超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案

......隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方案編制：復(fù)核：審核：2014年5月31日目錄編制依據(jù)...........................................................1工程概況...........................................................1技術(shù)服務(wù)內(nèi)容.......................................................1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作目標(biāo).............................................1地質(zhì)預(yù)報(bào)方案.......................................................2地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào).......................................................3基本原理.......................................................3測(cè)線布置及方法.................................................4使用儀器.......................................................5現(xiàn)場測(cè)試要求...................................................5數(shù)據(jù)處理及解釋.................................................6資料整理要求...................................................6TSP預(yù)報(bào)............................................................7基本原理.......................................................7探測(cè)方法.......................................................87.2測(cè)線布置.......................................................8儀器設(shè)備.......................................................9現(xiàn)場鉆孔注意事項(xiàng)...............................................9結(jié)果分析.......................................................9紅外探測(cè)預(yù)報(bào)......................................................10基本原理......................................................10基本方法......................................................11超前水平地質(zhì)鉆孔..................................................12隧道預(yù)報(bào)人員安排.................................................13超前地質(zhì)預(yù)報(bào)安全文明施工質(zhì)量保證體系.............................13安全文明施工保證措施.........................................13工作質(zhì)量保證措施.............................................13工作進(jìn)度保證措施.............................................141、編制依據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10003-2005）《地下鐵道施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50299-1999,2003年版）《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ204-2008）《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTJ064-98）《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）《鐵路工程物理勘探規(guī)程》（TB10013-98）區(qū)間內(nèi)的地質(zhì)勘查資料，以及設(shè)計(jì)資料區(qū)間施工組織設(shè)計(jì)工程概況本合同段總體工程地質(zhì)條件較差，圍巖以石灰?guī)r為主，巖溶發(fā)育。在隧道施工中易發(fā)生突涌水和突泥。因此準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方溶蝕帶、溶洞和地下水帶是本地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。