超前地质预报方法介绍
超前地质预报
中铁西南科学研究院地质预报中心：
隧道施工地质灾害对施工人员、施工机具造成的安全威胁，一直是隧道及地下工程界期待解决的问题。隧道 施工地质超前预报研究的主要任务就是探测隧道施工掌子面前方不良地质体的分布，预测因不良地质体存在可能 引发的隧道地质灾害。
从上世纪八十年代始，我们结合大瑶山隧道、天马山隧道，首先在我国开展地质声学法隧道地质超前预报技 术研究(图1)，开展“隧道施工掌子面前方不良地质预报技术”-声波反射法研究(1990～1995年)，提出了HSP水 平声波剖面法隧道施工地质预报的理论和技术，该课题于1995年12月通过铁道部科技成果鉴定，并于1997年获铁 道部科技进步三等奖(图2)。
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超前地质预报
对掌子面前方及其周边的围岩与地层情况做出超前预报
目录
01 物探方法
03 高密度电法
02 超前预报
超前地质预报或隧道超前地质预报(Tunnel Geological Prediction/Prospecting)，是在隧道开挖时，对 掌子面前方及其周边（主要是铁路隧道）的围岩与地层情况做出超前预报。
TST地质超前预报技术具有如下优点：
1. TST隧道超前预报技术是国内外唯一的实现了地下三维波场识别与分离的超前预报技术，有效消除侧向波 和面波干扰，保证成像的真实性；
2. TST是唯一的实现了围岩波速精确分析的超前预报技术，保证构造定位的精确性；
3. TST是建立在逆散射成像原理基础上的超前预报技术，与传统的反射地震技术相比具有更高的分辨率。同 时运用了地震波的运动学和动力学信息，不但可精确确定地质构造的位置，同时获得围岩力学性状的空间变化；
所获荣誉2002年至今，结合辽宁大伙房水库引水工程和锦屏电站引水隧洞TBM施工情况，进一步开展掘进机 施工条件下HSP与波反射法预报研究，以及国家自然科学基金项目“高压大流量岩溶裂隙水与不良地质超前预报 与治理”之子项-岩体温度法隧道施工掌子面前方涌水预报研究；其中，“TBM突破不良地质地段的地质超前预报 及施工预案研究”在“利用TBM刀具切割岩石激发的信号作为HSP声波反射法预报的激发信号，以及适合于TBM施 工的水工隧洞围岩分级修正模型等方面取得明显的创新性，对TBM快速通过不良地质地段及安全施工提供了技术 保障，其TBM超前地质预报技术达到国际先进水平”。
超前地质预报
三、各种预报方法优缺点分析
• 4. TEM瞬变电磁法 • 优点：探测仪重量轻盈，操作简便，工作时间短，并且
数据处理快捷。 • 缺点：只能定性的判断掌子面前方是否存在含水构造，
而不能定量判断水量大小与含水构造距离。
四ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ综合超前地质预报
• 根据各种预报的优缺点，基于长短结合，洞内外结合， 地质、物探与钻探相结合的“三结合”的原则，并结合预 报手段优选的层次分析法，针对不同隧道，建立科学合理 的综合预报组织机构和预报体系，即先通过地质分析宏观 确定所要预报隧道各段的地质情况，在施工过程中判断可 能出现的异常地质体，再通过层次分析法确定预报手段， 必要时采用超前钻探确认地质异常，通过这几种手段基本 可保障施工过程不发生的地质灾害。
二、超前地质预报的具体方法及认识
•
目前国内外超前地质预报手段分为：常规地质法、超
前导坑预报法、超前钻探预报法、物探方法四种。
• ⒈地质分析法：包括地质调查法、地质素描法、地质作 图法等；
• ⒉超前导坑预报法：包括平行导坑法、正洞导坑法；
• ⒊超前钻探预报法：包括深孔水平钻探、加深炮孔探测 及孔内摄影；
3、物探方法
技 术 人 员 隧 道 内 进 行 地 质 雷 达 探 测
3、物探方法
技 术 人 员 在 进 行 红 外 探 测
三、各种预报方法优缺点分析
• 1.地质调查法 • 施工前期和施工期间均可进行，可粗略预报掌子面前方
的工程、水文地质情况，但结果较为粗略，尤其在地质情 况复杂的地段难以发挥关键性作用。 • 2.地质素描 • 不占用施工时间，根据地质工程师丰富的地质经验推断 掌子面前方地质，但一般来说，经验法仍需其他物探手段 的验证。并且，一般施工单位都缺少经验丰富的地质工程 师。
地质超前预报的方法
地质超前预报的方法
地质超前预报是一种通过研究地质现象、地壳变动等手段提前预测地质灾害的方法。
以下是几种常用的地质超前预报方法：
1. 地震预报：通过研究地震活动规律、地壳运动等因素，预测地震的发生时间、地点和强度等，并采取相应的防灾措施。
2. 地质灾害预警：通过对地质灾害危险区域的监测和预警系统的建立，实时监测地质灾害的动态变化，及时向相关部门和民众发布预警信息，提前采取防护措施。
3. 地质雷达：利用地质雷达设备对地下构造进行探测，通过测量反射波的强度和时间差等信息，分析地层结构，预测地质灾害的发生和发展趋势。
4. 地质电阻率法：通过测量地下岩层的电阻率差异，分析地下构造和孔隙情况，预测地质灾害的潜在风险。
