地下工程突水灾害超前地质预报技术
超前地质预报技术
• 根据上述超前预报结果，现场采用了相应 的处理措施，避免了突水事故的发生，减 少施工支出2300万元。
3、不可溶性岩地区含水构造裂隙预测
——浙江台缙公路苍岭隧道含水构造预测
• 苍岭隧道于隧道左线发生的突水。突水首 先在掌子面的左上拱角的施工钻孔处发生， 具有一定的承压性，水质清澈，无泥沙等 物质。为了保证隧道施工的安全，对掌子 面前方进行了超前地质预报。
• 采用的手段：
工程地质调查 TSP-203超前预报探测 超前水平钻
工程地质调查和超前钻孔结论
• 根据现场工程地质调查，该段围岩是不溶于 水的凝灰岩。 • 控制性的构造是在现代构造应力场的作用下， 发生张性变化的、延伸很长的剪性节理。 • 超前钻孔中涌出的地下水干净不含杂质，水 明主要深深留作用形成的裂隙水。
国外安伯格 TSP203
TGP12隧道地质超前预报系统的接收传感器
三分量精密高保真的性能，保证地震波信息采集
TGP 型预报仪器采用进口减震包装箱
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
4个接收孔的布置
2个接收孔的布置
炮检互换方式
空间相关归位
TGP采集技术
• 激发 激发孔充水 产生高频波 激振力强 降低管波干扰
安装炸药
少量炸药开路触发方式 克服雷管延时误差
爆炸孔水柱
• 3）地质雷达超前探测
地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR) 方法是一种用于探测地下介质分布的广谱电磁技 术。一套完整的地质雷达通常由雷达主机、超宽 带收发天线、毫微秒脉冲源和接收机以及信号显 示、存贮和处理设备等组成。
TSP-203+超前地质预报系统采集的SV波速分布图
03超前预报采取的主要技术路线及主要技术指标
超前预报采取的主要技术路线及主要技术指标依据隧道的地质条件,拟采用全面超前地质预报技术路线，即全面隧道施工地质灾害超前预报技术路线。
（一）隧道所在地区主要洞体不良地质分析与宏观预报1、深入的隧道地面地质调查它是隧道主要洞体不良地质分析的基础，当然，也是宏观预报的基础。
主要包括：深入的地层地质调查、地质构造调查、岩浆岩侵入体调查、岩溶地质调查、煤系地层调查和水文地质调查等等内容。
2、隧道地质条件分析它是隧道所在地区不良地质宏观预报的依据。
因为：大多数隧道隧洞不良地质体本身就是区域地层、地质构造或岩溶地质体的一部分。
主要包括：地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析，溶洞、暗河、岩溶陷落柱和岩溶淤泥带成生条件、侵蚀基准面和展布规律分析，煤系地层中的煤层、采空区和瓦斯地质分析等等。
3、宏观预报这是在隧道隧洞所在地区地面地质详细、深入调查的基础上，通过隧道地质条件分析，宏观预报隧道隧洞洞体可能出现的主要不良地质的成因、性质、类型、大约位置和规模。
它为洞体不良地质体的长期、短期超前预报打下坚实的、不可或缺的基础。
（二）隧道洞体不良地质体超前预报1、长期超前地质预报在宏观预报的基础上，应用TSP探测和地面地质体投射法等技术手段，对隧道隧洞洞体不良地质体进行的长距离超前地质预报。
预报的距离，一般为掌子面前方100米以上。
（1） TSP探测和解译技术TSP（Tunnel Seismic Prediction，隧道地震波勘探）设备是由瑞士安伯格开发、生产的，是当前国内外最先进的隧道长期超前地质预报设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要手段。
它与其它超前地质预报的设备相比，最大优点是：探测距离远（可达隧道掌子面前方300～500米），分辨率高（最高分辨率为1米），抗干扰能力强（基本不受干扰），影响施工很少（钻孔和测试在侧壁进行，洞内探测时间仅用45分钟）。
隧道的地质超前预报方法与不良地质施工措施
隧道的地质超前预报方法与不良地质施工措施我们在隧道的施工过程中会遇到各种不良地质,为避免盲目性,使施工方案和技术措施更科学合理，开展地质超前预报十分必要。
地质超前预报对不良地质能做到早发现，早预防，从而采取恰当的处理措施,减少和化解不良地质给施工带来的不利影响。
1地质超前预报方法1.1超前导坑法长隧道和特长隧道大都设有平行导坑。
平导一般与线路平行，距线路20m～30m 不等。