主要工程地質(zhì)問題有發(fā)育溶洞及其導(dǎo)致的突泥、突水和可能的地面沉降問題、隧道穩(wěn)定性、斷層破碎帶。地質(zhì)預(yù)報(bào)重點(diǎn)為：地下溶蝕帶、溶腔、溶洞、地下水帶、高壓涌突水、斷層破碎帶。預(yù)報(bào)難點(diǎn)為：溶洞、地下溶蝕帶、溶腔、高壓涌突水、地下含水帶、斷層破碎帶。為確保隧道的施工安全，及時(shí)了解掌子面前方圍巖的不良地質(zhì)情況，以優(yōu)化施工方案，指導(dǎo)隧道施工，決定對(duì)隧道施工進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。技術(shù)服務(wù)內(nèi)容按合同約定，本項(xiàng)技術(shù)服務(wù)工程量為地質(zhì)預(yù)報(bào)，工作量共約2800米。按照國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)部門頒的有關(guān)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程、定額、辦法和示例及有關(guān)圖紙的規(guī)定進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)后處理工作。積極參與施工期間各方工作，安全、高質(zhì)量地完成工作。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作目標(biāo)根據(jù)本工程特點(diǎn)，本超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作主要針對(duì)以下幾個(gè)方面：溶洞、斷層破碎帶、裂隙密集帶的位置、規(guī)模和性狀預(yù)報(bào)；突水、突泥可能發(fā)生的位置、規(guī)模大小及危害程度預(yù)報(bào)；（3）軟弱夾層，軟弱結(jié)構(gòu)面的位置、規(guī)模及性狀預(yù)報(bào)；地下水分布規(guī)律，隧道涌水預(yù)報(bào)，包括涌水位置、水量等預(yù)報(bào)；隧道圍巖級(jí)別變化及分布位置預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)報(bào)方案為保證隧道施工安全、優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)信息化施工，同時(shí)達(dá)到通過核實(shí)和預(yù)測(cè)掌子面前方的地質(zhì)條件，以及時(shí)調(diào)整工程措施、確保施工及結(jié)構(gòu)安全的目的，本方案根據(jù)該段合同段隧道的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對(duì)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行初步安排如下：預(yù)報(bào)的重點(diǎn)段落及內(nèi)容：地質(zhì)構(gòu)造帶、巖溶發(fā)育地段、可溶巖與非可溶巖接觸帶、斷層破碎帶及影響帶等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、性質(zhì)、地下水情況；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法施工中應(yīng)以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，以超前鉆探法為主，結(jié)合多種物探手段進(jìn)行綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并采用宏觀預(yù)報(bào)指導(dǎo)微觀預(yù)報(bào)、長距離預(yù)報(bào)指導(dǎo)中短距離預(yù)報(bào)的方法。長距離超前預(yù)報(bào)：擬采用地震波反射法（TSP203），對(duì)掌子面前方約30～100m范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造帶的位置、規(guī)模、性質(zhì)作較為詳細(xì)的預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)巖體的完整性及巖溶和地下水的發(fā)育情況。每100m施作一次，當(dāng)有異常情況時(shí)適當(dāng)加密。中短距離超前預(yù)報(bào)：采用地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測(cè)對(duì)掌子面前（SIR-3000）方進(jìn)行中短距離綜合超前預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，地質(zhì)雷達(dá)25m一次，一次范圍30m。（3）超前水平鉆探采用掌子面超前水平鉆孔對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)探測(cè)孔并一孔取巖芯，探測(cè)孔25m一個(gè)循環(huán)，單孔長度為30m左右，相鄰探測(cè)孔之間的找搭接長度為5m；當(dāng)有異常情況時(shí)，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)結(jié)果判釋，必要時(shí)適當(dāng)增加鉆孔或加長鉆孔。利用在隧道開挖工作面上鉆小孔徑淺孔來探測(cè)前方圍巖的地質(zhì)情況，在每一循環(huán)鉆設(shè)炮孔時(shí)布設(shè)5個(gè)加深炮孔較爆破孔（或循環(huán)進(jìn)尺）深3m以上作為探測(cè)孔。