地質(zhì)超前預(yù)報(bào)措施

1、隧道工程超前地質(zhì)探測(cè)與預(yù)報(bào)一、本段工程施工情況簡(jiǎn)介本管段隧道地質(zhì)條件較復(fù)雜。主要工程地質(zhì)問(wèn)題有巖溶、涌水、突泥、斷層破碎帶等，因此 超前地質(zhì)探測(cè)與預(yù)報(bào)是本標(biāo)段隧道施工的一個(gè)極其重要的內(nèi)容和環(huán)節(jié)。施工中采用動(dòng)態(tài)管理、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工。提前解擬開(kāi)挖地層的特性，確定合理的支護(hù) 參數(shù)和施工方法，制定施工中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題的處理預(yù)案，確保工程質(zhì)量和施工安全。即在 預(yù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，采用地面預(yù)報(bào)和洞內(nèi)超前預(yù)報(bào)相結(jié)合的模式，主要以洞內(nèi)超前預(yù)報(bào)為 主，對(duì)未開(kāi)挖地段進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測(cè)和分析，采集各種水文、地質(zhì)、變形、應(yīng)變等信息，及時(shí)進(jìn)行信 息反饋，以確定合理的支護(hù)參數(shù)，制定合理的施工方法。洞內(nèi)超前預(yù)報(bào)主要

2、通過(guò)TSP2034質(zhì)超前 預(yù)報(bào)系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)、聲波法、紅外線探水儀和超前鉆孔等手段進(jìn)行。并將該項(xiàng)工作納入施工工 序管理。二、超前地質(zhì)探測(cè)與預(yù)報(bào)組織機(jī)構(gòu)及職責(zé)施工中將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作作為一個(gè)工序來(lái)進(jìn)行安排，成立專業(yè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)室，人員由物 探、地質(zhì)及試驗(yàn)專業(yè)工程師、測(cè)試技工組成；配備先進(jìn)的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)設(shè)備和儀器，建立地質(zhì)預(yù)報(bào) 管理組織機(jī)構(gòu)，由總工程師任組長(zhǎng)，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)室主任任副組長(zhǎng)，各專業(yè)工程師任成員的組織 機(jī)構(gòu)，并聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名地質(zhì)預(yù)報(bào)和隧道施工專家組成專家組。組織機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖1。圖1超前地質(zhì)探測(cè)與預(yù)報(bào)組織機(jī)構(gòu)圖總工程師任組長(zhǎng)：全面負(fù)責(zé)綜合測(cè)試與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，直接向項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)室主

3、任任副組長(zhǎng)：組織工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、物探及試驗(yàn)等專業(yè)組成人員進(jìn)行 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)日常工作；工程地質(zhì)：負(fù)責(zé)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和調(diào)繪、監(jiān)測(cè)以及測(cè)試、試驗(yàn)資料的分析、研究，提出施工工 程措施建議；水文地質(zhì)：負(fù)責(zé)水文地質(zhì)調(diào)繪、測(cè)試及隧道涌水量的預(yù)測(cè)與環(huán)境水文地質(zhì)評(píng)價(jià)；物探專業(yè)：負(fù)責(zé)物探測(cè)試工作；試驗(yàn)專業(yè)：負(fù)責(zé)巖、土、水樣的測(cè)試、試驗(yàn)工作。根據(jù)本標(biāo)段隧道的工程地質(zhì)特點(diǎn)，為保障施工安全，采用地面預(yù)報(bào)和洞內(nèi)預(yù)報(bào)相結(jié)合的模式，并主要以洞內(nèi)預(yù)報(bào)為主。為提前解擬開(kāi)挖地層的特性，在預(yù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，采用多種超前地質(zhì)探測(cè)與預(yù)報(bào)手段，采集各種水文、地質(zhì)、變形、應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行信息化管理和監(jiān)測(cè)，對(duì)未開(kāi)挖地段進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測(cè)和分析，以供設(shè)計(jì)

4、單位及時(shí)提出是否需要修改設(shè)計(jì)的正確判斷，并研究擬采用的支護(hù)類型，確定合理的結(jié) 構(gòu)支護(hù)參數(shù)，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，以保證施工順利進(jìn)行。三、地質(zhì)預(yù)報(bào)項(xiàng)目由于隧道存在巖溶、突水突泥、巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，施工中對(duì)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害加強(qiáng)預(yù)防并開(kāi)展地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。洞內(nèi)預(yù)報(bào)：施工中加強(qiáng)巖溶、斷裂破碎帶等的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，如采用超前鉆孔并輔以TSP203地質(zhì)雷達(dá)、紅外線探水儀等物探手段進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)，并在必要時(shí)聯(lián)合設(shè)計(jì)單位對(duì)地面進(jìn) 行補(bǔ)充地質(zhì)測(cè)繪，加強(qiáng)洞外地表觀測(cè)。開(kāi)展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，及時(shí)針對(duì)隧道施工超前預(yù)報(bào)，有關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)開(kāi)展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，變更施工方 案。四、 超前地質(zhì)探測(cè)和預(yù)報(bào)方法及工藝根據(jù)本標(biāo)段

