五监理渝黔隧道超前地质预报实施方案.doc

重庆至贵阳铁路扩能改造工程站前工程

隧道超前地质预报实行大纲

中国中铁
编制：
复核：
审核：
审批：

中铁一局集团
中铁一局渝黔铁路土建八标项目经理部
2023年7月23日
目录
1 编制依据、编制原则和编制范围 1
1.1 编制依据 1
1.2 编制原则 1
1.3 编制范围 1
2工程概况 2
3 地质概况 2
3.1工程地质特性 2
3.2水文特性 2
3.3气象特性 2
4地质复杂限度分级 3
5隧道地质超前预报工作目的 4
6超前地质预报方案 5
6.1隧道地质超前预报工作内容 5
6.2隧道地质超前预报技术方案 5
7超前地质预报工作流程及操作要点 16
7.1超前地质预报流程 16
7.2操作要点 17
8超前地质预报组织机构设立及投入的人力、设备资源 17
8.1组织机构设立 17
8.2预报监控人员设备 18
8.3预报设备 19
9质量规定 19
10安全措施 19
11成果资料编制的内容与规定 20
11.1现场超前地质预报成果 20
11.2汇编资料 20
11.3超前地质预报资料规定 21
12工作制度 21
12.1现场预报监控组织机构的建议 21
12.2成立巡视组、督导组 21
12.3超前地质预报工作小组 22
12.4协作事项规定 22
12.5预报检测准备工作 23
13.地质预报成果的验证及技术总结的规定 24
13.1超前地质预报成果的验证 24
13.2技术总结规定 24
14其他需要说明的问题 24
附表一：人员表 25
附表二：机械表 26

1编制依据、编制原则和编制范围
1.1编制依据
（1）《铁路隧道设计规范》TB10003-2023
（2）《铁路隧道施工技术规范》TB10204-2023
（3）《铁路工程物理勘探规程》TB10013-2023
（4）《岩土工程勘察规范》GB50021-2023
（5）《铁路隧道工程施工技术指南》TZ204-2023
（6）《新建铁路工程测量规范》TB10101-99
（7）《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2023】105号）
（8）《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121-2023
（9）《铁路工程基本作业施工安全规程》TB10301-2023
（10）《铁路隧道工程施工安全技术规程》TB10304-2023
（11）《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设【2023】-200号）
（12）《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的告知》（铁建设【2023】-120号）
（13）《关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的告知》（建技【2023】-352号）
（14）渝黔铁路YQZQ-8标隧道地勘报告、设计文献。
（15）现场踏勘所取得的有关工程地质、水文等调查资料。
1.2编制原则
（1）遵循协议文献的原则。严格按协议规定开展隧道施工超前地质预报征询服务工作。
