超前地质预报作业指导书.doc

超前地质预报施工作业指导书
1.目的
开展综合超前地质预测预报，查明隧道破碎带等不良地质情况，保证隧道施工安全。
2.编制依据
1.1国家及铁道部现行的客运专线设计暂行规定、施工质量验收暂行标准、施工技术指南、安全技术规范；《高速铁路隧道工程施工指南》、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》、《铁路隧道监控两侧技术规程》。
1.2经审核合格的施工设计图纸、设计文献、设计数据。
1.3建设单位组织的设计技术交底纪要及有关文献、告知。
3.合用范围
合用于Ⅳ、Ⅴ级围岩段隧道工程。
4.作业准备
隧道围岩是复杂多变的，不良地层结构会导致隧道坍塌，涌水等事故的发生，为了保证隧道安全施工和工程质量，在设计勘测资料和理论分析的基础上，应将超前地质预测、预报纳入正常施工工序中，作为隧道“信息化”施工的重要组成部分，并形成制度，做好预测记录和分析总结，并根据隧道的长度和地质情况采用适宜的预报方法。
5.技术规定
根据地质复杂限度分级，对不同地段进行地质预报分级，不同类型和级别的地段采用不同的预报方法。
5.1地质预报分级
根据地质灾害对隧道施工安全的危害限度，将地质预报分为以下四级：
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，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、放射性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、突泥也许性较小的地段。
D级：非可溶岩地段，发生突水突泥也许性较小的地段。
5.2不同地质风险地段预报方式
A级：采用地质素描法、地震波反射法、地质雷达探测法、红外探测法、超前水平钻探、掌子面地质素描等手段进行综合预报，一方面以地质素描法进行长距离预报，然后采用中长距离地震波反射法和短距离物探法相结合进行预报，同时进行超前水平钻探检查。
B级：采用地质素描法、地震波反射法辅以地质雷达探测法、红外探测法、进行必要的超前水平钻探，当发现局部地质条件复杂时，按A级规定实行。
C级：以地质分析法为主，对重要的地质地层界面断层或物探异常地段可采用地震波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻探。
D级：采用地质分析法。
6 施工程序与工艺流程
6.1施工程序
根据《铁路隧道超前地质预报技术指南》采用地质素描方法、钻探方法、物探方法相结合，长距离、中长距离、短距离预报相结合的综合预测预报手段。
⑴长距离地质预报重要采用地质分析法或地震波反射法，根据设计提供的地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特性、其它不良地质及特殊地质发育情况进行宏观预测预报，预报距离一般＞100m，并根据揭示情况进行不断的修正。
⑵中长距离预报是在长距离预报的基础上采用红外探测法或超前水平钻探法等对掌子面前方30～100m范围内的地质情况作进一步的预报，如对不良地质体的位置、规模、性质作较为具体的预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况等。
⑶短距离预报是在中长距离预报的基础上采用地质雷达和加深炮孔探测法等进行预报，探明掌子面前方30m范围内地层岩性、地质构造、不良地质及地下水出露情况等，对也许有突泥、突水和其它不良地质情况的地段应进行钻孔验证。

6.2工艺流程

根据设计文献
分析区域性地质资料

地质素描法
地震波反射法
分段确认
进一步判断
拟定预测对象及测程
长距离
＞100m
中长距离
30～100m
短距离
＜30m

红外探测法
超前水平钻探

地质雷达探测法
加深炮孔
初步拟定不良地质体的厚度和范围
有
无
按原施
工组织
方案进
行施工
按测程、用不同
方法互相验证：
断层破碎带、溶洞、膏溶角砾、洞穴、突水涌泥、含水构造等规模及位置

