超前地质预报作业指导书

中 铁 二 十 局 集 团 新建兰新铁路第二双线甘青段

超前地质预报

有效标注 编 制 审 核 批 准 人 编 号

中铁二十局集团兰新铁路甘青段项目经理部

二○一〇年三月

目录

一、编制依据············································································································································· - 1 -

二、适用范围··········································································································································· - 1 -

三、超前地质预报的主要内容和方法 ····························································································· - 1 -

3.1超前地质预报的主要内容 (1)

3.2超前预报的主要方法 (1)

3.3.TSP201地质预报系统 (2)

3.4地质雷达探测法 (4)

3.5红外线探水法 (4)

3.6水平超前钻孔 (5)

3.7补充地质调查 (5)

3.8掌子面地质素描 (6)

3.9地质超前预报规章制度 (7)

超前地质预报作业指导书

一、编制依据

1.本作业指导依据《中铁二十局集团兰新铁路实施性施工组织设计》

2.《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》

3.《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》

二、适用范围

本作业指导书适用于兰新铁路LXS-7标隧道地质超前预报作业，对超前地质勘探进行过程控制，保证超前地质勘探满足施工要求。

三、超前地质预报的主要内容和方法

3.1 超前地质预报的主要内容

3.1.1断层及断层影响带的位置、规模及其性质。

3.1.2软弱夹层的位置、规模及其性质。

3.1.3岩溶的的位置、规模及其性质。

3.1.4不同岩性、围岩级别变化界面的位置。

3.1.5工程地质灾害可能发生的位置和规模。

3.1.6含水构造的位置、规模及其性质。

3.2超前预报的主要方法

采用TSP201地质超前预报系统或地质雷达、红外线探水仪、地质素描、超前水平钻孔等综合勘探的方法进行探测，超前地质预报是制定施工方案和工程措施的主要依据，也是隧道施工的一道重要工序。本隧道施工中，在重点地段,上述各种预报手段并用，

一般地段以地质素描为主，特殊和不良地质地段则采用物探、钻探相结合的方式。实行动态监控，信息化施工。加强对围岩监测，进一步掌握围岩的特性，为施工提供可靠的技术依据。

3.2.1超前地质预报与补充地质调查工作流程

隧道综合超前地质预测预报的工作流程如下图：

综合超前地质预测预报工作流程图

3.2.2主要实施方法

实施方法：对于设计提供的不良地质地段，提前50m进行探测：TSP201地震波探测仪每100m施作一次；HY303红外线探水仪每20m探测一次；超前水平钻孔（每断面布置五孔，其中一个孔钻取岩芯）30m一个循环，每循环搭接长度5m；地质素描每掘进循环进行一次；地质雷达每30m施作一次。

根据几种探测手段的探测结果进行综合分析，互相验证，提出预测预报意见和工程措施建议，及时反馈，以调整优化设计，进一步改进和完善施工工艺和方法，实施信息化动态施工管理。

3.3. TSP201地质预报系统

本隧道采用TSP201系统探测，主要用于预报掌子面前方100m左右范围内的断层破碎带、富水带、不同岩层接触带等不良地质体的界面位置。

TSP201地质超前预报系统，可以进行隧道地质超前预报，扩展配置又可以对开挖过程中未发现的隧道隐蔽病害（如隧底岩溶等）进行检测，和检测隧道围岩的弹性波

速度、划分隧道围岩类别，以及检查混凝土衬砌与围岩之间是否存在脱空缺陷等。

这种多功能仪器适应隧道弹性波多项目检测的需要，软件处理系统全部为WINDOWS编程，界面良好，处理中既有自动处理方式，也有手动处理方式，还具有深入分析异常可靠程度的追踪评估功能。

TSP201地质超前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。它是在掌子面后方边墙上一定范围内布置一排爆破点，依此进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，可以得到岩体强度变化界面的方位。