（2）遵循“安全第一、防止为主”的原则。严格按照安全操作规程，从制度、管理、方案等方面制定切实可行的措施，保证安全。
（3）遵循信息化施工原则，采用快速监测——快速反馈的技术路线，强调监测及超前预报结果的反馈应用，对施工进行指导。
1.3编制范围
改建铁路重庆至贵阳线扩能改造工程渝黔铁路隧道施工超前地质预报服务第八协议段所有隧道。
2工程概况
线路起于渝黔交界处D1K114+664.20，途中有羊角二号隧道（1144m）、夜郎隧道（4959米）、阳关塘隧道（451m）、何家沟一号隧道（2794.841m）、何家沟二号隧道（82m）、萎家沟1号隧道（2113m）、萎家沟2号隧道（278m）、梨树坪一号隧道（2238m）、梨树坪二号隧道（1649m）、五重角隧道（299m）、长石梯隧道(437m)、团山堡隧道（204m）、文昌阁隧道（2612m）、花园坪一号隧道（921m）、花园坪二号隧道（320m）至石溪河桥尾终点（DK164+342.17）。
监理站管段线路被六标、七标正在施工的天坪隧道和新凉风垭隧道提成三段工程，即：D1K114+664.20～D1K116+256.31、DK130+243～DK149+773.274、DK157+690～DK164+342.17三段。
3地质概况
3.1工程地质特性
沿线的地质岩性情况涉及灰岩、页岩夹灰岩、砂岩、白云岩、白云岩夹泥、灰岩夹页岩、白云质灰岩、泥灰岩、页岩、泥岩夹砂岩、粉质黏土、块石土、红黏土等。本标段隧道地质较为复杂，重要涉及岩溶、岩堆、顺层偏压、断层、背斜、向斜、裂隙等构造。隧道施工也许碰到各种规模岩溶、洞穴、溶蚀等，极易产生股状涌水、突水、突泥、塌方等灾害，对工程导致较大的不利影响。
3.2水文特性
本标段隧址区地层岩性及其组合特性、地下水赋存条件、水理性质和水力特性，可将隧址区地下水类型划分为：第四系松散岩类孔隙潜水、碳酸盐加碎屑岩类裂隙溶洞水、碎屑岩类加碳酸盐岩裂隙溶洞水、碳酸盐岩类溶洞水、基岩裂隙水等。
本标段隧道除新娄山关隧道会出现小股的涌水，剩余所有都有较大涌水现象。预测涌水量：最小涌水量1070m3/d，最大涌水量51500m3/d。
3.3气象特性
测区属亚热带湿润季风气候，气候特点是冬暖春早，夏热秋凉，四季分明，无霜期长；空气湿润，降水丰沛；太阳辐射弱，日照时间短；多云雾，少霜雪；光温水同季，立体气候显着，气候资源丰富，气象劫难频繁。
4地质复杂限度分级
4.1、超前地质预报应实行分级管理，根据地质灾害对隧道施工安全的危害限度对工程进行灾害分级，采用不同地质预报方案。
4.2、根据地质灾害对隧道施工安全的危害限度，地质灾害分为以下四级。
A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可熔岩与非可熔岩接触带，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，也许产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及认为抗洞等。
B级：存在中、小型突水突泥隐患的地段，物探有较大异常的地段，断裂带等。
C级：水文地质条件较好的碳酸盐及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的也许性较小。
D级：非可熔岩地段，发生突水突泥的也许性极小。