隧道仰拱施工前，應(yīng)對(duì)基底采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果，對(duì)異常區(qū)采用有效方法進(jìn)一步詳探，發(fā)現(xiàn)基底存在空洞、溶洞、溶槽等應(yīng)及時(shí)提出以便處理；當(dāng)基底承載力不滿足結(jié)構(gòu)要求時(shí)應(yīng)采用基底換填、注漿加固等綜合處理措施，且應(yīng)加強(qiáng)施工防護(hù)，以保證施工安全及結(jié)構(gòu)承載安全。按照技術(shù)服務(wù)內(nèi)容要求，立即開始進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作；（6）對(duì)隧道所屬區(qū)域的地勘資料進(jìn)行詳細(xì)查閱，同時(shí)對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行觀察，及時(shí)和全面掌握整個(gè)隧道長度內(nèi)的地質(zhì)情況；（7）根據(jù)圍巖情況安排雷達(dá)探測(cè)斷面，原則上每30米一個(gè)斷面，并考慮不同距離的重疊交叉。如遇溶洞變化、斷層等特殊情況時(shí)考慮增加探測(cè)斷面，增加探測(cè)頻率，縮短探測(cè)距離。對(duì)地質(zhì)調(diào)查法、物探法、超前鉆探法等預(yù)報(bào)手段所取得的資料進(jìn)行綜合分析與評(píng)判，相互印證，并結(jié)合掌子面揭示的地質(zhì)條件、發(fā)展規(guī)律、趨勢(shì)及前兆進(jìn)行預(yù)測(cè)、判斷，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果，相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整工程措施，以確保施工安全及結(jié)構(gòu)安全，確保工程順利實(shí)施。地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作必須針對(duì)其工程特點(diǎn)，優(yōu)選超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，并在施工過程中不斷完善和改進(jìn)，形成合理的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法組合。同時(shí)，在發(fā)揮先進(jìn)科技手段的同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測(cè)人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)場的地質(zhì)情況進(jìn)行認(rèn)真的分析，建立一套適用于本工程的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，做到既能最優(yōu)地滿足隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的要求，又能盡量減少對(duì)隧道施工的影響。通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)和地勘資料的分析，考慮到本工程所處地段的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特點(diǎn)，特別是由于溶巖發(fā)育的影響，隧道開挖易發(fā)生突水突泥，本方案以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，以超前鉆探法為主，結(jié)合多種物探手段進(jìn)行綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并采用宏觀預(yù)報(bào)指導(dǎo)微觀預(yù)報(bào)、長距離預(yù)報(bào)指導(dǎo)中短距離預(yù)報(bào)的方法。為提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的精度和施工要求，擬采用美國生產(chǎn)的最新型SIR-3000探地雷達(dá)進(jìn)行全程預(yù)報(bào)。同時(shí)，必要時(shí)采用其它物探手段進(jìn)行預(yù)報(bào)。6.1基本原理地質(zhì)雷達(dá)（GroundPenetratingRadar）是由雷達(dá)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率相對(duì)穩(wěn)定的電磁波，通過雷達(dá)主控制器對(duì)信號(hào)脈沖寬度、相位、衰減度、指數(shù)增益等一系列技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧調(diào)頻，并進(jìn)行信號(hào)樣點(diǎn)數(shù)字化、信號(hào)疊加處理，然后由主控器通過信號(hào)高保真電纜和屏蔽天線將信號(hào)以一定的方向角向探測(cè)方向發(fā)射，電磁波遇到有電性差異的目的體后會(huì)發(fā)生反射，反射回來的電磁波被天線再次接收，并返回到雷達(dá)的信號(hào)接收處理器內(nèi)，經(jīng)處理后的雷達(dá)信號(hào)分兩路傳送：一路直接傳送給雷達(dá)顯示器，通過“四色原理”將雷達(dá)信號(hào)以彩色形式直接顯示在視頻顯示器上，其顯示速度與天線運(yùn)行速度保持同步；另一路進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，內(nèi)存將所有技術(shù)參數(shù)連同雷達(dá)信號(hào)資料進(jìn)行保存，以便進(jìn)行回放和更深入一步的處理。