半壁山超前地质预报实施方案

新建张唐铁路ZTSG-6标段（DK356+100～DK365+570）半壁山隧道超前地质预报实施方案项目总工：项目经理：中铁四局张唐铁路ZTSG-6标项目部第二项目队二O一一年三月新建张唐铁路ZTSG-6标段（DK356+100～DK365+570）半壁山隧道超前地质预报实施方案编号：版本号：发放编号：编制：复核：审核：批准：有效状态：中铁四局张唐铁路ZTSG-6标项目部第二项目队二O一一年五月目录1、编制依据 (1)2、工程概况 (1)3、地质概况 (1)4、地质复杂程度分级 (2)5、实施超前地质预报的目的 (3)6、具体预报方法 (4)6.1隧道内地质素描 (4)6.2加深炮孔探测 ................................................................. 错误！未定义书签。

6.3弹性波反射法（TGP206） (5)6.4超前地质钻孔 (7)7、仪器设备的配置 (9)8、超前地质预报人员的配备 (10)9、预报结果分析处理 (10)10、超前预报实施保证措施 (10)10.1、提高预报精度的措施 (10)10.2、为准确预报提供人员、技术保证 (10)10.3、采取有针对性的科学合理的预测预报程序 (11)半壁山隧道超前地质预报方案1、编制依据铁路工程测量规范（TB 10101-2009）铁路隧道监控量测技术规程（TB 10121-2007）铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105号）半壁山隧道相关设计文件中铁四局张唐铁路项目经理部隧道超前地质预报方案2、工程概况中铁四局ZTSG-6标半壁山隧道位于承德市兴隆县境内，进口里程为DK358+835，出口里程为DK361+893，全长为3058m，Ⅱ级围岩755米，Ⅲ级围岩957米，Ⅳ级围岩816米，Ⅴ级围岩530米。

隧道进口至DK358+850为10.5‰的下坡，DK358+850至隧道出口为9.5‰的下坡，包含粉砂岩、石英岩、黑云斜长片麻岩、粗面岩等多种岩性，局部地段含有基岩裂隙水。

隧道里程内包含四个断层破碎带，里程分别为:DK359+342~DK359+370,DK359+990~DK360+054,DK360+602~DK360+635,DK360+770 ~DK360+806, 破碎带长分别为28m、64m、33m、36m，总长161m。

半壁山隧道进出口端均有较长的浅埋段，洞口浅埋段使用V级加强复合式衬砌，进口有151mⅤ级浅埋段采用Ⅴ级加强复合式衬砌，出口218mⅤ级浅埋段采用Ⅴ级加强复合式衬砌。

隧道进口位于直线上，出口位于曲线上。

进、出口洞门均采用翼墙式洞门。

3、地质概况工程地质特征:①地层岩性隧道范围穿越地层较复杂，洞身范围穿越长城系串岭沟组粉砂，长城系常州沟组二段石英砂岩，长城系常州沟组一段含砾砂岩，印支期粗面岩，太古界单塔子群片麻岩。

另外山涧沟底部多有第四系全新统坡洪积层角砾土，因洞身未揭露，仅在隧道进口分布薄层，厚1.0~2.0m。

②地质构造a.区域地质构造特征本隧道区大地构造位置处于华北地台北缘燕山台褶带（班内造山带）中段，三级构造单元位于马兰峪复式背斜的背部，为前人所称宽城凹褶束的一部分。

区内主要出露太古代变质地体和中元古界长城群地层，总体上呈北东-近东西向分布。

结合区域地质构造资料，本区经历了基底形成阶段，盖层发展阶段和陆内造山三个阶段。

工区不发育大型褶皱，所见褶皱为变质基底中残留的小型褶皱，其规模属露头尺度，形态主要为勾状褶皱、同斜褶皱、不协调褶皱、弧线形褶皱等，对工程施工影响较小，地层优选产状为10°∠70°。

b、主要断层本隧道段断层构造比较发育，依铁路设计里程从北至南，发育的断裂构造依次为：1）F1断层，为区域断层，走向NN E 45°~75°。

断层带宽2~5米，岩石发生大量褶曲，地层产状混乱。

2）F2断层，为区域断层，整体呈弧型，走向75-95°，倾向北倾角70-75°，长约5500m,贯穿全区，具小于30m的碎裂带和角砾岩断层带，岩石发生大量褶曲，地层产状混乱。

3）F3断层，为物探推测构造破碎带，断层破碎带宽约5~10米。

4）F4断层，为物探推测构造破碎带，断层破碎带宽约5~10米。

隧道洞身穿越F1、F2、F3、F4四条断层，其断层性质见表1：表1 隧道断层详表4、地质复杂程度分级我队根据设计图纸的工程地质资料对我队隧道所包含的隧道地质情况作出如下分级：表2 地质预报分级表说明：1.预报等级为C级的全程施做地质素描和5m加深炮孔。

2.Ⅳ、Ⅴ级围岩断层富水带和Ⅱ、Ⅲ级围岩有地下水非可溶岩段，做地质素描、5m加深炮孔和TGP206超前地质预报。

若TGP206预报前方有异常地质时，再增加30m长超前水平钻孔进行验证,此为A级预报；若TGP206预报前方无异常地质时，不需要再用30m长超前水平钻孔确认地质，此时为B级预报。

5、实施超前地质预报的目的通过超前地质预报，可以了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度，由此判断地下水情况、围岩级别和对施工的影响，进而达到以下目的：（1）为制定施工方案和措施提供可靠的参数，如地下水压力、水量、不良地质的位置、大小及规模等；（2）为隧道安全施工，避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害，从而不受或少受损失奠定了基础；（3）为隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险创造了条件；（4）准确的地质预报可以减少施工中的盲目性，减少事故发生率，减少很多不必要的安全措施，从而降低了工程投资。