施工过程中利用平导先行的优势，认真收集和积累地质资料，并根据平导开挖过程中揭示的地质资料指导正洞施工，从而使正洞的施工方案和技术手段都建立在科学合理的基础上。
平导开挖断面小，即使出现不良地质也容易处理，对施工影响不大。
因此,超前导坑法在长隧道和特长隧道施工中被广泛采用。
1。
2 超前水平钻探法采用隧道专用钻机进行超前水平钻探，来探明开挖前方的地质情况。
超前水平钻探其实并非完全“水平”,带有一定的角度.与地震波反射法、地质雷达探测法相比,超前水平钻探法具有更直观、更准确的特点。
超前水平钻探法虽是“一孔之见”，却能起到“管中窥豹”的作用。
超前水平钻探法主要用于探测煤层、瓦斯、断层、溶腔、突水、涌泥等不良地质。
超前水平钻探法探测的距离长，探明的不良地质距工作面较远，便于提前调整施工方案和技术措施。
1.3 超长炮孔钻探法超长炮孔钻探法指的是在掘进过程中，每次打眼都用5m钻杆在隧道拱部和底部各钻两个探测孔，放炮则控制在3m以内，使工作面始终保持距不良地质2m 以上的安全距离。
当钻孔出现不良地质征兆时，可以及时采取应对措施。
采用超长炮孔钻探法，避免了钻机的频繁移动，可以不中断隧道的正常掘进，简便易行、事半功倍。
超长探孔还可兼做炮眼,节约成本，提高功效。
1。
4 地震波反射法-—TSP-203系统TSP超前地质预报系统是目前隧道及地下工程地质预报工作中，采用的较为先进的设备。
其工作原理是利用地震波的回波原理，人工制造一系列有规则排列的轻微震源，形成一个地震源断面；同时，三维地震波接收器在计算机的监控下，采集这些震源所发出的震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体(如地层层面、节理面、特别是断层破碎带界面和溶洞、暗河等）被反射返回的地震波数据.这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向，是与相应不良地质体的性质和分布状况紧密相关的.在一定间隔距离内连续采用上述方法，可以得到前方地层的地质力学参数，如杨氏模量和横向变形系数等，从而预报隧道前方及周围临近区域的地质状况，判断开挖面前方100m～200m范围内的地质情况。
超前地质预报作业指导书-几种方法介绍
超前地质预报作业指导书1.编制目的为更好地指导施工，规范操作，避免隧道不良地质地段出现塌方冒顶、突泥突水等地质灾害。
2．编制依据《铁路隧道工程施工技术指南》3.适用范围适用于杭长（沪昆）客专铁路隧道工程超前地质预报施作。
4.隧道施工期地质预测、预报的主要内容和方法4.1 地质预测、预报的主要内容1)断层及断层影响带的位置、规模及其性质。
2)软弱夹层的位置、规模及其性质。
3)岩溶的的位置、规模及其性质。
4)工程地质灾害可能发生的位置和规模。
5)含水构造的位置、规模及其性质。
4.2 方法加强超前地质预报，采用TSP203 地震波探测仪或地质雷达、红外线探水仪、地质素描、超前水平钻孔等综合勘探的方法进行探测，超前地质预报是制定施工方案和工程措施的主要依据，也是隧道施工的一道重要工序。
本隧道施工中，在重点地段,上述各种预报手段并用，一般地段以地质素描为主。
实行动态监控，信息化施工。
加强对围岩监测，进一步掌握围岩的特性，为施工提供可靠的技术依据。
5.超前地质预报与补充地质调查工作流程隧道综合超前地质预测预报的工作流程如下图。
实施方法：对于设计提供的不良地质地段，提前50m 进行探测：地震波探测仪每100m 施作一次；HY303 红外线探水每掘进循环施作一次；综合超前地质预报工作流程图补充地质调查掌子面地质调查与素描长距离探测：TSP-203,探测距离100m短距离探测：地质雷达,探测距离15m超前水平钻孔，探测距离30mHY303红外线探水仪，探测距离15m.探测资料判释，提出探测意见及和工程措施意见超前水平钻孔（每断面布置五孔，其中一个孔钻取岩芯）30m 一个循环，每循环搭接长度5m；地质素描每掘进循环进行一次；地质雷达每30m施作一次。
根据几种探测手段的探测结果进行综合分析，互相验证，提出预测预报意见和工程措施建议，及时反馈，以调整优化设计，进一步改进和完善施工工艺和方法，实施信息化动态施工管理。
补充地质调查是在设计提供的地质资料的基础上，实地调查核实：不同地层、岩性、岩层产状在隧道地表的出露及接触情况等。
超前地质预报实施细则
