1地震法超前地质预报原理(精)

超前地质预报

中铁西南科学研究院地质预报中心：
隧道施工地质灾害对施工人员、施工机具造成的安全威胁，一直是隧道及地下工程界期待解决的问题。隧道施工地质超前预报研究的主要任务就是探测隧道施工掌子面前方不良地质体的分布，预测因不良地质体存在可能引发的隧道地质灾害。
从上世纪八十年代始，我们结合大瑶山隧道、天马山隧道，首先在我国开展地质声学法隧道地质超前预报技术研究(图1)，开展“隧道施工掌子面前方不良地质预报技术”-声波反射法研究(1990～1995年)，提出了HSP水平声波剖面法隧道施工地质预报的理论和技术，该课题于1995年12月通过铁道部科技成果鉴定，并于1997年获铁道部科技进步三等奖(图2)。
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超前地质预报
对掌子面前方及其周边的围岩与地层情况做出超前预报
目录
01 物探方法
03 高密度电法
02 超前预报
超前地质预报或隧道超前地质预报(Tunnel Geological Prediction/Prospecting)，是在隧道开挖时，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。
TST地质超前预报技术具有如下优点：
1. TST隧道超前预报技术是国内外唯一的实现了地下三维波场识别与分离的超前预报技术，有效消除侧向波和面波干扰，保证成像的真实性；
2. TST是唯一的实现了围岩波速精确分析的超前预报技术，保证构造定位的精确性；
3. TST是建立在逆散射成像原理基础上的超前预报技术，与传统的反射地震技术相比具有更高的分辨率。同时运用了地震波的运动学和动力学信息，不但可精确确定地质构造的位置，同时获得围岩力学性状的空间变化；
所获荣誉2002年至今，结合辽宁大伙房水库引水工程和锦屏电站引水隧洞TBM施工情况，进一步开展掘进机施工条件下HSP与波反射法预报研究，以及国家自然科学基金项目“高压大流量岩溶裂隙水与不良地质超前预报与治理”之子项-岩体温度法隧道施工掌子面前方涌水预报研究；其中，“TBM突破不良地质地段的地质超前预报及施工预案研究”在“利用TBM刀具切割岩石激发的信号作为HSP声波反射法预报的激发信号，以及适合于TBM施工的水工隧洞围岩分级修正模型等方面取得明显的创新性，对TBM快速通过不良地质地段及安全施工提供了技术保障，其TBM超前地质预报技术达到国际先进水平”。

超前地质预报方法介绍

为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生, 防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。

经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。

超前地质预报的工作程序参见图2图2超前地质预报工作内容程序图地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。

对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。

测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。

将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。

依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。

施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。

同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。

及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。

超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200n）,对比方法为水平钻孔超前探测。

TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域的地质状况。

超前地质预报超前地质预报主要内容超前地质预报概述

超前地质预报超前地质预报主要内容超前地质预报概述
1.1、TSP超前地质预报原理
数据采集时通过依次激发隧洞一边侧墙等间隔炮孔，产生以波形式向周围方向的能量传递，从掌子面前方任一波阻抗差异界面反射的信号及直达波信号将被2个三分量检波器接收，该过程所需时间约1小时。然后利用TSPwin 软件处理可得P波和S波波场分布规律，最终显示掌子面前方与隧道轴线相交的反射同相轴及其地质解译的二维或三维成果图。由相应密度值，可算出预报区内岩体物理力学参数，进而可划分该区围岩工程类别。
二、超前地质预报的具体方法及认识
技术人员隧道内进行地质雷达探测
超前地质预报超前地质预报主要内容超前地质预报概述
二、超前地质预报的具体方法及认识
超前水平钻探场景
超前地质预报超前地质预报主要内容超前地质预报概述
二、超前地质预报的具体方法及认识
技术人员在隧道量测水压
其原理是向岩体中辐射一定频率的高频地震波当地震波遇到波阻抗分界面时将发生折射反射频谱特征也将发生变化通过探测反射信号接收频率为声波频段的地震波求得其传播特征后便可了解工作面前方的岩体特震源和检波器的布臵除离开开挖面对施工干扰较小外还因反射波位于直达波面波延续相位之外而不受干扰因此记录清晰信噪比高反射波同相轴明显
准确预报施工前方地质条件是隧道建设的迫切需要，是确定工程对策、工程措施的关键，是工程施工安全的前提，是控制和合理运用工程投资的重要因素。
因此，世界各国都把此类问题列入重点研究课题进行攻关。我国自六、七十年代修建成昆铁路线时开始开展此项工作。八十年代以来，特别是近几年，由于铁路基础建设大发展的需要，铁路系统隧道施工超前地质预报技术得到了长足的发展，尽管如此，还没有哪一种仪器和设备能解决所有的地质问题，预报理论与技术仍需完善，仪器和设备仍需不断更新改进，仍然属于边生产边科研性质的技术。

