超前地质预报施工方案(共36页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目目 录录精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第第一一章章 工工程程概概况况及及重重难难点点1.11.1 工程概况工程概况1.1.2 2 工程重、难点工程重、难点第第二二章章 编编制制依依据据及及范范围围2.12.1 编制依据编制依据2.1.1 相关技术规范、标准隧道超前地质预报方案编制主要依据隧道勘察、设计相关规范及标准。岩土工程勘察规范(GB50021-2001 2009 版) 公路隧道设计规范(JTG D70-200
2、4)公路土工试验规程(JTG E402007)公路工程地质勘察规范(JTG C20-2011)铁路隧道超前地质预报技术规程(Q/CR 9217-2015)铁路工程岩土分类标准(TB10012-2007)铁路工程不良地质勘察规程(TB10027-2012) 铁路工程特殊岩土勘察规程(TB10038-2012) 铁路工程地质钻探规程(TB10014-2012) 铁路工程物理勘探规范(TB10013-2010) 铁路工程水文地质勘察规程(TB10049-2014) 铁路工程岩石试验规程(TB10115-1998) 铁路工程水质分析规程(TB10104-2003) 铁路工程抗震设计规范(GB50111
3、-2006) 建筑抗震设计规范(2008 修订版)(GB50011-2001)铁路隧道设计规范(TB10003-2005)。 2.1.2 区间设计文件针对本隧道存在的断层构造发育、岩体种类繁多、岩性界面形态复杂的特点,结合本隧道水下施工的特点,将施工超前地质预报作为一道施工工序纳入设计,设计按照“安全第一、预防为主”的原则制定,即超前地质预报采用以地质分析为主,长距离宏观预报与短距离精确预报相结合、超前探孔与物探相结合、多种物探方法相互补充验证、定性与定量相结合的综合超前预报方案,具体方案如下:精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(1)TSP超前探测:全程进行TSP超前探测,对断层破碎带
4、、裂隙发育带、岩性界面处进行重点探测。(2)红外探水:采用红外探水仪探测,对隧道海域段进行水文探测。(3)地质雷达探测法:地质雷达通过向地层中发射宽带、高频电磁波,并对所接收到的反射波进行一系列处理,精确地测定出电磁脉冲传播到目标物并反射回来的时间,由此来确定目标物的深度和位置等,探测距离较短,尤其对断层破碎带探测较为有效。在区间隧道重点地段,根据现场实际需要布置。(4)超前地质探孔:通过钻孔直观的了解前方地质、水文情况。2.1.3 详勘地质报告成果资料详见详勘阶段地质勘查报告。2.22.2 编制范围编制范围编制范围为青岛市地铁8号线大洋站至青岛北站区间,具体里程见表2-1:表2-1区间里程表
5、 各级围岩长度(m)编号隧道名称起迄桩号长度(m)工程地质概况YDK38+895.0631隧道右线YDK42+76438692141.5622.51105ZDK38+895.0632隧道左线ZDK42+770.693875微中风化流纹岩、安山岩、凝灰岩,强中风化泥质粉砂岩、角砾岩,硬塑粉质粘土,软塑淤泥质土2141.4629.21104.4第第三三章章 地地质质预预报报的的目目的的(1)进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题,进而指导隧道施工的顺利进行,减少隧道施工的盲目性;(2)降低隧道施工地质灾害发生的几率,保证隧道施工安全;(3)为隧道动态设计和信息化施工提供基础资料,使隧道设计施
6、工更科学、安全和快捷;(4)为编制竣工文件提供地质资料,为隧道长期安全运营提供基础资料。第第四四章章 隧隧道道超超前前地地质质预预报报方方案案制制定定原原则则4.14.1 分级原则分级原则精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业根据隧道的工程地质与水文地质条件,就地质因素对隧道施工影响程度及其诱发环境问题的程度等,分段对隧道进行地质复杂程度评价与分级。不同级别的地段、不同的地质问题采取不同的预报方法组合。隧道地质复杂程度分为很复杂、复杂、中等复杂和简单四级,具体分级方法见表 4-1。 隧道地质复杂程度分级方法 表 4-1 复杂程度分级 影响因素很 复 杂复 杂中 等 复 杂简 单岩溶发育程度
7、强烈发育,以大型暗河、廊道、较大规模溶洞、竖井和落水洞为主,地下洞穴系统基本形成中等发育,沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀,中小型串珠状洞穴发育,地下洞穴系统未形成,有小型暗河或集中径流弱发育,沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴,裂隙连通性差,少见集中径流,常有裂隙水流微弱发育,以裂隙状岩溶或溶孔为主,裂隙不连通,裂隙透水性差涌水涌泥程度特大型涌突水(涌水量m3/d)、大型涌突水(涌水量10000m3/d) 、突泥,高水压大型涌突水(涌水量100010000m3/d)、突泥中型涌水(涌水量1001000m3/d)、涌泥小型涌水(涌水量100m3/d),涌突水可能性极小断层稳定程度大型
8、断层破碎带、自稳能力差、富水,可能引起大型失稳坍塌中型断层带,软弱,中弱富水,可能引起中型坍塌中小型断层,弱富水,可能引起小型坍塌中小型断层,无水,掉块地质复杂程度(含物探异常)地应力影响程度极高应力(Rc/max4), 开挖过程中硬质岩时有岩爆发生,有岩块弹出;软质岩岩芯常有饼化现象,岩体有剥离,位移极为显著高应力(Rc/max=47),开挖过程中硬质岩可能出现岩爆,岩体有剥离和掉块现象;软质岩岩芯时有饼化现象,岩体位移显著精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业瓦斯影响程度瓦斯突出:瓦斯压力P0.74Mpa,瓦斯放散初速度P10,煤的坚固性系数 f0.5,煤的破坏类型为类及以上高瓦斯:全
