隧道掘进中掌子面前方岩石结构的超前预报
隧道地质超前预报(一建 公路工程管理与实务)
隧道地质超前预报半页书：建造师资料分享平台公路隧道施工应加强施工地质工作，以达到地质预测预报的目的。
常规地段应实施跟踪地质调查，不良地质地段应进行超前地质预报。
地质预测预报应作为必备工序纳入施工组织管理。
一、公路隧道地质超前预报的目的跟踪地质调查与超前地质预报，应达到下列主要目的：1.在施工前期地质勘察成果的基础上，进一步查明掌子面前方一定范围内围岩的地质条件，进而预测前方的不良地质以及隐伏的重大地质问题。
2.为信息化设计和施工提供可靠依据。
3.为降低地质灾害发生风险提供预警。
4.为编制竣工文件提供可靠的地质资料。
二、公路隧道地质超前预报的内容超前地质预报应包括(但不限于)以下内容：1.地层岩性，重点为软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土等。
2.地质构造，重点为断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况。
3.不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体、高地应力、高地温、高岩温等发育情况。
4.地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层。
三、公路隧道地质超前预报方法隧道地质超前预报方法主要有：地质调查法、超前钻探法、物理勘探法(TSP法、TCP法和TRT法) 、超前导洞法、水力联系观测。
1.地质调查法是隧道施工超前地质预报的基础，适用于各种地质条件隧道超前地质预报，调查内容应包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质调查。
2.物理勘探法适用于长、特长隧道或地质条件复杂隧道的超前地质预报，主要方法包括有弹性波反射法、地质雷达法、陆地声呐法、红外探测法、瞬变电磁法、高分辨直流电法。
3.TSP法适用于各种地质条件，对断层、软硬接触面等面状结构反射信号较为明双显，每次预报的距离宜为100~150m，连续预报时，前后两次应重叠10m以上。
4.地质雷达法适用于岩溶、采空区探测，也可用于探测断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体，在岩溶不发育地段每次预报距离宜为10~20m，在岩溶发育地段预报长度可根据电磁波波形确定，连续预报时，前后两次重叠不应小于5m。
隧道超前地质预报细则
目录第一章总则 (3)第二章管理机构和职责划分 (3)第三章工程概况及地质情况 (6)第四章超前地质预报计划及地质复杂程度分级 (7)第五章设备及人员组成 (9)第六章超前地质预报工作程序 (10)第七章主要预报方法 (14)第八章质量安全要求 (25)第九章附则 (27)XXX隧道超前地质预报管理细则第一章总则第一条隧道超前地质预报是保证隧道施工安全、优化工程设计、实现施工信息化的重要基础。
通过超前地质预报工作，可以进一步查清隐伏的重大地质问题，及时掌握和反馈隧道地质条件信息，调整隧道设计参数、防护措施，为优化隧道施工组织、制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据。
第二条抓好隧道超前地质预报工作，可以预防各类突发性地质灾害，有效规避工程建设风险。
超前地质预报是确保施工安全和结构安全可靠的重要手段，是铁路隧道设计文件的重要组成部分，也是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节，是施工中不可缺少的关键工序，施工单位必须纳入施工工序管理。
第三条本细则依据《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设〔2008〕105号）、《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设〔2010〕120号），铁路隧道设计规范、施工规范、施工指南和验收标准，XXX隧道设计图纸、XXX隧道施工组织设计，《XXX铁路浙江有限公司（以下简称XXX公司）超前地质预报管理细则》（2014.3.7）结合XXX地质等现场实际情况制定。
第二章管理机构和职责划分第四条施工单位职责1．施工单位是除施工图阶段经评估为高风险和极高风险的软弱围岩及不良地质隧道外其他隧道超前地质预报的主体责任单位，并组织专业队伍开展物探工作。
2．负责编制隧道超前地质预报实施细则，按批准的实施细则和设计要求组织现场实施，并对超前地质预报资料的真实性、准确性负责，对地质素描、超前钻孔和超长炮孔的真实性、准确性负全部责任。
3．超前预报设备配置必须满足可靠性和高效性的要求，现场实施必须有专业技术人员跟班，司钻人员相对固定。
地质雷达(GPR)在超前地质预报中的应用
地质雷达（GPR）在超前地质预报中的应用超前地质预报是在隧道开挖时，对掌子面前方的围岩等级与不良地质发育情况做出预测、预报。
超前地质预报常用的物探方法有很多，分类不尽相同。
常规地质素描法和物探法是目前隧道施工中普遍采用的超前地质预报方法。
常规法包括：超前导坑法、正洞地质素描、水平超前地质探孔；物探法包括TSP-203、GPR、声波测试、地震反射法、红外探水。
GPR已成为地下工程常用的超前地质预报方法。