3 超前地质预报实施细则3.1超前地质预报的目的可及早探明开挖面前方的围岩特性以及涌水量，为选择合适的开挖方法提供有立的依据；为支护和提供参考；为突发异常（如结构失稳或破坏的现象）提供有效的参考。
3.2超前地质预报的内容①地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地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、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。
③地下水及富水断层、地层等的预测预报。
3.3超前地质预报总体原则及方法根据地质资料和设计文件，结合现场实际情况，采用短距离超前地质预报的方法，以地质分析法为主，必要时采用超前水平钻孔（1 孔+加深炮眼）。
以达到既预报准确又能节省有效资源的目的。
4短距离超前地质预报方法短距离超前地质预报主要是通过开挖石渣识别、掌子面地质素描，更重要的是采用超前钻孔。
通过对不同地质体标志的确认，以及不良地质体出现前的前兆标志，对不良地质体可能出露的位置进行预测和判断，辅助进行超前地质钻探。
4.2.1地质素描地质素描主要是根据开挖面岩层岩性、产状及层位、条带状不良地质体等进行预测和预报。
编录时必须对开挖面正面及侧面稳定状态、岩层产状、厚度、特征层序、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、不良气体浓度等情况详细记录。
确保对前方地质的预报准确可靠。
利用地质理论和作图法,将竖撑、斜撑所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行竖撑、斜撑开挖面前方地质条件的预测预报。
4.2.4超前钻孔超前钻孔是施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中必须实施的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。
超前钻孔能最直接地揭示开挖面前方的地质特征，准确率很高。
其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。
超前地质预报 标准
超前地质预报标准地质预报是指通过对地质现象和地质过程的观测、分析和研究，对未来一定时期内可能发生的地质灾害进行预测和预报。
超前地质预报是指在地质灾害发生前，提前做出预测和预警，以便采取相应的防灾减灾措施，保护人民生命财产安全。
超前地质预报的标准主要包括以下几个方面：首先，要有可靠的监测手段和技术手段。
地质预报需要依靠对地质现象和地质过程的监测和观测，因此必须具备可靠的监测手段和技术手段。
这包括地震监测、地质构造监测、地下水位监测等多种手段，以及遥感技术、地球物理勘探技术等现代化技术手段。
其次，要建立科学的预测模型和算法。
超前地质预报需要建立科学的预测模型和算法，通过对地质数据的分析和处理，运用数学、物理等相关知识，建立准确的预测模型，以实现对地质灾害的准确预测。
再次，要有完善的预警系统和预警机制。
超前地质预报需要建立完善的预警系统和预警机制，及时发布预警信息，让相关部门和人员能够及时采取应对措施，最大限度地减少地质灾害带来的损失。
最后，要进行有效的应对措施和救援准备。
超前地质预报不仅需要提前预测地质灾害，还需要做好相应的应对措施和救援准备工作。
这包括加强地质灾害防治工程建设，提高应急救援能力，加强地质灾害防治知识的宣传和教育等方面的工作。
总之，超前地质预报标准的制定和实施，对于预防和减轻地质灾害的影响具有重要意义。
只有建立科学的预测模型和算法，完善的预警系统和预警机制，有效的应对措施和救援准备，才能更好地保护人民的生命财产安全，实现地质灾害防治工作的科学化、规范化和精细化。
希望各级地质灾害防治部门和地质科研单位，能够高度重视超前地质预报标准的制定和实施工作，不断提高地质灾害防治工作的水平，为人民群众的生命财产安全提供更加有力的保障。
超前地质预报（地质雷达法）和半航空物探（半航空瞬变电磁法）在隧道工程施工的运用
超前地质预报（地质雷达法）和半航空物探（半航空瞬变电磁法）在隧道工程施工的运用摘要：复杂的地质条件和地质灾害是隧道施工中的难题，发生地质灾害将造成巨大的生命和财产损失。
因此，可靠地探测地质缺陷特征，如断层、岩溶洞穴和地下水，具有重要的现实意义和理论价值。
