隧道突水突泥灾害源超前地质预报理论与方法(李术才著)思维导图
复杂地质长大隧道施工超前地质水文预报
复杂地质长大隧道施工超前地质水文预报超前地质水文预报是利用钻探和现代物探等手段，对因地质和水文勘察工作的技术措施、技术手段、现场条件等局限，而隐伏的、难以探查的重大地质和水文隐患和问题予以进一步提前查清楚查准确，并据已经掌握的地质水文灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工，保证顺利进行。
标签：隧道超前地质预报；地质水文灾害分级；分级预报施工安全1引言在隧道施工过程中，通过超前地质水文预报来预测、判断施工工作面前方水文地质、工程地质等水文地质的现实状况，为隧道施工方案的调整优化提前提供全面有效可靠的地质水文依据。
通过隧道地质水文预测，预报掌子面前方地段可能引发隧道地质和水文灾害的可能性及位置、性质与规模，并根据地質水文预测预报结果，提出相应有针对性的技术措施与对策建议，为设计变更和优化提供可靠的地质水文依据，有效降低和避免隧道施工灾害的发生，确保施工人员和设备安全，为提高工程质量、施工效率及经济效益提供技术支撑。
2隧道地质水文灾害分级及分级预报方式2.1对地质水文灾害大致分为四级，以判断其对隧道施工安全、进度等方面的危害和影响程度。
影响超前地质水文综合预报工作的具体因素详见表1。
A级水平：有较为重大的水文灾害和地质隐患的地段，如富含水体、地层破碎软弱、导水性良好的断层和破碎带，特大型、大型涌泥涌水地段，非可溶岩与可溶岩接触带，在物探方法探测中的重大异常地段，大型岩溶溶洞，大型人为坑洞，高地应力地段，特殊地质地段，可能诱发重大环境问题的地质和水文灾害地段，等。
B级水平：在物探方法探测中有较大物探异常的地段，中小型涌泥涌水地段，断裂破碎带等。
C级水平：发生涌泥涌水可能性小、地质水文条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段。
D级水平：发生涌泥涌水可能性极小的小型断层破碎带和非可溶岩地段。
2.2分级预报方式A级别预报（地质与水文复杂地段）：采用地震反射波法（TSP、TGP等）、超前水平钻探法、地质雷达法、加深爆破炮孔法、地质素描法法等多种有效、适合的手段进行综合预测。
地下工程监测与检测技术第七章 隧道超前地质预报技术PPT课件
二.隧道超前地质预报方法的分类
按预报方法手段分类可分为地质分析预报法、地球物理探 测法以及超前水平钻探法。
按预报空间位置分类，常见为有洞内与洞外预报。其中， 洞外预报又包含地面地质调查和高密度电法；洞内预报又包含 掌子面地质调查、TSP探测、超前水平钻探、地质雷达探测等。
按预报距离分类，可分为长距离、中距离与短距离预报。 其中长距离预报多采用地面地质调查、高密度电法等；中距离 预报多采用TSP地震反射波法等；短距离预报多采用掌子面地质 调查、地质雷达、红外探测、超前钻探法等。
①高密度电法的基本原理
不同岩层或同一岩层由于成分和结构等因素的不同，具有不同的电阻 率。通过接地电极将直流电供入地下，建立稳定的人工电场，在地表观测 某点垂直方向或某剖面的水平的电阻率变化，从而了解岩层分布或地质构 造的特点。从理论来说，在各向同性的均质岩层中测量时，无论电极装置 如何，所得的电阻率都应相等，即为岩层的真电阻率。但在实际工作中， 所遇到的地层既不同性、又不均质或地表起伏不平，所得电阻率则称为视 电阻率，是不均质体的综合反映。对于某一确定的不均匀地电断面，若按 一定规律改变装置大小或装置相对于电性不均匀体的位置，在此过程中测 量和计算视电阻率值，发现测得的视电阻率值按照一定规律变化，进而探 查和发现地下导电性不均匀体的分布，达到预报前方地质灾害的目的 .