5. 地质探查：进行地质勘探和地质调查，获取地质信息并进行分析，以了解地层变化、岩石质量等情况，从而预测可能发生的地质灾害。
6. 气象预报：地质灾害往往与天气和气候有关，通过气象预报可以预测降雨量、强风等天气现象，从而预测地质灾害的潜在风险。
这些方法的应用可以帮助地质学家和相关部门提前发现地质灾害的迹象，及时采取措施避免或减轻损失。
但需要注意的是，地质超前预报并非完全准确，仍存在一定的误差，因此还需结合其他方法和技术进行综合分析和判断。
超前地质预报方法介绍
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200n）,对比方法为水平钻孔超前探测。
TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域的地质状况。
隧道工程—超前地质探测与预报方法
隧道工程—超前地质探测与预报方法根据隧道工程地质条件，结合以往施工中在超前地质探测与预报方面所积累的经验，拟采用TSP203地质预报系统、地质雷达、超前钻探法、红外线探水仪等进行地质预报，并预测开挖工作面前方一定范围内围岩的工程地质和水文地质条件。
初步确定本次施工采用以下方法进行超前地质探测与预报。
一、TSP203超前地质预报系统TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况。
它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点，进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的信号也就越强。
返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，就得到岩体强度变化界面的位置及方位。
TSP203地质预报系统实际操作中有如下特点：适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况；距离长，能预测掌子面前100m～200m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大；对施工干扰小，可在施工间隙进行，即使专门安排时间，也不过一小时左右；TSP203地质预报系统现场测试示意见下图。
图 TSP203地质预报系统现场测试示意图提交资料及时，在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。
采用专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。
将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置，计算机自动绘出弹形波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。
但也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要采用其他预报手段来补充和完善。
数据处理流程见图3-5-4。
各种隧道超前地质预报方法优缺点分析
各种隧道超前地质预报方法优缺点分析隧道超前地质预报是在施工前期地质勘查成果的基础上，进一步查明掌子面前方一定范围内围岩的地质条件。
超前探测地层岩性、软弱层的位置、岩体完整程度、断裂带位置及宽度、围岩富水性等不良地质以及隐伏的重大地质问题。
为隧道信息化设计、支护参数变更及施工方案优化提供依据,指导施工顺利进行,确保施工安全。
中交路桥科技有限公司专业从事隧道超前地质预报，小乔接下来将为您介绍目前工程上主要用到的超前地质预报方法：地质调查法、超前钻探法、物探法、超前导坑预报法、数码成像技术等。
1、地质调查法地质调查法是根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等，利用常规地质理论、地质作图和趋势分析等,推测开挖工作面前方可能揭示地质情况的一种超前地质预报方法。
优点：地质调查法不占用施工时间，该方法设备简单（地质罗盘)、操作方便、预报效率高、效果好、费用低，且能为整座隧道提供完整的地质资料。
缺点：对与隧道交角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报，对操作人员地质知识水平要求较高，一般要求专业地质人员来完成.2、物探法2。
1 电磁波反射法电磁波反射法超前地质预报主要采用地质雷达法.中交路桥科技有限公司拥有多套地质雷达，地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射，根据传播速度、反射走时和波形特征进行超前地质预报的一种物探方法。
优点：将发射天线和接收天线集于一体，具有分辨率高、快速、无损、连续检测、实时显示等特点。