制定施工方案
及抢险预案、准备物资、机械等

准确测定断层破碎带、膏溶角砾、洞穴、突水涌泥、含水构造等规模及位置、重视侧后方的溶洞、涌水

实行施工方案
检查远程预报的准确性
检查中程预报的准确性
信息反馈
有
无

超前地质预报工艺流程

7.施工规定
超前地质预报方法表
地质超前预报的方法
预测预报手段
仪器
预报内容
预报频率
及计划
地质分析法
地质
素描
罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简朴工具
重要对开挖面围岩类别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、断层分布和形态、地下水等情况进行观测和测定后，绘制地质素描图，通过对洞内围岩地质特性变化分析，来推测开挖面前方的地质情况。
地质素描在每次开挖后进行
物探法
TSP技术
TSP203超前预报仪
重点探查规模较大破碎带、裂隙发育带等。
每隔100m用TSP203探测一次
探地雷达周边探测
SIR－10B型地质雷达
重点进行隧道周边的地质体探测，查找隧道周边隐伏的地质破碎带及其它不良地质体，防止开挖通过后，隧道顶板、底板及侧壁出现灾害性的突水突泥。

每隔30～40m内
红外探测法
红外探水仪
根据构造探测结果，趋近不良地质体和地质异常体时，运用便携式红外线探水仪进行含水构造探测。当洞内个别区段渗水量较大时，亦用红外探水仪探测预报，探明隧道周边隐伏的含水体。
每隔20m～30m对掌子面进行一次含水构造探测
水平钻孔法
超前地质钻孔
水平超前地质钻机
施工中将超前钻孔作为重要的探测手段，用以验证超前地质预报的精度，并直接探明涌水压力及其含量。水平超前钻深孔孔径为108mm，中孔孔径为50mm。
每次钻孔深度30~50m，必要时进行取芯分析。
加深炮孔探测法
长炮孔
风钻
可用于各种地质条件下隧道的地质超前探测，特别合用于岩溶发育区。
孔深较爆破孔（或循环进尺）深3m以上
根据现有的地质勘测资料，对隧道不良地质段进行补充地质探查。在隧道工作面按照“由远至近，逐步加密”的方法进行探测。
7.1地质素描
开挖后通过对围岩类别、岩性的判断，围岩风化限度、节理裂隙、产状、断层分布和形态，地下水等工程地质及水文地质情况进行观测和测定后，绘制剖面、平面地质素描图，并结合位移量测和超前地质预测、预报资料来判断前方地质情况，据以指导施工。
7.2地质雷达
探地雷达（Ground Penetrating Radar简称GPR）用于浅层地质结构、构造、岩性、物性检测的新技术。它以超高频脉冲电磁波为震波，多以自激自收的形式，可采用连续、间断两种方式探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。具有快速、无损、连续检测、实时显示等特点。用于探测地下十几米深处内的地层介质分布、目的详查、缺陷检测、病害调查等。
电磁波通过天线向地下发射，碰到不同阻抗介面时，将产生反射波和透射波。接受机运用分时采样原理和数据组合方式，把天线接受的信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供人判释。它重要配合地震反射法，通过测定与岩溶含水性有关的介电常数的变化探测充水的地质体，如含水的断层、岩性界面和溶洞等。它对隧道底板、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测效果最佳。
隧道衬砌检测时雷达天线紧贴隧道衬砌表面，按所需测线连续滑动，可采用打标和测距两种方式进行定位，空间采样率由系统设立和天线滑行速度拟定，雷达主机实时记录每个测点的时距曲线，即时间深度和振幅值，汇集不同测定的时距曲线就构成了一条雷达剖面。
7.3 TSP地震波法
TSP（Tunnel Seimic Prediction）其原理是通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道左侧或右侧以球面波的形式传播，岩层中存在的断层或性质不同的岩层界面将使波的传播发生某些变化：一部分信号在其处发生反射，反射回的信号被高精度的接受器接受，而其它信号继续向前传播。若声波在岩石中的传播速度已知，通过度析反射声波所需的时间，就可以计算出不连续界面的具体位置。最终显示屏上会显示出断层与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离。
7.3.1施工准备
⑴拟定TSP测量剖面：从已开挖的隧道断面拟定岩层走向，一般炮孔布置在断层与侧帮一方面相交的一侧；若地质情况特别复杂，最佳两侧帮都布置炮孔。
⑵测量剖面坐标系的拟定：接受器距掌子面的距离一般为55m，X方向与隧道轴线平行，三维坐标以左手法则拟定，可将零点固定在接受器位置，基准面高出底板1～1.5m。
⑶孔位标定：接受器距第一个炮孔15～20m；各炮孔相距1.5～2.0m，距离可小不能大。炮孔一般为24个，最少不得少于18个。X轴与炮孔同侧。7.3.2钻孔
20m
23×1.5m
下倾10°～20°
上仰5°～10°
接受器孔
炮孔
1m
隧道平面