（5）验证勘察设计中提供的地质资料，为设计变更提供依据，且为调整施工方案提供依据；同时做好超前地质预报工作，能够对施工区域的水环境提供良好的保护措施。

6、具体预报方法半壁山隧道主要采用地质素描、加深炮孔、超前水平钻孔和TGP206进行超前地质预报。

不同段落根据围岩地质等级所采用超前地质预报方法不同，具体方法如下所述，半壁山隧道按照围岩等级划分个段落的预报方法如下表所示：表3 半壁山隧道按照围岩等级划分表6.1地质素描隧道内地质素描是将隧道所揭露的掌子面尺寸、掌子面状态、毛开挖面状态、岩石强度（Mpa）、风化程度、裂隙宽度、裂隙形态、涌水状态、围岩级别划分等准确记录下来并描述状态。

隧道内地质素描包括下列内容：（1）掌子面尺寸：包括掌子面开挖宽度、高度、开挖面积、开挖方式（台阶法或全断面法）等。

（2）掌子面状态：围岩是否稳定，正面是否掉块，正面是否挤出等。

（3）毛开挖面状态：是否自稳，是否随时间松弛掉块，是否自稳困难要及时支护，是否需要超前支护等。

（4）岩石强度：5~60Mpa之间或其它。

（5）风化程度：分微风化，弱风化，强风化，全风华等。

（6）裂隙宽度：0~5mm之间或其它。

（7）裂隙形态：分密集，部分张开，开口，夹有粘土等情况。

（8）涌水状态：无水，渗水，整体湿润，涌出或喷出，特别大等。

（9）围岩级别划分：记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式以及支护后的变形情况。

发生围岩失稳或变形较大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等。

（10）进行隧道施工围岩分级根据现场围岩情况及时判定分级，并根据判定情况与设计分级对比分析，有现场与设计不相符的情况，及时申请变更。

（11）影像隧道内重要和具代表性的地质现象应进行摄影或录像。

要求每循环进尺均需进行掌子面地质素描，不得缺少。

6.2加深炮孔探测加深炮孔采用气腿式凿岩机ZY-28进行施工，炮孔深度不小于5m，每循环搭接长度不小于2m。

每循环钻孔5个（断层带地段为8个孔），炮孔具体位置按不同围岩级别不同见下图，三台阶施工时上台3孔，中台2孔；两台阶施工时上台5孔。

加深炮孔为全隧道贯通探测，不得断缺。

Ⅳ、Ⅴ级围岩三台阶施工加深炮孔位置Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩（两台阶）加深炮孔位置图断层带地段加深炮孔位置图加深炮孔注意事项：①必须按要求认真实施，发现异常情况应及时反馈信息，严禁盲目装药放炮；②加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施；③认真做好钻孔记录，如实反映地质情况；④揭示异常情况的钻孔资料应作为技术资料保存。

6.3弹性波反射法（TGP206）弹性波反射法（即TGP206）是利用人工激发的地震波、声波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面签发地质情况的一种物探方法，它包括地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和极小偏移距高频反射连续剖面法（简称陆地声纳法）等方法。

在实际工作中，地震波反射法的应用相对普遍和成熟，我部根据相应的地质情况采用该方法。

TGP206探测长度为150～200m，搭接长度不小于30m。

地震波反射法超前地质预报应符合下列要求：（1）观测系统设计应包括下列内容：①收集隧道相关地质勘察和设计资料；②根据隧道施工情况及地质条件，确定接收器和炮点在隧道左右边墙的位置；③接收器和炮点位置应在同一平面和高度上；④隧道情况特殊或需要探测复杂地质隐患时，可根据相关理论来设计观测系统。

（2）现场数据采集应符合下列规定：①在隧道现场，根据设计的观测系统，确定所有接收点和炮点的位置，并作出相应的标识；②钻孔应按要求（位置、深度、孔径、倾角等）钻孔；一般情况下，钻孔位置不应偏离设定的位置；特殊情况下，以设定的位置为圆心，可在半径0.2m的范围内移位；孔身应平直顺畅，能确保耦合剂、套管或炸药放置到位；在不稳定的岩层中钻炮孔时，可采用外径与孔径相匹配的薄壁塑料管或PVC管插入钻孔，防止塌孔；③安装套管：用环氧树脂、锚固剂或加特殊成分的不收缩水泥砂浆作为耦合剂，安装接收器套管；用电子倾角测量仪测量接收器孔的几何参数，并作好记录；④装填炸药：装填炸药前，用电子倾角测量仪和钢卷尺测定炮孔的倾角和深度，并作好记录；炸药量的大小应通过试验确定；用装药杆将炸药卷装入炮孔的最底部；在激发前，炮孔应用水或其他介质充填，封住炮孔，确保激发能量大部分在地层中传播；⑤仪器安装与测试：用清洁杆清洗套管内部；将接收单元插入套管，并应确保接收器的方向正确；分析测试结果，依据相应报表分析找出异常，采集信号前应对接收器和记录单元的噪音进行测试。

（注：该工作委托有资质的检测单位进行操作，具体细节说明有带完善）6.4超前地质钻孔当弹性波反射法发现前方有地质异常时，采用超前地质水平钻进行验证。

超前地质钻探采用TYL368A型潜孔钻机进行超前地质水平钻孔。

超前地质钻探探测长度为30m，每循环搭接长度不小于5m。

每循环钻孔1个，不同围岩级别其位置有有所不同，其钻孔位置见下图。

施工中钻探孔眼的数量、位置根据其他预测方法的预测结果。

Ⅴ级围岩超前地质水平钻布孔示意图Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩超前地质水平钻布孔示意图超前地质钻探应符合下列要求①实记录钻孔过程情况，分析并保留原始记录。