GPR被广泛的应用于工程质量检测、场地勘察和隧道超前地质预报工作。
其特点为：操作方便、分辨率高、预报距离短（20m～30m）和易受电磁干扰的特点。
二、GPR探测基本原理GPR是一种无损的探测技术，它利用宽带电磁波传播反射规律，查明地下不可视地质体情况。
发射天线Tx发出高频电磁波脉冲，被地下介质介面反射，被接收天线Rx接收，接收的信号经过GPR软件处理、分析，判明地下有无不良地质现象，见图2-2GPR电磁波脉冲传播示意图。
图2-2GPR电磁波脉冲传播示意图三、GPR实验数据特征：GPR溶洞、断层破碎带和裂隙密集带数据特征如表3-1所示：表3-1GPR数据特征图2-3GPR岩溶探测成果图图2-4GPR断层破碎带探测成果图图2-5GPR裂隙密集带探测成果图四、结语GPR在隧道开挖时，能够对掌子面前方的围岩等级与不良地质发育情况做出预测、预报。
地下岩溶发育，对雷达波的反射特征为：溶洞边界的反射雷达波为强反射波，同时经常伴有绕射现像。
断层破碎带内岩体的介电常数受孔隙度和含水率的影响较大，致使其与完整岩体的波阻抗差异明显。
当电磁波传播至两种地质体界面时[Ⅵ]，反射波能量增强、波形幅值增大；当电磁波传播至断层破碎带内部时，由于破碎的岩石胶结程度不同，致使反射的雷达波波形杂乱。
应用GPR软件得到雷达波场，其特征为：反射波强烈且振幅加强，同相轴错段。
有时候还可出现断面波和绕射波[Ⅷ]。
裂隙密集带主要存在于岩脉带及软弱夹层、断层影响带中，由于裂隙内有不均匀、不同成分的充填物，与周边围岩形成电性差异[Ⅸ]。
隧道地质超前预报技术方案
高速公路/高速铁路隧道地质超前预报技术建议书目录1 适用条件及目的 (1)2 超前地质预报的内容 (1)3 地质预测预报工作的原则和要求 (2)4 地质预报工作流程 (4)5 地质预报的方法和手段 (4)6预报工作技术要求 (16)7 预报资料编制 (17)1 适用条件及目的超前地质预测、预报是隧道信息化施工的重要组成部分，也是隧道施工中一道重要的施工工序。
超前地质预测、预报的目的是采用各种地质分析、物探、超前钻探等手段在隧道施工当中探明前方围岩地质情况，并根据前方地质、水文条件的变化及时调整施工方法和采取相应的技术措施，降低地质灾害发生的机率，从而指导工程施工的顺利进行，同时也为设计变更提拱地质依据，为编制竣工文件提供地质资料。
2 超前地质预报的内容针对本段隧道工程的特点和施工技术要求，隧道施工期地质预测、预报应包括以下内容：2.1断层及断层影响带的位置、规模及其性质。
2.2软弱夹层的位置、规模及其性质。
2.3岩溶的位置、规模及其性质。
2.4不同岩性、围岩级别变化界面的位置。
2.5工程地质灾害可能发生的位置和规模。
2.6含水构造的位置、规模及其性质。
2.7隧道底部溶洞、暗河等对地基稳定性有影响的不良地质体探测。
2.8煤系地层采空区与隧道的位置关系。
重点是隧道突水涌泥可能性的探测和分析判释，隧底基础溶洞的探测等。
3 地质预测预报工作的原则和要求3.1超前地质预测、预报是隧道信息化施工的重要组成部分，施工阶段应将超前地质预测、预报纳入施工工序进行组织管理。
3.2质预测预报坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、（辅助导坑与主洞探测相结合），开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。
3.3超前地质预报的结果应体现出及时性，有异常情况时应及时通知决策部门和施工单位，及时采取措施，使不良地质体始终处于可控状态；在预报前方地质情况正常的情况下，亦应将预报结果及时通知决策部门和施工单位，使其安排正常施工工序，组织正常施工生产。
隧道工程地质超前预报
隧道工程地质超前预报2.2.1工艺概述隧道超前地质预报是隧道(信息化)施工管理的重要组成内容，针对隧道围岩复杂多变的特点，避免不良地层结构导致隧道坍塌、沉陷、涌水、有害气体突出等事故的发生，而采用的综合超前的地质预测措施。
超前地质预报主要适用于具有岩溶、岩溶突水（突泥）、断层破碎带、浅埋段、高地应力（可能产生硬岩岩爆和软弱围岩塑性变形）和瓦斯等有害气体的铁路隧道。
2.2.2作业内容：地质超前预报可采用地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导坑预报法。
各预报方法应包括下列内容：1地质调查法：包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等。
2超前钻探法：包括地质超前钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。
3物探法：包括弹性波反射法（地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和陆地声纳法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测、高分辨直流电法等。
4超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。
2.2.3质量标准及验收方法1.隧道施工应进行超前地质预报，超前地质预报应纳入正常的施工工序。
2.隧道超前地质预报应根据区域地质资料和设计文件，结合现场实际情况制定预报方案，包括人员组织、资源配置、作业程序、经费管理等。