⑴接受器钻孔：数量2个，两帮对称布置，离地1m，孔径43～45mm，孔深＜2m。用环氧树脂固结时上仰5°～10°，用水泥固结时下倾10°。
⑵爆破钻孔：数量24个，特殊情况下不得少于18个，离地1m，孔径20～45mm，孔深0.8～2.0m，一般为1.5m，下倾10°～20°。
⑶孔位标定：钻孔完毕后，用附件箱中的水平测量仪和钢卷尺量取孔口与隧道轴线、里程的相对位置，钻孔的斜度、深度，并换算成三维坐标值输入电脑中。
7.3.3安装套管
⑴试孔：将没有拆封的四方圆角钢管（见图）插入孔内，以能自由转动为准，否则需扩孔。
25mm
29.8mm
35mm

⑵插管：准备好适配器，适配器一端
为六棱孔，另一端为四方形孔与通用钎尾
焊为一体，长度不大于0.7m。孔内装入锚
固剂（树脂或砂浆），插入套管（有字的方口朝外）。揭开管口护盖，依次安装连接器（一端为六棱柱，另一端为四方柱）、适配器、风钻。用风钻旋转推动套管并搅拌锚固剂，套管顶到孔底（外露＞10cm）后卸去适配器、风钻。
⑶锚固：迅速用连接器的手柄调整套管，使管口的“V”形槽口连线呈水平线，标“groove”朝向掌子面，盖好管口护盖，在此期间不得扰动套管。
⑷标定；约5～10min后锚固剂凝固，用水平测量仪和钢卷尺测出套管的斜度（上仰为－，下倾为＋）、孔口三维坐标，将各参数输入电脑。
7.3.4安装接受器
⑴檫洗套管：揭开管口护盖，在清洁杆或测试器杆的垫圈上喷涂清洁液，捅入套管内檫洗干净。
⑵连接接受器：整个操作过程要小心、谨慎。打开包装箱，接受器由三节长670mm的杆体组成，可以边插边连接。传感器似四棱纺锤形，与套管内壁密贴，插入套管时圆形（黑色）磁铁朝向掌子面。推入一定深度后，轻轻连接延长节，先连电缆芯，后拧连接套。同样连好后座部分。
7.3.5系统安装
⑴在接受器附近选择合适的操作地点，用配套电缆将记录单元与接受器连接；记录单元与触发盒连接；触发盒与起爆器连接；从起爆器牵出两根带线夹的引爆导线。
⑵启动记录单元：按下控制面板上标有“电源”的黑色按钮，电源指示灯亮；橙色控制灯“Bucy”也亮一会儿，表达整个装置运营状态正常。
⑶噪声检测：在每组爆破记录开始时，启动电脑进入MS WindowsNT环境，双击TSPwin图标即启动TSPwin程序，噪声检测会自动进行。
7.3.6装药和封孔
⑴测试正常后开始装药，每孔装硝铵乳化炸药100g，8＃瞬发电雷管引爆。
⑵装药后向炮孔内灌水密封，发出警戒命令，连接雷管引线与起爆导线。
7.3.7起爆与数据采集
⑴启动笔记本电脑进入TSPwin界面的噪声检测对话框，控制面板上 “准备爆破” 的绿色信号灯发亮，同时触发盒和起爆器上的绿色信号灯也发亮。
⑵逆时针转动起爆开关充电，待红灯亮时再次发出警戒命令，爆破点有回应 “好”时，顺时针转动起爆开关，炸药爆炸，记录单元立即启动，绿灯熄灭。
⑶地质数据从记录单元的存贮器输入到笔记本电脑的存贮器中，在这个过程中，控制面板上的橙色控制灯一直亮着，所记录的数据将以地质轨迹线显示。
⑷爆破从靠近接受器的第一个炮孔向掌子面逐孔进行，24炮所有爆完和采集数据共需30～45分钟，期间掌子面必须停止一切有声响的作业。
⑸起爆与数据采集完毕后，拆除连接电缆，小心、谨慎地逐节抽出接受器，并随手盖好护盖、装箱。
7.3.8数据分析及成图判释
