隧道超前地质预报方案解析
讲解~浅谈隧道超前地质预报
1 概述
3 隧道超前地质预报的种类
（1）地质调查法：地质素描。包括隧道地表补充地质调查、 洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构 造线地下和地表相关性分析、地质作图等。 （2）超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内 摄影。 （3）超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑 法等。 （4）物探法：包括TSP系统、地质雷达探测、红外探测、瞬 变电磁法等。
孔数
孔深
孔径
在富水岩溶发育区超前钻探应终 孔于隧道开挖轮廓线以外5～8 m。
3 超前地质钻探
2.5m 1.5m
6.5m 2.5m
2 2m
1 上台阶
16m 下台阶
3 2m
超前钻孔布置掌子面位置示意图
30m
6.5m
30° 1.5m
6.5m
右洞
3 超前地质钻探
掌 子 面
K27+552
1号钻孔，深46m 2号钻孔，深40m
（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）地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱 轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。
（3）不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞、瓦斯等 发育情况进行的预测预报。
（4）地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富 水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。
浅谈隧道超前地质预报
讲解人：
浅谈隧道超前地质预报
1 概述
2 地质调查法
3 超前钻探法
4 TSP系统
5 地质雷达
6 各种预报方法的优缺点
7 总结
1 概述 1 概述
隧道超前地质预报是在分析既有地质资料的基础上，采用地质调查、 超前钻探、物探、超前导坑预报等手段，探测隧道、隧洞、地下厂房等地 下工程的岩土体开挖面前方的地质情况，力图在施工前掌握前方的岩土体 结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况，为进一步的施工提 供指导，以避免施工及运营过程中发生涌水、瓦斯突出、岩爆、大变形等 等地质灾害，保证施工的安全和顺利进行。
某隧道轨道交通工程超前地质预报方案
目录1、工程概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2．超前地质预报工作目的及任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3．超前地质预报组织机构及职责．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．94、超前地质预报总体方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．95、工作量预计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．356、超前地质预报时间安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．387、地质预报主要设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．388、超前地质预报成果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．389、其它．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．391、工程概况1.1工程范围及说明某隧道是xx市轨道交通一号线（沙坪坝～大学城段）双碑北站～赖家桥站区间的一部分，两侧与高架桥线路连接，隧道右线起点里程为K23+808.000，隧道右线终点里程为K28+137.000，全长约4.329km，是目前国内城市轨道交通领域拟建的最长山岭隧道，属长大山岭隧道。
某隧道进洞口位于沙坪坝区中冶十八局预置构件厂背后某的东麓山坡，线路标高232.060m，出洞口位于陈家湾镇香蕉园村常五间社某西麓的山坡上，线路标高302.080m，隧道横穿某山脉。
线路走向基本垂直于某山脊构造线。
某隧道进口端为曲线，其余段为直线。
K23+808.000（进洞口）～K23+998.863为505m半径的曲线，线间距由5.05m渐变为4.6m，K23+998.863～K28+137.000（出洞口）为直线，线间距为4.6m。
铁路隧道工程地质灾害的超前预报及预案措施
铁路隧道工程地质灾害的超前预报及预案措施1.超前地质预报针对本线隧道具体的工程特点，拟采用地貌、地质调查与地质推理相结合的方法，进行定性预测。
超前地质预报工作方法主要包括：直接预报、物探预报、地质物探综合分析预报。
（1）直接预报（2）水平钻探在隧道内安放水平钻机或风钻进行水平钻进，根据钻孔资料来推断隧道前方的地质情况。
水平钻孔主要布置在开挖面及其附近，既可在超前导洞内布置钻孔，也可在主洞工作面上进行钻探，用以获得准确可靠的地质资料，确保施工组织。
（3）超前导坑平行导坑与正洞平行，断面小且和正洞之间有一定距离，通过对导坑开挖中遇到的构造、结构面或地下水等情况作地质记录与分析，进而对正洞地质条件进行预报。
（4）正洞地质编录与预报隧道施工中，及时对其开挖面(掌子面、边墙面和拱顶面)上的各种地质现象进行测绘和记录，利用已挖洞段地质情况来预报前方可能出现的不良地质现象。