在地表探测5～30m范围内的地下地层或地质异常体(溶洞、土洞、断裂、空隙等）反射信号还是比较明显的，也是一种比较理想的手段。
缺点：仪器密封性差，洞内不易防水、防潮、防尘，易造成仪器损坏,特别是没有专门的天线，操作起来费时费力，且效果不好；探测距离太短，一次只能探测5～30m。
超前地质预报方法
超前地质预报方法
超前地质预报方法是一种利用地球物理勘探技术和数字化数据处理方法对地下矿藏、地质构造和地下水等进行预测和判读的技术方法。
具体包括：
1. 地球物理勘探技术：如地震勘探、电磁勘探、重力勘探、磁法勘探等，通过测量地下的物理参数来推断地下结构和矿体分布。
2. 数字化数据处理方法：如地质建模、三维可视化等，通过对勘探数据进行数字化处理和分析，获得更准确的预测结果。
3. 综合评价技术：如岩屑分析、地球化学分析、地形地貌分析等，将不同的勘探数据进行综合评价，得出更全面、更准确的预测结论。
超前地质预报方法在矿产勘探、地质灾害预警等领域中有着广泛的应用，能够有效地提高勘探效率和预测准确度，对于资源勘探和人类生命财产安全具有重要的意义。
超前地质预报超前地质预报主要内容超前地质预报概述
超前地质预报超前地质预报主要内容超 前地质预报概述
1.1、TSP超前地质预报原理
数据采集时通过依次激发隧洞一边侧墙等间隔炮孔， 产生以波形式向周围方向的能量传递，从掌子面前方任一 波阻抗差异界面反射的信号及直达波信号将被2个三分量 检波器接收，该过程所需时间约1小时。然后利用TSPwin 软件处理可得P波和S波波场分布规律，最终显示掌子面前 方与隧道轴线相交的反射同相轴及其地质解译的二维或三 维成果图。由相应密度值，可算出预报区内岩体物理力学 参数，进而可划分该区围岩工程类别。
二、超前地质预报的具体方法及认识
技 术 人 员 隧 道 内 进 行 地 质 雷 达 探 测
超前地质预报超前地质预报主要内容超 前地质预报概述
二、超前地质预报的具体方法及认识
超 前 水 平 钻 探 场 景
超前地质预报超前地质预报主要内容超 前地质预报概述
二、超前地质预报的具体方法及认识
技 术 人 员 在 隧 道 量 测 水 压
其原理是向岩体中辐射一定频率的高频地震波当地震波遇到波阻抗分界面时将发生折射反射频谱特征也将发生变化通过探测反射信号接收频率为声波频段的地震波求得其传播特征后便可了解工作面前方的岩体特震源和检波器的布臵除离开开挖面对施工干扰较小外还因反射波位于直达波面波延续相位之外而不受干扰因此记录清晰信噪比高反射波同相轴明显
准确预报施工前方地质条件是隧道建设的迫切需要，是确 定工程对策、工程措施的关键，是工程施工安全的前提，是 控制和合理运用工程投资的重要因素。
因此，世界各国都把此类问题列入重点研究课题进行攻关。 我国自六、七十年代修建成昆铁路线时开始开展此项工作。 八十年代以来，特别是近几年，由于铁路基础建设大发展的 需要，铁路系统隧道施工超前地质预报技术得到了长足的发 展，尽管如此，还没有哪一种仪器和设备能解决所有的地质 问题，预报理论与技术仍需完善，仪器和设备仍需不断更新 改进，仍然属于边生产边科研性质的技术。
地质超前预报的内容及方法
地质超前预报的内容及方法地质超前预报，听起来就像是科幻小说里的情节，其实它是我们在地质工作中非常重要的一部分。
想象一下，工地上忙得不可开交，突然传来一阵地面抖动，吓得大家像热锅上的蚂蚁。
这个时候，如果我们能够预先知道地质情况，那可真是救命稻草。
地质超前预报就是在这时候派上用场的。
说到底，这是一种通过各种方法，提前预测地下地质条件的技术，帮我们避免很多意外情况。
大家一定会好奇，怎么来做这种预报呢？咱们可以用不少手段，比如地震波的检测、地下水的测量，甚至是用卫星遥感技术。
听起来高大上吧？简单来说，就是通过各种数据来“窥探”地下的秘密。
就像我们看透了一个人的心思，提前了解他到底在想啥。
这种技术就像是一双透视眼，让我们在施工前就能知道地面下面隐藏着什么宝藏，或者说是隐患。
不过，光有数据可不行，咱们还得分析这些数据。
分析可真是一门大学问，就像拆解一个复杂的拼图。
我们得把各种不同的数据组合在一起，有时候这些数据就像是调皮的孩子，各自想玩自己的游戏。
得让它们乖乖地聚到一起，才能拼出一个完整的地下“地图”。
这就需要专业的人员，得有经验的人来带队。
每个人都得各司其职，像乐队一样，大家配合得好，才能奏出美妙的音乐。
咱们的目标是尽量减少意外的发生，毕竟在工地上，可不是什么人都能从地底下冒出来。
除了技术手段，沟通也非常重要。
工人们要知道地下的情况，以便做出相应的调整。
你想啊，大家都心里有数，工作起来就会得心应手，避免那些不必要的惊慌失措。
比如说，如果知道某个地方有水，工人们就可以提前做好排水的准备，省得到时候手忙脚乱。
还有一点特别重要，就是时效性。
地质情况瞬息万变，就像天气一样，昨天晴空万里，今天却突然下起了大雨。
为了能及时掌握变化的情况，我们得定期更新数据。
定期就像是给地下“体检”，确保我们掌握的信息都是最新鲜的。
否则，万一到了施工现场才发现情况不对，那可就真是“竹篮打水一场空”了。
咱们也不能忽视环境的影响。