③测试方法
Ⅰ、确定探查深度和测线长度 在电极排列布置前进行探查深度设计。随着电极间距的增
加，测量精度降低。因此，设计探查深度H应约为探查目标体 深度h的1.5倍，在现场条件允许的情况下，取2倍为最佳。测 线的总长L应为探测区域的分布长度D加上两侧各H／2(探查深 度的一半)的长度。
Ⅱ、测线布置 测线网布置应根据任务要求、探测方法、被探测对象规模、埋
隧道超前地质预报之超前地质预报的物探理论
隧道超前地质预报之超前地质预报的物探理论参考资料⼆超前地质预报的物探理论迄今为⽌，地下⼯程超前地质预报应⽤的主要⼿段是TSP（或TGP）、地质雷达和红外线探⽔仪和直流电法，涉及的主要物探理论有地震波探测理论、雷达与瞬变电磁探测理论，物理场探测理论和直流电法探测理论。
第⼀节地震波探测理论⼀、地震波的传播规律（⼀）费马原理费马原理⼜称最⼩时间原理。
根据费马原理，波总是沿射线传播以保证波到达时所⽤历时最少这个准则。
在均匀介质中，地震波射线是从振源出发的直线，在其他介质中波射线性质便要复杂⼀些。
（⼆）地震波的反射和透射当地震波在传播过程中遇到介质突然变化的界⾯（如岩体的节理、裂隙和断层等）时，地震波将会产⽣反射和透射，如图3-2所⽰。
（三）地震波的绕射地震波传播过程中遇到地层的间断点和不整合接触点以及断层的棱⾓点等，这些不连续的间断点可以看作是新震源，就会产⽣⼀种新的扰动，向弹性空间四周传播，这种扰动称为绕射波。
即地震波的绕射。
（四）地震波的散射地震波在传播过程中振幅和能量随着离震源点距离的增加⽽减少的现象称为球⾯扩散。
即地震波的散射。
⼆、 TSP探测原理TSP探测时，在掌⼦⾯后⽅⼀定距离的隧道⼀侧边墙上布置⼀定数量的钻孔，通过TSP系统的爆破装置在钻孔中施以微型爆破来产⽣射地震波信号，地震波沿隧道⽅向以球⾯波的形式传播，遇到反射界⾯反射回来由接收器接收，同时转换成电信号并放⼤(如图3-4)。
由于反射波的传播速度、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，经过TSP系统的数据处理软件分析处理后，结合具体的地质情况，预测不良地质体的位置、宽度和产状等。
瑞⼠按伯格公司开发的TSP数据处理软件能将地震波信息转化到隧道掌⼦⾯前⽅及周围区域的坐标系统上。
由于地震波从起爆、经反射被接收的⽤时与反射界⾯到起爆点和接收器的距离之和成正⽐关系，所以知道了地震波的传播速度和反射⽤时就可以确定反射界⾯的位置和与隧道轴线的夹⾓。
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。
超前地质预报技术
TSP能解决的主要技术问题： ①预报掌子面前方的断层破碎带、软岩、岩溶陷落 柱等不良地质体的性质、位置和规模； ②预报涌水量大于 5 米3/h以上的富水地质体和老窑、 老崆等采空区的存在、位置和规模； ③预报煤系地层的边界和其中的煤层、富水砂岩； ④粗略地预报围岩级别（类别）； ⑤定性地预报发生塌方、突泥突水等施工地质灾害 的危险性。
万线（1）2006年马麓箐隧道11人；（2）2007年野山关9人；（3）2008年马
ห้องสมุดไป่ตู้
麓箐隧道5人
）
为了防治地质灾害，保证施工安全， 需要高水平的超前地质预测预报
3、现有的技术条件
• 成熟的传统工程地质方法
对于工作区的岩石、构造、地下水有一个初步 的了解。
• 各种先进的超前预报设备
主要有包括TSP、TGP、地质雷达、超前水平钻、 红外探水、地表浅层物探技术在内的设备大量使用。
① 以深入的地面地质调查为基础， ② 通过区域不良地质分析方法， ③ 宏观预报洞体施工可能遇到的不良地质类型、 规模、大约位置和方向， ④ 宏观预报施工地质灾害的类型和发生的可能性。
• 宏观预报是施工地质灾害超前预报不可或 缺的基础、是第一道工序。这其中设计资 料是十分重要的。
工程区内的宏观地质调查主要包括
• 由于右线发生突泥事故，为了保证左线的 施工安全，特对左线掌子面前方进行超前 地质预报。
• 采用的手段：
工程地质调查 TSP-203超前预报探测 物质场—空间场分析法
右线突泥形成的地面陷穴
云雾山隧道现代构造应力场与主要褶皱构造 关系示意图
TSP-203+超前地质预报系统采集的P波速分布图
TGP 型预报仪器采用进口减震包装箱
• TGP观测布置与采集技术