3.3.1仪器主要技术指标：

?12通道

?频带宽度0.5 - 4000Hz

?Vpp为24伏条件下的瞬时浮点放大，A/D 20bit 120-132db，动态范围大，信噪比高；

?采样率：10μs、31.25μs、62.5μs、125μs、250μs、500μs、1 ms、2ms 八档；

?超长采样记录功能，采样点数：1024、2048、4096、8192、32768、65536点；

?采样记录长度为10ms - 32.768s

?具有模拟滤波器，有四档：全通、低通、高通1、高通2

3.3.2仪器装配：

隧道地质超前预报与检测仪器的装配设计特点如下：考虑到隧道应用环境具有潮湿或滴水的特点，仪器设计为整体式、面板键盘等设计为密封触摸式键盘。仪器的模数转换器设计为大信号状态采样，有利于仪器信噪比性能的提高，仪器动态范围大于120db。

考虑到多功能检测的需要，隧道地质超前预报仪器设计为独立的12个通道，通过选用专用插头改变仪器输入的接线组合，确定仪器的使用状态。用于隧道地质超前预报功能，仪器具有同时输入4个三分量探头信号的能力，即同时布置4个点的预报检测；用于隧道地质检测功能，根据检测项目选择专用的插头、电缆和检波器，根据

工程需要选择仪器的功能状态。

3.4 地质雷达探测法

本隧道采用地质雷达主要在临近含水构造地段使用，近距离探测富水溶洞、暗河、含水断层等。

地质雷达是基于电磁波在有耗介质中的传播性工作的。发射天线发出微波频段的电磁波后，遇到不均匀介质或介质常数有差异时会发生反射，反射信号由接收天线接收记录，经微机处理形成雷达剖面图。解译人员对雷达剖面图进行解译分析，提出掌子面前不良地质体的具体位置和规模。该法对30m范围内的不良地质体，尤其是含水地质体探测效果最好。

3.5 红外线探水法

所有物体都发射出不可见的红外线能量，这能量的大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当隧道掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当前面存在隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。

现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是由掌子面向掘进后方（或洞口）按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。

掌子面上9个数据的最大差值大于10μw/cm2，就可以判定有水；红外辐射曲线上升或下降均可以判定有水，其他情况判定无水。红外探测的特点是可以实现对隧道全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧道外围空间及掘进前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间。但这种方法只能确定有无水，至于水量大小、水体宽度、具体的位置没有定量的解释。

3.6 水平超前钻孔

通过洞内外观察与地质描述、TSP201地震波探测仪、HY-303型红外线探测仪探水等有关地质与水文资料分析，配合采用超前水平地质钻探加以验证。通过超前水平钻孔岩芯的分析，进一步探明掌子面前方的隧道围岩地质状况与水文地质的具体情况，根据探孔钻进的时间、速度、压力、成分以及卡钻力、钻芯和岩性构造性质及地下水情况，掌握隧道前方的地质条件与水文条件。

这是最直观、最可靠的超前探测手段。在本隧道不良地质体多的地段，实施5孔超前钻孔。探孔布置位置：隧道断面周边均匀布置5个。本隧道采用地质钻机，超前钻孔深30m。主要用于在TSP201预测到的不良地质体前50m进行钻探，以准确探测掌子面前方不良地质体的位置、规模、性质及地下水水量和水压等。超前探孔施工时应注意前一循环钻孔与后一循环钻孔之间要搭接5m。其具体的超前探孔布置详见“隧道超前探孔布置示意图”。

另外在钻爆破孔之前，利用加长的钻杆，在开挖断面的中部和周边施钻5个孔，均水平施钻。钻孔位置：中部1个，周边4个。孔深5～8m。该孔既作为探测孔，又可作为爆破孔。该短孔探测法是在TGP12、地质雷达、红外线探水仪等物探方法探测的情况下，了解掌子面前方围岩无明显的不良地质体的基础上采用的一种既保证施工安全，又加快施工进度的一种施工方法。

