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。

3.4地质预报结论应有书面报告，并及时交由决策部门和施工单位，对所有预报资料应存档备查。

3.5施工过程中应将实际开挖的地质情况与预报结果进行对比分析，及时总结经验教训，以指导和改进地质预报工作。

超前地质预报技术是一门正在发展中的技术，随着科学技术的进步，将逐步得到提高和完善。

超前地质预报管理工作也需要在实践中不断提高。

3.6隧道超前地质预测预报应根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分级进行，并按不同级别确定相应的方法和手段。

3.6.1根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：A级：存在重质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等。

B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。

C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。

D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。

3.6.2不同地质灾害地段的预报方式为：A级预报：采用地质分析法、TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。

首先以地质分析法进行长距离预测预报，然后采用中长距离TSP或HSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。

B级预报：采用地质分析法、TSP或HSP，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。

当发现局部地段工程地质条件较复杂时，按A级要施。

C级预报：以地质分析法为主。

对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用TSP进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。

D 级预报：采用地质分析法。

3.7地质复杂隧道的超前地质预报应编制实施细则，容包括超前地质预报实施方案、分段预报容、方法及技术要点，并编制气象、重要泉点、暗河流量等观测计划和观测技术要求。

4 地质预报工作流程地质预报工作流程见下“超前地质预报工作流程图”。

超前地质预报工作流程图5 地质预报的方法和手段5.1隧道超前地质预测、预报应坚持常规地质法、物理勘探法、钻探法等多种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证的原则。

并结合本段工程特点，以及局项目部安排，隧道超前地质预测预报的方法如下表：5.2适用围5.2.1长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它基础资料对隧道通过区的地质界线、地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行长距离、宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示的情况进行不断的修正。

5.2.2中长距离预报是在长距离预报的基础上采用TSP、HSP、地质雷达、深孔水平钻探等对掌子面前方30～200m围的地质情况作进一步的预报，如对不良地质体的位置、规模、性质作较为详细的预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况等。

5.2.3短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，比如掌子面前方30m围有无水、在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及不良地质发育情况等，对以上判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进行钻孔验证。

5.3隧道地质超前预报实施方法5.3.1地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。

地质素描包括正洞、平导和辅助导坑洞壁及掌子面素描，具体容主要包括以下几个方面：（1）工程地质①地层岩性，包括地层时代、岩性、岩体产状等；②断层，包括断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，并进行断层带岩体的稳定性评价；③节理，包括节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征、力学性质，分析组合特征、判断岩体完整程度；④地应力，包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩心等现象；⑤特殊地层，煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层应单独描述；⒗塌方，应记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因。

(2)水文地质①出水点位置、出水状态、水量、水压、水温、颜色、泥砂含量测定，必要时进行长期观测；②水质分析，判定水对建筑材料的腐蚀性；③出水点和地层岩性、构造等的关系分析；④必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞涌水与地表径流、降雨的关系；⑤必要时应建立涌突水点地质档案。

（3）摄像和影像隧道重要的和具代表性的地质现象应进行摄像或录像。

5.3.2 物探方法，包括TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、地质雷达法、红外探测等。

（1）TSP203超前地质预报系统TSP(Tunnel Seismic Prediction)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，其目的在于迅速超前地提供在开挖周围及前方的三维空间的工程地质预报。

TSP方法探测距离远，对大多数岩层，从隧道掘进面起算，其探测围可以达到前方100米，硬岩层甚至可达200米，最适合长期（长距离）超前地质预报。

TSP203现场数据采集包括打接收器孔和爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器及爆破接收信号过程等工作。

TSP203系统在围岩较好的地段可测出前方100～200m围的岩层分界面、岩层的物理性质、断层破碎带、洞穴、隐伏含水体等；围岩完整性较差时，预测围在50～100m之间，需连续预报时前后两次应重叠10m以上。

根据局项目部安排，此项物探方法委外。

原理：通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器接受，获得反映隧道工作面前方的P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测围的二维或三维空间分布。

通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围岩结构面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。

但仪器在作业过程中对环境的要求较高，若噪声过大则会影响采集数据的准确性。

如下图：探测方法：①爆破孔布置：TSP203超前地质预报系统洞布置的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，一般情况下，它是由两个接收器孔和24个爆坡孔组成。

接收器距掌子面约55m,在隧道两侧对称布置，最后一个爆破孔距掌子面约0.5m。

爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径35～38mm，孔口距隧底约1.0m，向下倾斜10°～20°，接收器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.0m，孔径43～45mm，孔口距隧底1.0m，向下倾斜5°～10°。

TSP203检测钻孔平面布置示意图②埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌。

待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面。

③连线检查：把传感器、检波器（电脑）、起爆器、同步器连接起来，并检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连。

④测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800m 围不得有机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等。

⑤装药爆破：由最里边炮孔开始，逐个依次装药联线，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在10～40g左右。

⑥成果分析：采用TSP203自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前方围岩的物理特性，岩层分界线、软弱带、断层的位置等信息。

因此，通过TSP超前地质预报，能够及时地了解掌子面前方的地质情况，为隧道施工和及时合理地调整支护参数提供依据，有效地控制了地质灾害的发生，确保支撑隧道的岩石牢固可靠和施工质量，改善工地的安全，赢得了施工时间，降低成本，提高隧道掘进的进度，将风险降低到最小。

（2）地质雷达当TSP203系统预报前方有溶洞、暗河水体、岩层层面等不良地质时，其规模、形态需要具体了解，就需用地质雷达进行探测。

加拿大pulseEkkO100型地质雷达在前方岩石完整的情况下，可以预报30m 的距离；当岩石不完整或存在构造的条件下，预报距离小于10m。

雷达探测的效果主要取决于不同介质的电性差异，即介电常数，若介质之间的介电常数差异大，则探测效果就好。

根据局项目部安排，此项物探方法委外。