隧道超前地质预报(地质雷达法)施工作业指导书

超前地质预报（地质雷达法）施工作业指导书
1.适用范围
适用于铁路隧道工程超前地质预报（地质雷达法）施工作业。

2.作业准备
2.1施工前应充分掌握隧道设计图纸及相关文件内容，并及时与现场进行核对，以确定合适的超前地质预报方法并配备相应机具设备。

根据施工图设计要求及现场实际情况做好超前地质预报作业技术交底。

2.2熟悉《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR9217-2015）、业主下发有关超前地质预报的管理办法等文件要求。

2.3将隧道超前地质预报工作纳入正常的施工工序管理，建立完善的信息收集和信息反馈系统。

2.4熟悉了解已有勘察资料，掌握掌子面所处地段的地层岩性、构造特征、不良地质及水文地质特征。

2.5熟悉了解其他预报手段探测成果，分析判断掌子面所处地段工程地质与水文地质特征可能出现的差异（与勘察成果比较）。

3.技术要求
3.1技术指标
3.1.1地层岩性预报，特别是针对软弱夹层、破碎地层及特殊岩土的预测预报。

3.1.2地质构造预报，特别是针对断层、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。

3.1.3不良地质预报，特别是针对瓦斯等发育情况的预测预报。

3.1.4地下水预测预报，特别是针对富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。

3.2技术标准
3.2.1探明断层的性质、产状、富水情况、在隧道中的分布位置、断层破碎带的规模、物质组成等，并分析其对隧道的危害程度。

3.2.2测定瓦斯含量、瓦斯压力、涌出量、瓦斯放散初速度等，评价隧道瓦斯严重程度及对工程的影响，提出技术措施建议等。

4.施工程序与工艺流程
4.1 施工程序
隧道地质复杂程度分级→超前地质预报设计→编制超前地质预报实施方案→超前地
质预报实施→地质综合分析→提交地质预报成果报告→隧道实施方案根据地质预报结论
变更设计或方案后实施。

4.2工艺流程
详见下页
5.施工要求
5.1施工准备
5.1.1根据施工图设计要求及现场实际情况做好超前地质预报作业技术交底。

5.1.2超前地质预报施工前应熟悉相应隧道的设计图纸，核对地质资料。

5.1.3根据检测方法准备好各种施工机械和检测仪器，配备相应的专业人员。

5.1.4检测之前对仪器进行检查，确保能正常运行。

5.1.5准备好预测使用的各种材料。

图1超前地质预报实施流程图
5.2施工工艺
5.2.1隧道地质灾害分级
⑴根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级，详细影响因素见表1。

A级：存在重大地质灾害的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，大型、特大型涌水涌泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯灾害严重的地段以及人为坑洞等。

B级：主要针对中、小型涌水涌泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。

C级：主要针对水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段，发生涌水涌泥的可能性较小。

D级：非可溶岩地段、小型断层破碎带，发生涌水涌泥的可能性极小。

⑵超前地质预报坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、地球物理方法与超前水平钻探相结合，辅助导坑与主洞探测相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。