5、隧道工程地質(zhì)條件，結(jié)合本承包人以往施工中在超前地質(zhì)探測(cè)與預(yù)報(bào)方面所積累的經(jīng)驗(yàn)，擬采用TSP2034質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)、聲波法、超前鉆探法等進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，并預(yù)測(cè)開(kāi)挖工作面前方一定范圍內(nèi)圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。初步確定本標(biāo)段采用以下方法進(jìn)行 超前地質(zhì)探測(cè)與預(yù)報(bào)。1、TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)中產(chǎn)生的反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)隧道掘進(jìn) 面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)狀況。它是在掌子面后方邊墻一定范圍內(nèi)布置一排爆破點(diǎn)，進(jìn)行微 弱爆破，產(chǎn)生的地震波信號(hào)在隧道周圍巖體內(nèi)傳播，當(dāng)巖石強(qiáng)度發(fā)生變化，界面兩側(cè)巖石的強(qiáng)度差別越大，反射回來(lái)的信號(hào)、返回的時(shí)間和方向，通

6、過(guò)專用數(shù)據(jù)處理軟件處理得到巖體強(qiáng)度變化 界面的信號(hào)也就越強(qiáng)。返回信號(hào)被經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的接收器接收轉(zhuǎn)化成信號(hào)并進(jìn)行放大，通過(guò)專用 數(shù)據(jù)處理軟件處理，就可以得到巖體強(qiáng)度變化界面的位置及方位。TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 如圖2。圖2 TSP203I4質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)際操作中有如下特點(diǎn)：適用范圍廣，適用于極軟巖至極硬巖的任何地 質(zhì)情況；距離長(zhǎng)，能預(yù)測(cè)學(xué)子面前方100m200m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越完整預(yù)報(bào)長(zhǎng)度 就越大；對(duì)隧道干擾小，在隧道施工間隙進(jìn)行，且提交資料及時(shí)。采用專用處理軟件，將復(fù)雜多 解的波形分析轉(zhuǎn)換為直觀的單一解的波形能量分析圖。計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪出彈

7、形波速度有差異的地質(zhì) 界面相對(duì)于隧道軸線的地質(zhì)平面圖和縱斷面圖。將隧道頂部和底部的波形能量分析圖分析確定之 后，就可得出斷層破碎帶、軟弱夾層或其它不良地質(zhì)相對(duì)于隧道的空間位置。但TSP203I4質(zhì)預(yù)報(bào) 系統(tǒng)也存在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性和預(yù)報(bào)精度方面的問(wèn)題，需要采用其他預(yù)報(bào)手段來(lái)補(bǔ)充和完善。2、地質(zhì)雷達(dá)作為TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的補(bǔ)充，在TSP2031報(bào)異常點(diǎn)，在確定異常體的規(guī)模、性質(zhì)、危 害性有困難時(shí)，采用地質(zhì)雷達(dá)作為補(bǔ)充手段，短距離進(jìn)一步探測(cè)前方30m內(nèi)的地質(zhì)情況。地質(zhì)雷 達(dá)能發(fā)現(xiàn)學(xué)子面前方地層的變化，對(duì)于斷裂帶特別是含水帶、破碎帶有較高的識(shí)別能力。在深埋 隧道和富水地層以及溶洞發(fā)育地區(qū)，地質(zhì)雷達(dá)是一

8、個(gè)在短距離內(nèi)很好的預(yù)報(bào)手段。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)與預(yù)報(bào)在學(xué)子面測(cè)量放樣和監(jiān)控量測(cè)時(shí)平行安排，每2527m 一循環(huán)。3、聲波法(HSP、CT)(1)聲波反射界面探測(cè)聲波反射法利用聲波在地層中傳播、反射，通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)接收反射信號(hào)，判釋隧道掌子面 成前方反射界面（巖溶界面）距隧道掌子面的距離來(lái)探測(cè)巖溶界面，如圖3所示。掌子面前方界面隧道開(kāi)挖掌子面A-波發(fā)射點(diǎn)B-波接收點(diǎn)C-波在界面上的入射點(diǎn)a -界面傾角0 -波入射角圖3聲波反射法（HSP濟(jì)溶界面探測(cè)原理（2）界面距探測(cè)學(xué)子面距離計(jì)算在任意介質(zhì)中傳播的波，當(dāng)其傳播到該介質(zhì)與另一介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分產(chǎn)生反射，另一 部分穿過(guò)界面折射后繼續(xù)在另一介質(zhì)中傳播