超前地质预报交底

项目名称第 1 页共4页交底编号YMZQ-BNJK-108交底名称超前地质预报交底设计文件图号施工部位交底日期2017年11月12日一、交底范围本交底适用于西双版纳隧道1#斜井超前地质预报。

二、交底目的进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行；为施工时降低安全隐患发生的几率。

三、交底内容：1、地震反射波法（TSP 法）1.1地震反射波法（TSP 法）收集隧道设计资料、区域地质资料、工程地质资料等，通过对以上资料的分析，以达到对整个地区地质情况有一个比较全面了解的目的。

（1）TSP 观测系统的布置和量测根据隧道内岩层的走向确定炮孔布置在左边墙或右边墙位置，从掌子面附近的边墙位置开始布置第一个激发孔，以后每间距 1.5m 处布置下一个激发孔，激发孔向下倾斜10°～20°（数据采集时需灌水），瓦斯隧道建议向下倾斜约30°，孔深为 1.5m，连续布置24 个激发孔。

在第24 个激发孔朝着洞口的方向量测15～20m，分别在左右边墙的位置布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm，深度为2m，接收孔向上倾斜5°～10°。

激发孔与接收孔基本保持在同一个高度上。

待孔全部钻好后需要对孔间距进行量测并与隧道里程发生关系。

项目名称第 1 页共4页交底编号YMZQ-BNJK-108交底名称超前地质预报交底设计文件图号施工部位交底日期2017年11月12日TSP 观测系统现场布置示意图项目名称第 1 页共4页交底编号YMZQ-BNJK-108交底名称超前地质预报交底设计文件图号施工部位交底日期2017年11月12日2.1超前地质钻探超前地质钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法。

超前地质钻探法适用于各种地质条件下的隧道超前地质预报，在富水软弱断层破碎带富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段必须采用。

超前地质预报

超前地质预报一、预报内容1.地层岩性预测预报，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，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响体完整性的构造发育情况的预测预报。

3.不良地质，特别是溶洞、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报。

4.地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。

二、预报方法隧道工程超前预报采用地质调查法、地震波反射法、加深炮孔探测法、超前地质钻探法及地质雷达探测法进行综合预报。

在地质调查法的基础上,采用地震波反射法进行中长、长距离探测；采用超前地质钻探进行验证,钻探孔数2个,深度30〜50m；釆用加深炮孔探测法进行短距离预报；并采用地质雷达探测法及物探红外探测法对断层破碎带、软弱岩层变化带及可溶岩地段进行探测。

超前预报工作如下：1.全隧道进行地质素描,隧道岩性变化点、构造发育部位等复杂、重点地段应每循环进行一次素描,其他地段不应超过10m进行一次素描（或每循环一次也可）;2.地震波反射法探测：地震波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上,每次预报距离100〜150m。

隧道区域内软弱破碎地层或岩溶发育区,每次预报距离应为100m左右；岩体完整的硬质岩地层每次可预报150m。

3.超前地质钻探：在随道区内富水软弱断层破碎带,富水岩溶发育区,重大物探异常区等地质条件复杂地段必须使用,确保施工的安全性。

超前水平钻探每循环钻孔长度不应小于30m,连续预报时前后两循环孔应重叠5〜8m。

可能发生突泥涌水的地段,超前地质钻探应设孔口管和止水装置,防止高压水突出。

富水软弱断层破碎带、岩溶发育区、重大物探异常区等地质复杂地段应釆用超前水平钻探为主的综合方法预报前方地质情况。

4.每个循环应采用加深炮孔探测法进行短距离探测的,一般情况布置5个加深炮孔,当出现不同地层分界,断层破碎带或预报可能出现地质隐患时,布置8个加深炮孔；当釆用上半断面开挖时,相应炮孔为3〜5个；炮孔孔径50 mm,孔深5〜8m。