分级预报方式
A级预报：采用地质素描、地震反射波法（TSP、TGP等）、地质雷达、超前水平钻探、加深炮孔等手段综合预测。

首先以长距离地震反射波法进行预测，同时中长距离的超前钻探探查和短距离的雷达探测，每一个开挖循环，都进行加深炮孔探测。

B级预报:采用地质素描，地震反射波法，辅以地质雷达，进行必要的单孔超前水平钻和加深炮孔探测。

当发现局部地段较复杂时，则按A级要求实施。

C级预报：以地质素描为主。

对重要的地质（层）界面、断层或物探异常可采用地震反射波法进行探明，必要时单孔超前钻探。

D 级预报：采用地质素描、辅以加深炮孔。

⑴严格按照超前地质预报方案实施，科学组织，正确处理施工进度与超前预报工作的关系。

当施工进度与超前预报发生矛盾时，施工必须为超前预报让路，以避免盲目施工，确保超前预报实施，并起到指导施工的作用。

⑵超前预报人员应能正确使用物探仪器设备，并具备判译、预报能力。

⑶参与超前预报工作的单位应按要求配备预测预报人员与超前探测仪器设备。

⑷开展物探预报方法时，各架子队应予以配合，提供条件。

⑸当发现具有涌（突）水、涌（突）泥（砂），等大型地质灾害时，参建各方应及时共同研究分析、提出处理方案及措施意见。

5.2.3超前地质预报的内容和方法
超前地质预报的目的是根据隧道围岩地质复杂程度分级，采用一定的预报技术手段来确定隧道施工掌子面前方及周围可能发生突（涌）水（泥）、塌方、掉块、冒顶、放射性等地质灾害风险源的位置、规模、性质、发育特征、强度、影响范围等；对于岩溶隧道，还应对底板的岩溶发育情况以及岩溶水的赋存规模以及压力进行预测。

根据预测与预报的结果，建立灾害应急处理方案与薄弱地段的施工方案，为隧道工程施工方案的制订与风险防范提供动态可靠的依据，确保隧道施工地质风险安全可控。

超前地质预报工作内容包括：超前地质预报；施工围岩分级及稳定性评价；灾害评估及防治工程措施建议3项内容。

⑴超前地质预报
超前地质预报是隧道施工地质工作最主要的工作内容。

其工作分为：既有资料收集；地质调查；洞内外水文调查；监测测试；超前地质预测；综合超前预报和成灾警报等五项任务。

①既有资料收集
既有资料和相关地质成果的收集和分析,对存疑虑的相关重大地质问题和地段,必要时进行踏勘和补充恰当的地质工作。

②地质调查：超前地质预报最基础的工作，其主要内容包括：
A.地质观察
a.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。

b.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。

断层坍方的地质原因，是地质观察的重点。

c.贯穿性节理——产状、密度、宽度、延伸情况，节理面特征、力学性质。

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。

B.岩溶调查：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。

③洞内外水文调查
A.洞内水文调查
a.涌水点(处)调查
空间：层位、构造部位、洞围分布，含水体分布；
时间：点(处)间的时效关系；
制约：制约因素、补给来源、途径、连通关系。

b.涌水量预测：
实用量测：反映瞬时特征和短期变化特征；
长期观测：反映长期变化特征和动态特征；
涌水量预测；
c.水质水压测试：包括水压、水温、水色、含泥沙量测定；
d.危害评估
B.洞外水文调查
a.气象观测。

b.重要排泄点、径流点长期观测；
c.相关岩溶水文地质及环境水文地质调查
调绘：相关岩溶水文调绘、地表坍方、变形调查；
试验：同位素、示踪等；
水质。

④超前地质预测
A.预测方法
超前物探预测法：包括地震反射波法、地质雷达；
超前钻孔预测法：包括超前水平钻孔、加深炮孔。

B.预测有效距离
长距离超前地质预测：其预报距离为100～150m。

以地震反射波法为主结合地面地质工作综合预报。

短距离超前地质预测：其预报距离为15～30m以内。

是在长距离超前地质预报的基础上，以地质雷达、5～8孔5m加深炮孔和30m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。

中长距离超前预测：其预报距离为30～100m，是在长距离超前地质预测的基础上，针对较大物探异常，以30～100m超前钻孔为手段并结合掌子面地质素描工作综合预报。

⑤综合超前预报和成灾警报
A.综合超前预报内容
地层、完整性及含水情况；
断层及富水情况；
大型岩溶及富水情况；
暗河。

B.超前地质灾害警报内容
大型塌方；
涌水涌泥；
C.预报灾害警报方法
资料综合分析法；
不良地质前兆预测法；
地质灾害发生可能性判断法。

⑵施工围岩分级和围岩稳定性评价
围岩稳定性评价一般分为稳定性初步评价和长期稳定性评价。

①施工围岩分级，根据地质调查和物探预报资料确定岩石坚硬程度、完整性，并根据岩体含水情况划分施工阶段围岩分级。

②围岩稳定性评价：根据施工围岩分级、掌子面稳定状态，综合评价围岩稳定性。

根据软弱不利结构面楔体稳定性分析，评价围岩局部稳定性，预报拱顶掉块、侧壁片帮等灾害。

⑶灾害评估、防治工程措施建议
①灾害评估内容：包括超前地质预报、围岩稳定性评价和隧底岩溶探查所反映的大型坍方、涌水涌泥、软岩变形、围岩稳定性、隧底岩溶坍塌等方面。