（5）物探方法隧道内仪器超前探测是在隧道中使用探测仪器进行探测，主要方法有：弹性波法、地质雷达技术、红外探测法。
其中弹性波法包括TSP系列隧道地震探测、地震负视速度法、浅层地震仪、水平声波剖面法等。
（6）地质物探综合分析法为提高隧道超前预报水平，提高预报准确度，将地质调查方法与多种物探方法有机结合起来，对地质物探资料进行系统处理和综合分析。
地质物探综合分析法的工作内容主要为：将隧道围岩描述、围岩监测、水文地质监测、施工地质测绘、围岩类别判别等常规地质预报和超前地质勘探、超前仪器现场量测、不良地质体长距离预报等相结合，进行相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作，做出超前地质预报。
（7）地质超前预报的要点对区域地质、工程地质资料进行充分的研究，必要时进行地表补充测绘和勘探，分析主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围、在隧道内揭示的大致里程，制定预报方案。
根据地质灾害对隧道的施工安全的危害程度和工程设计资料，对不同地段地质预报分级，不同类型和级别的地段采用不同的预报手段。
隧道及地下工程超前地质预报技术介绍武广.ppt
波反射法、陆地声纳法、负视速度法、地质雷达、红外探
测、单孔和跨孔CT等。
3 超前地质预报的主要手段
3.2 各种主要预报手段
3.2.1 地质分析法
地质素描法
1、原理
利用地质理论和作图法，将隧道
所揭露的地层岩性、地质构造、结构
面产状、地下水出露点位置及出水状
态、出水量、煤层、溶洞等准确记录
下来并绘制成图表，结合已有勘测资
平行导坑法是在隧道正洞左边或右边一定距离开挖一个平行的断面较小的导坑，
以导坑中的地质情况通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法。平行导坑的作
用很多（如排水、减压放水、改善通风条件、增加工作面及探明地质条件等），地质
预报只是其中用途之一，一般只是当设计图纸中有平导设计的才采用该法，因其费用
极为昂贵。
3.2.3 超前钻探预报法 3.2.3.1 深孔水平钻探 技术人员利用钻孔测试水压 超前钻探取的溶洞填充物
超前地质预报的主要手段
3.2各种主要预报手段
3.2.3 超前钻探预报法 3.2.3.1 深孔水平钻探 超前水平钻孔揭露岩溶水（见下图）
3 超前地质预报的主要手段
3.2 各种主要预报手段
3.2.3 超前钻探预报法
3.2.3.1 深孔水平钻探
2、优缺点
优点：
① 可比较直观地告诉我们钻孔所经过部位的地层岩性、岩体完整程度、 裂隙度、溶洞大小、有没有水以及可测水压高低等。
② 煤系地层可进行孔内煤与瓦斯参数测定，采取适宜防治措施，防治煤 与瓦斯突出危险性。（《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120—2002））
汇报提纲
1 国内外历史及现状 2 超前地质预报的目的、任务及工作内容 3 超前地质预报的主要手段 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
隧道施工地质超前预报方法
隧道施工地质超前预报方法隧道施工是现代城市建设和交通运输发展中不可或缺的一部分。
然而，由于地质条件的复杂性和不确定性，隧道施工常常面临诸多挑战和风险。
为了有效地应对这些挑战和风险，隧道施工地质超前预报方法应运而生。
地质超前预报方法是指在隧道施工过程中，通过对地质情况的科学分析和预测，提前了解隧道施工所面临的地质条件和隐患，并制定相应的施工方案和安全措施。
这种方法可以提高施工的效率和质量，减少事故的发生，降低施工成本，是隧道施工中不可或缺的一环。
隧道施工地质超前预报方法主要包括以下几个方面：1.地质勘探：地质勘探是隧道施工地质超前预报的基础工作。
地质勘探包括地质地貌、岩土工程和水文地质等方面的调查和研究。
通过地质勘探，可以了解隧道施工区域的地质结构、岩土工程性质和水文地质条件，为隧道施工提供准确的地质数据和信息。
2.地质分析：地质分析是在地质勘探的基础上，对地质数据进行科学分析和综合评价。
地质分析可以通过地质剖面图、岩芯分析、地质构造分析等手段，对隧道施工区域的地质条件进行综合评估，确定可能存在的地质问题和风险。
3.地质预测：地质预测是在地质分析的基础上，对隧道施工过程中可能发生的地质灾害进行预测。
地质预测可以通过建立地质模型、数值模拟和经验方法等手段，对可能发生的地质灾害进行定量分析和预测，为隧道施工提供预警和控制措施。
4.施工监测：施工监测是在隧道施工过程中，对地质条件和隧道变形进行实时监测和记录。
施工监测可以通过使用传感器、监测仪器和遥感技术等手段，对隧道施工过程中的地质变化和隐患进行及时监测和预警，为施工方提供及时的决策依据和调整施工方案。
5.风险评估：风险评估是在地质预测和施工监测的基础上，对隧道施工过程中的地质风险进行定量评估和分析。
风险评估可以通过建立风险模型和评估方法，对隧道施工中可能发生的地质灾害的概率和影响进行评估，为施工方提供风险控制和决策支持。
通过以上几个方面的工作，隧道施工地质超前预报方法可以有效地减少隧道施工中的地质风险和事故发生的可能性，提高施工效率和质量，降低施工成本。
隧道超前地质预报原理及新方法应用实例
隧道超前地质预报采用综合物探方法一览表 表-１
按照《铁路隧道超前地质预报技术指南 》铁建设[2008]105号中的划分,隧道内的物 理探测方法有以下四类：
⑴弹性波反射法；
⑵电磁波反射法；
⑶红外探测法；
⑷高分辨直流电法. 下面按上述分类探讨物探方法在隧道超前 地质预报中的原理及方法.
⑵ 由于地质灾害体的存在,仅依靠施工揭露再行处理 的办法,带有很大的盲目性,常常发生各种突发事故,造成 投资增加、人员和施工设备伤害、工期延误等诸多问题.