2.2.4工艺流程图见图 2.2.4。
2.2.5主要地质预报方法工序作业步骤说明一、施工准备1.做好超前地质预报作业技术交底。
2.准备好各种施工机械和测量仪器3.监测之前对仪器进行检查，确保能正常运行。
4.准备好预测使用的各种材料。
二、地质分析法1.地质分析法主要是根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料、洞内地质调查资料、隧道掌子面地质素描，通过地层对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等，推测掌子面前方可能揭示的地质情况，如地层岩性、地质构造、不良地质及特殊地质等。
2.地质分析法的工作要求：（1）隧道地表地质补充调查应现场记录并及时反映在隧道工程地质平面图上。
隧道工程地质超前预测及预报
隧道工程地质超前预测及预报摘要超前地质预报或隧道超前地质预报是在隧道开挖时，对掌子面前方的围岩与地层情况做出超前预报。
超前地质预报常用的物探方法有很多，分类不尽相同。
关键词隧道；地质；超前；预测；预报1超前地质预报方法隧道采用的超前地质预测预报主要有地质素描、地质雷达、红外探测和超前地质钻探等。
根据超前地质预测预报工作获取的地质信息调整隧道的施工方案，以确保施工安全。
通过地质超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水量情况及围岩结构的完整性，从而为优化施工隧道方案提供依据，为预防隧道突水、突泥、有害气体溢出及放射性等可能形成的灾害性事故及时提供信息。
2 超前地质预报的内容及技术要求2.1 地质编录由专业地质人员对隧道的工程地质、水文地质特征进行详细的编录，根据掌子面的地质特征，并结合勘察设计地质资料，对掌子面前方的地质情况进行预测，并提出工程措施意见。
2.2物探超前地质预报对地质条件复杂地段，如断层、地下水发育的突涌水段等，在地质编录的基础上，进行物探超前预报。
断层：要预报破碎带的位置、宽度、富水情况及岩体的完整性等。
地下水发育的突涌水段：要预报掌子面前方岩体的完整情况、节理裂隙发育情况、富水情况，并分析发生突涌的可能性等。
2.2.1 TSP203地质超前预报系统TSP203地质超前预报系统能够进行隧洞施工中长期预报，该系统是建立在对反射地震波信号的接收和处理基础上，能较准确预报隧洞施工前方200m范围内地质条件和岩石特性的变化，对保证隧洞施工顺利进行具有直接的指导意义。
其工作原理、量测方法、适用方法及预报工作操作注意事项如下所述：1）工作原理地震(声)波由特定点上的小规模爆破产生，并由秒年电子传感器接受。
当地震波遇到岩石强度变化大(如物理特性和岩石类型的变化、断层带、破裂区的出现)的界面时，在绕射点处部分射波的能量被反射回来。
反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。
TSP203及地质雷达隧道施工地质超前预报方案
TSP203及地质雷达隧道施工地质超前预报方案一、隧道施工超前预报的目的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。
二、主要预报方法传统的地质超前预报一般采用超前钻探，但是，超前钻探的费用很高，而且还会延误工期。
目前，无损地球物理探测地质预报探测系统一般采用地质雷达法、TSP203法。
TSP203技术预报里程长，一次可预报100米左右，对掌子面无要求，对隧道施工不会有干扰（或者仅有轻微干扰）。
地质雷达法预报里程短，一次可预报10~20米左右（软弱、破碎、含水岩体预报里程最短），要求掌子面在垂向上修平，对隧道施工干扰大。
三、使用的仪器及主要设备TSP203法使用的仪器为瑞士安伯格测量技术有限公司（Amberg Measuring Technique Ltd.）TSP203探测系统。
TSP203系统的主要组成包括记录单元和接收器。
记录单元用于记录地震信号和质量控制，由完成地震信号A/D转换的电子元件和1台便携式电脑组成。
记录单元采用最新技术的24位A/D转换器，最小动态范围为120dB，可以获得10～8000Hz频宽的信息。
接收器用于拾取地震信号，由极灵敏的三分量地震加速度检波器（X-Y-Z分量）组成，频宽为10～5000Hz。
TSP203探测系统见下图：图1 TSP203系统的记录单元图2 TSP203系统的接收器图3 TSP203系统的连接线地质雷达法使用美国SIR系列雷达，所用天线为100MHz地面耦合式单体屏蔽天线（右图）。
四、预报实施1、TSP203法通常情况下，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。
隧道地质超前预报技术
• 隧道地质超前预报技术概述 • 隧道地质超前预报技术方法 • 数据采集与处理 • 隧道地质超前预报技术应用案例 • 隧道地质超前预报技术挑战与解决方案 • 总结与展望
01
隧道地质超前预报技术概述
定义与背景
定义
隧道地质超前预报技术是在隧道开挖前，利用地质勘探、地球物理勘探等手段， 对隧道掌子面前方地质情况进行预测和预报的技术。
03
缺点
分辨率相对较低，对小规模地质异常体他方法
TSP法
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 道掌子面前方的地质情况。该方法具有探测距离远、分辨 率高等优点，但设备昂贵且操作复杂。