本文介绍了超前地质预报（地质雷达法）和半航空物探（半航空瞬变电磁法）在隧道工程施工的运用。
引言在中国，许多大型项目正在进行中水利、水利等建设水电站、铁路、公路、能源储存和运输系统，以及地下矿山。
这些项目为我们提供了一个重要的机会地球工程的进展。
然而，严重的由于环境复杂，也存在挑战地质条件和潜在地质灾害在隧道施工过程中，造成了巨大的生命损失还有财产。
因此，改进地质缺陷的探测能力是非常重要的，例如探测断层、溶洞和地下水涌出。
中国在建隧道具有长度长、体积大的特点覆盖层和复杂的地质条件。
例如，宜昌至万州铁路建在山区，以高风险岩溶程度高的突水危险。
该地区已发现严重的突水危险马鹿青隧道和沿途的野三关隧道宜昌至万州铁路发生严重伤亡事故经济损失。
在水电工程领域，北京锦屏二级水电站副洞四川省有2375米深和17.5公里深长覆盖层使隧道埋在下面极高的地应力。
1.隧道工程施工的探测技术1.现有的探测技术在这下面在这种情况下，隧道的施工可以受到潜在岩爆的影响通过释放地应力，尤其是在不良地质条件，如断层、软弱岩石特征和地下水。
地质灾害防治研究在隧道施工过程中已经成为一个重要的问题中国的问题，包括相关机制治疗技术和探测技术。
地质缺陷特征的探测在危险控制中起着重要作用本文提出。
目前，探测地质灾害的方法危险源可分为两类：地质调查和地球物理勘探。
地质调查包括工程地质分析、先导开挖和岩心钻探，同时地球物理勘探包括地震、电磁和地质雷达方法。
每种方法它有自己的优点和缺点。
2、隧道工程施工探测的难点可靠探测的挑战性问题包括：（1）故障的识别和定位，裂缝、溶洞和地下水体（如地下河）；（2）含水层探测；（3）探测的解释结果在多种解释的背景下物探成果及优化探测方法的选择。
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。
超前地质预报技术交底
利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔加深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3m以上作为探测孔。
根据不同地质条件及其不同的要求，将钻探法分类，如下表：
超前地质预报钻探分类表
钻探类型
适用条件
适用风险等级
主要手段
ZT-1
所有段落
坍方风险为高度、变形风险为中度
加深炮眼（5孔）
本段根据不同地质情况，结合不同风险等级采取不同的物探方法组合措施，如下表：
超前地质预报物探分类表
物探类型
适用条件
适用风险等级
主要物探手段
WT-1
软弱夹层，非可溶岩与可溶岩接触带，地表物探异常带、差异风化带及可能出现其它不良地质体。含炭（煤）地层。
坍方风险及变形风险为中度
TSP203
WT-2
非可溶岩地段断层及其破碎带、可溶岩岩溶中度发育地段、可能出现的节理密集带。
（2）电磁波反射法：采用地质雷达探测，利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播与反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法，主要用于岩溶探测，亦可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀体的探测，每25m一次，一次范围为30m，两次重叠长度应在5m以上。
（3）红外探测法：根据一切物质都在向外辐射红外电磁波的原理，通过接收和分析红外辐射信号进行超前地质预报的一种物探方法。主要适用于定性判断探测点前方有无水体存在及其方位，不能定量给出水量大小等参数，每25m一次，一次范围为30m，两次重叠长度应在5m以上。
2. 超前地质预测预报的方法及其内容
根据具体隧道地质情况、风险源及其风险等级，采取不同的超前探测方法，分别为地质调查法、物探法及超前钻探法。
2.1 地质调查法
突水突泥地质灾害的地质前兆预测经验
突水突泥地质灾害的地质前兆预测经验致导水通道与开挖临空面相连通或处于准连通状态，进一步的扰动会诱发地下水或与导水通道水力联系的其他水体突然涌入开挖区，发生突水突泥灾害。
突水突泥发生一般有先兆，是可预测预报的。
突水突泥地质灾害的先兆包括地质调查前兆、物探勘察的含水先兆以及临突水前的前兆。
1.突水突泥地质灾害的地质调查前兆特征在地下工程施工过程中，可通过观测钻孔出水情况或分析开挖揭岩的变化情况，获取一定的突水前兆信息，从而避免突水灾害。