此项工作在室内进行。TSPwin软件可同时打开多个文档，按其软件手册的操作程序，以人机对话方式进行，从工具栏或菜单栏发出命令，即可得到距掌子面100m以内不同界面的剖面图及有关参数，并可演示动画三维图，以此判释掌子面前方的地质状况。
7.3.9预报效果检查
通过TSP203超前地质预报系统，只能概略判释与隧道轴线基本正交的不同介质（岩性、含水量等）的分界面，但隧道不同、围岩不同，会有不同的结果，不可一概而论。这就规定地质预报人员，对开挖后的隧道作地质素描，与TSP203的成图对比，分析差异、总结经验，才干提高超前地质预报的准确率。
7.4红外探测法
地下水的活动引起岩体红外辐射场强的变化，探测掌子面或洞壁四周的这种变化，可以推测是否有隐伏的含水体。该法测量快速，施工干扰小，但无法预报水量和含水体的具体位置。
7.5超前地质钻孔探测
在以上手段预报的基础上，为保证施工安全，采用超前地质钻孔对不良地质体发育范围与形态进行勘测，以便为制定合理的施工措施提供准确的依据。
超前钻孔在开挖面布设，共布设4个，其中2个位于上部拱腰，另2个位于边墙部位。超前钻孔采用地质钻机施做，钻孔直径为φ75mm，外插角3～5°。钻孔长度控制在30～50m范围，每循环搭接长度不≮5m。
7.6加深炮孔探测
钻孔在开挖面布设，孔数和孔位根据开挖断面大小和地质复杂限度拟定。钻孔采用风钻施做，钻孔直径φ32mm，垂直岩面打入。钻孔长度控制在3～5m范围。
8.劳动组织
⑴劳动力组织方式：采用架子队组织模式。
⑵施工人员根据施工方案、机械、人员组合、工期规定合理配置。
单工作面人员配备表
负责人
1人
技术主管
1人
专兼职安全员
1人
工班长
1人
开挖工
3人
技术、质检、测量及实验人员
2～4人
机械工、普工
6人
9.材料规定
检测所需材料符合设计及规范规定。
10.设备机具配置
单工作面重要施工机械设备配置表
地质罗盘1个
TSP203地质预报系统1套
SIR－10B地质雷达1台
HY－300红外探水仪1台
KQJ100水平超前地质钻机1台
风钻4台
11.安全及环保规定
⑴根据综合地质预报手段获得的地质信息，经综合分析，及时提出地质预报资料，作为制定或修改施工方案的依据。
⑵超前的地质情况与预报结果进行对比分析，及时总结经验，指导和改善地地质预报的结果应体现出及时性，有异常情况时应及时告知决策部门和设计单位，及时采用措施，使不良地质体始终处在可控状态；在预报前方地质情况正常的情况下，亦应将预报结果及时告知决策部门和施工单位，使其安排正常施工工序，组织正常施工生产。
⑶地质预报结论应有书面报告，并及时交由决策部门和施工单位，对所有预报资料应存档备查。
⑷施工过程中应将实际开挖纳入地质预报工作。

目 录
1.目的 1
2.编制依据 1
3.合用范围 1
4.作业准备 1
5.技术规定 1
5.1地质预报分级 1
5.2不同地质风险地段预报方式 2
6 施工程序与工艺流程 2
6.1施工程序 2
6.2工艺流程 2
7.施工规定 3
7.1地质素描 4
7.2地质雷达 4
7.3 TSP地震波法 5
7.4红外探测法 8
7.5超前地质钻孔探测 8
7.6加深炮孔探测 8
8.劳动组织 8
9.材料规定 9
10.设备机具配置 9
11.安全及环保规定 9