②灾害评估方法：参照表1地质灾害分级简表中地质复杂程度，诱发环境问题的程度和结合工程特征评价各类灾害对隧道施工安全、质量、工期、环境的危害评估。

③防治工程措施建议：以设计资料为基础，根据综合预报的地质条件，从地质的角度出发，针对不同地质条件和地质灾害及其危害程度，提出安全可行的处理措施建议。

5.3超前地质预报（地质雷达）方法测试技术要求
地质雷达法主要用于岩溶探测、断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体或者其它含水地质体的探测。

5.3.1探测目的体与周边介质之间应存在明显介电常数差异，电磁波反射信号特征明显；探测目的体具有足以被探测的规模；不能探测极高电导屏蔽层下的目的体或目的层；测区附近不能有大范围的金属构件、焊接施工或无线电发射等较强的电磁波干扰。

5.3.2地质雷达法预报距离：在泥质和软弱破碎地层或岩溶发育区，一般每次预报距离应为15m，不宜超过20m；地质雷达连续预报时前后两次重叠长度应不小于5m。

5.3.3地质雷达探测仪器的主要技术指标应满足下列要求：
天线频率序列可选，由于隧道特殊环境，宜选择屏蔽天线（100～1000 MHz）；
5.3.4地质雷达探测的数据采集应符合下列要求：
⑴通过试验确定被探测体介电常数，合理选择雷达天线的工作频率。

当探测对象情况复杂时，应选择两种及以上不同频率的天线。

当多个频率的天线均能符合探测深度要求时，应选择频率相对较高的天线。

⑵测网密度、天线间距和天线移动速度应反映出探测对象的异常，由于工作面通常采用上、下导洞开挖，工作面很狭小，根据工作面的具体情况，在检测过程中宜采用两横两竖或一横三竖的布线方式，如下图1、2所示。

可根据现场情况灵活布置测线，原则上应尽可能靠近工作面轴心位置，使测线距离尽可能长、尽可能多地采集数据，以备后期数据的分析处理。

图2 两横两竖式图3 一横三竖式
注：工作面上的线条为雷达测线布置线。

⑶选择合适的采集时间窗口和采样间隔，并根据数据采集中的干扰变化和效果及时调整工作参数。

地质雷达数据采集时的信号触发方式一般有3种，即测量轮触发、时间触发和人工触发，宜采用人工触发方式。

⑷隧址区内不应有较强的电磁波干扰：现场测试时应清除或避开测线附近的金属物等电磁干扰物；当不能清除或避开时应在记录中注明，并标出位置。

⑸支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员应与工作天线保持相对固定的位置。

测线上的岩体表面应相对平整，无障碍，且天线易于移动；测试过程中，应保持工作天线的平面与探测面基本平行，距离相对一致。

⑹现场记录应注明观测到的不良地质体与地下水体的位置与规模等。

重点异常区应重复观测，重复性较差时应查明原因。

5.3.5地质雷达探测质量检查的记录与原始记录应具有良好的重复性，波形一致，异常没有明显的位移。

5.3.6地质雷达探测的资料整理与解释应符合下列规定：
⑴地质雷达采集数据质量符合要求，雷达剖面应清晰；
⑵解释前应对采集数据进行编辑、滤波、增益等处理。

情况复杂时，还应进行道分析、FK滤波、正常时差校正、褶积、速度分析、消除背景干扰等处理；
⑶结合隧道地质情况、电性特征、探测体的性质和几何特征综合分析。

必要时考虑影响节点常数的各种因素，制作雷达探测的正演和反演模型。

5.3.7地质雷达法预报应编制探测报告，内容包括：探测工作概况、采集及解释参数、地质解译结果、测线布置图（表）、探测时间剖面图等，其中时间剖面图中应标出地层的反射波位置或探测对象的反射波组。