因此,采用科学的、先进的隧道超前地质预报方法来 准确地预报隧道所通过范围内的不良地质体的性质、规模 和状态是非常必要的.
2、物探方法在隧道超前地质预报中的重要性
第二部分 隧道超前地质预报的物探方法原理与 施作要点
一、弹性波反射法 二、电磁波反射的法 三、红外探测法 四、高分辨直流电法
一、弹性反射波法
• 弹性波反射法是利用人工激发的地震波、声波在不均匀地 质体中所产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方地质情 况的一种物探方法,它包括地震波反射法、水平声波反射 法、负视速度法和极小偏移距高频反射连续剖面法等方法 .
野外施测时采用：在掌子面后方60米处,朝掌子面方 向每隔5m对隧道周边探测一次,每次探测顺序依次为左边 墙、左拱腰、拱顶、右拱腰、右边墙和隧底中线,共探测 12个断面,这样沿隧道轴线方向共形成6条探测曲线,分别 为左边墙探测曲线、左拱腰探测曲线、拱顶探测曲线、右 拱腰探测曲线、右边墙探测曲线和隧底中线探测曲线.
• 按照《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设 [2008]105号中的规定： 隧道超前地质预报应采用地质调查与勘探相结合、物 探与钻探相结合、长距离预报与短距离预报相结合、地面 与地下相结合、超前导坑与主洞相结合的指导思想,通过 对各种方法的预报结果综合分析解释,相互印证,有利于提 高预报的准确率,积极为隧道的安全施工提供必要的技术 支撑.
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。
隧道地质超前预报技术
之后，突发大规模突水突泥，峰值涌水量30万方/小时，持续30分钟后稳定，总突水量15.1万方，突泥石5.35万方。
3
突水点附近约200m被块石、泥沙充满；
4
距突水点500m处淤积泥沙厚度约3米。
龙麟宫隧道
DK231+796半充填大型溶洞 2006年8月5日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长100m、横向宽150m、向上高出拱顶以上10m、向下深21m。
锦屏二级水电站长探洞内曾发生瞬时涌水量大于等于0. 1 m3/s 的突水突泥点10 处, 最大突水点的最大瞬时涌水量达4. 91m3ˆs, 造成施工设备被淹, 严重影响施工工期。
武隆铁路隧道施工过程中遭遇到三条地下暗河, 最大平均涌水量达16. 2m3ˆs, 冲毁路基及洞口。 这些涌水点除具有突发性的特点外, 其涌水初期均携带有大量砂粘土, 造成洞内淤积。且大多隧洞施工过程中所出现的涌水现象, 已引起一定的环境地质问题。
齐岳山隧道进口正洞DK363+090超前探测涌水
齐岳山隧道进口正洞DK363+629超前探测涌水
齐岳山隧道出口F11断层超前探孔涌水
齐岳山隧道出口PDK366+195高压水
2004年5月31日，齐岳山隧道平导施工至PDK361+870处，采用超前炮眼孔进行超前探测时，探孔中射出高压水，射程5m，单孔涌水量60方/小时。
随后加强探测：前方发育充水溶槽，溶槽由左上向右下发育，最大宽度12m。测试水压力为0.26MPa，预测涌水量为3000方/小时。
云雾山隧道“617、526溶腔”突水涌砂：2008年7月21日，隧道出口DK245+645超前探孔时发生突水涌砂，瞬间涌水量达780方/小时，涌砂约1000方，涌水造成Ⅰ线淹井1035m、Ⅱ线淹井710m。 8月26日完成抽水及清砂。 9月6日，10#横通道超前探孔时又发生突水涌砂，再次造成淹井。 10月12日，隧道进口Ⅱ线遭遇ⅡDK245+526溶腔，溶腔内充填泥砂，探测期间突出泥砂约250方，涌水量约为90方/小时。
隧道工程超前地质预报措施
隧道工程超前地质预报措施本工程超前地质预报工作已由业主另行招标，由专业公司进行施作；但为保证施工安全和超前预报的及时性，我部在施工中，也要进行必要超前地质预报工作。
隧道施工中的地质预报方法，主要是根据地表和已开挖的隧道地段的地质调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法预测开挖工作面前方一定长度范围内(一般每次预测长度为10～20m)围岩的工程地质和水文地质条件。
（1）地质预报内容超前地质预报内容如下：①隧道穿越不稳定岩层较大断层预测；②出现岩溶地段预测；③出现涌水地段预测；④软岩出现内鼓、片劈掉块地段预测；⑤岩体突然开裂或原裂隙逐渐增宽等危害性预测；⑥位移变形加快影响围岩稳定预测；⑦可能出现塌方、滑动影响预测；⑧浅埋段下沉裂缝对隧道稳定预测；⑨地质条件变化对施工影响程度预测。
（2）超前地质探测①根据开挖工作面前推法预测；②用相似比拟法对隧道涌水预测；③根据超前炮眼钻孔对涌水量预测；④开挖工作面浅孔钻探预测；⑤在接近设计提供不良地质地段时，加强地质预报。
在开挖工作面进行浅孔钻探(每工作面两个钻孔)，用于探明前方地质，发现地下水较大时，则进一步钻孔放水，防止涌水发生。
断层破碎带及溶洞地段采用钻进式注浆锚杆超前预支护、钢架、喷锚网防护，缩短循环进尺，尽量采用人工开挖或机械开挖，减少对围岩的扰动，及时支护，做到随挖随护。