地质超前预报的内容其实跟周围的环境也有很大关系。
超前地质预报
超前地质预报一、预报内容1.地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报。
2.地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响体完整性的构造发育情况的预测预报。
3.不良地质，特别是溶洞、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报。
4.地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。
二、预报方法隧道工程超前预报采用地质调查法、地震波反射法、加深炮孔探测法、超前地质钻探法及地质雷达探测法进行综合预报。
在地质调查法的基础上,采用地震波反射法进行中长、长距离探测；采用超前地质钻探进行验证,钻探孔数2个,深度30〜50m；釆用加深炮孔探测法进行短距离预报；并采用地质雷达探测法及物探红外探测法对断层破碎带、软弱岩层变化带及可溶岩地段进行探测。
超前预报工作如下：1.全隧道进行地质素描,隧道岩性变化点、构造发育部位等复杂、重点地段应每循环进行一次素描,其他地段不应超过10m进行一次素描（或每循环一次也可）;2.地震波反射法探测：地震波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上,每次预报距离100〜150m。
隧道区域内软弱破碎地层或岩溶发育区,每次预报距离应为100m左右；岩体完整的硬质岩地层每次可预报150m。
3.超前地质钻探：在随道区内富水软弱断层破碎带,富水岩溶发育区,重大物探异常区等地质条件复杂地段必须使用,确保施工的安全性。
超前水平钻探每循环钻孔长度不应小于30m,连续预报时前后两循环孔应重叠5〜8m。
可能发生突泥涌水的地段,超前地质钻探应设孔口管和止水装置,防止高压水突出。
富水软弱断层破碎带、岩溶发育区、重大物探异常区等地质复杂地段应釆用超前水平钻探为主的综合方法预报前方地质情况。
4.每个循环应采用加深炮孔探测法进行短距离探测的,一般情况布置5个加深炮孔,当出现不同地层分界,断层破碎带或预报可能出现地质隐患时,布置8个加深炮孔；当釆用上半断面开挖时,相应炮孔为3〜5个；炮孔孔径50 mm,孔深5〜8m。
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。
超前地质预报培训资料
超前地质预报培训资料一、基本概念1. 超前地质预报的定义：超前地质预报是根据地质资料和勘探资料，结合地质理论和方法，对地下地质构造和资源分布进行预测的工作。
2. 超前地质预报的特点：超前地质预报是一种综合性的地质研究工作，它需要综合运用地质地球物理、地球化学等多种学科知识和技术，以及大量的试验、观测和数据分析。
在预测过程中，需要考虑诸多因素，如地质体系、地质构造、资源类型、地下水情况等，因此对预报人员的综合素质要求较高。
二、预报方法1. 实地勘察：实地勘察是超前地质预报中的重要环节。
通过勘察，预报人员可以了解和研究地质地貌、岩石地层、脉石矿物等基本地质情况，为后续的预报工作提供重要依据。
2. 地质调查：地质调查是收集和整理地质数据的过程，包括地质地貌、地球化学、地球物理等方面的调查工作。
通过地质调查，可以了解目标区域的地质背景和资源分布情况，为超前地质预报提供准确的数据支持。
3. 地球物理勘测：地球物理勘测是超前地质预报的重要手段之一。
通过地震勘探、电磁勘探、重力勘探等方法，可以获取地下的地质信息和物理属性，为地质预报提供重要的依据。
4. 地球化学分析：地球化学分析是预报过程中的另一个重要环节。
通过采集岩石、矿物、土壤等样品，进行化学分析和测试，可以得到地下元素和矿物的分布情况，为地质勘探提供重要的信息。
5. 数据处理和分析：在获取地质数据之后，预报人员需要利用地质信息系统、地质统计学等技术，对数据进行处理和分析，从而得出地质构造和资源分布的预测结果。
三、技能培训1. 地质知识：预报人员需要具备扎实的地质基础知识，包括地质学、岩石学、矿床学等方面的知识。
只有掌握了地质学的基本理论和方法，才能更好地进行超前地质预报工作。
2. 地球物理技术：预报人员需要熟练掌握地球物理勘测技术，如地震勘探、电磁勘探、重力勘探等方法，以及地球物理仪器的使用和数据处理技能。
3. 地球化学分析：预报人员需要了解地球化学分析的基本原理和方法，熟练掌握采集样品、化学分析、实验操作等技能。
隧道和地下工程超前地质预报技术介绍
超前地质预报技术简介
汇报提纲
1 国内外历史及现状 2 超前地质预报旳目旳、任务及工作内容 3 超前地质预报旳主要手段 4 工艺流程及操作要点 5 材料 6 机具设备 7 劳动组织 8 安全措施 9 预报实例 10 存在问题
1 国内外历史及现状
►1.1 超前地质预报旳主要性 ► 突泥、突水是隧道建设中旳主要工程地质
3 超前地质预报旳主要手段