①当采用超前钻孔探测时，钻进速率突然增大，钻孔开始出现喷水现象，喷距比较大，且呈浑浊状态或时喷时停者。
②在开挖过程中：掌子面附近岩出现锈状，且开始出现环状滴水或渗水现象者；揭岩体的岩性发生突变者，弱可溶岩进入强可溶岩的边界部；开挖过程中，发现黏土量增多，而涌水量有减小的趋势或出现大量的剥落碎块，掌子面无涌水现象者；突然遇到断层破碎带、褶曲向斜、裂隙密集带或岩溶管道不良地质，且揭岩明显湿化者。
③断层破碎带前兆:岩层中伴有牵引褶曲、弧形节理组成的小型帚状构造或反倾节理裂隙的出现，节理组数急剧增加可多达6～12组；开始有压碎岩、碎裂岩的出现，岩石强度明显降低；邻近富水断层下盘泥岩、页岩等隔水层明显湿化、软化或伴有淋水现象和其他水流痕迹。
④临近大型溶洞水体或暗河前兆:钻孔中涌水量剧增，且夹有泥沙或小砾石，或有凉风出，洞中有较大的流水声；施工过程中小溶洞出现的频率增加且多有水流、河沙或水流痕迹，裂隙、溶隙间含有较多的铁染锈或夹黏土，岩层明显湿化、软化，或伴有淋水现象。
⑤岩溶管道前兆:非断层破碎带出现岩层内倾牵引现象或内倾小断层，附近岩层易发生疏松、变暗等氧化现象，且可使岩层潮湿或泥化。
⑥淤泥带的前兆:频繁出现铁染锈裂隙或有水、无水小溶洞；若淤泥带中含水较多，钻孔中的用水量剧增且浑浊，并夹有大量泥沙和棱角尖锐的小碎石。
⑦邻近人为坑洞积水的前兆:掌子面空气变冷或出现雾气，岩层明显湿化、软化，或伴有淋水现象以及嘶嘶的水声，岩层裂隙有涌水现象；若为层老窑积水，则岩层中有暗红色水锈的出现。
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。
超前地质预测预报施工方法工艺及技术措施
超前地质预测预报施工方法工艺及技术措施1.1超前地质预报的原则本着“地表和洞内相结合、构造探测和水探测相结合、长中短期分阶段预报相结合”的原则，做到有疑必探、先探后掘，把超前地质预报纳入工序中；充分利用综合探测手段，进行超前地质预报，对不良地质段施工制定相应的技术措施。
1.2超前地质预报的方案根据现有的地质勘测资料，对隧道不良地质段进行补充地质探查。
在隧道工作面按照“由远至近，逐步加密”的方法进行探测。
⑴地面物探施工前期有条件时拟与设计单位或其它有资质的勘测单位对地表重点区段进行补充探查，从宏观上查明隧道通过的地层分布、构造及范围较大的不良地质体的空间位置，进一步掌握地表水的活动规律和分析与地下工程的相关性。
⑵洞内超前地质预报根据《铁路隧道超前地质预报规程》采用地质方法、钻探方法、物探方法相结合，长距离、中长距离、短距离预报相结合的综合预测预报手段。
①长距离地质预报主要采用地质分析法，根据设计提供的地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行宏观预测预报，预报距离一般在掌子面前方200m以上，并根据揭示情况进行不断的修正。
②中长距离预报是在长距离预报的基础上采用地震波反射法或声波反射法、深孔水平钻探等对掌子面前方30～200m范围内的地质情况作进一步的预报，如对不良地质体的位置、规模、性质作较为详细的预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况等。
③短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、红外探测、地质雷达和超前钻孔等方法进行预报，探明掌子面前方30m范围内地层岩性、地质构造、不良地质及地下水出露情况等，对可能有突泥、突水和其它不良地质情况的地段应进行钻孔验证。
1.3超前地质预报方法及工艺⑴超前地质预报方法超前地质预报方法主要有地质分析法、钻探法、物探法和超前导坑法等，采用单一的超前地质预报手段，不能够取得满意的效果时，应该将几种预报手段综合运用，取长补短，相互补充、印证。
超前地质预报
超前地质预报一、概述1、超前地质预报的目的（1）进一步查清隧道开挖工作面前方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几率和危害程度。
（3）为优化工程设计提供地质资料。
（4）为编制竣工文件提供地质资料。
2、超前地质预报的内容（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必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。