并进行隧道开挖面地质素描图和隧道地质展示图记录。
（3）超前预测方法施工中充分利用超前预报作用。
根据施工中记录的地质素描图和地质展示图组织施工，及时调整支护参数。
工作面上采用两个钻探孔辅助地质预报。
钻探孔长度一般为20m。
采用浅孔钻探方法，主要是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。
例如，在遇到断层泥时，钻进时间短、钻进速度快，钻孔冲洗液浑浊、呈白色；遇卡钻时，说明岩体破碎；遇跳钻时，则可能有空洞或溶洞等等。
隧道超前地质预报方案
隧道超前地质预报方案隧道超前地质预报施工工艺隧道施工中的超前地质预报关系到工程安全、质量和进度。
施工中坚持将超前地质预报作为一项工序纳入施工组织与管理,当施工进度与超前地质预报发生矛盾时,施工必须为超前地质预报让路,以避免盲目施工,确保超前地质预报工作的实施,并起到指导施工的作用。
超前地质预报的目的和目标（1）超前地质预报的目的①进一步查清隧道开挖工作面的工程地质与水文地质条件，指导工程施工的顺利进行。
②降低地质灾害发生的机率和危害程度。
③为优化工程设计提供地质依据④为编制竣工文件提供地质资料。
（2）超前地质预报的目标准确预报掌子面前方围岩地质情况及富水情况，重点预报突水突泥及断层破碎带等不良地质的具体位置、规模及影响程度。
超前地质预报施工工艺流程超前地质预报流程如图x-x所示。
图x-x 超前地质预报流程图（1）地质调查法①隧道地表补充地质调查隧道地表补充地质调查的主要内容包括对已有的地质勘查成果的熟悉、核查和确认；地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系；断层、褶皱、节理密集带等地质构造在隧道地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况；地表岩溶发育位置、规模及分布规律；煤层、石膏、膨胀岩、天然气、含放射性物质等特殊岩土地层在地表的出露位置、宽度、性质及其产状变化情况；人为坑洞位置、走向、高程等与隧道的空间关系；核实和修正超前地质预报重点区段。
隧道地表补充地质调查的方法：根据建立的标准地层剖面，结合沉积规律，确定各岩组的地层层序、厚度、标志层位置。
对地质构造进行追踪调查后，根据施工进展情况，展开有针对性的地质描绘，详尽地核对细化勘察设计资料，为地质预报做好基础工作。
②隧道内地质素描隧道内地质素描是对已开挖工作面和洞身的地质状况作如实的调查、记录并绘制成图表，具体包括：工程地质：包括地层岩性、地质构造、岩溶、特殊地层、人为坑洞、地应力、塌方和有害气体及放射性危害源等情况。
水文地质：包括地下水的分布、出露形态、水质分析、对围岩的影响等。
隧道超前地质预报实施方案
隧道超前地质预报实施方案
实施隧道超前地质预报方案的主要步骤如下：
1. 地质勘探：根据隧道所经过的地质环境，进行详细的地
质勘探。
这包括地质剖面和岩体测试，以了解隧道穿越的
地层类型、岩体强度、断层和裂隙的分布等重要地质参数。
2. 地质分析：根据地质勘探数据，进行地质分析，确定隧
道施工中可能面临的地质灾害风险，如岩体不稳定、地下
水涌出、地震活动等。
3. 大量监测：通过设置一系列的监测点和使用现代地质监
测设备，对隧道区域的地质变化进行实时监测。
这包括地
表位移、地下水位、震动等参数的监测。
4. 数据解读：对监测数据进行分析和解读，及时发现地质
变化的迹象，预警可能发生的地质灾害。
5. 建立预警系统：根据地质监测数据，建立预警系统，及
时向监测人员发出预警信息。
6. 采取预警措施：根据预警信息，采取相应的措施来防范
和减轻地质灾害的影响。
例如，加固地下水封堵、加固和
注浆处理不稳定的岩体区域等。
7. 监测和调整：在施工过程中，持续地进行地质监测和调
整预警措施，确保隧道的安全施工。
总结起来，隧道超前地质预报实施方案主要包括地质勘探、地质分析、大量监测、数据解读、建立预警系统、采取预
警措施和监测调整等步骤，旨在提前预警可能发生的地质
灾害，保障隧道的安全施工和运营。
TSP203及地质雷达隧道施工地质超前预报方案
TSP203及地质雷达隧道施工地质超前预报方案一、隧道施工超前预报的目的预报施工隧道掌子面前方以下不良（或特殊）地质问题：1）软弱岩层的分布，2）断层及其破碎带，3）节理裂隙发育带，4）含水情况，5）空洞，6）围岩类别，即可以预测即将开挖隧道相关地质结构及其周围地质状况，同时也可以对力学参数（动态弹性摸量、剪切摸量、泊松比、密度、弹性纵波速度、弹性横波速度等）进行评估，有利于及时预报隧道掌子面前方的地质状况，以便正确指导隧道施工。
二、主要预报方法传统的地质超前预报一般采用超前钻探，但是，超前钻探的费用很高，而且还会延误工期。
目前，无损地球物理探测地质预报探测系统一般采用地质雷达法、TSP203法。
TSP203技术预报里程长，一次可预报100米左右，对掌子面无要求，对隧道施工不会有干扰（或者仅有轻微干扰）。
地质雷达法预报里程短，一次可预报10~20米左右（软弱、破碎、含水岩体预报里程最短），要求掌子面在垂向上修平，对隧道施工干扰大。