水平钻探法
在隧道掌子面或侧壁进行水平钻探，直接揭露前方地质情 况。该方法直观可靠，但成本较高且施工周期长。
数据解释
根据提取的特征，结合地质知识和经验，对隧道 掌子面前方的地质情况进行推断和解释。
数据可视化展示
二维图像展示
将处理后的数据以二维图 像的形式展示，如地质雷 达剖面图、地震波时间-深 度剖面图等。
三维模型展示
利用三维建模技术，将多 个二维图像组合成三维模 型，更直观地展示隧道掌 子面前方的地质情况。
智能化预报系统
借助大数据、云计算等先进技术，构建智能化隧道地质超 前预报系统，实现数据自动处理、实时分析和预警功能。
多学科交叉融合
隧道地质超前预报技术的发展将更加注重多学科交叉融合，包括地质学、地球 物理学、工程学等学科的深度融合，共同推动隧道地质超前预报技术的进步。
06
总结与展望
研究成果总结回顾
虚拟现实技术展示
结合虚拟现实技术，将三 维模型以更真实的方式呈 现给用户，提供沉浸式的 体验。
隧道施工超前地质预报
隧道施工超前地质预报
1、预报原则
根据本隧道的地质情况，本着“以工程地质综合分析为核心，坚持粗查与精查相结合、物探与钻探相结合”的原则，做到有疑必探、先探后掘，充分发挥多种手段综合预报的优势，解决本管段隧道的超前地质预报和整治问题。
为了对掌子面前方地质情况进行超前预报并对初期支护和围岩变形状况进行有效监测，我项目部成立专门的施工监测及地质预报小组，由项目经理部的一工区负责组织实施。
2、超前地质预报纵断面示意图
3、预报方法
⑴综合物探超前探测
远距离超前探测:全隧正洞采用TSP203,对掌子面前方约100m范围内的地质构造的位置、规模、性质作较为详细的预报，预测岩体的完整性及岩溶和地下水的发育情况，每100m施作一次，当有异常情况时适当加密。
中近距离超前探测：全隧正洞采用地质雷达探测法（探测前方距离20～30m），验
证TSP超前探测的异常地段。
⑵超前钻孔探测
在综合物探远距离及中距离预报的基础上，采用超前钻孔验证物探异常段，一般正洞采用超前水平钻孔（φ100，每孔长30m，每循环25m）对物探超前探测的异常地段进行验证。
超前钻孔一般每个断面设3个孔并至少保证1孔可以取芯。
浅谈隧道地质超前预报工作
浅谈隧道地质超前预报工作摘要：在隧道施工期中，采用各种技术、手段和方法对隧道掌子面前方地质条件（情况）进行及时准确的预测，从而使隧道施工可以提前采取预防措施、避免灾害的发生或者在一定的程度上减少灾害造成的损失，同时也满足环境生态保护和安全生产的要求。
本文首先阐述了隧道地质超前预报的主要内容和方法，其次，分析了隧道地质超前预报的形式和围岩地质条件与施工的关系，具有一定的参考价值。
关键词：围岩地质；施工；隧道地质；超前预报Abstract: in the construction period of a tunnel, using various techniques, means and methods of tunnel face front geological condition ( situation ) timely and accurate prediction, so that the tunnel construction can take preventive measures in advance, avoiding the occurrence of disasters or to a certain extent, reduce the losses caused by disasters, but also satisfy the environmental and ecological protection safety requirement. This article first elaborated the tunnel geological advance forecast the main content and the method, secondly, analyzes the geological prediction of tunnel form and the geological conditions of surrounding rock and construction of the relationship, which has a certain reference value.Key words: construction; surrounding rock; tunnel geological advance forecast;前言近些年，随着我国基础建设规模的不断扩大，隧道工程已经成为铁路、公路和水利水电、矿山等大型项目中的重要工程。
浅谈隧道施工过程中超前地质预报的方法与原理
浅谈隧道施工过程中超前地质预报的方法与原理摘要：在隧道施工中，对掌子面前方的地质条件和可能的的地质灾害开展超前地质预报，将对隧道的正常施工和顺利贯通发挥举足轻重的作用。
成功的预测促使施工及时采取应对措施，防范于未然；反之，则往往在突发的地质灾害面前束手无策，使施工遭受重大挫折。
本文通过对TSP 地质超前预报法、地质雷达法、红外线超前探水法、超前水平钻探、掌子面工程地质编录预测预报法等地质预报的方法和原理进行概述以到达更好地预测隧道掌子面前方地质情况，确保施工安全、正确指导施工。