所有雷達(dá)的專業(yè)處理、反演解釋軟件均可安裝在通用計(jì)算機(jī)上來完成，雷達(dá)主控器、內(nèi)存可直接與通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，將雷達(dá)數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行更高級(jí)的處理和解釋。如圖6-1所示。電磁波遇到不同電性反射界面后振幅和相位發(fā)生變化，介質(zhì)的電性差異大小決定了電磁波反射的振幅強(qiáng)弱程度和其相位的正負(fù)。巖石破碎程度及其含水量情況是影響其電性常數(shù)的主要因素，根據(jù)測(cè)量結(jié)果判定掌子面前方的圍巖變化情況。探地雷達(dá)紀(jì)錄的回波曲線電磁波遇到地下物體后的反射示意圖774411間時(shí)程m)(點(diǎn)位76543201雙目的體RTRTRT基巖圖6-1地質(zhì)雷達(dá)反射探測(cè)原理圖6.2測(cè)線布置及方法根據(jù)現(xiàn)場掌子面的具體情況和隧道地質(zhì)的復(fù)雜程度，在探測(cè)過程中可根據(jù)情況靈活布置測(cè)線，其原則就是盡可能靠近掌子面軸心位置，使測(cè)線距離盡可能長，盡可能多地采集數(shù)據(jù)。隧道掌子面布線如下圖所示。圖6-2隧道掌子面測(cè)量布線圖地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集時(shí)的信號(hào)觸發(fā)方式一般有三種，即測(cè)量輪觸發(fā)、時(shí)間觸發(fā)和鍵盤觸發(fā)。測(cè)量輪觸發(fā)方式一般要求測(cè)量表面比較光滑，保證測(cè)量輪正常滾動(dòng)，以使雷達(dá)數(shù)據(jù)長度能夠和實(shí)際測(cè)線長度相符，因?yàn)樗淼勒谱用姘纪共黄?，所以一般不能保證測(cè)量輪的正常工作，因此不建議采用這種觸發(fā)方式；時(shí)間觸發(fā)方式是地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)按照一定的時(shí)間間隔自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，要求天線按照合適的速度勻速前進(jìn)，天線底部和測(cè)量表面允許一定的間隙，一般≯20cm，無論天線是否移動(dòng)，系統(tǒng)都會(huì)按照設(shè)定好的速度自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，因此雷達(dá)數(shù)據(jù)長度會(huì)與實(shí)際測(cè)線長度不符，所以最好不要采用這種觸發(fā)方式；鍵盤觸發(fā)方式是通過電腦鍵盤發(fā)送指令給雷達(dá)控制系統(tǒng)，按一下鍵盤采集一道數(shù)據(jù)，天線按固定間距移動(dòng)，移動(dòng)一次采集一道數(shù)據(jù)，本區(qū)段隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)采用鍵盤觸發(fā)方式。選用100MHz雷達(dá)天線，若有必要可使用其他頻率天線作為輔助探測(cè)手段，有效探測(cè)深度最大為30m。當(dāng)遇到溶蝕帶、溶腔、地下水發(fā)育段落、單個(gè)或較大的溶洞等異常時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況增加預(yù)報(bào)次數(shù)，減小預(yù)報(bào)間距。6.3使用儀器地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備主要包括SIR-3000主機(jī)、天線、傳輸電纜、筆記本電腦、地質(zhì)錘、卷尺、強(qiáng)光手電筒等。6.4現(xiàn)場測(cè)試要求地質(zhì)雷達(dá)使用先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)SIR-3000，選用100MHz雷達(dá)天線，若有必要可使用其他頻率天線作為輔助探測(cè)手段。儀器設(shè)備的信號(hào)增益控制具有指數(shù)增益功能，模數(shù)轉(zhuǎn)換大于16bit，具有8次以上信號(hào)疊加功能，連續(xù)測(cè)量時(shí)，掃描速率大于每秒128次。通過試驗(yàn)選擇合適的儀器參數(shù)，采樣率宜選用天線中心頻率的6倍~10倍?，F(xiàn)場測(cè)試時(shí)，應(yīng)移走或盡量避開測(cè)線附近的機(jī)械設(shè)備與金屬物體、導(dǎo)線等。支撐天線的器材應(yīng)選用絕緣材料，天線操作人員不應(yīng)佩帶金屬物件。測(cè)試過程中，天線應(yīng)緊貼巖壁，水平測(cè)線高度基本一致，垂直測(cè)線應(yīng)保持鉛直?，F(xiàn)場采用連測(cè)時(shí)，應(yīng)勻速緩慢移動(dòng)天線，保證點(diǎn)距不大于20cm；采用點(diǎn)測(cè)時(shí)，點(diǎn)距宜為10~20cm，采樣時(shí)保持天線靜止。采用測(cè)量輪標(biāo)注時(shí)，宜每5m校對(duì)一次。每次現(xiàn)場測(cè)試同時(shí)必須對(duì)隧洞掌子面及側(cè)壁進(jìn)行簡要地質(zhì)素描，了解隧洞掘進(jìn)情況，以有助于雷達(dá)圖像的地質(zhì)解釋與前期雷達(dá)成果報(bào)告的比對(duì)分析與復(fù)核。