三、使用的仪器及主要设备TSP203法使用的仪器为瑞士安伯格测量技术有限公司（Amberg Measuring Technique Ltd.）TSP203探测系统。
TSP203系统的主要组成包括记录单元和接收器。
记录单元用于记录地震信号和质量控制，由完成地震信号A/D转换的电子元件和1台便携式电脑组成。
记录单元采用最新技术的24位A/D转换器，最小动态范围为120dB，可以获得10～8000Hz频宽的信息。
接收器用于拾取地震信号，由极灵敏的三分量地震加速度检波器（X-Y-Z分量）组成，频宽为10～5000Hz。
TSP203探测系统见下图：图1 TSP203系统的记录单元图2 TSP203系统的接收器图3 TSP203系统的连接线地质雷达法使用美国SIR系列雷达，所用天线为100MHz地面耦合式单体屏蔽天线（右图）。
四、预报实施1、TSP203法通常情况下，TSP测量剖面是在隧道的左壁或者右壁上布置一系列的微型爆破，测量剖面的选择主要取决于岩层结构的主导方位。
隧道地质超前预报技术
• 隧道地质超前预报技术概述 • 隧道地质超前预报技术方法 • 数据采集与处理 • 隧道地质超前预报技术应用案例 • 隧道地质超前预报技术挑战与解决方案 • 总结与展望
01
隧道地质超前预报技术概述
定义与背景
定义
隧道地质超前预报技术是在隧道开挖前，利用地质勘探、地球物理勘探等手段， 对隧道掌子面前方地质情况进行预测和预报的技术。
03
缺点
分辨率相对较低，对小规模地质异常体他方法
TSP法
利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧 道掌子面前方的地质情况。该方法具有探测距离远、分辨 率高等优点，但设备昂贵且操作复杂。
水平钻探法
在隧道掌子面或侧壁进行水平钻探，直接揭露前方地质情 况。该方法直观可靠，但成本较高且施工周期长。
数据解释
根据提取的特征，结合地质知识和经验，对隧道 掌子面前方的地质情况进行推断和解释。
数据可视化展示
二维图像展示
将处理后的数据以二维图 像的形式展示，如地质雷 达剖面图、地震波时间-深 度剖面图等。
三维模型展示
利用三维建模技术，将多 个二维图像组合成三维模 型，更直观地展示隧道掌 子面前方的地质情况。
智能化预报系统
借助大数据、云计算等先进技术，构建智能化隧道地质超 前预报系统，实现数据自动处理、实时分析和预警功能。
多学科交叉融合
隧道地质超前预报技术的发展将更加注重多学科交叉融合，包括地质学、地球 物理学、工程学等学科的深度融合，共同推动隧道地质超前预报技术的进步。
06
总结与展望
研究成果总结回顾
虚拟现实技术展示
结合虚拟现实技术，将三 维模型以更真实的方式呈 现给用户，提供沉浸式的 体验。
超前地质预报方案
隧道超前地质预测预报方案1、适用范围龙厦铁路猪公寨隧道、虎坑隧道的地质超前预测预报。
2、超前地质预测预报的目的2.1.超前探测地层岩性变化界面、软弱层界面、煤层界面、断裂带界面；2.2.超前探测岩溶洞穴、岩溶通道及岩溶发育带的位置、规模、充填状况；2..3.预报突水突泥位置及带来的灾害程度；2.4.为动态设计提供相关的地质参数；2.5.确定合理的工程措施及合理的施工方法。
3、超前地质预报的方法目前在国内外隧道建设中使用较广泛的地质预报技术，传统的方法有地质素描法、水平钻探法、超前平导法等；近十年来，物探方法较广泛应用，有地震方法中的反射波法、瑞雷面波法、极小偏移距法、水平声波反射法；电磁法中的地质雷达法、瞬变电磁法，红外探水法；直流电法等。
这些方法中根据多年预报经验，除红外探水法和直流电法在机理上和使用边界条件不当，不能使用外，其他方法使用得当，均应有较好的效果。
本段的两座隧道预报采用地震反射波法和地质素描法、水平钻探法。
3.1地震反射波法（TSP203法）地震发射波法是一种快速、有效、无损的隧道地质预报技术，能迅速连续超前地提供开挖的前方的三维空间的工程地质状态。
瑞士引进的TSP203法，其基本原理均是采用地震反射回声测量原理（见图）。
地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，布成一组排列炮点）用小量炸药或机械振动激发产生。
地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号发射回来，一部分信号透射进入前方介质。
反射的信号将被高灵敏度的地震检波器接收，反射信号的传播时间和反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量。
本法常用的仪器型号为瑞士安伯格公司生产的TSP203型地震反射预报系统。
系统特点：预报最长距离可达200m（作中距离和近距离跟踪预报效果更佳）；操作简单，对工作环境无要求，不占用掌子面，对施工过程无妨碍；30分钟内完成测量准备工作，测量一次的时间，不同的观测系统分别为10～60分钟；对不良地质体的性质判断较准确，分辨率可达到0.5m，预报的距离误差小于5%；配套分析软件，可方便地完成数据处理和评估；3.2、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。