隧道施工地质超前预报课件
地质超前预报技术的研发和应用需要投入大量的人力、物力和财力， 如何在保证预报效果的同时降低成本是实际应用中需要解决的问题。
未来发展方向
技术创新与突破
未来研究应致力于突破现有技术的局限性， 提高预报精度和范围，满足更复杂的地质条 件预报需求。
智能化与自动化
利用人工智能、机器学习等技术实现地质超前预报 的智能化和自动化，提高预报效率和准确性。
03
强化现场勘察
通过改进数据处理算法，减少干 扰因素，提高地质数据的识别精 度。
在施工前进行详细的地质勘察， 收集丰富的地质资料，为超前预 报提供更准确的基础数据。
加强技术培训与交流
定期组织技术培训
01
针对隧道施工地质超前预报的相关技术进行培训，提高技术人
员的技术水平。
开展技术交流活动
02
组织技术交流会议或论坛，促进技术人员之间的经验分享和技
术创新。
建立技术资料库
03
整理和归纳相关技术资料，方便技术人员查阅和学习。
完善相关法规与标准
制定严格的行业标准
制定隧道施工地质超前预报的行业标准，规范 技术应用和操作流程。
完善相关法规
制定和完善相关法规，明确各方责任和义务， 保障隧道施工安全和质量。
建立质量监管机制
建立有效的质量监管机制，对隧道施工地质超前预报的质量进行监督和评估。
隧道施工地质超前 预报课件
contents
目录
• 隧道施工地质超前预报概述 • 隧道施工地质超前预报技术 • 隧道施工地质超前预报应用案例 • 隧道施工地质超前预报的挑战与展望 • 隧道施工地质超前预报的实践建议
01
CATALOGUE
隧道施工地质超前预报概述
隧道施工超前地质预报
隧道施工超前地质预报
1、预报原则
根据本隧道的地质情况，本着“以工程地质综合分析为核心，坚持粗查与精查相结合、物探与钻探相结合”的原则，做到有疑必探、先探后掘，充分发挥多种手段综合预报的优势，解决本管段隧道的超前地质预报和整治问题。
为了对掌子面前方地质情况进行超前预报并对初期支护和围岩变形状况进行有效监测，我项目部成立专门的施工监测及地质预报小组，由项目经理部的一工区负责组织实施。
2、超前地质预报纵断面示意图
3、预报方法
⑴综合物探超前探测
远距离超前探测:全隧正洞采用TSP203,对掌子面前方约100m范围内的地质构造的位置、规模、性质作较为详细的预报，预测岩体的完整性及岩溶和地下水的发育情况，每100m施作一次，当有异常情况时适当加密。
中近距离超前探测：全隧正洞采用地质雷达探测法（探测前方距离20～30m），验
证TSP超前探测的异常地段。
⑵超前钻孔探测
在综合物探远距离及中距离预报的基础上，采用超前钻孔验证物探异常段，一般正洞采用超前水平钻孔（φ100，每孔长30m，每循环25m）对物探超前探测的异常地段进行验证。
超前钻孔一般每个断面设3个孔并至少保证1孔可以取芯。
公路隧道工程思维导图
五、隧道工程质量通病及防治措施
公路隧道洞口、明洞施工：洞口施工、明洞施工
公路隧道开挖：开挖方式及适用范围、公路隧道开挖要求、公路隧
道超欠挖控制、钻眼爆破掘进施工技术要点、公路小
净距及连拱隧道施工、公路隧道逃生与救援
公路隧道支护与衬砌：超前支护、初期支护、横筑混凝土衬砌、公路
三、公路隧道施工技术隧道施工安全步距要求
公路隧道防水与排水：施工防排水、结构防排水、注浆防水
塌方地段施工特点：发生塌方段施岩溶地段施工特点：溶洞对隧道施工的影响、隧道遇到溶洞的处理措施
瓦斯地段施工特点：瓦斯的燃烧和爆炸性、瓦斯放出的类型、防止瓦斯措施
流沙地段施工特点：制定方案、先护后挖、加强支护、尽早衬砌、封闭成环
岩爆地段施工特点：岩爆预报方法、岩爆隧道施工技术措施、岩爆隧道施工
隧道围岩分级：公路隧道围岩分级、围岩级别的判定方法
一、隧道围岩分级及隧道构造
公路隧道的构造：洞门、明洞、洞身类型及构造
隧道地质超前预报：超前预报的目的、内容和方法
超前预报的分级
二、隧道地质超前预报和监控量测技术隧道施工监控量测技术：监控量测的目的、量测内容与方法、量测数据处理、量测管理、竣工文件中包括的量测资料
隧道通风防尘及水电作业：通风、防尘、供水、供电
公路隧道辅助坑道施工：横洞与平行导坑、斜井、竖井
公路隧道盾构施工：盾构法工作原理、盾构机分类及适用范围、盾构
第四章、隧道工程施工
涌水地段施工特点：施工调查、采用辅助坑道排水应符合的要求、采用超前