2、超前地质预报的方法地质调查法：包括补充地质调查、洞内开挖工作顾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必分析、地质作图等。
超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。
物探法：包括弹性波反射法（地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和陆地声呐法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测、高分辨率直流电法等。
超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。
超前地质预报长度的划分和预报方法的选择可执行以下规定。
长距离预报：预报长度100m以上。
可采用地质调查法、地震波反射法及100m以上的超前钻探法等。
中长距离预报：预报长度30~100m。
可采用地质调查法、弹性波反射法及30~100m的超前钻探法等。
短距离预报：预报长度30m以内。
可采用地质调查法、弹性波反射法、电磁波反射法、红外探测及小于30m的超前钻探法等。
二、超前地质预报实施1、断层预报断面预报可按以下步骤进行：（1）根据区域地质资料、工程地质平面图与纵断面图以及必要的补充地质调查，进一步核实断层的性质、产状、位置与规模等。
（2）采用弹性波反射法确定断层在隧道内的大致位置和宽度。
（3）必要时采用红外探测法、高分辨率直流电法探测断层带地下水的发育情况。
超前地质预报方案
引水隧洞超前地质预报工作实施方案一、概述该施工方案根据《金元水电站引水隧洞下段及调压室（JY/C3标）工程实施性施工组织设计》和金元水电站引水隧洞下段及调压室设计文件，结合现场实际情况，制定预报方案。
超前预报主要是加强施工期间的地质工作，是在开挖之前，除根据开挖时揭露出来的实际地质情况，校正补充地勘时未能查到的资料外，还要根据这些成果资料，分析推断掌子面前方的地质情况，是否存在前期勘察时没有查到的不良地质体，以便预先采取措施。
二、工程简介1、工程概况金元水电站引水隧洞下段（引11+000.000～管0+030.000）全长4518.226m，为马蹄型有压隧洞，隧洞开挖直径为4.7～5.3m。
引水隧洞⑥施工支洞总长为546.0m，⑦施工支洞现总长为370.000m，两支洞断面均为马蹄形，但开挖尺寸不同。
调压室上室与⑦支洞相接，长度180m，断面为马蹄型；调压室下室联通调压室上室和引水隧洞主洞，断面为圆形，开挖直径6.4m。
2、水文气象条件本工地气候属高原温带川西山地气候，主要特点是气温较低，冬季较长，日照充足，干湿季分明，立体气候特征明显。
控制该区的降水系统主要是太平洋东南气流，降水量自大渡河河谷地带向干支流上源随高程逐步递增。
本工地多年平均气温7.1℃，极端最高气温28.9℃，极端最低气温-14.7℃；多年平均降水量1014.7mm；多年平均相对湿度73%；月平均水温3.3℃～10.3℃，最低月平均水温1.2℃，河流没有出现结冰或冰封现象；多年平均年蒸发量1285.5mm；多年平均风速3.1m/s，历年最大风速20.0 m/s，相应风向E；多年平均日照时间1738h，年平均霜日84.9天，最大积雪深度为24cm。
3、隧道工程地质情况金元水电站引水隧洞下段沿线所穿越的地层岩性依次为：泥盆系下统下段、志留系、奥陶系，水平埋深在18m～978m。
本段隧洞穿越的地层区主要分布有白云岩、大理岩、灰岩、泥灰岩、砂岩、千枚岩、板岩及崩坡积物和泥石流混合堆积物。
隧道及地下工程超前地质预报工作管理办法
隧道及地下工程超前地质预报工作管理办法第一章概述近年来，全局承揽隧道及地下工程规模呈上升趋势，伴随着我国基础设施建设新一轮高潮到来,我局隧道工程数量越来越多,工程施工难度必将越来越大。
地下工程建设中对工程地质条件的认知和掌握程度是确保快速、安全修建的决定性因素之一。
为规范管理我局隧道及地下工程超前地质预报工作，确保超前地质预报工作的有效实施，及时、准确地为施工过程提供地质预报信息，做到信息化施工管理，特制定本办法。
第二章超前地质预报目的开挖前对地质情况的了解，对于隧道及地下工程施工有着十分重要的作用。
