沪昆客专隧道超前地质预报实施方案

目录
隧道超前地质预报方案 (1)
一.超前地质预报目的 (1)
二.编制依据 (1)
三.适用范围 (1)
四.工程概况 (1)
五.作业准备 (2)
六.组织机构 (3)
6.1.组织机构 (3)
6.2.超前地质预报人员配备及分工 (4)
七. 地质预报重点内容 (5)
八. 地质预方法 (5)
8.1．隧道区域调查 (6)
8.2 .隧道洞身不良地质体超前地质预报 (6)
8.2.1.TSP超前地质预报 (7)
8.2.2.短期预报方法 (10)
8.2.3.超前钻探 (11)
8.3. 补充说明 (14)
九.超前地质预报信息处理 (14)
附图：隧道地质预报信息处理流程见图9-1。

(14)
隧道超前地质预报方案
一.超前地质预报目的
现场超前地质预报是隧道施工管理的重要组成部分，必须纳入正常施工工序中，科学施工。

可以根据需要探测和了解隧道开挖前方几米、几十米乃至上百米范围内围岩的工程地质情况；可以通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层和断层破碎带进行准确定位；可以直接采集芯样进行各种抗压强度试验以获取岩石的物理学特征参数；可以通过钻孔及时释放影响隧道掘进施工过程中的瓦斯和地下水等有害气体和液体。

它不仅能指导施工，预报险情，确保安全，而且通过现场预报获得围岩动态的信息（数据），为修正和确定下一步施工方法，提供信息依据，为完善隧道工程设计与指导施工提供可靠的足够的数据。

二.编制依据
⑴《客运专线铁路隧道工程施工指南》（TZ214-2005）
⑵《新建沪昆客专施工图设计文件》
三.适用范围
适用于新建沪昆客专双线隧道隧道超前地质预报。

四.工程概况
本标段共有隧道12.5座，全长20588m，占线路总长度的67.56%，其中长度大于4km隧道一座（7708m），长度2～3km隧道2.5座（含高瓦斯隧道1座），长度1～2km隧道2座，长度小于1km隧道7座均为新建单洞双线隧道。

为了保证隧道施工能够安全进行，超前地质预报必须纳入正常施工工序中，科学组织、认真研究、按要求进行监控超前地质预报工程施工，为隧道的安全施工保驾护航。

隧道超前地质预报具体统计如下表4-1。

表4-1 隧道数量统计表
五.作业准备
(1).内业技术准备
应在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，超前地质预报作业指导书，审阅、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟习规范和技术标准。

制定施工安全保证措施，提出应急预案，对施工人员进行
技术交底，对参加施工人员进行上岗前培训考试合格后持证上岗。

(2).外业准备
施工作业层中所涉及的各种外部技术数据收集，修建生活房屋，配齐生活、办公实施，满足主要管理、技术人员进场生活办公需要。

所需超前地质预报仪器应提前进场，按规定进行标定，并及时存档。

六.组织机构
6.1.组织机构
为保证超前地质预报工作正常有序开展，项目部建立总工程师负责的管理体系，工程部和安质部负责对地质预报队的超前地质预报进行日常检查、指导和重大问题上报工作。

总负责人：项目部总工程师，负责超前地质预报工作组织安排和重大问题的处理，检测成果审核，制度下一步施工方案。

主管部门：项目部工程部、质检部，负责超前地质预报全面管理，日常检查、指导和重大问题上报工作，并参与重大问题的处理和下一步施工方案的制定。

超前地质预报队负责人：超前地质预报队负责主管超前地质预报组工作，掌握超前地质预报工作状态，分析和上报有关超前地质预报数据和情况，制定处理措施，下达技术交底资料。

及时组织相关人员开展超前地质预报工作，并对超前地质预报结果负责，分析超前地质预报数据和上报超前地质预报动态。

现场超前地质预报成员：超前地质预报成员（操作人员和资料员），操作人员负责现场超前地质预报具体实施，负责现场预报操作，及时取
得超前地质预报数据；资料员负责超前地质预报资料的收集、整理、签认、汇总和归档等资料管理工作。

6.2.超前地质预报人员配备及分工
指挥部设地质预报队，队长综合素质必须能达到独立胜任隧道工程的控制超前地质预报和隧道放样的水平。

实行队长负责制度。

实行三级复核制度。

本标段共有16个作业面，计划配备1个超前地质预队，2个地质预报小组。

指挥部设监测队长1名，地质工程师2名，在工程部的配合下积极做好所有隧道的超前地质预报工作。

地质预报管理组织机构图见6-1。

图6-1 超前地质预报管理组织机构框图
6.3.隧道超前地质预报仪器配置
隧道超前地质预报仪器为TSP超前地质预测预报系统、超前水平地质钻机和地质雷达组成超前地质预测预报作业线，科学管理，合理安排满足全标段隧道超前地质预报工作。

