隧道超前地质预报实施细则讲解

渭源至武都建设项目WWSY1标隧道测超前地质预报实施细则1、编制依据1）铁道部《铁路工程物理勘探规程》TB10013—98；2）交通部《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）；3）交通部《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）；4）交通部《公路隧道施工技术规范》（JTG F60—2009）；5）《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）；6）《公路工程地质勘察规范》（JTJ064—98）；7）水利部《水利水电工程物探规程》（SL326—2005）；8）十天高速公路隧道工程施工图设计资料；9）十天高速公路隧道工程地质勘察报告；10）其它国家颁布、国家部门颁布、地方颁布的有关规范和规章。

2、工程概况2.1隧道概况烟坡里隧道位于甘肃省定西市漳县的油单沟与漳县三岔镇烟坡里村之间的厥头山西侧，隧道采用分离式，洞高7.5m；起止桩号为ZK173+070~ZK176+910 YK173+073~YK176+905，左线隧道长3840m，洞顶最大埋深250m，右线隧道长3832m，洞顶最大埋深248m；隧道进口平面线型为直线，出口段为圆曲线，左右线半径均为R-1400；左线纵面线型为1.38%（坡长637m）和-2.20%（坡长3195m）的人字坡。

隧道进出口均采用削竹式洞门，设置10处行人横洞、4处行车横洞，左右线各设四处紧急停车带。

隧道围岩以IV、V级为主，两端洞口段均为V级围岩。

2.2隧道地质2.2.1地形地貌本隧道段位于甘肃省的东南部，处于西北黄土高原边缘与西秦岭山地交汇过渡地带，总体地形北低南高，隧道所经地段地面高程：2084.5~2273.2m，相对最大高差188.7m，隧道进口段，自然坡度38~40°，坡面呈阶梯状的田地，以构造剥蚀低中山地貌为主，山地海拔较高，主峰顶呈棱状，山坡高峻，河谷狭窄，多呈V字形。

自白垩系以来，境内地层一直处于间歇性抬升之中，因此形成了多级不同时期、不同高程的剥夷面。

2.2.2地层岩性根据区域地质资料及本阶段地勘资料，本勘察区隶属于华北区的陕甘宁盆地分区东南部。

隧址区主要出露第四系全新统①-1耕植土（Q4pd）、第四系全新统冲洪积②-1粉质粘土(Q4al+pl)、第四系全新统崩滑堆积②-2碎石层（Q4del+c），下伏古近系④-3层强风化砾岩（E）、白垩系上统民和组⑤-1强风化泥质砂岩（K2m）及三叠系上统⑥-1强风化砂岩（T3）、⑥-2中风化砂岩（T3）、⑥-4中风化灰岩（T3）、⑥-4中风化泥质灰岩（T3）和⑥-2中风化钙质砂（T3）。

第四系中上更新统黄土（Q2-3）：黄褐色，中密-密实，土质较均，垂直节理少量发育，多分布于洞身段所在地的半山坡，覆盖厚度不大。

2.2.3地质构造与地震根据区域地质资料，勘察区内断层均属于干断裂之派生断层。

隧址区有3条断层，属于临潭-山阳区域断裂的次级断裂，受其影响隧址区岩体裂隙教发育，造成岩体教破碎。

本区域现代构造运动呈现间歇性缓慢升降运动为主导特征，区内主要断裂第四纪时期的活动性都比较微弱，区域板块仍属于一个相对稳定地带。

3、隧道超前地质预报的目的为防止隧道掘进时未知不良地质体对施工人员、设备造成损失，保证施工进度和施工质量，要对施工掌子面前方进行的超前地质勘察、超前仪器测试等，对隧洞掌子面前方长距离范围内的不良地质体进行预报。

所采用的主要手段为：地面地质预测、超前钻孔、地质雷达测试、地震波超前测试等。

1）预报可能出现突水的溶洞、暗河的位置和规模；2）预报断层、破碎带的位置（包括裂隙发育地段）；3）预报可能出现突泥、岩溶陷落柱的位置；4）预报可能发生中型以上的塌方地段；5）预报地下水富集的区域和地段；6）预报可能发生岩爆、瓦斯或其他有害气体的地段和程度4、隧道超前地质预报原理及所采用的工艺、工作方法4.1隧道开挖面超前探测的主要内容在隧道施工过程中，特别是在复杂地质条件下，为了防止在正常施工下避免工作面开挖出现不测事故（如出现断层、破碎带、采空区、溶洞、含水集水区、高应力地带以及其他不良地质现象等），可以采用地质雷达超前探测，以便了解隧道工作面前方的地质状况与水文地质条件，预测工作面前方的工程地质，做到有针对性的施工。

使用地质雷达超前探测可以预测工作面前方以下一些内容：断层构造及断层破碎带。

煤层、瓦斯、天然气、硫化氢气赋存条件及采空区状况。

岩溶、空洞、裂隙及其规模和充填情况。

地下水赋存状态及可能突水、涌水的位置以及水量的大小。

软弱围岩及不同类别围岩的界面。

其他不良地质情况。

根据地质雷达超前探测可分析判断隧道工作面前方有无以上情况或现象存在，从而结合探测的结果，采取相应的技术措施，做到有针对性的施工。

4.2探测原理地质雷达是采用甚高频—超高频电磁波检测地下介质的地质特征，不同岩性分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁波技术。

其探测原理是高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性差异及集合形态而变化。

从各个不同深度返回的反射波与直达波被接收天线所接收，经过接收机放大、滤波等处理并经采样器数字化后输入微机进行处理，取反射波往返路程时间之半再乘以相应介质的电磁波传播速度便得出目标距离，再通过综合分析判断目标性质。