隧道超前地质预报(课件)
地 勘 预 测 地 质 剖 面
实 测 地 质 剖 面
地勘预测地质剖面
地勘预测地质剖面
实测地质剖面
缺点： 费用高、占用隧道施工时间长，且只是一孔之见，遇软弱岩层取芯 困难，对岩溶隧道布孔位置带有偶然性。
3.2 隧道超前地质预报主要方法
3.2.5 地震波反射法（TSP）-原理
TSP超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波 特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的。
在掌子面后方边墙上布置一排爆破点，依次进行微弱爆破，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时，比如有断 层或岩层变化，信号的一部分被返回。界面两侧岩石的强度差别越大， 反射回来的信号也就越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转 化成电信号并进行放大。
V
C-
V
C-
V
V V
V V
V
安山岩 V
碳质泥岩
CC-
V VV
VV V
C-
图例：
V V
V
V V
安山岩
C -C C-
碳质泥岩
3.2S3隧6°E 道超前地隧质道比地预例质报展1：示主200图要方法
隧道方位
→ 开挖日期
作图日期
左边墙3.2.1 地质素描法
展
示
拱 部
C 3m
图
右 边 墙
N11°E/44°SE
水文 地质特征
该段地下水较发育，处于岩溶水季节循环带与水平循环带，受地表水影响，拱顶滴水， 边墙渗水，本段岩溶发育，表现为沿节理裂隙溶隙、溶孔发育。 XK3+246沿层面岩溶发育且有渗水、滴水现象。
隧道施工超前地质预报
隧道施工超前地质预报1、超前地质预报的目的：1)进一步查清隧道开挖面前方的工程地质和水文地质条件，当工程地质或水文地质条件和设计描述不一致时，及时会同各方对施工方案进行讨论，优化施工方案，指导工程顺利进行。
2）降低地质灾害发生的机率和危害的程度。
3）为优化设计提供依据。
4）为编制竣工文件提供地质资料。
2、超前地质预报作业主要危险源及危害因素：1）工作面坍塌；2）找顶不彻底；3）高处作业台（支）架失稳、安全防护失效；4）突泥、突水。
3、超前地质预报必须编制安全专项方案，超前地质预报人员必须经过隧道施工安全教育培训，并掌握安全操作技术和安全生产的基本知识。
4、预报内容：1）地质岩性预测预报：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）地质构造预测预报：特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；3）不良地质预测预报：特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性及有害气体、高地应力等发育情况的预测预报；4）地下水预测预报：特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层的预测预报5、预报方法：根据预报原理可分为地质分析法、钻探法、物探法及超前导坑法；超前导坑法包括平行超前导坑法和正洞超前导坑法，地质分析法是通用的一种超前地质预报方法。
超前地质预报按预报长度可分为长距离预报（200m）、中长距离预报（30~200m）和短距离预报（小于30m）；现场施工中开挖作业班组一般每5~10米应进行一次钻探取样，掌握掌子面前方围岩的情况。
超前地质预报按采用的预报手段数量可分为单一方法和综合超前地质预报。
6、预报要点：1）研究区域地质、工程地质资料，必要时进行地表补充测绘和勘探，对整个地区地质情况做到比较全面和深刻的认识，分析主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围、在隧道内揭示的大致里程，制定预报方案。
2）根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度和工程设计资料，对不同地段地质预报分级，并按不同类型和级别采用不同的预报手段。
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目录1.编制依据22.工程概况23.地质概况24.实施超前地质预报的目的 25.地质超前预报内容26.超前地质预报方案26.1.既有资料收集及分析、判别36.1.1.隧道掌子面地质素描36.1.2.洞内外水文调查36.1.3.超前物探成果36.1.4.地质超前预报的实施方法36.1.5本标段各隧道超前地质预测预报表4 6.2.超前水平钻（ZDY1900S型）取芯法5 6.2.1工作原理及适用范围56.2.2.孔位布置56.3.TGP超前地质预报法56.3.1.工作原理56.3.2.工作方法66.3.3.预报成果66.4.地质雷达超前地质预报86.4.1.测试仪器86.4.2.预报成果96.5．超前钻探和加深炮眼97.综合成果分析97.1.预报内容97.2.超前地质灾害警报内容97.3.制定施工预案108.对地质预报的修正109.质量保证措施1010.安全保证措施1011.环境保护措施10隧道地质超前预报方案1.编制依据(1)《工程地质及水文地质》——中国水利水电出版社(2)《新建铁路武汉至十堰铁路孝感至十堰段HSSG-3B标段施工资料（隧道通用参考图）》、《新建铁路武汉至十堰铁路孝感至十堰段HSSG-3B标段施工资料（新光隧道设计图）、（寨沟隧道设计图）、（万家沟隧道设计图）、（郭家沟隧道设计图）》等施工设计图纸。