表6-1 超前地质预报主要设备配置计划表
七. 地质预报重点内容
①.不同岩性接触带的位置，接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况；
②.断层破碎带段的岩体破碎程度及地下水的赋存情况；
③.岩溶发育程度、岩溶水赋存情况；
④.煤系地层瓦斯突出情况；
⑤.隧道内围岩级别变化趋势。

八. 地质预方法
8.1．隧道区域调查
隧道区域进行一次地面地质调查，在数据分析的基础上做好宏观预报。

隧道所在地区不良地质宏观预报，是以深入的地面地质调查为基础，通过区域不良地质分析方法，宏观预报洞体施工可能遇到的不良地质类型、规模、大约位置和方向，宏观预报施工地质灾害的类型和发生的可能性。

其主要包括：
⑴.隧道地面地质调查
它是区域不良地质分析的基础主要包括：地层地质调查、地质构造调查、岩浆岩侵入体调查、水文地质调查。

⑵.隧道区域不良地质分析
它是隧道所在地区不良地质宏观预报的依据。

因为大多数隧道不良地质体本身就是区域地层、地质构造的一部分。

包括：地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析等。

8.2.隧道洞身不良地质体超前地质预报
本方案拟采用长期预报和短期预报相结合的预报形式。

即首先采用长期预报预测前方相当长度范围内的地质情况，如果发现异常，在施工进行至异常范围时采用短期预报方法进行精确预报。

长距离预报精度低，但费用低；短距离预报费工费时，但精度高。

具体内容如下：
8.2.1.TSP超前地质预报
⑴.Ⅳ、Ⅴ级围岩地段、Ⅲ级围岩距Ⅳ级围岩50m外地段，实施TSP-203探测（隧道进出口各扣除50m），配合断层参数预测法和地面地质体投射法。

⑵.TSP-203主要用于超前预报隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模，最大探测距离约为掌子面前方150～200m（具体由地质条件、震源能量等决定）。

具体施工工艺及原理及TSP203隧道施工超前地质预报工作流程图
8-2。

①.预报方法原理
通常根据隧道围岩岩性及其破碎程度、含水丰富程度等情况确定预报频率。

为了准确指导隧道的安全施工，确保超前地质预报的准确性，一般每座隧道每掘进150～200m预报一次。

其洞内测试方法简述如下：通常情况下，TSP测量剖面是在隧道的左壁或者右壁上布置一系列的微型爆破，测量剖面的选择主要取决于岩层结构的主导方位。

尽管岩层内部的大体情况未知，但在隧道壁左右两侧上安装一对接收器可提供一些附加信息。

简而言之，使用一个爆破剖面和两个接收器也是出于经济目的而考虑。

②.对地质状况非常复杂的情况，建议使用两壁爆破剖面测量。

上述布置的好处是可将所获得的地质数据加以对比和相互校证。

⑶.施工隧道
超前地质预报实施方案
①.TSP203超前地质预报方法，必要时辅以地质雷达方法作详细、高分辨率探测。

②.隧道进洞50米左右便开展预报工作。

TSP203测量系统测量组件的标准测量方式如图8-1所示。

图8-1 TSP203系统组件标准测量图示
③.为了保证超前地质预报的准确性，按隧道每掘进150～200米预报一次。

④.采用TSP203探测系统预报时，现场工作布置如下：
Ⅰ.接收器钻孔布置方法：
接收器钻孔数量：2个，隧道左、右壁各一个。

接收器钻孔直径：43-45mm/孔深2m。

接收器钻孔布置：沿轴径向，向上倾斜5-10度；布置高度：离地面
约1米；布置位置：离掌子面大约55米位置。

Ⅱ.爆破钻孔布置方法：
爆破钻孔数量：在隧道左或右壁面布置24个（根据岩层走向确定在左或右），根据实际情况可以选择18-24个。

爆破钻孔直径：38mm（20-45mm）/孔深1.5m（最小0.8m.最大2.0m）。

爆破钻孔布置：沿轴径向，向下倾斜10-20度(水封填炮泥)，相对于隧道壁面倾斜10度；布置高度：离地面约1米；布置位置：第一个钻孔离接收器约20米，其余炮眼间距1.5米（最远2米）。

TSP203探测系统可预报施工隧道掌子面前方以下不良（或特殊）地质问题：
1）软弱岩层的分布;
2）断层及其破碎带;
3）节理裂隙发育带;
4）含水情况;
5）空洞;
6）围岩类别，即可以预测即将开挖隧道相关地质结构及其周围地质状况，同时也可以对力学参数（动态弹性摸量、剪切摸量、泊松比、密度、弹性纵波速度、弹性横波速度等）进行评估，有利于及时预报隧道掌子面前方的地质状况，以便正确指导隧道施工。