关键词：隧道；地质超前预报；TSP；地质雷达Abstract: In the tunnel construction on the tunnel face in front of the geological conditions and possible geological disasters to carry out geological prediction, will tunnel the normal construction and smoothly through to play a pivotal role. Successful prediction prompted the construction of timely response measures, and preventive measures; the contrary, are often helpless in the face of sudden geological disasters, construction suffered a major setback. In this paper, the TSP geological advanced prediction method, ground penetrating radar method, infrared advanced exploration Water Act, geological forecasting methods and principles of advanced horizontal drilling, tunnel face engineering geological record forecasting method outlined in order to reach better predict the tunnel shod front side of the geological conditions to ensure construction safety, the right to guide the construction.Keywords: tunnel; geological advanced prediction; of TSP; geological radar 引言：全面、完善、扎实的做好隧道施工超前地质预报工作既是设计单位及时进行动态设计的基本依据，又是指导隧道施工正确决策、保证隧道施工安全、提高工程设计和施工质量、减少和杜绝突发地质灾害发生的有效和必要的隧道工程施工的基础性工作。
隧道施工地质超前预报
隧道施工地质超前预报
摘要：隧道隧道中，超前预报相当重要。
地质法，水文法是重点，也要结合其它的物探等方法综合预报。
它是施工安全的保障，施工质量的前提，施工进度的关键。
关键词：围岩级别，涌水，构造带，围岩稳定性，地质超前预报
1地质超前预报内容
1.1不良地质预报及灾害地质预报:预报掌子面前方15～100m范围内有无突水、突泥、坍塌、有害气体等地质灾害，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施意见。
1.2水文地质预报:预报洞内涌水量大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响。
1.3断层及其破碎带的预报:主要预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定性程度，提出施工对策。
1.4围岩级别及其稳定性的预报:预报开挖面前方的围岩级别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提出修正设计，调整支护类型，确定二次衬砌时间的意见，报专家组审批。
1.5查明并预测隧道内有害气体含量、成分及动态变化。
1.6查明并预测膨胀岩的膨胀力、膨胀量及主要矿物成分，为工程防治提供可靠依据。
隧道施工超前地质预报
隧道施工超前地质预报1、超前地质预报的目的：1)进一步查清隧道开挖面前方的工程地质和水文地质条件，当工程地质或水文地质条件和设计描述不一致时，及时会同各方对施工方案进行讨论，优化施工方案，指导工程顺利进行。
2）降低地质灾害发生的机率和危害的程度。
3）为优化设计提供依据。
4）为编制竣工文件提供地质资料。
2、超前地质预报作业主要危险源及危害因素：1）工作面坍塌；2）找顶不彻底；3）高处作业台（支）架失稳、安全防护失效；4）突泥、突水。
3、超前地质预报必须编制安全专项方案，超前地质预报人员必须经过隧道施工安全教育培训，并掌握安全操作技术和安全生产的基本知识。
4、预报内容：1）地质岩性预测预报：特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报；2）地质构造预测预报：特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；3）不良地质预测预报：特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性及有害气体、高地应力等发育情况的预测预报；4）地下水预测预报：特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层的预测预报5、预报方法：根据预报原理可分为地质分析法、钻探法、物探法及超前导坑法；超前导坑法包括平行超前导坑法和正洞超前导坑法，地质分析法是通用的一种超前地质预报方法。