(3)国家及铁道部现行的设计规范、施工规范、验收标准和有关规定。
(4)现场实地勘察调查的有关资料。
2.工程概况我标段有新光隧道、寨沟隧道、万家沟隧道、郭家沟隧道共计四座隧道，长度分别为449.44m、170m、350m、115m，均位于直线段上，洞内纵坡为-9.5‰、横坡2%。
3.地质概况隧道表层覆盖第四系残坡积(Q4el+dl)粉质黏土、冲洪积（Q4al+pl）粉质黏土，下覆元古界武当山群（Ptwd）云母石英片岩。
沿线（地表）出露的底层岩性从新到老为：第四系：残坡积(Q4el+dl)：粉质黏土，黄褐色，硬塑，厚度小于1m。
冲洪积（Q4al+pl）：粉质黏土，黄褐色，可硬塑，厚度小于4米。
元古界武当山群（Ptwd）：Ptwd元古界武当山群云母石英片岩，全~弱风化呈灰黄色，风化呈土夹碎块状，厚约1~10米，局部地段较厚，可达10米；强风化呈灰黄色、灰白色，片状构造，节理裂隙较发育，岩体较破碎，厚约2~20米，局部地段大于20米；弱风化呈灰褐色、灰绿色，层状构造，节理裂隙较发育，岩体较破碎，单轴饱和抗压强度Rc=97Mpa，属硬质岩片理产状：45~82º∠42~60º，主要节理产状有：12~20º∠60~63º,1~2组/米微张，泥质充填；100~153º∠45~80º，1~2组/米，局部2~3组/米，微张，泥质充填，185~265º∠15~60º，1~2组/米，微张，泥质充填。
4.实施超前地质预报的目的预报隧道前方的工程地质及水文情况，能够明确判断前方地质的围岩级别、性状、有无溶洞、暗河等不良地质，根据预报结果及时调整支护参数及施工方案，从而确保工程质量和施工安全。
5.地质超前预报内容我部的地质预报工作主要由有资质的专业地质预报队伍来完成，是在钻探开挖工作面前方的围岩工程地质和水文地质条件的基础上，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报。
预报内容如下：⑴对照施工图的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度。
⑵可能出现塌方、滑动影响施工时，预报其部位、型式、规模、发展趋势，并提出处理措施。
⑶隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层，需施工部门改变施工方法或做应急措施时的预报。
⑷预报可能出现突然涌水地点、涌水量大小、地下水泥砂含量及对施工的影响。
⑸软岩出现内鼓、片帮掉块地段，应预报对施工的影响程度。
⑹岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽时，应预报其危害程度。
⑺在位移量测中，发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度。
⑻隧道浅埋地段的原有地面出现下沉或裂隙时，应预报对隧道稳定和施工的影响程度。
⑼洞口可能出现滑坡、坠石，应及时做出预报。
⑽预报由于施工不当，可能造成的围岩失稳及其改进措施。
6.超前地质预报方案6.1.既有资料收集及分析、判别对全线隧道的地质情况、水文情况、地形情况的资料进行收集，并进行初步分析,对特殊地段,采用大地音频电磁EH-4、V6、高密度电法物探方法进行专项地质勘察。
6.1.1.隧道掌子面地质素描⑴地层岩性—-地层时代划分,岩组划分,岩石划分,岩体性态,切割程度,围岩等级等。
⑵断层---断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价。
⑶节理---节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。
分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部坍方的构造内因。
⑷特殊地层---岩溶规模（形态）、位置（洞体里程）、所属地层和构造部位，充填物（成分、状态）、洞体展布的空间关系。
⑸地下水：地下水出露情况，水量大小。
6.1.2.洞内外水文调查⑴洞内水文：出水点层位、构造部位、洞围分布，含水体分布，出水的颜色、含泥砂量及出水量情况；地下水补给来源、途径、连通关系；出水情况与初期支护关系。
⑵洞外水文调查：气象观测，重要排泄点、径流点与洞内出水的关系；相关岩溶水文地质及环境水文地质调查。
6.1.3.超前物探成果采用地面电测法、地面浅层地震法、地震发射波预报法、洞内地质雷达法、洞内瞬变电磁法等（原理是利用有一定宽度的地质不连续面对地震波和电磁波的反射原理，探测开挖工作面前方地质界面）。
宏观判断全隧岩性及水文情况。