TSP探测技术配合断层参数预测法和地面地质体投射法，各种方法之
图8-2 TSP203隧道施工地质超前预报工作流程图
间相互验证，预报精度、质量较好。

8.2.2.短期预报方法
全隧道实施全断面地质素描，断层区段配合应用地质雷达、红外线探水仪探测。

上述方法为短期预报方法，短期超前地质预报应在长期超前地质预报的基础上进行的，预报距离为掌子面前方15～30m。

⑴.地质素描法用于短期地质预报，方法简单，但作用重大。

本方法在掌子面和隧道两壁出露的岩层与地表某段岩层证为同一和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预报掌子面前方将要出现的岩层；依据掌子面已揭露的不良地质体的产状和单壁始见的位置，求得条带状不良地质体在隧道掌子面前方消失的位置。

⑵.地质雷达探测属于电磁波物探技术。

电磁波通过天线向地下发射，遇到不同阻抗界面时，将产生反射波和透射波。

接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收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，供解译人员分析不良地质体的确切位置和规模。

⑶.红外线探水法通过探测曲线的变化可探测出掌子面前方灾害源的存在，如含水断层及其破碎带等。

当隧道外围某一空间存在灾害源时（含水裂隙、含水构造和含水体），灾害源自身的红外辐射场就要叠加在正常场上，使获得的探测曲线上某一段发生畸变，其畸变段称为红外异常场，由于到场源的距离不同，畸变后的场强亦不同，其物理意义是隧道外围存在灾害源。

8.2.3.超前钻探
确定的断层破碎带，可能的大涌水区段实施不少于20m的超前钻探。

超前钻探是超前地质预报技术体系主要组成部分，占有重要的地位，具有不可替代的作用。

超前钻探在隧道洞身长期、短期超前地质预报的基础上进行，侧重长期、短期超前地质预报已经基本认定的主要不良地质
区段。

为充分利用钻孔信息，可利用钻孔做跨孔声波探测和声波CT。

超前钻探的布孔数量，视不良地质的性质和可能发生施工地质灾害的严重程度来决定。

对于较大的断层破碎带，布置1孔至多2～3孔即可达到目的布孔的位置。

2.3.1.实施超前地质预报的一般程序
总结前述方案，依据隧道的具体地质情况，确定隧道实施超前地质预报的一般程序如下图8-3：
第一步：隧道所在地区地质分析与宏观预报
这是超前地质预报的第一步重要工作程序。

对于隧道来说，主要包括区域地质资料的收集、分析和少量隧道临近地区的地表地质调查、分析。

在地质分析的基础上，进行宏观预报。

第二步：隧道施工过程中的长期超前地质预报
在宏观预报的指导下，主要应用TSP-203、瞬变电磁仪，配合断层参数预测法和地面地质体投射法，进行掌子面前方100m～150m的超前地质预报。

第三步：隧道施工过程中的短期超前地质预报
在隧道长期超前地质预报的基础上，对长期超前地质预报确定的异常区段，不良地质分布区段，主要应用地质雷达、红外线探水仪和声波探测仪等仪器设备、掌子面编录预测法和地质前兆预测法等方法实施掌子面前方15～30m的短期超前预报。

图8-3 隧道地质超前预报程序框图
第四步：超前钻探
在隧道长期、短期超前地质预报的基础上，对已经确定的断层破碎带、可能的大涌水区段实施不少于20m的超前钻探，以进一步确定断层破碎带的性质、宽度和破碎程度；再通过钻孔水柱的喷距或流速确定赋水
地质体的涌水量。

第五步：隧道施工地质灾害临近警报
8.3. 补充说明
上述方案是在目前已掌握地质资料的基础上完成的，考虑隧道工程地质的特殊性和复杂性，施工过程中，应根据实际开挖地质情况适时调整超前地质预报方法。

九.超前地质预报信息处理
为将超前地质预报技术认真实施，防止隧道灾害的发生，施工过程中建立完善的地质预报信息处理系统，以保证超前地质预报系统的正常运转，提供准确可靠的反馈信息，保证隧道施工安全。

通过各种方法采集的地质预报信息，经地质工程师、专家组综合分析后，制定施工方案，并将处理结果反馈给施工人员，施工人员及时变更设计、调整施工方法和支护参数。

附图A：隧道地质预报信息处理流程。

图A 隧道地质预报信息处理流程图
施工准备
制定预报方案
项目技术决策
地质预报报告
长距离预报
地质综合判断
施工方案选择 施工建议
地质分析
预报验证反馈
预报分级
隧道施工
研究地质资料
物探法 深孔水平钻探法
地质雷达探测
加深炮孔探测
红外探测
超前水平钻探
中长
距离预报
地质素描 下循环预报
短 距离预报
异常段
异常段
正常段。