牡绥超前地质预报方案

1、工程概况滨绥铁路牡丹江至绥芬河扩能改造工程施工Ⅳ标段起讫里程为滨绥线DK450+500～DK470+250及滨绥线DK491+434～DK499+100，线路长度约27.416km，位于黑龙江省穆棱市，东宁县、绥芬河市境内。

本标段主要工程内容包括：隧道19.844km，占正线长度的72.38%，其中红房子隧道6437m，双丰隧道7237m，绥阳隧道6170m。

沿线分布的主要地层为第四系粉质黏土，细园砾土，粗园砾土；第三系上新统玄武岩；侏罗系中下统流纹斑岩质凝灰熔岩、凝灰熔岩、燕山早期花岗岩；华力西晚期斜长花岗岩。

主要不良地质有崩塌、落石、顺层滑坡，特殊岩土有季节性冻土、软土与松软土、填土等。

线路通过地区大部属东北新华夏构造体系第二隆起带－老爷岭隆起。

区内主要构造线方向以北东向为主，局部为北西或东西向。

沿线经过的断层较为发育，岩体破碎，节理发育，对隧道围岩有不良影响。

本标段线路通过地表河流细鳞河、小绥芬河等，常年流水，均属松花江系。

沿线地下水按赋存条件分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙潜水，局部具有承压性。

孔隙潜水主要分布于第四系砂类土及碎石类土中，埋深在0.7～3.5m，水位变化幅度2～3m；基岩裂隙水包括基岩节理裂隙水、构造裂隙水以及风化带裂隙水，主要含于第三系玄武岩、白垩系砂砾岩与安山岩类、侏罗系凝灰岩及其它火成岩类、石炭-二叠系火成岩及浅变质岩类、下元古界变质岩类及各时代花岗岩类的各种裂隙及风化带中，主要受大气降水及河水补给，以蒸发及人工开采方式排泄，局部以泉水形式出露，水量不大。

2、编制依据2.1、改建铁路牡绥扩能改造工程隧道施工图；2.2、铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设[2008]105号）；2.3、铁路隧道设计规范（TB1003-2005）；2.4、本管段隧道的现场实际情况及调研结果；2.5、现有的施工技术水平、施工管理水平和超前地质预报设备配备能力。

2.6、超前地质预报设备的使用说明。

3、超前地质预报目的隧道建设中对工程地质条件的认知和掌握程度是确保快速、安全修建的决定性因素之一。

开挖前对地质情况的了解，对于隧道建设有着十分重要的作用。

由于隧道工程地质条件异常复杂,实施超前地质预报可以有效地保证隧道施工安全,减少由于揭露接触带、破碎带及断层带岩体产生大量突泥、涌水而带来的损失，通过超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，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、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，提前做好施工准备，保证施工安全，同时还可节约大量资金。

所以隧道超前预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资等具有重大的社会效益和经济效益。

开展施工地质超前预测预报工作，以制定有效施工方案，确定合适施工工艺，并开展必要的监测工作。

4、超前地质预报方法由于隧道地质结构较复杂，为准确地了解掌握地层岩性的变化、地下水的发育地质特征，在施工中将采用中、短期相结合的地质预测预报系统。

主要方法有：采用地质分析法、TRT地质探测仪、地质雷达法（当TRT地质探测前方出现不良地质可能时，在靠近不良地质段10米处采用）、红外线探水法（当TRT地质探测前方出现水囊可能时，在靠近富水段10米处采用）等。

采用长距离宏观预报与短距离准确预报相结合，勘探与地质资料综合分析相结合的综合地质预报方法。

总的预报思路为：采用长距离实施TRT地质探测系统，短距离采用地质雷达法、红外线探水法、加深炮孔，采用掌子面地质素描方法加强常规地质综合分析多管齐下，力争把发生地质灾害的机率降为最低。

5、地质预报方法选择根据相关要求，我单位隧道使用长距离TRT探测与短距离采用地质雷达法、红外线探水法、加深炮孔及掌子面地质素描相结合的方法进行超前地质预报工作。

红房子隧道、双丰隧道、绥阳隧道（以上隧道含斜井）均采用长距离TRT探测与短距离采用地质雷达法、红外线探水法、加深炮孔及掌子面地质素描相结合的方法进行超前地质预报工作。

6、工艺流程及工艺要求6.1、地质预测预报流程地质预报是工程施工的一部分，通过准确的预报可以有效的减小不良地质体对施工安全、进度的影响，因此我队将采用长期和短期预报相结合的方法进行，并且相互印证，并和施工方法的选用充分结合，充分发挥信息化施工的特点。