6.5數(shù)據(jù)處理及解釋探地雷達(dá)接收到的信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后送到計(jì)算機(jī)，必須再經(jīng)過增益恢復(fù)、帶通濾波、頻率-波數(shù)(f-k濾波、繞射偏移處理和反褶積濾波等一系列數(shù)據(jù)處理后形成雷)達(dá)探測(cè)圖像。地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面是地質(zhì)雷達(dá)資料解釋的基礎(chǔ)，只要掌子面前方介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達(dá)剖面圖中找到相應(yīng)的反射波與之對(duì)應(yīng)。根據(jù)相鄰道上反射波的對(duì)比，把不同道上同一個(gè)反射波相同相位連接起來的對(duì)比線稱為同相軸，雷達(dá)剖面圖的識(shí)別主要是確定具有相同特征的反射波組的同相軸。隧道超前預(yù)報(bào)主要是確定掌子面前方的構(gòu)造斷裂、軟弱夾層、巖溶洞穴等的分布位置以及掌子面前方地下水狀況，巖溶洞穴填充物及其性質(zhì)的預(yù)報(bào)等。構(gòu)造斷裂帶在雷達(dá)剖面圖上的波形反映一般是與斷裂帶走勢(shì)相同的一條曲線，軟弱夾層和巖溶洞穴的波形反映一般是由許多細(xì)小的拋物線組成的一塊較大區(qū)域，與周圍的波形存在明顯的差異。實(shí)踐證明，地質(zhì)雷達(dá)對(duì)掌子面前方含水、溶洞、斷裂帶等異常反映較好，但預(yù)報(bào)范圍將會(huì)相對(duì)縮短。因?yàn)樗慕殡姵?shù)ε=81，電磁波能量會(huì)被水大量吸收，探測(cè)距離相對(duì)縮短。電磁波在地層中傳播時(shí)的能量消耗也很大，也會(huì)對(duì)探測(cè)距離有一定的影響。雷達(dá)圖像的判讀除了在雷達(dá)剖面圖上發(fā)現(xiàn)明顯的信號(hào)異常之外，還要注意觀察掌子面施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，結(jié)合地質(zhì)方面的知識(shí)加以綜合判斷會(huì)得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。6.6結(jié)果分析與報(bào)送由于高頻雷達(dá)信號(hào)衰減且容易受到干擾，現(xiàn)場采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)必須使用專用雷達(dá)處理軟件，經(jīng)頻譜分析、濾波、增益恢復(fù)等一系列處理，提高雷達(dá)信號(hào)的信噪比，突出目標(biāo)地質(zhì)體信息，形成高質(zhì)量的雷達(dá)圖像。根據(jù)雷達(dá)圖像、同相軸及波形、能量、相位等特征，識(shí)別目標(biāo)地質(zhì)體，并選取合適的巖體介電常數(shù)，計(jì)算目標(biāo)地質(zhì)體的位置、規(guī)模及大致產(chǎn)狀。結(jié)合地質(zhì)資料、地震波反射探測(cè)成果及前期表面雷達(dá)追蹤結(jié)果，判斷目標(biāo)地質(zhì)體的性質(zhì)及地下水賦存情況。若布置多條測(cè)線探測(cè)同一目標(biāo)地質(zhì)體，則應(yīng)提取各雷達(dá)同相軸計(jì)算地質(zhì)體的真實(shí)產(chǎn)狀。根據(jù)隧洞掘進(jìn)揭露的地質(zhì)情況，與前期預(yù)報(bào)成果報(bào)告進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)質(zhì)量。（6）每預(yù)報(bào)一次提交一期預(yù)報(bào)成果報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容主要包括：測(cè)線布置圖、雷達(dá)成果圖、地質(zhì)推斷解釋、預(yù)報(bào)結(jié)論等。為保證能夠按時(shí)提交超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)告，在確認(rèn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)正確的前提下，根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，分別在專業(yè)工程師的主持下，輔以計(jì)算機(jī)手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在每次監(jiān)測(cè)完成后，24小時(shí)內(nèi)提交2份超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)告至甲方，最遲不超過36小時(shí)。在整個(gè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)完成后，1個(gè)月內(nèi)完成最終超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)告，并報(bào)甲方一式2份。TSP預(yù)報(bào)7.1基本原理TSP（TunnelSeismicPredictionahead）法，即隧道前方地震預(yù)報(bào)或超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。