超前地质预报按预报长度可分为长距离预报（200m）、中长距离预报（30~200m）和短距离预报（小于30m）；现场施工中开挖作业班组一般每5~10米应进行一次钻探取样，掌握掌子面前方围岩的情况。
超前地质预报按采用的预报手段数量可分为单一方法和综合超前地质预报。
6、预报要点：1）研究区域地质、工程地质资料，必要时进行地表补充测绘和勘探，对整个地区地质情况做到比较全面和深刻的认识，分析主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围、在隧道内揭示的大致里程，制定预报方案。
2）根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度和工程设计资料，对不同地段地质预报分级，并按不同类型和级别采用不同的预报手段。
隧洞施工超前预报方法——地质分析法
隧洞施工超前预报方法——地质分析法1断层参数预测法
利用断层影响带的特殊节理或集中带的分布规律，通过对断层影响带的系统编录所得经验公式，来预报隧洞断层破碎带的位置和规模。
由于大多数不良地质现象与断层破碎带有密切的关系，故依据断层破碎带推断其它不良地质体的位置和规模。
2地质体投射法
在地表准确鉴别不良地质体的性质、位置、规模和岩体质量及精确测定不良地质体产状的基础上，应用地质界面和地质体透射公式进行预报。
3正洞地质编录与预报
隧洞施工中，及时对其开挖面（掌子面、边墙面和拱顶面）上的各种地质现象进行测绘和记录，利用已挖洞段地质情况来预报前方可能出现的不良地质现象。
它分为①岩层岩性和层位预测法：在开挖面揭露岩层与地表某段岩层为同层和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预测掌子面前方将要出现的岩层；②地质体延伸预测法：在长期预报得出不良地质体厚度的基础上，依据开挖面不良地质体的产状和单壁始见位置，经过一系列的三角函数运算，求得条带状不良地质体在隧洞掌子面前方消失的距离。
该法是对开挖面地质情况如实而准确的反映。
其主要内容包括地层岩性、构造和节理裂隙发育情况、地下水状态、围岩稳
定性及初期支护采用方法等。
其优点是占用施工时间很短，设备简单，不干扰施工，成果快速，预报效果较好，而且为整个隧洞提供了完整的地质资料；缺点是与隧洞夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报。
超前地质预报
隧道地质超前预报内容有哪些？隧道地质超前预报就是预判掌子面后方，开挖方向内的围岩状况。
现今国内常用的方法有地质法，电磁波法，地震波法等。
地质法就是跟据总体的山体走向、地层结构预判隧道内前方围体状况，这对地质工程师有较高要求。
且判断的结果不够精确。
电磁波法一般选用地质雷达，通过雷达波速变化判别前方围岩状况。
地质雷达一般选用美国劳雷分司或瑞典马拉分司出产的地质雷达。
用于超前预报一般天线的中心频率为100ZH，预报距离一般为掌子面后方35m左右。
个人的经验，这个是比较准确的，溶洞、断层、含水都可以准确判断出来，但前提是对测试文件有一定后处理经验。
地震波法常手瑞典的TSP、或国产的TGP。
也是跟据波速变化来判断围岩状况。
预报距离为掌子面后方150~200m，适用于深埋隧道。
个人感觉这两个东西技术不是很成熟。
后处理的技术也不成熟。
用了一年多，预出来的东西不准，也看过很多相关的论文，觉得论文都是给产品打广告的。
一般成果都是以报告的形式提交给施工单位及业主，报告内容主要有掌子面状况，及后方围岩大体状况。
还有结论与建议。
铁路隧道施工超前地质预测中目前常用的方法有哪些常用地质超前预报方法有地质雷达法、超前钻孔法和地质分析法三种。
铁建设[2010]120号文件关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知各铁路局,投资公司,各铁路公司(筹各组):为进一步加强软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工技术措施,确保软弱围岩及不良地质铁路隧道施工安全,针对当前隧道施工存在的突出问题,现对软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工提出如下技术规定,请认真贯彻执行。
以前所发有关规定、规范与此有矛盾的,以本规定为准。
一、洞田工程1.隧道洞口应严格执行“早进晚出”原则。
加强洞田段超前支护和边仰坡防护设计,埋深较浅的隧道洞口段应采用明洞或半明半暗法进洞。
2.隧道洞口边仰坡工程应自上而下逐级开挖支护,及时完成洞口边仰坡加固、防护及防排水工程。
超前地质预报名词解释
超前地质预报名词解释：超前地质预报（或隧道超前地质预报）是指在隧道开挖时，对掌子面前方及其周边（主要是铁路隧道）的围岩与地层情况做出超前预报。
这项工作利用钻探和现代物探手段探测隧道、隧洞、地下厂房等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况，旨在在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况、地应力情况等地质信息。