地质预报流程见《地质预报方案流程图》。

地质预报方案流程图隧道地质条件复杂，并且局部具有地质灾害性质，因此地质预报工作显得非常重要，也得到了高度重视。

施工过程中将超前地质预报工作纳入了施工工序，做到“先探测、后施工、不探测、不施工”。

6.2、常规地质预报方法6.2.1、超前探孔超前探孔主要用于中期地质预报，主要用于超前5m的预报，在本工程中采用YT-28型风枪进行探孔。

超前探孔位置利用开挖掏槽眼进行加深。

6.2.2、地质素描地质素描是根据岩体节理产状确定不稳定块体出露位置。

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和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TRT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。

6.3、TRT 探测6.3.1 TRT6000探测原理地震波反射探测的方法很早就已经在土木工程和采矿作业等许多方面得到利用。

这种技术的原理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。

声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。

反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等），位置及规模。

正常入射到边界的反射系数计算公式如下：11221122V V V V R ρρρρ+-=假设R 为反射系数，ρ为岩层的密度，V 等于地震波在岩层中的传播速度。

地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系数是正的；反之，反射系数是负的。

因此，当地震波从软粗岩传播到硬的白云石时，回波的偏转极性和波源是一致的。

当岩体内部有破裂带时，回波的极性会反转。

反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易探测到。

6.3.2探测特点地震波法TRT6000采用其独特的三维成像系统，大大提高了预报的准确性，可以探测断层、破碎带，岩溶、岩脉、倾斜角岩体分界线，岩体软弱层位，富水带等，预报距离较远，一次预报可达100m～300m，主要用于断层、破碎带等的中、长距预报，但精度相对较差，对溶洞等地质事件预报效果不佳。

此方法将采用由美国C-thru Ground公司生产的TRT6000型无线地震波三维地质超前预报系统，TRT是一种层析扫描成像系统，其技术使用与能量射线穿过介质完成计算机层析扫描相类似的概念，采用多种地震源产生沿隧道传播的信号。

这些信号在岩体性质发生改变的地方反射，被用来构建描述隧道工作面前方及高于或低于隧道走向的不同地质状况（如异常岩体、岩性和喀斯特特征等）的三维结构图。

探测原理6.3.3 技术参数：TRT6000记录单元接收器端口：9个记录通道：24个采样间隔：31，64，125，250，500，1000，或2000μs记录带宽：40～15000Hg模数转换：32位记录长度：16000采样数每通道频率范围：10Hg—75000 Hg测量精度：最好10cm低频过滤：25，35，50，70，100，140，200，280，400 Hg （降低传输距离和土的噪声）高频过滤：250，500，1000 Hg（降低风噪）延迟：0～9999ms，每毫秒调节工作电压：直流12伏温度范围：存放环境温度-10℃～＋60℃工作温度：0～70℃电源：外接电源90-240伏交流，50/60Hg探测距离：软岩一般150米；硬岩一般300米6.3.4 TRT6000超前预报配置6.3.5 操作细则（1）传感器的安装①TRT6000传感器的安装由于TRT系统需要得到的是地质情况的三维图，需要在安装的传感器较多，在不同的部位共安装10个传感器（如图5所示）。

安装过程简捷方便，检测人员到现场安装即可，不需要提前打炮眼（较其它预报系统更节省人工费用）。

在距离最后一个震源点10米处开始布置传感器，左右边墙各四个，每隔5米（里程方向）布置一个，隧道中心线拱顶处布置2个。

90907070140140140140A x i a l v i e wP l a n v i e w950o50ooo50o50oo ooooo9090oo2346781134567891011Drill -&-blast tunnel如图5 TRT6000超前预报震源及传感器的典型布置②TRT6000震源布置在掌子面两侧布置震源，两侧各布置两组，每组沿竖向（高程方向）布置三个震源点，每个震源点相差大约1米，两组间隔2米（里程方向）。

图9 传感器 图10安装传感器击震点布置（如图10所示）在掌子面后的裸露的岩体（或已到强度的初期支护）上，采用锤击即可，不需要提前打炮眼，（较之其它预报采用钻眼爆破方式击震，更安全，更节省人工费用）。

（2）、接收器与孔壁的藕合必须紧密，施测时隧道中应没有其它振动源。

（3）、资料的处理和整理数据采集时应按锤击点顺序逐一进行，记录不好或存在干扰时应重新锤击。

对采集的数据及时进行三维波场处理，提取反射界面。

（4）提交资料：TRT野外记录表；原始波形记录；二维和三维反射界面的透视图像；声波轨迹、频谱、速率和位移结果；地质解释结果。

6.4、超前地质预报频次6.4.1、TRT超前物探预报频次全隧每100m~150m探测预报一次。