第八协议段隧道基本情况一览表
序号
名称
起始里程
终止里程
长度(m)
围岩级别
地质复杂限度分级
Ⅱ级
Ⅲ级
Ⅳ级
Ⅴ级
1
羊角二号隧道
D1K114+672
D1K116+062
1144

820
194
130.023
B级
2
夜郎隧道
DK130+402
DK135+361
4959

3400
1200
359
B级
3
阳关塘隧道
DK135+739
DK136+190
451

220
231
C级
4
何家沟一号隧道
D3K139+286
D3K142+096
2794.841

450
1870
474.841
B级
5
何家沟二号隧道
D3K142+241
DK142+323
82

82
C级
6
萎家沟一号隧道
D3K142+415
D3K144+528
2113
1015
410
460
228
B级
7
萎家沟二号隧道
D3K144+575
D3K144+853
278

115
50
113
C级
8
梨树坪一号隧道
D3K145+448
D3K147+686
2238
1040
70
920
208
C级
9
梨树坪二号隧道
D3K147+800
D3K149+449
1649

720
490
439
B级
10
五重角隧道
DK157+705
DK158+004
299

90
209
C级
11
长石梯隧道
DK158+208
DK158+645
437

184
253
B级
12
团山堡隧道
DK158+803
DK159+007
204

204
C级
13
文昌阁隧道
DK159+255
DK161+867
2612

2156
335
121
A级
14
花园坪一号隧道
D1K161+550
D1K162+471
921

380
541
B级
15
花园坪二号隧道
D1K162+645
D1K162+965
320

118
129
73
C级
合计

2055
8259
6522
3665.864

5隧道地质超前预报工作目的
隧道是建筑在地下的隐蔽工程，地下地质条件复杂，潜在、无法预知的地质因素较多：①多变的地质条件；②地层破碎带/断层；③岩溶；④富水岩层。
进行隧道地质超前预报的目的是：提供隧道掘进前方的地质情况，涉及围岩的完整性、断层破碎带和溶洞的规模及位置、不良地层的赋水情况，进而做出对围岩类别的划分和坑道开挖时稳定性的分析，为设计变更及施工方法改变提供工程地质依据，以保证隧道施工顺利进行和工程安全。
6超前地质预报方案
6.1隧道地质超前预报工作内容
具体说明隧道掌子面围岩的岩性、结构、构造、裂隙发育限度、含水情况、围岩等级等，并对预报范围内围岩的以上几个方面涉及不良地质体（破碎带、断层、岩溶等）作出判断、定位，提出相应的建议施工措施。重要内容涉及：
（1）拟定掌子面范围内地质条件变化情况及对施工的影响限度；拟定也许出现塌方、滑动的部位、形式、规模及发展趋势，并提出相应解决措施。
（2）拟定掌子面前方一定范围内也许出现的忽然涌水的地点、涌水量大小、地下水泥砂含量及对施工的影响；拟定也许发生的岩爆、大变形、软岩内鼓及对施工的影响限度。
（3）拟定隧底、隧周一定范围内也许出现的溶洞、含水断层、含水溶洞、地下暗河的地点对施工的影响；拟定也许发生的塌陷、忽然涌水对施工的影响限度。
（4）对隧道将要穿过的不稳定岩层、较大断层作出预报，以便及时改变施工方法或做好应急措施。
（5）判断超前地质预报所获得的工程和水文地质信息与设计文献中提供的工程和水文地质信息有无差异和变化，对地质条件的差异和变化，提出是否加强或减少原设计参数的建议及相应措施，并对开挖过程中围岩稳定性进行分析。
（6）对隧道开挖进行地质跟踪编录、素描，并将设计阶段、地质预报阶段以及隧道开挖后实际情况进行对比分析；绘制隧道洞身地质展示图；地层分界线及构造线隧道内和地表相关性分析图；地质复杂地段纵、断面图。
（7）根据现行围岩分级规范、规程，对已开挖隧道部分的围岩情况，根据地质预报与围岩监测结果提出围岩分级建议进行分级。
6.2隧道地质超前预报技术方案
（1）隧道地质超前预报工作规定
①提供掌子面前方及开挖段范围内的地质情况；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预报成果报告应涉及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鉴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。
（2）测试方法组合及重要工艺
各测试方法的测试内容表
测试内容
测试方法与仪器(人)
探测范围
精度
岩土力
学信息
测线及
测点布置
TSP202隧道震波超前预报仪
100-150m
精度一般
好（纵横波）
在隧道的一侧布置测点
地质雷达
20-35m
精度高
非直接
类比
掌子面上布置横两条，竖三条
红外探水仪
前、上、两侧30m
精度一般

全方位探测（拱顶、拱腰、边墙、隧底）
超前钻孔
30-100m
精度高

地质素描
10m
精度一般

加深炮眼
5m
精度高

地质工程师判读
掌子面观测
精度一般
好
与进尺循环同步
为提高预报结果的可信限度，一般应采用两种以上的测试方法，以便将不同测试方法所获资料进行对照比较，或使不同测试方法互相补充和验证结果。采用的测试方法为地质雷达、地震反射波与地质工程师判读相结合。具体安排如下：
①地质超前预报测试安排
地震反射波预报查明工作面前方100m～150m范围内规模较大、严重影响隧道施工（导致塌方）的不良地质体的性质、位置、规模及含水性；并按照不良地质体和断层影响带的理论特性，结合预测段内出露的岩石及涌水量，初步预测围岩类别，使有关各方提前掌握不良地质和围岩类别的变化，防患于未然。
地质雷达具体探测掌子面前方20～35米范围地层细部异常情况，再根据所探异常地质情况解读分析结果。地质工程师坚持平常坑道内观测，注意地表结构、地层岩性、支护状况的变化，结合物探资料，做出地质超前预报。在隧道的纵向测试区间如下：