TSP(tunnelseismicprediction)203系統(tǒng)是瑞士Amberg工程技術(shù)公司最新研制并擁有專利的隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、處理和成果評(píng)估高度智能化等方面，相對(duì)于其他地質(zhì)超前預(yù)報(bào)手段具有適用范圍廣、預(yù)報(bào)距離長、對(duì)施工干擾小、提交資料及時(shí)。其基本原理如圖7-1所示，根據(jù)地震波的回波原理制成，由于地震波以一定的速度傳播，故測(cè)點(diǎn)傳感器收到反射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間與波源地震波到達(dá)不同巖體介質(zhì)界面的距離成正比，因此能作為簡介度量測(cè)定地質(zhì)變化區(qū)帶距測(cè)點(diǎn)的距離，從而確定被探測(cè)介質(zhì)界面的幾何形狀。該設(shè)備和技術(shù)特別適用于高分辨率的折射微地震波探測(cè)，以及對(duì)斷裂帶和巖體降低的軟弱破碎帶的探測(cè)。對(duì)于掌子面前方及其周圍的地質(zhì)界面情況的位置，均用數(shù)據(jù)處理后的圖像來直接反映，對(duì)剪切橫波的數(shù)據(jù)處理能藉以提高含水?dāng)嗔褞Ш偷刭|(zhì)構(gòu)造走向的辨識(shí)率，并能自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便遇到不良地址段是調(diào)整施工方案。主要過程是在隧道掌子面附近邊墻一定范圍內(nèi)布置激發(fā)孔，人工制造一系列有規(guī)則排列的輕微地震源，形成一個(gè)地震源斷面，地震波以球面波的形式在隧道圍巖中傳播，同時(shí)，三維地震波接收器在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下采集這些震源所發(fā)出地震波沿隧道前方及四周區(qū)域傳播而遇到地震反射截面，如斷層、破碎帶、溶洞、大的節(jié)理面等，當(dāng)圍巖波阻抗發(fā)生變化時(shí)（例如遇巖溶、斷層或巖層的分界面），一部分地震波將會(huì)被反射回來，另一部分地震波將會(huì)繼續(xù)向前傳播。反射的地震波由高精度的接收器所接收并傳遞到主機(jī)形成地震波記錄見圖7-2。然后經(jīng)過專門的分析軟件進(jìn)行處理，就得到清晰的反射波圖像。通過對(duì)反射波特征的分析，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、跟蹤觀測(cè)地質(zhì)資料就可以確定隧洞前方及周圍區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置和特性。...... 圖7-1TSP法工作原理示意圖圖7-2TSP法波形記錄7.2探測(cè)方法地震波震源采用小藥量炸藥激發(fā)產(chǎn)生，炸藥激發(fā)在隧道邊墻的風(fēng)鉆孔中，通常24個(gè)炮孔布置成一條直線。地震波的接收器也安置在孔中，一般左右洞壁各布置一個(gè)。采用黃油耦合，定向安置孔中三分量檢波器；記錄接收器孔、距離接收器最近的炮孔和隧道掌子面的里程樁號(hào)，以及各炮孔間的距離，以上數(shù)據(jù)填寫在《TSP現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表》中；爆破孔藥量一般控制在50～70克，采用計(jì)時(shí)線炸斷的觸發(fā)方式，在孔中灌滿水的條件下激發(fā)，按序依次起爆和進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。工作中對(duì)測(cè)線布置段至隧道掌子面間的隧道圍巖進(jìn)行地質(zhì)描述，以利于資料解釋。7.2測(cè)線布置接收孔距掌子面72m，左右兩側(cè)洞壁風(fēng)鉆孔中布置預(yù)報(bào)接收檢波器，在隧道一側(cè)邊墻的同一水平線上從里向外布置24個(gè)炮孔作為激發(fā)炮孔，炮孔間距2.0m，炮孔高度1.1m；與接收孔的最近距離為26m。測(cè)線布置示意圖如圖7-3、7-4所示。圖7-3TSP法測(cè)線布置工作示意圖圖7-4TSP法測(cè)線布置水平示意圖7.4儀器設(shè)備采用TSP（TunnelSeismicPrediction）技術(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)中，使用的儀器為TSP203隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，TSP203隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括儀器主機(jī)、配件和處理軟件三部分組成。7.5現(xiàn)場鉆孔注意事項(xiàng)鉆孔前，必須用測(cè)量儀器測(cè)定檢波器孔和炮孔的位置，檢波器孔和炮孔在同一水平面上，并用紅油漆作標(biāo)記。炮點(diǎn)要標(biāo)記序號(hào)。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求（距離、孔深、傾角等）鉆孔。若測(cè)定的位置無法鉆孔，可在以測(cè)點(diǎn)為圓心，半徑20cm的范圍內(nèi)鉆孔。注意選擇檢波器孔的位置，不能在松散圍巖中，可在以設(shè)計(jì)接收點(diǎn)為中心左右1.0m的范圍內(nèi)鉆孔。檢波器孔身要直?？變?nèi)巖屑和泥漿要用水沖出孔外。注意保護(hù)炮孔，成孔條件好的，孔內(nèi)巖屑和泥漿要用水沖出孔外，以免藥包放置不到位。成孔條件差的，完鉆后要將柱狀物（錨桿等）留在孔中，防止圍巖掉塊。7.6結(jié)果分析與報(bào)送采集的TSP數(shù)據(jù)，通過TSPWin軟件進(jìn)行處理，獲得P波、SH波、SV波的時(shí)間剖面、相關(guān)偏移歸位剖面等成果。