3.2 多种主要预报手段 3.2.4 物探措施 3.2.4.1 TSP隧道地震波反射法 1、预报原理(能够放一录像) TSP202（TSP203）超前地质预报 系统是利用地震波在不均匀地质体中产生 旳反射波特征来预报隧道掘进面前方及周 围临近区域地质情况旳。它是在掌子面后 方边墙上一定范围内布置一排爆破点，依 此进行薄弱爆破，产生旳地震波信号在隧 道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化 时，例如有断层或岩层变化，信号旳一部 分被返回。界面两侧岩石旳强度差别越 大，反射回来旳信号也就越强。返回旳信 号被经过特殊设计旳接受器接受转化成电 信号并进行放大。根据信号返回旳时间和 方向，经过专用数据处理软件处理就能够 得到岩体强度变化界面旳位置及方位。
Ⅱ
施工围岩分级
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
地层 岩性特征
该段为下古生界寒武系上统地层，岩性为灰岩、白云质灰岩，岩体呈灰色，中厚层，围岩较坚硬，完整程度为较完整。
构造特征
该段位于桐麻岭背斜东翼及其伴生和次生的构造影响带，节理裂隙发育，多为构造节理与风化节理，节理面平直光滑，沿节理裂隙常有地下水渗出。段内普 遍发育二组节理，其产状分别为 N35°W/47°SW、N78°W/79°SW,节理间距3～20cm。XK3+210~XK3+226发育一层间错动，内夹10～20cm厚的断层泥，影响宽度 为1.5m。
超前地质预报方法介绍
超前地质展望预告的方法为保证地道的顺利施工， 防止地下水发育地段突水、 突泥的发生，防备地表水、地下水流失，保证地道施工安全，需要采纳有效举措对地道掌子面地质状况进行较为正确的展望预告，依据地道的详细状况，判断超前地质预告内容并归入工序管理之中。
经过超前地质预告， 在开挖后对地质条件再次认知， 经过对照反馈信息和剖析， 逐渐提升对围岩的预告判释的正确性。
超前地质预告的工作程序拜见图 2涌水、涌泥可能性判释洞内超 信高地温可能性判释对预告 前地质 息 专 设 动 实 成就进 预告采 家 计态施 行工后集 评 软岩变形可能性判释超前水平钻单 设 施 确报与 探孔收 判位计工复核集岩爆可能性判释其余地质病害判释图 2超前地质预告工作内容程序图地质素描地质素描展望法分为岩层岩性及层位展望法、 条带状不良地质体影响地道长度展望法以及不规则地质体影响地道长度展望法三种。
对掌子面已揭穿出的岩层进行地质素描 （察看岩石的矿物成分及其含量，结构结构特色和特别标记 ），赐予正确命名，丈量岩层产状和厚度。
丈量该岩层距离已揭穿的标记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，确立其在地表地层（岩层）层序中的地点和层位。
依照实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，联合TSP探测成就，频频比较剖析，最后推测出掌子眼前面必定范围内马上出现的不良地质在地道中的地点和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包含掌子面正面及侧面稳固状态、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、数目）、发射混凝土开裂、掉块现象、涌水状况、水质状况、水的影响、不良气体浓度等。
同时按期对地表水文环境进行观察和监测记录，及时认识地道施工对地表水的影响，确立施工控制举措，最后做出掌子面地质素描图和洞身地质展现图。
及时对洞内涌水进行水质剖析和试验，提交剖析和试验结果，对影响地道衬砌结构的水质提出办理建议，上报技术部门，以利采纳有效的防备举措。
超前地质预报工作介绍(手册)
超前地质预报工作介绍(手册) 超前地质预报工作介绍(手册)1、引言1.1 背景1.2 目的1.3 范围2、超前地质预报概述2.1 定义和原理2.2 重要性和应用领域2.3 区别于传统地质预报的特点3、超前地质预报工作流程3.1 数据收集和分析3.1.1 地质勘探数据3.1.2 监测数据3.1.3 气候和环境数据3.2 风险评估和预警3.2.1 评估地质灾害风险3.2.2 制定预警准则3.3 预报和监测3.3.1 预报方法和技术3.3.2 监测设备和方法3.4 预警发布和应急响应3.4.1 预警发布程序3.4.2 应急响应措施4、超前地质预报的挑战和解决方案4.1 数据不准确或不完整4.1.1 数据采集和分析技术的改进 4.1.2 多源数据融合方法4.2 预报准确性和有效性4.2.1 模型和算法改进4.2.2 多指标综合评估4.3 复杂地质环境下的预报4.3.1 地质工程技术的创新4.3.2 专家经验的应用5、超前地质预报管理和推广5.1 人员培训和技术支持5.1.1 培训计划和内容5.1.2 技术支持机制5.2 法律法规和政策支持5.2.1 地质预报相关法律法规解读 5.2.2 政策支持措施5.3 成果评价和经验分享5.3.1 成果评价指标体系5.3.2 行业经验分享平台6、附件6.1 预报案例分析报告样本6.2 预测模型和算法说明书6.3 监测设备使用说明书：1、本文中涉及的法律名词及注释：- 地质勘探：指对地下矿产资源和地质条件进行调查和研究的活动。