超前预报测区布置图
上表中所述测试区间见上图所示。超前地质预报地质雷达测线布置图见下图所示。

地质雷达预报测线示意图
（3）地质调查分析
①区域地质资料的收集。熟悉设计文献、资料和图纸，把握隧道所处地质、构造、水文地质背景，初步拟定隧道地表补充地质调查的范围、重点不良地质现象及重点地段。
②地表补充地质调查与推断。通过对隧道影响区域内补充地质调绘，对前期的地质调绘以及勘察资料进行复核对比。重点对地层岩性与构造变化，围岩风化限度进行分类归纳；对碳酸盐岩隧址区岩溶现象、限度、规模进行调查分析，掌握隧道影响区内溶蚀孔洞的空间方位及隧道的关系；对隧道影响区内水文地质环境进行调查推断，掌握隧道范围内岩溶及地下水循环系统及各类赋存条件；将隧道影响范围内断裂破碎带作为重难点调核对象，推断破碎带的规模、方位以及与隧道几何关系等。据此预测隧道在施工过程中也许发生的施工地质灾害。
③洞内、外观测。洞内观测的内容重要有掌子面记录描述与支护观测点的巡查。掌子面记录描述涉及围岩岩性，岩体结构特性，不良地质体性质、产状及特性，水文地质特性，工作面开挖稳定情况等；支护观测点的巡查记录重要内容涉及初期支护表面特性，有无混凝土裂隙、剥离裂缝，有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象等。洞外观测应注意观测进出口仰坡喷射混凝土层表面和排水沟混凝土变化，得到地表变形情况。
（4）应用地质雷达系统进行短距离超前地质预报
为满足本项目的工作目的，工作内容和工作规定，采用地质雷达。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碰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，再次碰到界面时，又产生反射波返回地面。接受到反射波并运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。
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，可保证数据采集的对的可靠；配备有多种频率的天线，可根据需要选择使用，以达成需要的分辨率和控测深度；配有各种专用测量轮，使用时可达成精拟定位。
地质雷达可在隧道表面以扫描的方式无损探测，测点密度可达0.5cm或更高，如同沿测线垂直于衬砌表面切一剖面，观测其内部情况。因空气与混凝土或围岩的介电常数差异较大，所以雷达图像对空洞或较大空隙有明显的反映。因而地质雷达探测衬砌厚度、衬砌背后空洞、空隙是十分有效的。

地质雷达
地质雷达的预测距离可达成50m，为提高预测精度，本方案采用每20m～35m左右预测一次。
报告撰写：通过数据采集和预报分析，通过地质工程对掌子面情况的观测，并结合隧道前期地质勘察报告、前期施工地质素描，接受的电磁波信号进行解译，形成书面报告。雷达超前地质预报分析报告应在测试完毕后的3天内提交相关各部门。书面报告的内容涉及：
1）测试过程整体情况；2）测试成果分析依据、结果（断层、软弱破碎带、富水区分布）；3）掌子面前方地质情况的剖面图和简明的文字说明；4）对开挖过程中围岩稳定性的评价。
（5）应用TSP202系统进行长距离超前地质预报
TSP系统工作原理为：少量炸药爆炸后激发的地震波在岩石中以球面波形式传播，本地震波碰到岩石物性界面（即波阻抗差异接口，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震波信号反射回来，一部分地震波信号透射进入前方介质，反射的地震波信号将被高灵敏度的地震检波器接受。由于反射信号的传播时间和反射界面的距离成正比，故能提供一种直接的测量。通过专用的TSP软件快速建立地震波波速数学模型，计算和输出隧道掌子面前方及四周的岩石力学参数。其重新开发的、具有强大数据解决功能的算法编程可最大限度地保证测量数据评估的可靠性和准确度。TSP可绘出2维或3维效果图，并将所测得的数据以图形或表格的方式输出到外围设备。通过对隧道地质断层结构的直观分析，便于现场施工人员不久计算出危险位置之所在。
TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图