判断隧道工作面前方的地质情况，并作出相应的结论与建议。

5.4地质信息收集与处理
超前地质预报建立一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，进行综合分析、判断，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。

为变更设计和施工提供决策依据，及时调整施工方法和支护参数。

经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。

采用新的施工方法和支护参数后，有从施工过程中获取新的地质信息，更新地质信息系统，经处理后再次反馈给施工，使地质信息收集、处理系统化。

6.劳动组织
6.1劳动力组织方式：采用架子队组织模式。

6.2施工人员应结合试验段确定的施工方案、机械、人员组合、工期要求进行合理配置。

7.
根据地质超前预报设计确定。

8.设备机具配置
结合隧道地质围岩分级、超前地质预报设计，超前地质预报方法配置如下表。

9.
9.1按照超前地质预报实施性施工组织所制定的各项技术指标的要求，严格技术交底，做到目的明确、清晰地开展预报工作，使预报质量得到有效的控制，从而切实保证预报的精度和质量。

9.2 TSP超前探测前应对炮孔及接收器孔进行测量，其参数应严格满足设计要求；接收器套管安装要耦合完好；检测噪音振幅峰值小于-78dB时方可接收数据，接收时要保持检测噪音时最安静的状态，接收到的信号要求初值明显；曲线隧道预报的终点不能偏离隧道中线30m。

9.3在各项现场采集工作结束后，内业数据分析、处理以及报告编写应及时，成果报告应有编制、复审核。

9.4成果报告及时提交给项目部，做到信息化施工。

9.5把预报、检测结果与实际开挖情况进行比对，不断总结，调整各种参数、方案组合等，对预报做出修正，提高准确性。

9.6提高超前地质预报工作人员的解译能力，提高预报准确率和预报技术水平。

10.安全及环保要求
10.1安全要求
10.1.1超前地质预报人员应认真学习、执行隧道施工安全规程，超前钻探人员还应该认真学习、执行钻探安全技术操作规程。

新参加员工（含临时工）上岗前，必须经过安全生产教育，具有安全生产的基本知识，并应在班长或技术熟练人员的指导下工作。

10.1.2隧道超前地质预报实施过程中应积极识别各种安全危险源，保障人员和机械设备的安全。

10.1.3进入隧道工作必须穿戴合体的工作服、防护靴、安全帽和防尘（防毒）口罩等防护用品。

10.1.4严禁上班前和工作中饮酒。

10.1.5地质预报工作必须在现场找顶作业结束（必要时初期支护）后进行，开始工作前应观察操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探开挖工作面附近是否还有危石存在，确保预报人员的安全。

10.1.6高处作业时作业台架必须安设牢固，台架周围应设置防护栏，不适应高处作业者不得上架作业。

10.1.7当隧道岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物时，必须严格执行国家现行的《煤矿安全规程》、《铁路瓦斯隧道技术规范》等的有关规定。

10.1.8弹性波反射法超前地质预报现场采集数据使用的炸药和雷管必须由持有爆破证的专人领用，爆破作业必须由专业爆破员操作。

非专业人员严禁从事爆破作业。

10.1.9钻机使用的高压风、高压水的各连接部件均采用符合要求的高压配件，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂高压风、水伤人；高压电路接线应由专业电工操作。

10.1.10钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙等伤人。

10.1.11为便于控制超前钻孔揭露大量地下水时的水流及采取措施，孔口应安设孔口管和闸阀，且孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。

10.2环保要求
10.2.1不得将有毒有害物质和固体垃圾堆放在河流、水库、沟渠等水体附近，更不得向水体排放，在醒目位置设置安全警示标志。

10.2.2施工场地布置在水源保护地区内不得取土、弃土、破坏植被等，并不得堆放任何含有害物质的材料或废弃物。

10.2.3施工垃圾不得随意排放、丢弃，施工废水得经过处理池处理后再排放到指定地点，施工垃圾倒置在指定地方统一处理。