6.1.4.地质超前预报的实施方法本地质超前预报分层分类进行，采用超前地质雷达长距离超前预报，在TGP预报的预报为主，若地质雷达判定围岩破碎或为不良围岩时，再采取超前水平钻孔地质预报进行进一基础上进行地质雷达超前预报，地质超前预报以地质雷达超前步超前预报。
6.1.5本标段各隧道超前地质预测预报表表6.1.5-b 寨沟隧道超前地质预报表6.2.超前水平钻（ZDY1900S型）取芯法6.2.1工作原理及适用范围采用水平地质钻机钻孔取芯，经过对岩石芯样试验分析确定围岩特性，用于指导隧道施工。
本方法适用于短距离探测，由其是在预报由溶腔、暗河、涌泥涌水等地质段要加强探测频率。
6.2.2.孔位布置⑴正常情况：在掌子面布置五个超前钻孔,按等边三角形方式布孔,每次超前水平地质钻钻孔至少重叠5m以上。
三孔布置在线路中线上中下位置，根据需要钻进的深度，确定仰角，一般在钻探超出轮廓线2.0m左右；左右两侧探孔，根据需要钻进的深度，确定偏角，钻探范围超出轮廓线外2.0m左右。
⑵一般地质地段超前地质钻孔一个，但在涌水地段3～5个，在距离煤层15~20m处的开挖面钻1个孔，在距离煤层10m处钻3个超前探孔取出岩心或岩样。
⑶在钻探过程中，及时做好钻探记录，钻探记录包括：a、钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分；b、卡钻、跳钻等情况；c、掌子面的岩层岩性、构造性质及地下水等情况。
送岩心或岩样至设计及中心试验室，经过试验及分析，对隧道前方的地质情况做出预报，并将预报情况及时反馈至施工现场，以达到指导施工的目的。
⑷钻探情况的分析①通过钻进过程中的情况对围岩进行分析。
如：a、在遇到断层泥时，钻进时间短、钻进速度快，钻孔冲洗液浑浊，呈白色；b、遇到卡钻时，说明岩体破碎；c、遇到跳钻时，则可能有空洞或溶洞等。
d、钻进过程中，遇到孔内有大量地下水涌出，则可能有地下暗河、裂隙水、承压水等情况。
②通过对岩心或岩样的观察，分析其构造情况，从而判断隧道前方的地质情况。
③通过对岩心或岩样实验分析，得到岩石的物理力学性质，从而判断隧道前方的地质情况。
6.3.TGP超前地质预报法6.3.1.工作原理TGP206地质超前预报系统是利用波的反射原理进行地质预报。
预报时通过爆破产生地震波，地震波在隧洞中的岩体内传播，当遇到一地震界面时，如断层、破碎带、溶洞，大的节理面等，一部分地震波就被反射回来，反射波经过一段时间后到达传感器被记录仪接收，然后经专门的分析软件进行处理，得到清晰的反射波图像。
通过对反射波特征的分析，如发射与反射之间的时间差、相位差、反射信号强弱、纵波与横波的比率等,并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧洞前方及周围地质构造的位置和特性。
图一为TGP206系统工作原理图。
图一TGP206系统工作原理本方法适用于80～200m的长距离围岩预测一次。
6.3.2.工作方法数据采集前在右边墙距地面约1.0m高的水平线上，按间距1.5m、孔深1.50 m、孔径35～38mm、倾角10～20°、倾向10～20°的标准钻24个炮孔，最后一个炮孔距掌子面5.0m左右。
接收器孔与炮孔在同一水平线上，距洞口方向第一个炮孔15～20m，其孔深2.0m、孔径42～45mm、倾角5～10°。
将已钻好的炮孔接收孔的孔深、倾角、间距测量出来，并作好记录，以备数据处理时用。
地震波激发采用乳化炸药，瞬发电雷管。
数据采集时，确定药量并装完药后，按顺序逐个引爆，并由仪器记录下各道信号。
为减少噪声对采集数据的影响，数据采集过程中隧道内应停止其它施工作业，尤其是针对岩体的作业。
6.3.3.预报成果收集的数据经专门的分析软件进行处理，形成预报成果图。
图二、图三、图四分别为纵波深度偏移剖面，纵波反射面，波速、泊松比、密度曲线和反射面二维图。
通过对预报成果图的分析处理，结合洞内开挖段地质情况、地质勘测资料，对掌子面前方200m范围内围岩地质形成预报成果书。
图二纵波深度偏移剖面图三纵波反射面图四波速、泊松比、密度曲线和反射面二维图6.4.地质雷达超前地质预报6.4.1.测试仪器采用美国GSSI公司生产的SIR-3000地质雷达，天线中心频率为100MHz，采用连续测试及点测试方法，测线及测点布设见图1。
图1 雷达测试示意图测试原理：通过发射天线向测试面前方发射宽频带短脉冲的高频电磁波信号，当电磁波遇到有电性差异(介电常数、电磁导率等)的界面或其它目标体(如围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况)时，就会发生反射、绕射等电磁波特有现象。
通过接收天线拾取响应信号，并记录到计算机上，依据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可获得测试面前方不同电性体的分布特征；通过反射波双程旅行时间，可计算前方分界面或目标体的深度，其公式为：Z=V·t/2式中：Z—深度t—反射波双程旅行时间电磁波反射能量取决于相邻介质的介电常数差异，差异越大，反射越明显，越容易识别界面和目标体的位置。
此预报按照实际每35米预报一次。
6.4.2.预报成果参照设计文件，结合雷达测试波波形，可进行近距离（40m）较微观近期预报。