通过超前地质预报工作，可以更多地掌握和反馈掌子面前方一定范围内围岩的地质条件，为进一步的施工提供指导，并为各类突发地质灾害发生提供预警。
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文章编号:1008-0058(2000)01-0087-04隧道掘进中掌子面前方岩石结构的超前预报薛 建,曾昭发,王者江,田 钢(长春科技大学地球探测与信息技术学院,吉林长春 130026)摘要:以地球物理勘探方法进行隧道掘进中前方岩石结构的超前预报,具有快捷、准确和实时处理及显示的优点。
通过该方法可及时、详细地了解开挖掌子面前方岩石结构情况,为施工单位合理安排施工进度和减少工程隐患提供依据。
以吉林省白山市石碑岭隧道掘进中所进行的超前预报为例,介绍了地质雷达和地震反射波法在这一领域里的应用。
关键词:掌子面;地质雷达;地震;超前预报中图分类号:P633 文献标识码:A收稿日期:1999-06-10作者简介:薛建,男,1959年生,工程师,主要从事工程地球物理勘探等研究1 在隧道掘进中,常遇到不良的地质因素,如断层、破碎带、溶洞、脉岩等。
这些地质因素不仅影响隧道的掘进速度,甚至会造成严重的工程事故。
由于隧道施工前的工程地质勘查结果在精度和可靠性上都难以满足施工的要求。
如有人做过统计,隧道在掘进中所遇到的断层等地质现象比地面测绘时所遇到的要多得多。
一般地面测绘所遇到的这类地质现象仅为地下开挖时所遇到的1%～9%,因而隧道施工的危险性很大[1]。
若能准确地在隧道掘进中提前了解掌子面前方岩性结构的变化情况,如预报掘进前方是否有断层,破碎带等不良地质构造,这些构造的几何形态如何,规模的大小,根据所掌握到的这些地质构造情况,可及时合理地安排掘进进度、修正施工方案、安排防护措施、避免险情发生。
笔者以吉林省白山市石碑岭公路隧道掘进中所进行的超前预报为例,介绍一种采用地质雷达和浅层地震方法相结合进行隧道掘进中超前预报的技术方法。
该方法快捷简便,结果准确,可操作性强。
在较疑难地段,如能结合地面电法,进行综合解释,可进一步提高解释精度。
采用以地震反射波法进行中长距离(100m 左右)较大的岩性结构变化情况的预报,采用探地雷达进行短距离(10～40m 以内)的精细岩性结构变化情况的预报。
探地雷达的探测结果为地震反射波法提供反射波速度参数,而地震反射波法弥补了探地雷达探测范围小的缺点。
两种方法相互结合,互相补充。
在石碑岭公路隧道掘进中进行多次探测,成功地预报出断层几十余处,5～10m宽的破碎带3处,对合理安排掘进速度、避免发生险情和工程事故起到了指导作用。
1 空间采集中观测系统的设计石碑岭公路隧道高度8m ,底部宽度12m 。
地质雷达测量时,在隧道掌子面上设计一条水平横测线,测线距隧道底部高约1.5～2m 。
隧道两壁沿轴向布置水平纵测线各一条。
地震反射波法仅在掌子面上进行,在距洞底2m 左右和4m 左右的高度上布置两条测线。
本次工作中采用的地质雷达为GSSI 公司的SIR -2型地质雷达,使用的天线为100MHz 屏蔽天线。
天线底部接触掌子面,雷达时间窗口设为500ns 。
在测线上按0.2m 步距点测。
隧道前方与隧道轴向大交角的岩性构造在水平横测线雷达剖面上将得到显示,隧道前方与隧道轴向小交角的岩性构造在水平纵测线雷达剖面上将得到显示[2]。
地震反射波法仅在掌子面上进行。
要求地震仪具有12个通道,每个通道采样速率大于200kHz ;动态范围应大于110dB ;具有50Hz 陷波器和足够的频带宽度。
震源采用锤击方式,检波器等距离排列在水平横测线上。
检波器与掌子面岩石的粘接采用石膏粘接,检波器粘接在新鲜、坚固的岩石上。
为保证所接收信号的质量,要求检波器方向一致,并平行隧道轴向。
观测系统设计为两端放炮,零偏移距,第30卷 第1期 2000年1月 长春科技大学学报JOURNAL OF CHAN GCHUN UNIV ERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLO GY Vol.30 No.1Jan.2000 每端接收的记录各覆盖测线长度的1/2。
对于与隧道轴向近于垂直或交角较大的岩性构造,其构造的几何特征可在地震剖面上得到显示。
当掌子面前方存在有与隧道轴向呈小交角岩性构造时,同一测线两端激发得到的地震记录其结果将有很大差异。
根据这种差异性,可判定构造的走向[3]。
2 工程实例分析吉林省白山市石碑岭公路隧道的掘进中,所遇岩石为花岗岩,其中穿插有角闪岩脉及绿泥角闪岩破碎带。
在掘进方向上,有两组大断裂(走向为NN E 及NNW )交替出现,与EW 向小断层及破碎带相切割,形成屋顶形,易产生大块脱落体。
这种构造组合对隧道掘进的安全极为不利。
因此,采用物探方法进行掘进中的超前预报显得尤为重要。
笔者采用地震反射法和地质雷达方法对该隧道的掘进进行了实时监测。
地震资料解释时,其波速的选取参考地质雷达检测的结果及声波测试结果而定。
按岩石类型划分,根据石碑岭公路隧道检测资料,四类围岩地段,地震波速v P ≈4500～5200m/s ,三类围岩地段,地震波速v P ≈3500～4200m/s ,二类围岩地段,一般多为破碎带,地震波速v P 受破碎程度和含水量的影响较大,应根据实际情况确定,一般在2500～3800m/s 之间。
地质雷达剖面解释时,其电磁波传播速度根据出露的岩石类型,按公式v =C/εr (C =0.3m/ns ,εr 为相对介电常数)计算。