在成果分析中，以P波、SH波、SV波的原始記錄分析測(cè)段巖體的地質(zhì)條件；以相關(guān)偏移歸位剖面預(yù)報(bào)前方巖體地質(zhì)條件，預(yù)報(bào)分析推斷以P波剖面資料為主，結(jié)合橫波資料綜合解釋。解釋中遵循以下準(zhǔn)則：若S波反射較P波強(qiáng)，則表明巖層含水；左右洞壁對(duì)比，以激發(fā)和接收在同一側(cè)的資料為主的原則；3）縱橫波資料對(duì)比，以縱波資料為主的原則。綜合分析隧道左右壁原始記錄，分離后的縱橫波（P、SH、SV）記錄，以及P波、SH波、SV波的相關(guān)偏移歸位剖面圖。為保證能夠按時(shí)提交超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)告，在確認(rèn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)正確的前提下，根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，分別在專業(yè)工程師的主持下，輔以計(jì)算機(jī)手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在每次監(jiān)測(cè)完成后，24小時(shí)內(nèi)提交2份超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)告至甲方，最遲不超過36小時(shí)。在整個(gè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)完成后，1個(gè)月內(nèi)完成最終超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)告，并報(bào)甲方一式2份。紅外探測(cè)預(yù)報(bào)基于目前各種隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，對(duì)水的探測(cè)預(yù)報(bào)有效方法很少，近年來，紅外探水技術(shù)開展隧道掌子面前方含水體進(jìn)行探測(cè)預(yù)報(bào)，取得了一定的成果。紅外探測(cè)儀是一種非接觸式防爆紅外探測(cè)儀，其靈敏度高，可應(yīng)用于煤礦井下進(jìn)行紅外探測(cè)如探水、探火、探瓦斯等防災(zāi)工作。基本原理巖層由于分子振動(dòng)和晶格振動(dòng)，每時(shí)每刻都在向外輻射電磁波，并形成紅外輻射場。紅外探測(cè)技術(shù)就是通過紅外探測(cè)儀探測(cè)前方一定范圍內(nèi)紅外輻射場的變化，即通過探測(cè)儀顯示出紅外輻射溫度的變化。當(dāng)探測(cè)前方不存在隱伏的地質(zhì)異常體時(shí)，紅外輻射場就是一常值。當(dāng)探測(cè)前方一定范圍內(nèi)存在隱伏的地質(zhì)異常體時(shí)，地質(zhì)異常體產(chǎn)生的輻射場就要疊加在正常輻射場上，從而使得正常輻射場發(fā)生畸變。因此，根據(jù)紅外輻射場曲線的變化規(guī)律，就可以全空間、全方位探查地質(zhì)異常體。在隧道掘進(jìn)現(xiàn)場，當(dāng)掌子面前方存在含水構(gòu)造時(shí)，含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常紅外輻射場會(huì)疊加到圍巖的正常輻射場上，儀器顯示屏上的曲線出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變。而當(dāng)掌子面前方?jīng)]有含水構(gòu)造時(shí)，所測(cè)定的紅外輻射場為正常場值，數(shù)據(jù)曲線近似為一條直線。紅外探測(cè)本質(zhì)就是根據(jù)紅外探測(cè)儀測(cè)出的、沿隧道軸線一定范圍內(nèi)的圍巖場強(qiáng)值繪出紅外探測(cè)曲線和曲線的特征，來判斷正常場或異常場，從而分析判斷是否存在災(zāi)害源，為施工提供有價(jià)值的地質(zhì)信息。紅外輻射場的形成。物質(zhì)由分子組成，分子處于不停的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于分子震動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，地下巖體、水體每時(shí)每刻都在向外界發(fā)射紅外波段的電磁波，從而形成紅外輻射場。地質(zhì)體由內(nèi)向外發(fā)射紅外電磁波時(shí)，必然會(huì)把各種地質(zhì)信息以變化場的形式傳播出來。有災(zāi)害必定有災(zāi)害源，有災(zāi)害源必定有災(zāi)害場。而“物理場”傳播的距離永遠(yuǎn)大于“場源”。因此，在安全距離之外，根據(jù)災(zāi)害場的出現(xiàn)，可提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)災(zāi)害源的存在。正常場與異常場。正常場：當(dāng)隧道掌子面前后的圍巖較好時(shí)，即圍巖的介質(zhì)相對(duì)正常時(shí)，在掌子面后方（已開挖部分）探測(cè)時(shí)所獲得的紅外探測(cè)曲線將近似為一條直線，該紅外輻射場就為正常場。異常場：當(dāng)掌子面前方或隧道外圍存在含水構(gòu)造時(shí)，同樣在掌子面后方（已開挖部分）探測(cè)時(shí)，紅外探測(cè)曲線就會(huì)出現(xiàn)明顯彎曲，曲線上的數(shù)據(jù)也將出現(xiàn)突變，即會(huì)出現(xiàn)含水構(gòu)造產(chǎn)生的紅外輻射場與圍巖的正常輻射場的疊加，從而形成異常場。探測(cè)方法及測(cè)線布置通過對(duì)側(cè)壁探測(cè)進(jìn)行超前防水預(yù)報(bào)。