- 预警准则：指制定地质灾害预警的标准和指南，用于判断是否需要发布预警和采取相应措施。
- 应急响应措施：指在地质灾害预警发布后，为保护人民生命财产安全而采取的紧急行动和防范措施。
- 数据采集和分析技术的改进：指通过新的技术手段和方法改进地质数据的采集和分析过程，提高数据准确性和完整性。
- 多源数据融合方法：指将不同来源的地质数据进行整合和融合，提高预报准确性和可靠性。
隧道施工地质超前预报方法主要有以下几种
隧道施工地质超前预报方法主要有以下几种物探法近来运用愈来愈广泛，已经是现今隧道超前预报中不可或缺的核心手段。
常用的方法有的地震反射波法、声波测试、红外探水、电磁波法等。
1.声波法。
主要有岩面测试和孔内测试两种，其中孔内测试又分为单孔和双孔测试，目前应用的方法有HSP法和CT法。
1水平地震剖面法（HSP）○。
分为超前水平布置和双侧水平布置。
超前水平布置将发射源、接收检波器分别置于掌子面前方的两个超前水平钻孔中；双侧水平布置则是将发射源、接收检波器分别置于靠近掌子面的隧道两侧边墙的两排水平钻孔中。
发射源、接收检波器同步相错斜交移动，从而完成一次HSP数据的采集工作。
HSP的探测方式减小或者排除了隧道威严爆破松动圈的英系那个，可获得面波少、S/N比高的数据，能取得高精度的测试效果，同时避免了隧道中CDP法偏移距不足的缺陷。
为确保高分辨率，HSP系统采用了较高的频率范围。
2CT法。
混凝土声波CT层析成像法借助一血某射线断层扫○描的基本手段，结合其物理力学性质的相关分析，采用射线走时和振幅来重构混凝土内部声速值及衰减系数的场分布，通过像素、色谱、立体网络的综合展示，以达到直观反映混凝土内部结构图像之目的。
2．地质雷达法。
采用连续扫描电磁波反射曲线的叠加，利用电磁波在隧道掌子面前方岩体中的传播、反射原理，根据测到的反射脉冲波走时计算反射界面距隧道施工掌子面的距离。
地质雷达被认为是目前分辨率最高的地球物理方法，但是由于预报距离短，易受隧道洞内机器、管线的干扰，目前多用于岩溶洞穴、含水带和破碎带的探测预报。
3．TSP法。
原理与地震反射负式速度法相同，但其采用深度偏移法，且在成像前进行二维Radon变换。
利用视速度差异，消除与隧道走向近乎平行的反射界面，由于受观测方式限制，不可能给出准确的断层产状、位置和岩体波速。
4.红外探水技术。
在隧道中，围岩每时每刻都在发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，辐射场有密度、能量、方向等信息，岩层在向外发射红外辐射的同时，必然会把它内部的地质信息传递出来。
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。
超前地质预报
一、超前地质预报1、利用工作面地质素描预报：利用地质素描判定工作面前方短距离范围内的地质状况。
隧道开挖施工时，每个开挖面派有经验的地质工程师24小时值班。
每茬炮后对工作面进行地质素描，必要时照相摄影，并绘制地质素描图。
地质素描内容主要包括地下水状态（出水点、出水量、水压力、突水情况等），地层岩性（产状、结构、地质构造影响程度等），岩石特征（岩石名称、风化状况、岩石结构、质地、强度），地质结构面（间距、延伸性、粗糙度、张开性等），软弱夹层，贯穿性强的大节理、断层（填充情况、风化程度、开度、渗漏）等。
根据地质素描（图）的内容，作出开挖面前方较短距离内的岩体稳定性分析，通过综合分析判断，提出地质预测报告。
2、其它预报方法：(1)物探法：利用地质雷达，其现场工作相对简单，针对断层破碎带进行超前50米以内的超前探测。
(2)超前水平勘探：利用水平钻机，通过观测记录钻速、冲洗液及岩屑、岩粉的变化，以及气体含量的变化，进行分析判断，预报短距离的地质灾害问题。
3、超前地质预报主要项目超前地质预报主要项目见表8-1：4、信息收集与整理：(1)超前预报由专门的地质专业工程师负责，设专职地质组，其它施工、质检人员予以配合，进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果，由主管技术人员予以复核，并报设计、监理单位。
为变更设计、修改施工方法提供依据。
(2)不断总结经验，对已披露的实际地质情况与前期地质预报内容相比较，评估预报的准确性，为以后的超前预报工作积累经验。
(3)经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。
7.2.5.4 隧道地质预测、预报针对隧道地质特性，施工中采用以下手段，保证隧道开挖安全顺利。
⑴地质预报(由地质工程师实施)A.对照勘测阶段的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度，随工作面素描地质结构状态。