超前地质预报方法介绍

超前地质预测预报的方法为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。

经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。

超前地质预报的工作程序参见图2图2 超前地质预报工作内容程序图地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。

对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。

测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。

将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。

依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。

施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。

同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。

及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。

超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200m），对比方法为水平钻孔超前探测。

超前地质预报

四、综合超前地质预报
瓦斯隧道综合地质预报流程
五、股份公司相关要求
• 1.项目经理部必须把隧道超前地质预报工作纳入关键工序进行管理，并由项目经理部总工程师直接领导。确保数据真实、分析认真、反馈及时。
• 2.项目经理部根据设计或批复的施工组织设计的要求，配置能够满足施工现场需要的相应设备和人员开展超前地质预报工作。相关设备配置可参照公司《关于隧道施工使用先进设备和采用先进工艺的指导意见》（股司工函〔 2011〕160号）有关要求执行。
2、超前钻探预报法
• ⑴超前地质钻探：超前地质钻探是利用水平钻机在隧道开挖工作面进行钻探，通过冲击器的响声、钻速及其变化、岩粉、卡钻情况、钻杆震动情况、冲洗液的颜色及流量变化等获取地质信息的一种超前地质预报方法。超前每循环钻探一般为30～50米，钻进过程中，应安设孔口止水装置，连续预报时前后循环钻孔搭接长度不小于5米，每循环不小于3个孔，上台阶1个，下台阶左右侧各1个。
二、超前地质预报的具体方法及认识
•
目前国内外超前地质预报手段分为：常规地质法、超
前导坑预报法、超前钻探预报法、物探方法四种。
• ⒈地质分析法：包括地质调查法、地质素描法、地质作图法等；
• ⒉超前导坑预报法：包括平行导坑法、正洞导坑法；
• ⒊超前钻探预报法：包括深孔水平钻探、加深炮孔探测及孔内摄影；
溶洞等点状地质体则不尽如人意，因其计算软件针对面状异常体设计，对点状异常体（如小溶洞等）反应不明显。
三、各种预报方法优缺点分析
• 4. TEM瞬变电磁法 • 优点：探测仪重量轻盈，操作简便，工作时间短，并且
数据处理快捷。 • 缺点：只能定性的判断掌子面前方是否存在含水构造，
而不能定量判断水量大小与含水构造距离。

地震波反射法

浅析地震波反射法【摘要】以本人参与施工管理的新建渝怀铁路、宜万铁路个别典型、长大隧道为例，介绍目前在隧道施工中广泛采用的地震波反射法—tsp超前地质预报方法，希望对建设中长大隧道及地下工程施工中超前地质预报工作提供参考或有所借鉴和启发。

【关键词】地震波反射法地质超前预报隧道施工地震波反射法—tsp超前地质预报技术是物探法的一种，它具有快速、探测距离大、与施工干扰相对小。

但也存在一些较为明显缺点。

主要有：需要结合多种预测预报方法，且与与地质分析资料深入结合，有一定技术难度。

1 地震波反射法—tsp超前地质预报工作原理在隧道隧洞内，人工制造一系列有规则排列的轻微震源；震源发出的地震波遇到地层界面、节理面、特别是断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱、岩溶淤泥带等不良地质界面时，将产生反射波，它的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关界面的性质以及产状密切相关，并通过不同数据表现出来；通过设备设置的震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪），将这递增数据经微机处理后储存起来。

然后，将数据输入带有特制软件的电脑，经过电脑进行复杂数学计算后，最后形成反射波（纵波）波形图、反映相关界面或地质体反射能量的影像图和隧道平面、剖面图，供工程技术人员解译。