钻孔排水应符合的要求、超前围岩预注浆堵水应符合的
规定、轻型井点、深井井点降水施工应符合的要求
第十四讲隧道工程突水突泥突石灾害分析讲述课件
地壳的升降、挤压或拉伸等运动导致岩体应力变化，当应力超
过岩体强度时，会发生破裂或崩塌。
地下水作用Leabharlann 02地下水对岩体的软化作用，降低岩体强度，同时水压的变化也
可能引发岩体崩塌。
人类工程活动
03
隧道开挖、地下水开采等人类工程活动可能对岩体产生扰动，
引发突石灾害。
突石灾害的预防与治理
加强地质勘察
详细了解隧道区域的地质条件、 岩体结构和地下水状况，为预
治理措施
对于涌水型突水灾害，可以采用排水、封堵等措施；对于突 泥型突水灾害，可以采用疏导、拦截等措施；对于涌砂型突 水灾害，可以采用填埋、支护等措施。同时，还需要根据具 体情况采取其他有效的治理措施。
隧道工程突泥灾害
03
分析
突泥灾害的分 类
溶洞型突泥
滑坡型突泥
由于隧道穿过的地层存在溶洞，当溶 洞内的泥水压力大于隧道围岩压力时， 溶洞内的泥水会突然涌入隧道内。
地下水作用
地下水的流动和压力是造成突泥灾害的重要因素 之一，特别是当隧道围岩中存在承压水时。
突泥灾害的预防与治理
加强地质勘察
在隧道设计施工前，应加强地质勘察工作，了解 隧道穿越地层的岩性、构造、水文地质条件等， 为预防和治理突泥灾害提供依据。
采取防水措施
在隧道施工过程中，应采取有效的防水措施，如 设置排水沟、进行注浆等，以降低地下水对围岩 的压力和冲刷作用。
特征
突发性、不可预测性、破坏性强、救援难度大。
灾害发生的原因
01
02
03
地质条件复杂
隧道穿越的地层可能存在 断层、破碎带、溶洞等不 良地质条件，容易引发突 水突泥突石灾害。
施工操作不当
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。
隧道超前地质预报方法与原理
中国地质大学研究生课程论文封面课程名称地下工程测试技术教师姓名陈建平左长群周传波研究生姓名罗华研究生学号120120584研究生专业地质工程所在院系工程学院类别: 硕士日期: 2013 年 6 月19 日评语注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。
浅述超前地质预报方法与原理目录1超前地质预报的定义和任务 (1)1.1超前地质预报的定义 (1)1.2超前地质预报的任务 (1)2超前预报的方法及原理 (2)2.1 正洞地质素描法 (2)2.1.1 地质素描法原理 (2)2.1.2 地质素描法的基本方法 (3)2.1.3 地质素描法优缺点 (3)2.2 超前水平钻孔法 (3)2.2.1 超前水平钻孔法原理 (3)2.2.2 超前水平钻孔预报基本方法 (3)2.2.3 超前水平钻孔法优缺点 (4)2.3 超前导坑法 (4)2.3.1 超前导坑法原理 (4)2.3.2 超前导坑法基本方法 (4)2.3.3 超前导坑法的优缺点 (5)2.4 声波测试法 (5)2.4.1 声波测试法的基本原理 (5)2.4.2 声波测试法的方法 (5)2.4.3 声波测试法的优缺点 (5)2.5 红外探水法 (5)2.5.1 红外探水法原理 (6)2.5.2 红外探水法的基本方法 (6)2.5.3 红外探水法的优缺点 (6)2.6 电磁波法 (6)2.6.1 电磁波法预报的原理 (6)2.6.2 地质雷达法预报的基本方法 (6)2.6.3 地质雷达预报优缺点 (7)2.7 弹性波法 (7)2.7.1 TSP203地质探测系统（反射波） (8)2.7.2 TGP探测系统（反射波） (8)2.7.3 TST地质超前预报技术（散射波） (9)2.8 其他预报方法 (9)2.8.1 跨孔声波CT成像法 (10)2.8.2 数码成像技术 (10)2.8.3 HSP声波反射法 (10)2.8.4 红外探测法 (10)2.8.5 陆地声纳法 (10)2.8.6 高分辨直流电法 (10)3 预报方法的选用 (11)3.1 不同地质条件下预报方案的选用原则 (11)3.2 预报方案的制定 (11)1超前地质预报的定义和任务1.1超前地质预报的定义隧道超前地质预报有广义和狭义之分，广义的超前预报包括工程可行性阶段、勘察设计阶段和施工阶段的预报；狭义的超前地质预报则表示隧道施工期的超前地质预报。