通过超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使施工单位提前做好施工准备，保证施工安全，同时还可节约大量资金。
所以隧道及地下工程超前地质预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资等具有重大的社会效益和经济效益。
第三章超前地质预报工作内容隧道及地下工程施工超前地质预报的内容一般包括：3.1 不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方一定范围内有无突水、突泥、岩爆及有害气体等，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施或建议；3.2 水文地质预报：预报洞内涌水量的大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响；3.3 断层及其破碎带的预报：预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定程度，提出施工对策；3.4 围岩类别及其稳定性预报：预报掌子面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等；3.5预测隧洞内有害气体含量、成分及动态变化。
第四章超前地质预报方法4.1 直接预报法4.1.1 水平钻孔利用水平钻机进行水平钻进，根据钻孔资料来推断隧洞前方的地质情况，钻孔数量、角度及钻孔深度可人为设计和控制。
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。
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故。由此可见， 煤矿水害已成为影响煤矿安全生产 的重大问题之一。在其它地下工程中， 也不乏地下 水问题引起的地质灾害。 地下水往往是和断层、 溶洞等不良地质相伴相 生的地质现象。断层、 溶洞等在无地下水的情况下， 对工程的危害相对较小， 一旦赋存丰富的地下水， 则 工程地质灾害的危险性和突发性陡然增加， 从某种 意义上说， 地下水危害已经成为影响地下工程安全 的重要因素。因此提前预报开挖面前方的含水情况 是相当必要的。 超前地质预报是结合现有地质资料， 通过各种 测量手段和分析方法， 对开挖面前方的地质情况提
地下工程突水灾害超前地质预报技术
周治国! ， 李爱兵" ， 唐孟雄!
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（ !# 广州市建筑科学研究院， $ 广东 广州$ %!&’’& ， "# 长沙矿山研究院， $ 湖南 长沙$ ’!&&!" ）
摘$ 要： 地下工程施工中， 地下水引起的地质灾害具有很大 的危险性和突发性， 有必要加强岩层地下水赋存情况的预测 预报。简要介绍了地下工程地下水超前地质预报的常用方 法， 总结了各自的优缺点， 认为 ()* 结合 +*, 的综合超前地 质预报方法有利于提高预报的准确性和可靠性。 关键词： 地下工程； 地下水； 超前地质预报技术 中图分类号： 0 (-.’% / # "!$ $ $ 文献标识码： 文章编号： !&&% 1 ".23 （ "&&2 ） &2 1 &&42 1 &’ !" #$%&%’()*& +,$-().(%" /$)0"%&%’($1 %2 3*.$, 1 4",510 6*7*,- (" 8"-$,’,%5"- 9"’("$$,("’ !"#$ !"%&$#! ，’% (%)%*&" ，+,*& -.*&/%#*&! （ !# +56789:;5 <7=>?>5>@ ;A B5?CD?78 )E?@7E@，+56789:;5， +5678D;78 %!&’’& ，F:?76； "# F:678=:6 <7=>?>5>@ ;A G?7?78 ,@=@6HE:，F:678=:6，I5767 ’!&&!" ，F:?76） :;1.,*).： -5H?78 E;7=>H5E>?;7 ;A 57D@H8H;57D @78?7@@H?78，J6>@H 1 ?7H5=: :696HD D5@ >; 57D@H8H;57D J6>@H ?= ;A>@7 D678@H;5= 67D =5DD@7# (:@H@A;H@，?> ?