當(dāng)掘進(jìn)前方30m范圍內(nèi)存在含水構(gòu)造或溶洞時(shí)，前方災(zāi)害源產(chǎn)生的紅外異常場，必然會(huì)傳播到掘進(jìn)后方，因而在掘進(jìn)后方隧道的側(cè)壁上能提前發(fā)現(xiàn)災(zāi)害源產(chǎn)生的紅外異常場。探測(cè)方法：由掘進(jìn)斷面向后方以5m點(diǎn)距，沿一個(gè)側(cè)壁布置12個(gè)探測(cè)順序號(hào)，探測(cè)者站在相應(yīng)順序號(hào)的隧道中部，分別對(duì)左邊墻、頂部、右邊墻、底板探測(cè)。至于在這個(gè)環(huán)形圈上探多少個(gè)探點(diǎn)，可根據(jù)探測(cè)目的來決定。假如你既防底板水，又防頂板水，還防兩邊墻外側(cè)水，那么你至少要對(duì)四個(gè)壁各探一個(gè)點(diǎn)。操作者當(dāng)迂到頂板淋水、滴水時(shí)，或者側(cè)壁滲水、淌水時(shí)，不管是不是在點(diǎn)位上，只要是途中經(jīng)過的，都要分別對(duì)上方的出水部位、下方的積水部位分別探測(cè)。記錄者應(yīng)在相應(yīng)備注欄內(nèi)記清儀器讀數(shù)值。在掘進(jìn)斷面上探測(cè)，作超前防水預(yù)報(bào)。當(dāng)遇到軟巖地層，或遇到地層破碎時(shí)，襯砌經(jīng)常跟到掘進(jìn)斷面，此時(shí)就不能直接探頂?shù)装搴瓦厜?，而只能探斷面。探點(diǎn)布置：對(duì)主洞而言，布置四行，每行5個(gè)探點(diǎn)。當(dāng)斷面前方存在斷層時(shí)，斷層走向不可能與隧道走向完全垂直，即使垂直，次級(jí)構(gòu)造或含水裂隙相對(duì)掘進(jìn)斷面上不同點(diǎn)的距離也有遠(yuǎn)有近，因此斷面上各探點(diǎn)的探測(cè)值離散差異很大。如果斷面前方是溶洞，溶洞中心不可能剛好在隧道軸線上，即使是，由于溶洞形態(tài)的不規(guī)則性，含水體相對(duì)斷面各探點(diǎn)而言，也有遠(yuǎn)有近，因而斷面上各探點(diǎn)的讀數(shù)值，存在明顯的差異性。它是判斷有含水構(gòu)造的依據(jù)。（3）在正常掘進(jìn)段，根據(jù)探測(cè)斷面給出的表格，我們可以總結(jié)出每一行任意兩個(gè)讀數(shù)值的最大差值在哪個(gè)范圍。當(dāng)我們掌握了正常地段差值的變化范圍時(shí)，超出正常變化范圍，那就是前方存在含水構(gòu)造。紅外探測(cè)建立在紅外輻射場的基礎(chǔ)上，利用流動(dòng)水體與周圍巖體存在的溫度差異，定性評(píng)價(jià)開挖工作面前方和隧道周圍巖體的含水情況，對(duì)于流動(dòng)水體有較好的反映，但孤立的靜止水體不明顯。紅外探測(cè)只能預(yù)報(bào)地層巖體中有沒有水，至于水量大小則無法探明，因而紅外探測(cè)目前只限于定性預(yù)報(bào)。超前水平地質(zhì)鉆孔超前地質(zhì)鉆探是利用水平鉆機(jī)在隧道掌子面進(jìn)行水平地質(zhì)鉆探獲取地質(zhì)信息的一種地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方式。它可直接揭示隧道開挖面前方幾十米的地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)完整程度、構(gòu)造、地下水、巖溶洞穴填充物及其性質(zhì)、巖體完整程度等資料，還可通過巖芯試驗(yàn)獲得巖石強(qiáng)度等定量指標(biāo)。采用超前水平鉆探法，對(duì)開挖面前方15～30m范圍的地質(zhì)巖層整體性、含水構(gòu)造、水量及水壓進(jìn)行預(yù)測(cè)，在地質(zhì)雷達(dá)和地質(zhì)分析法預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，用超前水平鉆探法進(jìn)一步對(duì)比較差的圍巖地段取得可靠的資料。鉆探孔時(shí)，根據(jù)鉆進(jìn)速度的變化和沖擊振動(dòng)頻率，鉆孔中出水的清濁及顏色，對(duì)開挖面前方圍巖整體性進(jìn)行分析，含水構(gòu)造進(jìn)行判斷。在開挖鉆孔作業(yè)時(shí)，可將部分眼孔加深8～10m，作為輔助超前探測(cè)，輔助超前探孔數(shù)量在施工中可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況酌情增減。在可溶巖地段、可溶巖與非可溶巖過渡接觸帶，以及斷層破碎帶施工中運(yùn)用鉆具進(jìn)行長5m的超前鉆孔，對(duì)洞身前方進(jìn)行全方位空間探測(cè)，探孔成放射形布設(shè)。對(duì)超前探測(cè)的異常段，需增加鉆探。鉆機(jī)鉆孔時(shí)要固定牢固，確保超前鉆孔涌出高壓地下水時(shí)，能夠有效地控制。圖9-1隧道超前地質(zhì)探孔示意圖隧道預(yù)報(bào)人員安排超前地質(zhì)預(yù)報(bào)安全文明施工質(zhì)量保證體系本方案主要從工作安全、工作質(zhì)量和工作進(jìn)度等方面著手，建立和實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)質(zhì)量保證體系，見圖11-1。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)安全質(zhì)量保證體系安全、文明施工保證措施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)安全質(zhì)量保證體系安全、文明施工保證措施工程進(jìn)度保證措施工程質(zhì)量保證措施11.1安全文明施工保證措施為保證工作安全，必須做到：隨時(shí)把握施工的安全性，牢固樹立“安全第一”