B.可能出现坍塌、涌水影响施工时，预报其部位、形式、规模及发展趋势，并提出处理措施。
C.隧道将穿越断层及其影响破碎带，需改变施工方法或作应急措施时的预报。
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超前地质预报方法介绍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231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不图。
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。
TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域的地质状况。
它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点（间距1・5米），进行微弱爆破，产生的地震波在隧道前方体内传播，当岩石强度发生变化，界面两侧岩石的强度差别越大, 反射回来的信号、返回的时间和方向差别越大，通过专用数据处理软件处理得到岩体强度变化界面的信号也就越强。
返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的位置及方位。
见TSP203地质预报 系统现场测试示意图3。
进一步具体的来说TSP203超前地震预报系统洞内爆炸的接收 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，它是一个接收器孔和24个爆破孔组成。
接收器距掌子面约 55m 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19〜45mm 孔口距隧底约1.0m ,向掌子面方向倾斜约12°,向 下倾斜12〜20°;接收器与第一个爆破孔间距20m 接收器孔深2.4m , 孔径32〜45mm 孔口距隧底1.0m ,向洞口方向倾斜约12°,向下倾 斜12〜20°。
为使接收器能与周围岩体很好地藕合以保证采集信号的质量， 采集信号前至少12h 时应将一个保护接收器的接收器套管插入孔内， 并用含两种特殊成分的不收缩水泥砂浆使其与周围岩体很好地粘结 在一起。
每个爆破孔装药量12〜40g ,根据围岩软硬和完整破碎程度 以及距接收器位置的远近而不同。
若地震情况特别复杂，有时需要在 隧道另一边墙上也布置一个接收器和 24个爆破孔，通过左右边墙所 测资料的对比分析，得出较为准确的判断结果将洞内采集的地震数据传输到室内计算机上， 应用TSP202数据处理软件进行地震波分析处理：波形处理、预报计算、预报输出。
根 据所掌握的地质资料，判断出岩体强度变化界面节理密集带、 断层还 是岩性掌 55炮点面 层岩 接收器1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 卜卄■卄叶卄■卜■卜■TSP20主机前方预报i单位 :m -一 ”图3 TSP203地质预报系统现场测试示意图分界面。
TSP203地质预报系统存在预报准确性和预报精度方数据处理流程图2.322水平钻孔超前探测采用钻孔超前探测，钻孔孔径》50mm钻孔长度》60m准确探测前方围岩的地质情况，并对TSP203地质预报系统的超前探测成果进行验证。
在TSP203地质预报系统的分析基础上，只能描绘前方围岩断层破碎带的准确位置、围岩完整程度及坚硬程度的大致情况，但不能准确判定含水情况。
因此，为了更准确判定断层内的充填物及含水情况，在距TSP203地质预报系统的分析的破碎带界面30米，用水平钻孔进行超前探测。
超前探孔每循环原则上设3个，钻孔深度不小于60m两循环之间搭接长度不小于5nr。
3个探孔中其中一个须米用地质钻机进行取芯，通过对芯样完整程度的分析及钻孔速度的快慢、钻孔出水的清浊及水压，来判断对掌子面前方地质情况，根据钻孔的出水量及水压可判定前方围岩的富水情况及涌水可能性的大小。
采用超前水平钻孔可以最直接的揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。
采用长短钻孔相结合，并结合其它探测成果，可取得良好效果。
超前水平钻孔采用MK5（型地质钻机施工。
探孔布置如图4所示。
根据预报及探测的结果，分析判定围岩的级别，决定是否采取预注浆或超前支护、加强支护等措施。
近距离超前探测：即加深炮眼超前探测，利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循环钻设炮眼时布设3~5个钻孔加深1~3mf乍为探测孔。
图4探孔布置示意图2.323 探地雷达地质雷达探测（Ground Penetrating Radar 简称GPR采用电磁波反射原理探测浅层地层的划分、岩溶、空洞、不均匀体的检测。
仪器将发射天线和接收天线集于一体，具有快速、无损、连续检测、实时显示等特点，但在掌子面有水的情况下不宜使用。