图1为在桩号K241+138掌子面上用地震方法进行中长距离预报的解释结果。
图1 桩号K 241+138地震中期预报结果示意图Fig.1 A sketch map of middle range prediction by seismicmethodK241+138至K241+063段有断层3处(F115、F120、F135),岩性异常带一处。
推断断层位置为K241+115、K241+120、K241+135,岩性异常带位置K241+068。
挖掘证明,有断层2条(F115、F135),出露桩号与推测桩号仅差1m 左右,走向近似EW ,断距0.3m 左右。
岩性异常带为破碎带,宽度约10m ,系由伟晶岩及角闪岩多次侵入造成。
图2 桩号K 241+247雷达短期预报结果示意图Fig.2 A sketch map of short range prediction by GPRmethod图2为K241+247掌子面上进行地质雷达方法测量的结果。
采用100MHz 天线在洞两壁及掌子面上进行点测,测线距洞底高度1.5m ,时间窗口为500ns 。
洞两壁检测到断层3条(F1、F2、F3),走向为NN E 和NNW 。
,按几何推测,F1与F3在掌子面前方约10m 附近相互交会,F2与F3在掌子面前方约35m 附近相互交会。
掌子面上测量到前方断裂5处,分别为F242、F239、F235、F230、F225,走向EW ,与F1断层和F3断层相切割,洞顶极易形成塌落的块体,对施工安全有严重危害。
挖掘证明,雷达检测所推断的构造位置非常精确。
3 波谱分析在岩性综合评价中的应用为了对掌子面前方岩石结构有一个定性的了解和辅助资料解释,我们对采集到的地震反射信号进行分时窗的功率谱分析。
如桩号K241+247段,为三类围岩,岩性为花岗片麻岩,块状碎裂结构,掌子面滴水。
对该剖面的多个通道进行分时窗的功率谱分析发现,2ms 以后的记录中,其功率谱能量分布在400～800Hz 左右,优势频带较宽,如图3所示。
这说明虽然该地段掌子面出露岩石较差,但前方岩石将较完整。
实际开挖情况证实了这一推断。
桩号K240+340段,为三类围岩,岩性为花岗岩,块状碎裂结构,节理十分发育,表面岩石干燥。
其剖面上多个通道的功率谱能量主要分布在100～300Hz ,优势频带较窄,频率较低,如图4所示。
这说明该地段88 长 春 科 技 大 学 学 报 2000年的岩石状况将向前延续。
经多次实验发现,前方岩性强度较大,结构较完整时,其平均功率谱分布中以高频成分为主,谱中主峰突出,两侧伴峰值较小,谱型平滑,低频成分少;在三类围岩或掌子面前方有破碎带,或前方断层发育且含水较大时,平均功率谱分布中以低频成分为主,谱中高频段峰多且谱形不规则。
多道功率谱分析对掌子面前方岩性结构定性分析是十分有用的。
图3 完整岩石上的功率谱分布曲线Fig.3 Pow er spectrum on un-crackedrock图4 碎裂岩石上的功率谱分布曲线Fig.4 Pow er spectrum on cracked rock4 资料解释中应注意的问题(1)探地雷达资料中多次波较强,应加以识别和消除。
如反褶积子波压缩对消除多次波,突出有效波有明显的作用。
(2)探地雷达因增益设置不当易造成假反射层,应采用水平平滑加以消除。
(3)隧道两壁沿轴向探测的雷达剖面上,对发现的断层应按其与隧道轴心的交角在解释时向掌子面前方延伸。
(4)分解微细结构是地质雷达的优越之处。
较小的断裂或较发育的岩石解理面,在地质雷达剖面上均有较好的显示。
而我们更关心的是那些对隧道掘进能构成危害的地质构造。
因此,在预报中应参照地震剖面,排除这些较小的构造。
(5)掌子面上采集的地震数据应进行动校正后再解释,否则所解释出的断层与轴向交角过小。
(6)在地震方法进行中长距离预报时,由于无法获取掌子面前方岩石的真实波速,在解释时,可先根据雷达短距离的预报情况及声波测试的结果,参照不同的岩石分类,确定一个假定的平均速度。
但这种假定的平均波速不能代表各岩性结构段的真实波速,应在监控挖掘过程中,根据出露的构造情况不断地进行修正。
(7)无论是地质雷达还是地震反射法,对破碎带的反映多为在剖面上出现条带状杂乱反射。
如果破碎带含水较多,反射波波形会明显变胖,功率谱分析中出现更多的低频成分。
5 结论和建议在隧道掘进中对掌子面前方岩石结构情况进行测量和预报,要求快速而准确。
因此,寻找简捷而有效的测量方法是十分必要的。
实践证明,笔者采用地质雷达和浅层地震在隧道掌子面上进行的超前预报方法是行之有效的。
该方法在地震反射波法中长距离预报中,对复杂地段进行地质雷达更精细的测量,可使预报结果更准确,更具实用性。
隧道掌子面前方岩石结构情况的预报是一项难度较大的工作。
主要表现在:(1)在断层发育地段,断层之间、断层与破碎带之间相互切割、互相穿插的情况较为常见,这使解释工作变得极为困难;(2)掌子面狭窄,不利于物探方法的追逐测量;(3)经爆破后,掌子面上的岩石较松散且凹凸不平,不利于地震检波器的合理埋设,剖面质量一般较差。
鉴于上述情况,笔者建议:在今后的工作中,进一步开发三维可视的立体隧道预测体系,为安全施工提供良好的保证。
三维立体预测体系表现为在地表采用高密度电法、地震方法对大的断裂带、溶洞、脉岩等进行测量,并确定其平面位置。
在隧道掘进中,以地震方法进行中长距离预测,以地质雷达方法进行短距离的精细预测。