隧道超前地质预报监测方案

隧道超前地质预报

实施方案

山东正元建设工程有限责任公司

二〇一二年十二月

目录

第一部分隧道超前地质预报实施大纲 (1)

1 超前地质预报的目的 (1)

2 超前地质预报的原则 (1)

3 隧道超前地质预报方案 (2)

3.1 TSP超前地质预报 (2)

3.2 地质雷达超前地质预报 (6)

3.3瞬变电磁法 (9)

3.4复合式激发极化法预报 (10)

3.5超前水平钻探 (12)

4 超前地质预报质量与安全保证措施 (13)

4.1超前地质预报质量保证措施 (13)

4.2 超前地质预报安全保证措施 (15)

第二部分拟投入的主要人员与设备 (18)

第三部分合同报价 (20)

第一部分隧道超前地质预报实施大纲1 超前地质预报的目的

隧道超前地质预报技术主要包括常规地质方法、工程物探方法等, 在预报时一定要结合隧道掌子面前方的具体情况进行合理设计, 进一步拓宽隧道超前地质预报概念的含义。特别是在复杂地质条件隧道施工过程中, 在加强工程地质分析的同时, 应结合工程物探对隧道不良地质进行超前地质探测预报研究,为工程设计及施工提供工程地质资料。避免工程地质灾害，从而保证施工安全。超前地质预报的主要目的为：

（1）预报开挖掌子面前方的岩性变化或围岩类别；

（2）掌子面前方可能出现的地质断层及岩石破碎带的情况；

（3）掌子面前方软岩地段的位置和长度；

（4）开挖段前方岩体是否含水及可能的涌水情况等。

（5）通过对隧道洞身范围内（特别是掌子面前方）的岩体破碎地段、断层发育等不良地质的预测和分析，给掌子面的开挖提供重要的指导。

2 超前地质预报的原则

根据隧道工程线路长度、地质条件等实际情况，坚持超前地质预报“三结合”和风险靶段划分原则，即“地质与物探、钻探结合，洞内外结合，长短及不同物探方法结合”，在对隧道风险分级的基础上，采用相对应的预报方案。

（1）地质与物探、钻探结合

地质分析工作是超前地质预报工作的基础和重要环节，在较好了解地质情况的基础上，才能使物探的解释结果更接近真实情况，大大减少物探多解性带来的难题，离开了地质的物探极易偏离真实的地质，离开了物探的地质就很难将施工超前地质预报工作细化。

（2）洞内外结合

野外地质调查与洞内地质素描和洞内预报成果相结合，即宏观地质分析与具

体的施工超前预报相结合。

（3）长短及不同物探方法结合

长期超前预报探测距离较长，但准确性稍差，短期超前预报探测距离较短，但准确性较高，两者的结合可以取长补短，有效提高超前地质预报的准确性；各种物探方法各有千秋，单独采用一种方法往往精度达不到要求。而不同物探方法的结合，则可以互相取长补短，有效提高超前地质预报的准确性。

3 隧道超前地质预报方案

为了保证隧道施工安全，在高风险地段实施综合超前地质预报，预报手段包括TSP地震波探测、地质雷达探测、瞬变电磁探测、激发极化探测以及超前水平钻探。

3.1 TSP超前地质预报

TSP203超前地质预报系统，是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的，是目前在该领域的最先进设备，它能方便快捷预报掌子面前方100－200m 范围内的地质情况，包括隧道前方岩性的变化、破碎带和软弱层的位置宽度、是否含水、是否存在不良地质体等，通过探测为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。这将大大减少隧道施工带来的危险性，减少人员和机械损伤，同时也带来了巨大的经济利益和社会效益。

（1）测试仪器

采用瑞士Amberg测量技术公司最新生产的TSP203型(Tunnel Seismic Prediction)超前地质预报系统设备。与TSP202相比，TSP203在硬件设计和软件设计等方面都作了较大改进，其软件编程除了考虑与WINDOWS视窗的兼容之外，还特别强调了软件的智能化和评估结果输出的灵活性。图1为TSP203系统组件简图。

图 1 TSP203系统组件简图

（2）探测原理

像所有振动测量方法一样,TSP测量方法也需要振动发射源和接受装置。TSP 测量系统是通过在掘进面后方一定距离内的钻孔内施以微型爆破来发射声波信号的，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，当波在隧道前方遇到异面时，将有一部分波从界面处反射回来，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也越强。放射信号经过一段时间后到达接受传感器，被转换成电信号并进行放大。从起爆到反射信号被传感器接收的这段时间是与反射面的距离成比例的，通过反射的时间与地震波传播速度的换算就可以将反射界面的位置、与隧道轴线的交角以及与隧道掘进面的距离确定下来；同样使用TSP也可以将隧道上方或下方存在的岩性变化带的位置方便地探测出来。图2为TSP超前预报测量原理，图3为TSP203系统组件标准测量图示。

图2 TSP超前预报测量原理

图3 TSP203系统组件标准测量图示

为达到探测隧道前方和周围地质情况的目的，在TSP测量系统中使用了三对高敏加速度传感器，三对加速度传感器通过一根金属杆连接在一起，分别以平行和垂直隧道轴线的方向定位在专门的传感器钻孔内，传感器的这种布置方式能保证接收有各种不同角度反射回来的反射信号，使用三对水平和垂直布置的传感器还能有效地减少干扰信号的影响。

由传感器采集到的振动信号经过模数转换器转换后存储在一台小型计算机上，整个测量过程也是通过这台计算机来完成的。测量工作结束后将存储在小型计算机上的地震信号作进一步的分析处理之用。TSP测量系统配备有专门的分析软件，分析软件的主要任务之一是对测量信号进行各种数值滤波、选择放大等，以获得清晰的反射图像。分析软件的另一功能是将反射波图像所提供的信息与隧道的空间坐标结合起来，通过一系列的数学运算求出反射事件本身的空间位置以及与隧道的相对位置。这些数学运算的结果和解释正是TSP地质超前预报的最终结果。

（3）探测方法

探测的基本步骤为：钻孔布置——施工钻孔——数据采集——数据分析——报告提交。

1）测线测点布置

TSP-203超前地质预报是利用振动波的反射来进行探测的。振动波由在特定位置人为制造的小型爆破产生，一般是沿隧道一侧洞壁布置24个爆破点，爆破点平行于隧道底面呈直线排列，孔距1.5m,孔深1.5m，炮孔垂直于边墙向下倾斜