作为TSP203地质预报系统的补充，在TSP203预报异常点，在确定异常体的规模、性质、危害性有困难时，采用探地雷达作为补充手段，短距离进一步探测前方30m内的地质情况。
同时利用探地雷达对隧道洞底和两侧的溶洞发育及岩体破碎情况进行探测。
2.324红外探水红外探水每20m测量一次。
红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。
红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。
超前防水预测预报：了解掘进前方20〜30m范围内，是否存在隐伏水体、是否存在含水破碎带。
每次防水超前探测预报需15分钟。
向隧道上方探测、下方探测是确保掘进工程安全不可缺少的一环，其根本原因在于上方或下方都存在承压隐伏水或含水构造，一旦在卸压时地下水水溃入隧道，将会造成重大灾害。
向隧道两壁外侧探测：其目的是了解支承顶板的两个侧壁外缘是否存在空洞，是否存在威胁隧道安全的含水构造。
其作用有两个：一是确保当前施工安全，二是确保使用期间不出问题。
防滞后涌水探测：隧道掘进时，虽然当时后方不涌水，但不等于以后不涌水，因为当掘进破坏地层结构后，隧道外围的承压水，将会突破薄弱地段压入卸压区。
根据探测曲线特征判断含水构造或含水体的潜在危害。
红外探水方法：红外探测属非接触探测，在隧道壁上来定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。
定好探点后扣动板机，就可在仪器屏幕上读取探测值。
具体做法如下：进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m点距用记号笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进断面处。
在掘进断面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每迂回到一个顺序号，就站到隧道中央，分别用仪器的激光器打出的红色光斑使之落到左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器板机分别读取探测值，并做好记录。
然后转入下一序号点，直至全部探完。
探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、两壁探测曲线。
233常规地质法233.1 超前上导开挖揭示在W级围岩段采用台阶法施工时，上道坑超前下导坑可达到50-100米、通过上导坑的开挖揭示隧道围岩的真实情况，做好掌子面与侧壁的量测和地质素描。
主要工作有：对应位置的里程桩号、底层岩性特征、结构面性质与产状及发育程度、岩体破碎程度与充填情况、洞壁变形破坏特征、突泥与坍方部位。
方式与规模及其随时间的变化特征。
为了确保上导坑的安全施工，必须辅以TSP203地质预报系统的超前地质探测及预报分析。
233.2洞外实时监测岩溶水地表排泄点检测包括：天窗、泉点和暗河的水量及动态、水化学与同位素化学变化特征等。
地表河流排泄点检测包括：隧道通过地带上下游河水流量及动态、水化学与同位素化学变化特征等。
拟选3〜5各控制断面，要求每5〜10天检测一次。
大气降水与气温检测：隧道所处地段设3〜5各监测控制点，要求每天监测。
根据勘测资料以及超前地质预报工作和实施的洞内外监测所获得的资料，进行综合分析，对隧道内可能发生大规模（高压）涌（突）水突泥的地段施工方案进行设计。
超前地质预报流程见图 5.18。
234岩爆的预测预报岩爆是地质高应力状态下的应力突然释放。
在隧道埋深大的地段进行岩爆预测和采取逐步释放应力等措施，确保隧道施工安全。
①以超前探孔为主，辅以地震波、电磁波、钻孔岩性及钻速测试等手段进行分析预报。
结合开挖面附近岩体的观察及地质素描，分析岩石的动态特征。
②从可能发生岩爆的地段采集试件进行X射线粉晶衍射成份分析、岩爆岩断口电镜扫描分析、岩爆岩石力学试验研究（包括在MTS 刚性压力机上进行单轴压缩条件下的应力一应变全过程试验、岩性倾向性指数（wet）测试、卸载条件下岩石变形破裂机制研究等），并根据成果指导后续施工判断岩爆发生的可能性。
③参考有关资料及类比类似条件工程，预测岩爆发生的可能性。
2.3.5高地温段的预报在设计预测的高地温段，每隔50米在边墙上打眼（深度为1米），将应变式温度计装入孔底，采用软木或泡沫塑料封堵好孔口，进行地温实测。
当地温超过28度，则要采取喷雾降温措施。
2.3.6地质复勘与补勘隧道施工前，根据设计图纸提供的地质资料，对施工现场进行地质复勘，地质复勘的目的是提供线路及周围地段系统的地质资料，并与设计资料进行核对。
地质复勘的工作包括取样、检查、地质专家对现场的实地考察。
根据地层变形、植物根系、地下水出露情况、岩石构成及其他地质线索，建立地质系统的构造关系，绘制相应的地质构造图。
地质复勘的重点工作对隧道顶附近的陷穴、滑坡、渗水通道、偏压等进行调查。