2 特点①适用范围广：适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。

②预报距离长：能预报掌子面前方100～350 m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大。

③对隧道施工干扰小：它可在隧道施工间隙进行，即使专门安排此项工作，也不过30 min左右（图1）。

④提交资料及时：在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。

它设计了一套专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。

将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，就可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质体相对于隧道的空问位置，计算机就会自动绘出弹性波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。

基于地震波法的超前地质预报技术研究应用

基于地震波法的超前地质预报技术研究应用摘要：本文通过TSP203超前地质预报在三峡翻坝高速季家坡隧道左线施工过程中的探测预报，介绍其工作原理、方法，并结合工程应用实例展开了研究，总结其过程中应该注意的问题。

关键词：隧道；地震波；超前地质预报；应用前言随着国家科技的不断进步和发展，隧道施工技术有了长足的发展，高速公路、高速铁路和城市地铁发展迅速，隧道工程数量越来越多，长度也越来越长，施工速度也越来越快，埋深也越来越大，伴随着对到工程的地质条件越来越复杂，存在的安全隐患也越来越多，为了保证隧道施工安全和高效，超前地质预报就显得越来越重要。

季家坡隧道位于宜昌三峡翻坝高速三斗坪镇，全长3584m，为三峡翻坝高速第三段隧道。

对季家坡隧道左线的超前地质预报工作的目的在于：探测掘进掌子面前方约150m范围内的岩层强弱及构造特征等地质情况，提出施工建议，为保障隧道施工安全服务，减少或避免因突发地质灾害或支护不当而导致各种损失。

本次超前地质预报的探测方法主要采用TSP203系统作长距离宏观控制。

1工作原理TSP是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震技术，它是为隧道超前地质预报而专门设计的，可以在隧道施工、地下矿藏、洞穴和地下墓穴开挖前提供帮助，其目的在于迅速超前地提供开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报。

与其它反射地震波方法一样，TSP采用了回声测量原理。

地震波在指定的震源点采用小药量激发产生。

地震波在岩石中以球面波形式传播。

当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号折射进入前方介质。

反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。

反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比，故能提供一种直接的测量。

TSP203超前地质预报系统的现场布置及测试过程由一系列炮点、一到两个三维接收传感器（X、Y、Z方向）、接收机及数据处理系统组成（见图1）。

根据探测结果，掌子面前方150米范围内，围岩纵波速度范围为4300～5700m/s，密度为2.3～2.6g/cm3。

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。

1地质素描法超前地质预报.

地质卡片
地质素描卡片由 3项内容组成： 1.掌子面地质信息表；2.掌子面图像；3.掌子面地质素描。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
Hale Waihona Puke 预测内容隧道地质素描主要预测内容包括：岩性、地质构造、岩层产状（走向、倾向、倾角）、褶皱、断裂、节理、断层、岩脉、溶蚀现象、填充物、地下水信息。地质素描须在洞身开挖时，一边开挖一边进行。通过对上述内容的编录描述，目的是为了对已开挖隧道地质情况进行分析，并对前方地质情况作出科学预测。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
采用工具
地质素描工作常采用地质罗盘、地质锤、数码相机、手电筒等工具。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
工作现场
地质罗盘测试现场和掌子面地质图像拍摄。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
原理特点
隧道地质素描法常常在施工过程中，每次进尺后对掌子面进行地质编录。一般预报距离为30~50米，采用工程地质经验的方法进行预报。其特点为，不占用施工时间，根据地质工程师丰富的经验推断掌子面前方地质概况，但一般来说，经验法还需要其他物探手段验证。
轨道工程系
《隧道施工质量检测与验收》
The End 怎么样，你学会了吗？
地质素描法超前地质预报
含义
轨道工程系
隧道地质素描法，即为隧道掌子面地质编录预测法，是对隧道掌子面及周边围岩的地层岩性、地质构造、结构面的产状及裂隙出水、夹泥等地质情况记性直接描述的方法。主要通过描述围岩的变化来分析预测掌子面前方的地质情况。下图为隧道施工中常常用到的地质素描卡片样例。
《隧道施工质量检测与验收》