因此，应用地质雷达可以探测隧道开挖工作面前方的地质和水文地质状况。

4.3隧道地质超前预报的工作原理及方法4.3.1准备工作应用地质雷达超前探测隧道开挖工作面前方的工程地质、水文地质以及煤层与瓦斯等情况的具体探测方法可根据以下原则设计。

1．探测方案设计探测点位的布置原则公路隧道掘进高度有8一12m，掘进宽度也在10一15m左右，掘进断面积多在100㎡左右，施工时一般要求探测隧道开挖面前方及其周边（隧道顶部、底板及左右两端）10m范围内的地质状况，含水情况以及煤层与瓦斯的赋存条件，因此，探测点位的设置应遵循以下布置原则：（1）.由于隧道开挖断面高度较大，因此探测时应在隧道断面内分设上、中、下三层探测线，每层测量多少以及测点位置与分布，应根据隧道宽度及地质构造的复杂程度确定。

（2）.每一探测层间距和层内测点的距离，应根据开挖面岩性而定，一般约在2 -4m之间。

（3）.为了探测隧道周边10m范围内的地质情况，为此在靠近隧道边缘的测点，除了探测正前方的岩性外，还应向外偏斜，而测点除了水平探测处还应上仰、下俯、向左偏斜和向右偏斜，以便准确测定隧道前方及周边10m范围内的地质情况。

（4）.在满足超前探测的前提下，为了节省探测时间、简化探测施工程序，应根据地质条件的复杂程度，调整探测点数和点位，在地质情况不太复杂的一般地段，可简化为7一9个测点，即上层测线段1一3个测点，中、下层各设3个测点。

地质情况简单时，上层只做中间的测点，两边的测点可省去；在地质情况较为复杂时，须加密布点探测。

根据以上原则，结合隧道工作面前方的具体情况以及探测目的与要求作出具体的探测设计，以便实施。

2.地质雷达超前探测的布置方式地质雷达的探测布置比较灵活，根据隧道工作面前方的地质条件，岩层的赋存状况以及施工现场的具体情况布置一些测点、测线或网格，在测线、网格上的点距可根据工程所要求的精度选定一般为2一4m，还可以根据具体情况和需要灵活改变。

应用地质雷达可在隧道开挖工作面内的任意方向探测。

对同一目标可以改变方位角、仰角、底角进行探测，总之以能达到隧道周围左右、上下10m范围内的探测为准。

3．操作方式在隧道内紧跟掘进工作面借助高空作业台车，搭设作业平台，根据现场实际情况，可分层布点，安置设备，为不使探测设备上下移动频繁，应先后依次进行上、中、下三个水平的探测工作。

地质雷达探测操作可分为变参数探测和固定参数探测两种操作方式。

在隧道工作面向前方探测时可以采用变参数探测或固定参数探测，为了便于应用波形法解释和使用横向衰减对比法解释，也可同时采用这两种方式探测。

每次地质雷达现场探测完成后，为了及时反馈有关探测信息，为工程技术决策提供依据以便指导施工。

探测资料经处理解释后于24h内提交探测报告。

报告中应主要包括有关探测隧道地质雷达超前探测成果表，隧道纵横剖面图各一张。

成果表中的主要内容应有探测点位编号、里程、探测日期、探测点布置方位、方向及其描述，工程地质特征（围岩类别、有无溶洞、地下水、瓦斯、断层破碎带等及其危害程度），以及对探测中发现的问题提出处理措施与建议。

＼至于图件在一般情况下只提供隧道纵横剖面图各一张即可，但在地质构造复杂地段应适当增｝加，以便进一步精确控制地质构造的空间形态。

探测资料的地质解释须在认真分析现有地质资料和实际地质调查的基础与结合施工地质实际情况进行，探测报告要求结论明确、定性准确，同时也应有定量评估。

4.3.2地质分析法介绍目前隧道地质超前预报采用的地质分析法中，主要有断层参数预测法、地质体投射法、掌子面编录预测法等。

断层参数预测法，利用断层影响带内的特殊节理和其集中带有规律分布的特点，采用经过大量断层影响带系统编录得出的经验公式，预报隧道断层破碎的位置和规模。

由于大多数不良地质（溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等）与断层破碎有密切的关系，按地质学原理，依据断层破碎带推断不良地质体的位置和规模。

地质体投射法，在地表准确鉴别不良地质体的性质、位置、规模和岩体质量及精确测量不良地质体产状的基础上，应用地质界面和地质体透射公式进行地质超前预报。

掌子面编录预测法，即地质素描法，包括岩层岩性和层位预测法、地质体延伸预测法。

岩层岩性和层位预测法：在掌子面和隧洞两臂出路的岩层与地表某段岩层为同一和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预报掌子面前方出现的岩层。

地质体延伸预测法：在长期超前预报得出的不良地质体厚度的基础上，依据掌子面已揭露的不良地质体的产状和单臂始见的位置，经过一系列的三角函数运算，求得条带状不良地质体在隧洞掌子面前方消失的位置。

4.3.3地震反射波法（TSP超前地质预报系统）TSP(Tunnel Seismic Prediction）是一种快速、有效、无损的反射地震探测技术，它是专为隧道超前地质预报设计的。

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和其它反射地震波方法一样，采用了回声测量原理。

地震波在指定震源点用小药量激发产生，震源点通常布置在隧道的左边墙或右边墙，一般24个炮点布成一条直线，接收点和炮点在同一水平面。

地震波以球面波的形式在岩石中传播，当遇到岩石物性界面如断层与岩层的接触面、岩石破碎带与完整岩石接触面、不同岩性接触面等波阻抗差异界面时，一部分地震信号将反射回来，一部分折射进入前方介质。

反射地震信号将为高灵敏度的检波器接收，反射信号的传播时间和反射界面的距离成反比，因此可确定界面的位置。