9、工区的瓦斯涌出量0.5m3/min 低瓦斯:全工区的瓦斯涌出量0.5m3/min无地质因素对隧道施工影响程度危及施工安全,可能造成重大安全事故存在安全隐患可能存在安全问题局部可能存在安全问题诱发环境问题的程度可能造成重大环境灾害施工、防治不当,可能诱发一般环境问题特殊情况下可能出现一般环境问题无4.24.2 适用原则适用原则隧道施工超前地质预报方法有多种,特别是物探方法,种类繁多,目前还没有任何一种物探方法能够适用于所有不良地质的探测。隧道施工超前地质预报方案设计应针对不同隧道存在的不同地质问题,选择适用的预报方法,特别在物探方法的选择方面,应通过一种或多种物探方法的有效组合,发挥不同物探方法
10、的优势,以达到预报目的。4.34.3 连续及全覆盖原则连续及全覆盖原则隧道施工超前地质预报应该覆盖全隧道,隧道各段落的预报可依据其地质条件复杂程度选用不同的地质预报方法及手段,但整个隧道的超前地质预报工作应遵循连续预报的原则,即应避免地质条件差时重视开展超前地质预报工作,地质条件好时忽视超前地质预报工作的做法。4.44.4 动态管理原则动态管理原则隧道施工超前地质预报方案设计依据的基础地质资料是区域地质资料及隧道勘察成果资料等,隧道施工过程中隧道的工程地质条件与水文地质条件可能会发生一定的变化。隧道施工超前地质预报方案应依据变化的地质条件进行实时调整,调整的内容包括预报方法及手段的调整、预报工
11、作量的调整等。第第五五章章 地地质质概概况况5.15.1 地层岩性地层岩性场区第四系厚度0.0038.40m,主要由第四系全新统人工填土层(Q4ml)、海积层(Q4m)、洪冲积层(Q4al+pl)及上更新统洪冲积层(Q3al+pl)组成。基岩为白垩系青山群流纹岩、安山岩、凝灰岩和王氏群泥质砂岩及火山角砾岩等。受断裂影响,部分地段揭精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业露砂土状块状碎裂岩、糜棱岩等构造岩。现按地质年代由新到老、标准地层层序自上而下分述如下:5.1.1 第四系5.1.2 基岩5.25.2 地质构造地质构造5.2.1 区域地质构造5.2.2 近场区地质构造5.35.3 不良地质作
12、用与特殊性岩土不良地质作用与特殊性岩土5.3.1 不良地质作用(1)地震液化(2)软土震陷5.3.2 特殊性岩土(1)人工填土(2)软土(3)风化岩(4)构造破碎带5.45.4 水文地质条件水文地质条件5.4.1 地下水类型及赋存状态5.4.2 地下水补给5.4.3 岩土体渗透性第第六六章章 超超前前地地质质预预报报方方案案6.16.1 超前地质预报方案超前地质预报方案在研究隧道已有的地质资料(区域地质资料、隧道勘察资料及其他专项评估报告等)的基础上,进行隧道风险因素分析识别,识别隧道主要的地质风险因素,即隧道施工存在的主要不良地质及特殊地质现象,以及这些不良地质及特殊地质的具体分布段落。依据
13、识别出的地质风险因素,进行隧道地质复杂程度分级,明确隧道施工超前地质预报选用的手段及方法,以及各种手段、方法应用的具体段落部位、施做频次、前后搭接长度、工作量大小等。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业针对隧道施工存在的地质问题,并依据其复杂程度,结合设计要求,本次开展超前地质预报方法主要采用地质素描、TSP、地质雷达、红外探测和超前地质探孔等方法,采用长距离宏观预报与短距离准确预报相结合,地质方法与物探方法、钻探方法相结合,多种物探方法相结合的综合预报方法,开展多层次、多手段的超前地质预报。具体方案如下:(1)TSP 超前探测:对隧道全程进行探测,重点探测隧道围岩的完整程度、地下水发育
14、情况等,根据地层情况每次预报长度 100150m,前后两次预报搭接长度不小于10m。(2)地质雷达:在TSP长距离探测的基础上,采用地质雷达进行短距离精确探测,每次预报长度1530m,两次搭接不少于5m。(3)红外探水:对隧道海域段及陆域段地下水丰富的洞段进行探测,重点探测地下水发育情况,掌握掌子面前方的富水情况,每次预报长度30m,前后搭接长度不小于5m。(4)超前地质探孔:在隧道断面上方设3个90超前地质探孔,对隧道全程进行探测,直观探测前方地层及地下水发育情况,掌握掌子面地质情况,每次预报长度30m,前后搭接长度不小于5m。具体工作方法如下:6.1.1 隧道左线预报方案 表 6-1 隧道
15、左线预报方案 隧道里程段综合围岩分级全段采取的预报方案ZDK38+895.063ZDK42+770.69TSP203、红外探水、地质雷达、超前地质探孔6.1.2 隧道右线预报方案表 6-2 隧道右线预报方案 隧道里程段综合围岩分级全段采取的预报方案YDK38+895.063YDK42+764TSP203、红外探水、地质雷达、超前地质探孔6.1.3 预计超前预报工作量表 6-3 计划工作量 预报长度(m)隧道名称红外探测TSP地质雷达地质钻孔精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业隧道左线2537387538753875隧道右线2537386938693869合计507477447744774
16、46.26.2 超前地质预报实施流程超前地质预报实施流程隧道施工超前地质预报工作采用长短结合、上下对照、定性与定量相结合,多方法、多频次相互印证的原则,进行综合施工超前地质预报,以提高重点地段预报的质量和精度。综合施工超前地质预报流程图见图 6-1: 长距离预报地质调查及素描超前水平钻探 隧道施工施工方案地质综合判析短距离预报中长距离预报研究既有资料制定预报方案TSP203预报正常异常图 6-1 综合超前地质预报工艺流程图第第七七章章 超超前前地地质质预预报报技技术术要要求求7.7.1 1 TSPTSP 超前地质预报超前地质预报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