TGP超前预报测线示意图
TSP的预测距离可达成200m，为提高预测精度，本方案采用每100m～150m左右预测一次。

地震反射波法接受孔和炮孔平面布设图
撰写报告：书面报告的内容涉及：1）测试获得的基本数据情况；2）测试成果分析依据、结果（断层、软弱破碎带、富水区分布）；3）对隧道施工、隧道地质短期预报的建议。
（6）应用红外探水仪系统进行短距离探测隐伏水体或含水构造。
1)红外探测概述
　地质体每时每刻都在由向外部发射红外能量，并形成红外辐射场。地质体由内向外发射红外辐射时，必然会把地质体内部的地质信息，以红外电磁场的形式传递出来。
　当隧道前方和外围介质相对比较均匀，且不存在隐蔽灾害源时，沿隧道走向分别对顶板、底板、左边墙、右边墙向外进行探测，所获得的红外探测曲线，具有正常场特性。当隧道断面前方或隧道外围任一空间部位存在隐蔽灾害源时，隐蔽灾害源产生的灾害场就一定会迭加到正常场上，使正常场中的某一段曲线发生畸变，畸变段称作红外异常。红外探测就是根据红外异常来拟定隐蔽灾害源的存在。隐蔽灾害源是指含水断层、含水溶洞、地下暗河。
　红外探测仪，它可将探测场强数据储存在仪器内，用通讯电缆与微机连接后，可将探测数据直接传输至微机，实现快速准确成图。
2)红外探水仪在超前地质预报中的作用
　在复杂地质条件下，特别是岩溶发育地区，相对掘进隧道的隐伏水体或含水构造，除了出现在掘进前方之外，还也许出现在顶板上方、底板下方、两边墙外部。针对复杂水文地质特点，红外探测仪可实现全空间全方位探测。其具体地质预报内容如下：
①通过超前探测可预报掘进前方30米范围内有无含水断层和溶洞。
②通过对顶板上方探测，可拟定隧道上方30米范围有无含水层或含水构造。
③通过对底板下方探测，可了解下方有无含水构造，以防止滞后突水。
④分别向两边墙外部探测，了解30米范围内有无含水体或者含水断层，以防止含水断层在前方与隧道相交导致大突水。
撰写报告：书面报告的内容涉及：1）测试获得的基本数据情况；2）测试成果分析依据、结果（隐伏水体或含水分布）；3）对隧道施工、隧道有无含水短期预报的建议。
（7）超前地质钻孔
超前地质钻孔是对TSP202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，超前地质钻孔的位置、孔深、数量、取芯等由地质人员根据物探预报成果并结合掌子面附近的地质情况综合分析拟定。
1)超前地质探孔特点
优点：可以直接从取出的岩芯或岩粉中了解前方的地质情况，方法直接可靠。
缺陷：往往以一孔或几个孔代表掌子面前方的整体，具有局限性；对隧道施工干扰大，通常一个循环的超前探孔需要中断隧道施工10～20小时。为了尽也许减少对隧道施工的干扰，超前地质探孔施工由施工单位提供风水电及施工作业台架、台架运移轨道及钻机台板，钻机通常放在专用的钻机台车上，把钻机台车直接拖到掌了面，固定台车，连接电源、风管和水管即可施工。施工完毕后，把台车拖到洞外。这样能减少钻机在洞内安装和拆卸占用隧道施工的时间（通常钻机安装和拆卸需要3～5小时）。
2)钻进方式
在含煤地段，严禁采用冲击钻进，应采用湿式取芯钻进；其它地段采用冲击钻进。
3)钻孔数量及深度
在一般地段每循环钻1个孔，在岩溶段、富水段、采空区可根据需要钻2～3孔，碰到特大异常（高水压、高瓦斯等），钻孔可增至3～5孔，深度30～100m，以探明前方地层完整性、断层、岩溶、瓦斯、采空区及地下水发育情况（水量、水压、水温、悬浮物等）。
施钻深度满足设计规定并经现场技术人员拟定签认后方可停钻。循环预报搭接长度以3～8m岩盘为宜，以此做安全储备及止浆岩盘。
4)钻孔布置及其参数
掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

掌子面超前钻孔布置图5

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