施工中，对于已出水的超前钻孔，要进行不间断的水流量、水压的监测，绘制水量、水压的变化曲线，为制定地下水处理方案提供依据

3.7补充地质调查

在设计图纸提供的地质资料的基础上进行实地调查核实,以确定不同地层、岩性、岩层产状在隧道地表出露及接触情况，地表岩溶发育位置、规模及其分布，构造在隧道地有的出露、分布、性质及产状。

观察掌子面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水分布情况、高压富水段涌水的位置、水量和水压以及止水后的止水效果，同时对开挖工作面附近初期支护状况的观察和裂缝描述，作为

判断围岩的稳定性和支护参数的检验的重要依据，观察已作初期支护地段的喷射

混凝土、锚杆、钢架的受力状况，同时观察已衬砌地段的隧道衬砌结构的开裂与渗漏

水情况。根据洞内外观察与地质描述对出现的异常情况制定相应的处理措施。

3.8掌子面地质素描

隧道超前探孔布置示意图

说明： 1、本图适用于隧道地质复杂及灰岩、岩溶、富水、岩层接触带及破碎带等地段进行探测。 2、Ⅴ级围岩段采用双侧壁导坑法或C R D 法施工，Ⅳ、Ⅲ级围岩采用C D 法或短台阶法施工。探测孔的布设要密切结合施工工序，先开挖部分则先钻设探测孔。每个断面5个探测孔，单个探测孔长度30m ，搭接长度为5m ，可根据揭示地质情况对钻孔长度作适当调整，但不应小于25米。钻孔过程中，遇涌水不能钻孔时，应拔出钻具，安设孔口止浆塞关闭闸阀。 3、探测孔的钻进要对出水点位置、流量、水压及出水状态等作详细记录。 4、一般情况下应待探测孔钻完进行全面综合研究分析，再确定处理方案。钻开挖炮眼如炮眼有较大涌水时及时向有关方面报告。

4523

1123

4

51

23

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5

4

3

21双侧壁导坑法上下台阶法

C R

D 法C D 法

隧道开挖后通过地质素描手段，及时查看掌子面地质状况，通过和设计资料对比，为隧道掘进提供地质情况预报。掌子面地质素描应在隧道作业每一开挖循环后立即进行，根据掌子面暴露岩层的层理、节理、裂隙结构状况，岩体软硬程度，出水量大小判断开挖前方地质情况。

观察中应具体记录心下各项，并描绘掌子面地质素描图：

地质状况及其分布、性质和掌子面自稳性；

围岩的软硬、裂隙间距及方向等围岩状态；

断层的分布、走向、粘土化程度等

出水地点、涌水量及其状态；

软弱层的分布。

有必要时采用数码相机，拍摄掌子面图片。

根据掌子面地质素描及围岩监测情况，及时对评定的围岩级别进行支护方案进行评价。

3.9地质超前预报规章制度

3.9.1.地质勘察与超前预报规划

地质勘察与超前预报工作在项目部的统一领导和组织下，TGP12和地质雷达超前预报由项目部负责外聘专家组织实施，仪器由集团公司统一购买，专家预报组对预报结果负责；地质素描、红外探水、及超前地质钻孔等超前地质预报分部自行购买设备组织实施并对其结果负责，项目部统一监管。

3.9.2 地质勘察与超前预报组织机构

项目部和各工区均成立以总工为组长，相关技术人员为成员的超前地质预报小组，负责和实施本隧道的超前地质预报工作，负责各种资料收集整理，上报有关部门，并及时指导现场，调整施工方案。防止地质灾害事故发生。

3.9.3实施与组织

掌子面地质素描在每一开挖循环后实施。超前地质钻孔、红外探水由分部负责实施，地质雷达、TSP201由分部在到达需实施的里程前3天报告项目部，项目部统一组织实施。

3.9.4 资料管理

超前地质预报的各项资料管理由专人负责，内容填写必须及时、规范，数据真实、可靠，严禁有涂改、造假的现象。

各项数据应及时整理，进行分析，准确判定前方的地质情况，指导现场，及时调整开挖和支护参数，防止地质灾害事故发生。

各种资料必须按照业主的咨询、监理的要求及时上报。