超前地质预报

超前地质预报一、概述1、超前地质预报的目的（1）进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件,指导工程施工的顺利进行。

（2）降低地质灾害发生的几率和危害程度。

（3）为优化工程设计提供地质资料。

（4）为编制竣工文件提供地质资料。

2、超前地质预报的内容（1）地层岩性预测预报，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必的构造发育情况的预测预报。

（3）不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况进行预测预报。

（4）地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况。

2、超前地质预报的方法地质调查法：包括补充地质调查、洞内开挖工作顾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必分析、地质作图等。

超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。

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呐法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测、高分辨率直流电法等。

超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。

超前地质预报长度的划分和预报方法的选择可执行以下规定。

长距离预报：预报长度100m以上。

可采用地质调查法、地震波反射法及100m以上的超前钻探法等。

中长距离预报：预报长度30~100m。

可采用地质调查法、弹性波反射法及30~100m的超前钻探法等。

短距离预报：预报长度30m以内。

可采用地质调查法、弹性波反射法、电磁波反射法、红外探测及小于30m的超前钻探法等。

二、超前地质预报实施1、断层预报断面预报可按以下步骤进行：（1）根据区域地质资料、工程地质平面图与纵断面图以及必要的补充地质调查，进一步核实断层的性质、产状、位置与规模等。

（2）采用弹性波反射法确定断层在隧道内的大致位置和宽度。

（3）必要时采用红外探测法、高分辨率直流电法探测断层带地下水的发育情况。

超前地质预报解读

• 1）、地面地质调查和地质体投射法 • 2）、断层参数预测法 • 3）、开挖掌子面地质描绘、预测法 • 4）、隧道地震波成像TSP、TGP（长距离探测） • 5）、地质探地雷达法（短距离探测）（GPR） • 6）、水平探孔和钻爆施工孔 • 7）、隧道地震波成像TST • 8）、水平声波剖面法HSP等 • 3、超前地质预报方法、原理 • 超前地质预报方法是以探测设备、现场数据采集方
• 3、超前地质预报应用技术和要求 • 1、隧道超前地质预报技术是一项集地质、物探、隧
道设计、施工专业于一身的综合专业技术，担任这项工作的技术人员必须从事地质、物探、隧道设计、施工5年以上工作经历的人； • 2、超前地质预报单位接收洞内施工地质探测任务后要认真了解施工图前的勘察资料和必要的地面勘察工作； • 3、认真描述掌子面地质状况：岩性、硬度、裂隙发育程度及部位、含水量、有无夹层、岩体破碎程度、裂隙产状、岩体结构、当前掌子面围岩级别。 • 4、采用探地雷达探测时，探测点间距要控制在1020厘米左右；资料处理要确保采集数据的真实性和可靠性；通过探测到的波型和频率变化并结合掌子面地质素描图，判断探测段内的岩体裂隙的发育程度，结构特征及对施工开挖有影响的部位，注明探测段内的围岩变化部位及围岩级别；
• 5、下次探测于上次探测要保证5米的重复段；
• 6、提交探测报告的时间不得超过24小时；
• 7、探测人员要及时到现场了解核对探测结果，及时调整围岩判释结果，正确指导施工。
• 8、复杂地段的地质超前预报工作：
• 复杂地段的地质超前预报工作应以探地雷达和水平探孔探测方法进行，实施时，探地雷达在掌子面要认真提取两个断面的以上地质信息，水平探孔要有两个以上的钻孔资料，探测人员依据来自这两个方面的资料就可以较详细地掌握施工前方地质，从而可提出恰如其分的施工建议。

TSP超前地质预报技术简报.