17、制开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,弥补传统地质预报方法只能定性预报无法定量预报的缺陷。它不仅可以及时地为隧道施工变更施工工艺提供依据,而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性,为隧道施工提供施工更安全保障,减少人员和设备的损伤,同时也就带来很大的经济效益。TSP203 每次可探测 100200m,为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报,每开挖 100m 预报一次,重叠部分(不小于 10m)对比分析,每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。7.2.1 预报原理 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业TSP203 超前地质预报系统是利用
18、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。原理示意图见图 7-1图 7-1 TSP203 原理示意图7.2.2 设备采用 TSP203plus 超
19、前地质预报系统,系统主要组成:(1)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。(2)接收器(检波器):三分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。(3)TSPwin 软件:数据采集和处理集于一体。设备全图见图 7-2。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 7-2 TSP 设备全图7.2.3 测线布置(1)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
20、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。(2)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 10-20(激发时水封填炮孔)。高度:离地面约 1m。7.2.4 数据采集与分析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。(1)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。具体的洞内部分采集
21、见图 7-3。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 7-3 TSP203 洞内数据采集部分示意图 (2)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质。 (3)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
22、,报告一般包括:成果资料、现场数据记录表、岩石参数曲线图(横坐标为里程)、二维结果图(横坐标为里程)及岩石参数表。7.7.2 2 地质雷达超前探测地质雷达超前探测作为 TSP203 超前地质预报的补充,在地质条件复杂的地段,使用地质雷达进行超前探测,对 TSP 探测的资料进行有效的对比,确定异常体的规模、性质、危害性有困难时采用地质雷达作为补充手段,以提高重点地段预报的质量和精度。(1)有效探测距离:地质雷达的有效探测距离在完整岩石地段约 30m,在发育地段根据雷达波形判定。两次预报的重复长度 5m 左右。 (2)仪器要求:用于超前地质预报的地质雷达天线使用中心频率为 100MHz 的低频屏蔽
23、天线。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(3)现场数据的采集:现场数据采集主要是在掌子面上进行,采集前应对掌子面进行平整处理,使雷达天线与掌子面能有较好的藕合,在掌子面附近应没有其它的金属物体。雷达测线在掌子面上呈“井字形布置,测线长度根据天线长度决定,在有限的掌子面上尽可能的长。采用两种不同中心频率的天线在相同的测线上重复观测,一般应采取连续观测方式。 应充分利用避车洞或超前钻探揭露的地质界面等有利地段求取地层的相对介电常数和电磁波速度。(4)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、
24、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释。 (5) 使用的仪器为瑞典的 RAMAC/GPR 型地质雷达。(6) 提交资料 :室内计算机分析处理一般在 12 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
25、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。7.7.3 3 红外线探水红外线探水(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,红外线探水精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业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)现场数据采集在施工隧道的隧顶和两侧边墙的中部
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