超前地质预报技术方案

湖北沪蓉西高速公路NO.05合同段

超前地质预报

施工方案

湖北沪蓉西高速公路NO.05合同段项目经理部

二OO四年九月十五日

湖北沪蓉西高速公路NO.05合同段

超前地质预报施工方案

一工程概况

湖北省沪蓉西高速公路第五合同段是系沪蓉国道主干线上控制

性工程，其工程内容主要有：夹活岩隧道、夹活岩隧道通风竖井、朱家岩隧道、干沟大桥。其中夹活岩隧道（1、2#横洞长1500m）为该国道主干线上的第二特长隧道，左线长5107m、右线长5228m；夹活岩隧道通风竖井，井深335m；朱家岩隧道左线长1320m，右线长1296.4m；干沟大桥：左幅桥跨设计为4孔30m预应力T梁桥、右副桥跨设计为3孔30m预应力T梁桥，下部构造为Y型墩、桩基，桥台为轻台、桩基。

本标段沿线断裂层带发育，由于受断裂构造的影响，局部岩层倾角变陡。隧道穿越地段多为碳酸盐类岩石，该类岩石受构造破坏以后，均有不同程度的溶蚀，分布区岩溶发育，地表多为溶沟溶槽分布，地下则形成溶室孔洞。隧道穿越丹水极其支流干沟之间的分水岭，隧道进出口高程不受河流的影响。鄂西为暴雨区，大量的地表径流会沿地表风化裂隙、岩溶洞、隙渗入地下，成为隧道涌水的主要补给因素。取内地下水主要有孔隙水、基岩裂隙水、岩溶洞、隙水，由于地下岩溶管道连通性多且较好，故水量大，在洞室开挖过程中可能出现突水涌泥现象。

二超前地质预报实施计划

（一）投入本合同段预报检测设备

（二）人员

成立以项目经理为组长的超前地质预报小组，其组织机构如下图

二隧道综合超前地质预报方案

夹活岩隧道及朱家岩隧道地质较为复杂，有岩溶、岩爆、断层、揉皱带、高压富水地质，采用隧道洞内观察与地质描述、TSP202地震波探测仪、和超前水平地质钻探方法，建立隧道综合超前地质预报体系，通过多种超前探测方法的相互验证，准确地预报隧道掌子面前方围岩构造及富水情况，以准确判断掌子面前方地质状况，制定出相应的富水地段有效止水方法、破碎带与岩溶等特殊地质地段的隧道开挖方式、稳定围岩的辅助措施，以及调整初期支护参数或修改衬砌结构类型。

（一）洞内外观察与地质描述

通过肉眼观察掌子面状态、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；通过沉降、水平收敛等监控量测等手

段围岩变形情况；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，观察作初期支护地段的喷射混凝土、锚杆、钢架的受力状况，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。

1 地质探测

隧道内超前地质探测采用TSP203预报技术，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工作面前方及周围临近区域的地质情况，即采用在隧道掘进面后方一定距离（100m）内的钻孔中进行微型爆破来发射声波信号，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分地震波向隧道前方传播，经隧道前方的界面反射回来，反射信号经接收传感器转换成电信号并放大。从起爆到反射信号被接收的这段时间是与反射面的距离成比例的。较为先进的远距离地质预报测量技术,该技术可对岩石的变化进行认定,范围在100m—200m间,远距离的预测可对前方的危险区进行定位,以便施工与后援保障措施提前制定,通过反射时间与地震波传播速度的换算就可以将反射面的位置、与隧道轴线的夹角以及与隧道掘进面的距离确定下来，同时将隧道中存在的岩性变化带的位置方便地探测出来。

2、TSP203地震波探测仪数据处理与分析

过滤出岩性反射波：在TSP203地震波探测系统的记录的各种波当中，从掌子面前方和隧道旁边反射过来的携带岩石性质的反射波通过滤波器能从其它反射波里分离出来。分离P波和S波：把X、Y和Z方向上的记录转换成P波、SH波和SV波。P波为压缩波（纵波），S波为剪切波（横波），其中SV波表示质点在垂直面内运动的横波，SH波表示质点在水平面内运动的横波。

图形显示

地震数据处理完毕以后，在2D或3D窗口里面察看选择的反射面。岩性反射波的分析

岩性反射波的数据处理

TSP202地震数据处理由测得的从震源直接到达传感器的纵波传波时间换算地震波的传播速度Vp，并运用图像处理和分割，提取P 波和S波反射面。反射界面岩石的性质可以通过以下方法加以判断：

a、出现较高的反射振幅、较大的反射系数和较小的弹性阻抗，表示反射界面的岩石密度和波速较高。

b、波形中央出现正的反射振幅，表示反射界面的岩石是坚硬的。如果是负的反射振幅，表示反射界面是软弱岩石。

c、如果S波反射比P波反射更强，表示反射界面富含水。

d、Vp/Vs增大或突然增大表明流体存在，Vp下降则表明岩石裂隙或空隙度增大。

根据判断结果，对应不同特殊地质情况采取不同的处理措施（二）HY-303型红外线探测仪探水

本标段设计图中各断层设计水量及水压较大，首先采用HY-303型红外线探测仪探测隧道隐伏含水构造，根据不同物体辐射场场强差异，对隧道前方的隐伏含水构造进行跟踪探测。采用红外测温仪跟踪测量隧道开挖面的岩石温度，连续地获取岩石的温度信息，从温度异常点判断含水构造。在各次测定完成后，立即将数据进行分析处理，按照工程平面图的比例绘制探成果图。采用图解法和电探三极装置解析法进行分析处理，算出含水构造的部位及出水面积，并最终求出含水构造至工作面的距离。根据数据处理，准确测定正常辐射场和区域背景场的T—S特征曲线，并以此作为超前探测隐伏含水构造体的判释标准。

若前方为高压富水地段，按照“以堵为主、限量排放”的原则，

制定隧道施工止水方案，达到确保隧道防、导水系统的畅通，以改善水压力对衬砌结构的受力状况，减少衬砌结构混凝土的开裂，有效提高衬砌混凝土的抗渗漏能力。

隧道微承压水及小量突泥涌水地段，采用超前小导管注浆固结岩体，以达到止水的效果；隧道高压富水及大量突泥涌水地段，采用深孔超前全封闭帷幕注浆固结岩体止水；对于围岩结构整体性较好且涌水量较小地段，采取在隧道开挖轮廓线外设置环向止水注浆帷幕；同时在高压富水及突泥涌水地段采取减震控制爆破，以减少围岩裂隙。（三）超前水平地质钻探

通过洞内外观察与地质描述、TSP202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，为更进一步掌握掌子面前方的隐伏含水构造的地质资料和涌水情况，夹活岩隧道及朱家岩隧道全程采用超前水平地质钻探的方法加以验证。通过超前水平岩芯钻孔探测，对钻探岩芯的分析，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。

钻孔时详细记录探孔钻进的时间、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，通过其地质分析，掌握隧道前方的地质条件（围岩类别）与水文条件。

采用ZYG-150型地质钻机在洞内工作面向隧道正前方钻三个深35～50m的水平超前地质探孔，进行取样和注水试验。超前水平地质钻探按“施工准备→埋设孔口管→地质钻机定位→探孔施钻→钻眼排碴取样分析→测涌水量→测涌水压力→注水试验→确认地下水出露位置→确定开挖尺寸、初期支护与衬砌结构施工方案”的作业程序进行施作。

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