渝湘高速公路H11标段平阳盖隧道右线出口TSP超前地质预报技术简报(预报里程：YK39+393～YK39+342段一、任务依据及目的要求采用TSP200仪器对渝湘高速公路平阳盖隧道进行超前地质预报。

目的是探测隧道里程端YK39+393～YK39+342段的地质情况。

二、TSP法原理简介TSP（Tunnel Seismic Prediction ahead）法，即隧道前方地震预报法或超前地质预报法，它的基本原理如下：如图1所示(略，在隧道掌子面附近边墙一定范围内布置激发孔，通过在孔中人工激发地震波，所产生的地震波以球面波的形式在隧道围岩中传播，当围岩波阻抗发生变化时（例如遇岩溶、断层或岩层的分界面），一部分地震波将会被反射回来，另一部分地震波将会继续向前传播。

反射的地震波由高精度的接收器所接收并传递到主机形成地震波记录，图2(略对TSP200仪器采集的数据利用TSPwin软件进行处理，可以获得隧道掌子面前方的P波、SH波和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、岩石的反射层位、物理力学参数、各反射层能量大小等中间成果资料，同时还可得到反射层的二维和三维空间分布，根据上述资料预报隧道掌子面前方的地质情况，如软弱岩层、断层、裂隙等不良地质体。

三、工程地质概况本段隧道埋深296～357m。

出露地层为吴家坪组，岩性主要为含炭质灰岩夹灰岩、灰岩中中含较多隧石结核，其次是铝土岩、炭质页岩，灰岩属硬质岩，铝土岩及炭质页岩为软质岩。

灰岩Rb=64.7～73.3MPa，含炭质灰岩Rb=23.2～24.5MPa，岩层走向与洞轴线垂直，穿越平阳盖向斜轴部，受构造影响较重，岩层层间结合较差，岩体较完整，为镶嵌碎石状结构，拱部无支护时，易产生挤压变形及小坍塌。

该段位于向斜轴部，地下水较丰富，在向斜核部及与铝土岩接触带及岩溶发育带易产生大量突水、突泥，以管道形式为主；在其余部位以淋水及股状涌水为主。

因该段隧洞出露的P2c、P2w组是强～中等富水透水岩组，且地处平阳盖向斜核部，地表岩溶洼地、落水洞发育，加之隧道段存在"大水井－岩门口"地下暗河，故在向斜核部P2c、P2w组灰岩出露区内地下水的汇集径流比较容易，并容易在隧道段深部形成强径流区，又由于拟建隧道北部是暗河的排泄区，隧道处于地下水强径流带与深部循环带之间（隧道高程最高440m），暗河管道高于隧道，隧道一旦形成，很有可能遇到中等发育的岩溶充水洞隙，若这些洞隙与暗河相通，在高水头及强降雨时期，将可能导致隧道大量涌水或产生岩溶塌陷，同时还将导致该暗河补给区内的大部分地表水涌入隧道。

超前地质预报方法介绍

2.3 超前地质预测预报的方法为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。

经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。

超前地质预报的工作程序参见图2图2 超前地质预报工作内容程序图2.3.1地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。

对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。

测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。

将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。

依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。

施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。

同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。

及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。

2.3.2超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带2.3.2.1超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200m），对比方法为水平钻孔超前探测。

3-1隧道超前地质预报原则

3-1隧道超前地质预报原则一、实施超前地质预报的目的超前地质预报是在分析既有地质资料的基础上，采用地质调查、物探、超前地质钻探等手段，对隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等进行探测、分析判释及预报，并提出措施建议。

为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、围岩失稳等可能形成的灾害性事故及时提供信息，便于施工单位提前做好预案，保证施工安全。

超前地质预报主要应达到下列目的：1）进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行；2）降低地质灾害发生的机率和危害程度； 3）为优化工程设计提供地质依据； 4）为编制竣工文件提供地质资料。

二、超前地质预报方案1超前地质预报内容超前地质预报应包括下列主要内容：1）地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地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，特别是对岩溶、人为坑洞等发育情况的预测预报；4）地下水预测预报，特别是对岩溶水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。

2超前地质预报设计原则与方案根据隧道具体工程地质问题和开挖的实际情况，制定超前地质预1报工作原则，其原则是：采用地质调查、物探法和超前钻探等相结合的方法进行预报。

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；采用综合超前地质预报方法时，需将各预报手段所获得的资料进行综合分析与判断，并编制地质综合分析成果报告。

超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测；必要时孔内摄影。

物探法：包括弹性波反射法（地震波反射法和陆地声纳法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测等。

采取长短结合、上下对照、定性与定量相结合的原则进行综合预报。