9、。顯然，探測(cè)到的距離是波信號(hào)在發(fā)射換能器及接收 換能器與界面間傳播的最短距離，該距離并不一定是隧道學(xué)子面前方界面距探測(cè)面所在位置的水 平距離，應(yīng)根據(jù)界面產(chǎn)狀進(jìn)行預(yù)報(bào)距離修正。（3）巖溶性質(zhì)的分析判斷巖溶充填物前方界面（巖溶溶洞洞壁面）探測(cè)，反射波相位與接收首波相位相同；施工學(xué)子 面前方巖溶探測(cè)，反射波相位與接收首波相位相反，此時(shí)巖溶充填物（水、泥夾石或空溶洞）的 判斷則需結(jié)合溶洞在巖溶地下水動(dòng)力剖面分帶中的位置加以分析確定。（4）巖溶聲波CT探測(cè)預(yù)報(bào)聲波CT層析成像（Computer Tomography簡(jiǎn)稱CT成像或CT）法預(yù)報(bào)移植于國(guó)外始于七十 年代且得到廣泛應(yīng)用的巖土及混凝土聲波CT層析

10、成像技術(shù)，借助醫(yī)學(xué)界X射線斷層掃描的基本 手段，結(jié)合巖土物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)分析，采用孔間聲波探測(cè)射線走時(shí)和振幅來(lái)重構(gòu)孔間巖土內(nèi) 部聲速值及衰減系數(shù)的場(chǎng)分布，通過(guò)像素、色譜、立體網(wǎng)絡(luò)的綜合展示，達(dá)到直觀反映孔間巖土 體內(nèi)部結(jié)構(gòu)（巖容發(fā)育分布）的目的。4、超前鉆孔探測(cè)“物探先行，鉆探驗(yàn)證”，超前鉆探是一種傳統(tǒng)而可靠的工程地質(zhì)探測(cè)方法，針對(duì)本標(biāo)段隧道 位于煤系地層地段的特點(diǎn)，擬采用超前鉆探方法進(jìn)行探測(cè)，以超前水平巖芯鉆探為主，輔以淺孔 鉆探。超前水平巖芯鉆探可根據(jù)需要探測(cè)和了解隧道開(kāi)挖前方幾米、幾十米乃至上百米范圍內(nèi)圍巖 的工程地質(zhì)情況，為施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供信息；通過(guò)鉆孔了解和釋放影響隧道掘進(jìn)施工

11、的地下水和瓦斯積聚；通過(guò)巖芯觀察和分析對(duì)隧道開(kāi)挖前方的不穩(wěn)定巖層和斷層破碎帶進(jìn)行準(zhǔn)確定位；直接采取巖芯樣進(jìn)行各種抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，獲取巖石物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。為節(jié)約施工時(shí)間和減少經(jīng)費(fèi)，對(duì)地質(zhì)情況穩(wěn)定、巖性堅(jiān)硬完整且變化小的地段可酌情減少超前水平巖芯鉆探工作量，在鉆進(jìn)過(guò)程中，盡可能避免鉆頭偏移，導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果發(fā)生誤差。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度，調(diào)整鉆機(jī)轉(zhuǎn)速和鉆壓，堅(jiān)硬巖石采用較低鉆壓。采用XY-2PC 地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行超前深孔鉆探，鉆探深度可達(dá)150m,孔徑90520mm根據(jù)物探結(jié)果，安排超前鉆探。淺孔超前鉆探方法是在鉆進(jìn)過(guò)程中，從鉆進(jìn)的時(shí)間、速度、壓力、沖洗液的顏色、成分以及卡鉆、跳鉆等和巖性、構(gòu)造性質(zhì)及地下水

12、等情況掌握地質(zhì)條件。綜合不同位置鉆孔的鉆進(jìn)時(shí)間變化曲線，大致確定斷層的規(guī)模和產(chǎn)狀。根據(jù)設(shè)計(jì)或超前物探，在需要地段做超前鉆孔探明涌水量。在臨近突水地段，最好多打一些超前探孔，并改放小炮，避免工作面出現(xiàn)沖潰現(xiàn)象，噴距應(yīng)比較穩(wěn)定。若探孔水噴距逐漸縮短，說(shuō)明遇到儲(chǔ)量不大的靜儲(chǔ)量水，危害不大。噴距大于 5m 時(shí)， 可加補(bǔ)幾個(gè)探孔加速施工，查清水情。若探孔水噴距突然縮小，或時(shí)大時(shí)小，說(shuō)明管道中有較多的泥砂堵塞，應(yīng)以初噴距為準(zhǔn)。探孔水 噴距和隧道涌水量之間的關(guān)系還受到其它一些因素的影響，應(yīng)對(duì)于隧道的每一出水段，建立單獨(dú) 的預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)。5、紅外線探水儀HY-303紅外線探水儀通過(guò)接收巖體的紅外輻射強(qiáng)度，根據(jù)圍巖

