射体的形态和规模.解释确定反射体的位置、形态，推断其充填情况.必要时应制作模型进行反演解析。提交以下资料:测线布置图;原始记录；时间剖面；解析参数和解析结果.3。2。6 超前地质钻孔超前地质钻孔是对TSP203+预报和地质雷达探测等手段探测到的不良地质体的验证确认。在物探手段单一的情况下超前地质钻孔应连续搭接进行，超