13、紅外輻射場(chǎng)的變化，分析判斷 開(kāi)挖面前方30m范圍內(nèi)是否存在含水體。將含水裂隙、含水構(gòu)造、含水體作為尋找對(duì)象場(chǎng)源時(shí)， 場(chǎng)源所形成的場(chǎng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于場(chǎng)源本身，當(dāng)由遠(yuǎn)而近接近場(chǎng)遠(yuǎn)時(shí)，儀器顯示屏上的讀數(shù)值會(huì)發(fā)生明 顯變化。 當(dāng)掌子面前方存在含水構(gòu)造時(shí)，含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常場(chǎng)會(huì)迭加到掌子面后方的正常場(chǎng)上， 產(chǎn)生場(chǎng)的畸變，由距場(chǎng)源的距離不同，畸變后的場(chǎng)強(qiáng)亦不同，在數(shù)據(jù)曲線上表現(xiàn)為突變。而當(dāng)掌 子面前方?jīng)]有含水構(gòu)造時(shí)，由掌子面到其后一定距離內(nèi)所測(cè)的紅外輻射場(chǎng)場(chǎng)值均為正常場(chǎng)值，為 一常數(shù)，其數(shù)據(jù)曲線表現(xiàn)為一近似直線。6、采用相似比擬法對(duì)涌水量預(yù)報(bào)根據(jù)本承包人在巖溶隧道工程施工中的成功經(jīng)驗(yàn)，選用相似比擬法或超前地質(zhì)預(yù)

14、報(bào)（物探或鉆探 ）對(duì)隧道涌水預(yù)測(cè)。相似比擬法是通過(guò)正洞已開(kāi)挖地段實(shí)測(cè)涌水量來(lái)推斷未開(kāi)挖地段的涌水量。它建立在巖層裂隙比較均勻，比擬段的水文地質(zhì)條件相似，涌水量與坑道體積成正比的基礎(chǔ)上。相似比擬法對(duì)涌水量預(yù)報(bào)結(jié)合平時(shí)的地質(zhì)素描工作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。五、工作程序超前地質(zhì)探測(cè)和預(yù)報(bào)工作程序見(jiàn)圖4。地質(zhì)資料研究現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況調(diào)查制定超前探測(cè)預(yù)報(bào)方案地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)TSP203比擬法預(yù)測(cè)前方地質(zhì)反饋于設(shè)計(jì)、施工，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)根據(jù)開(kāi)挖及支護(hù)情況發(fā)現(xiàn)坍方征兆確定施工方案、保證開(kāi)挖安全資料整理與經(jīng)驗(yàn)積累圖4超前地質(zhì)探測(cè)預(yù)報(bào)工作程序圖六、資料交附與質(zhì)量保證措施1、資料交付地質(zhì)測(cè)試與超前預(yù)報(bào)成果資料采取分報(bào)告與總報(bào)告相結(jié)合的交付方式。每天將現(xiàn)場(chǎng)采集的資 料進(jìn)行分析和匯總，并向施工和技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行匯報(bào)；每周進(jìn)行一次歸納匯總。對(duì)地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)變化較大、影響隧道施工安全，可能產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的重點(diǎn)地段（強(qiáng)富水地 帶、不同巖性接觸帶、節(jié)理密集帶等）所做的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，及時(shí)交付業(yè)主、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行動(dòng)態(tài) 設(shè)計(jì)；情況緊急時(shí)，先及時(shí)采取防范措施，有條件時(shí)邀請(qǐng)有關(guān)方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)會(huì)勘，再以書(shū)面形式報(bào) 告業(yè)主、設(shè)計(jì)單位，以保證施工安全。2、質(zhì)量保證措施為了保證地質(zhì)測(cè)試與超前預(yù)報(bào)質(zhì)量，成立QC小組，實(shí)行全面質(zhì)量管理，按ISO9000質(zhì)量體系的要求，建立內(nèi)部質(zhì)量管理機(jī)制，制定崗位責(zé)任制，保證測(cè)試預(yù)報(bào)工作按計(jì)劃運(yùn)行，全部地質(zhì)資料實(shí)行計(jì)算機(jī)