= 7@E@==6HK >; LH@D?E> >:@ ;EE5HH@7E@ 67D D?=>H?M5>?;7 ;A 8H;57DJ6>@H# (:?= L6L@H ?7>H;D5E@= E;NN;7CK 5=@D ?7 8@;C;8?E6C LH@D?E>?;7 >@E:7;C;8?@= ;A 57D@H8H;57D J6>@H A;H 57D@H8H;57D @78?7@@H?78，>:@ 6DO67>68@= 67D C?N?>6>?;7= ;A 6CC >:@=@ N@>:;D= 6H@ 676CK9@D# <> ?= E;7=?D@H@D >:6> =K7>:@>?E6C 8@;C;8?E6C LH@D?E>?;7 >@E:7;C;8K ;A E;NM?7?78 ()* J?>: +*, ?= :@CLA5C >; ?NLH;O@ >:@ O@H6E?>K 67D H@C?6M?C?>K ;A 57D@H8H;57D J6P >@H LH@D?E>?;7# <$= 3%,-1： Q7D@H8H;57D @78?7@@H?78，Q7D@H8H;57D J6>@H，+@P ;C;8?E6C LH@D?E>?;7 >@E:7;C;8K
!$ 涌水超前预报的必要性
地下煤矿在井巷开拓和煤层回采过程中， 若作 业场所处于含水层 （ 体） 的水位以下， 水体就会因失 去原有的平衡， 在重力作用下， 以各种形式向井巷或 采场涌出， 形成水害。我国煤矿床水文地质条件复 杂， 约有 !RS 的待开采煤炭储量受到较为严重的水 害威胁。历史上， 我国煤矿曾发生过数百次突水事
收稿日期： "&&2 1 &" 1 !2 基金项目： 科技部科研院所社会公益研究专项基金资助 （ "&&%-<B3X"33 ） ； 广东省自然科学基金资助 （ &23&!3"! ） # 作者简介： 周治国 （ !4." 1 ） ， 男， 湖南人， 高级工程师， 博士， 主要从事地下工程与岩土工程科研开发#
［ $$ ］ & 范围内及巷道底部的地质状况 。
针对探测地下含水体这一特殊问题。可以选用 合适的时频变换作为地质雷达时频分析手段， 探讨 地质雷达信号的时频规律。当雷达波穿过潜水体 时， 潜水面下的反射波组较潜水面上的反射波组高 频成分信号有较大的衰减。因而， 雷达波的时频分 析可以成为判断岩层是否含水的重要手段。在巷道 前方岩石破碎带中岩土含水率和矿化度都会发生变 化， 从而使破碎面上的介电常数与周围地层有很大 差异， 破碎面上反射波振幅能量明显比两侧基岩信
图 !" 单极 # 偶极法原理
号强， 其反射波同相轴连线为破碎带的位置。地下 水富集部位， 形成高频信号强吸收带， 因而在这些部 位雷达波波幅很弱。 " $ ’ &" ,-) 超前地质预报法 ,-) （ ,.//01 -023&24 )50624728/ ） 地质超前 预 报 系统是利用一个或两个高灵敏度的地震波接收器， 广泛收集由布置在巷道单侧壁上多个人工爆破激发 点所产生的地震波及其在围岩中传播时遇到不同反 射界面时的反射波， 并将其转化为电压脉冲信号， 记 录在计算机中， 然后通过分析这些信息， 计算反射界 面所在的位置， 进而结合具体的地质情况， 预测诸如 断层破碎带、 软弱岩层、 溶洞、 含水带等影响施工的 不良地 质 构 造 的 位 置、 宽 度、 产 状 等， 如图 9 所
［ %， "］
近 ’# 年来， 矿井电阻率探测技术在探查隐伏含 水体、 断层、 弱结构面、 溶洞以及岩层含水性方面有 非常明显的效果。使用超前电探测方法进行巷道掘 进面超前探测 （ 突水构造） ， 具有高效、 方便、 廉价之 特点， 为超前探测含水断裂、 判断破碎带的存在及是 否富水提供了较为可靠的依据。单极 ( 偶极电阻率
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矿 业 研 究 与 开 发! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 9%%> ， 9> （>） !
定。在同一点接收时， 相邻多个供电极依次供电， 既 能保证一定的观测覆盖率， 也可提高工作效率。
层的特征信息 （ 如介电常数、 层厚、 空洞等） 。目前 广泛采用探地雷达 （ ()* ） 技术探测开挖面前方 +%
［ )］ 法全空间测量原理如图 ’ 所示 。它利用单点电源
。
利用红外线探测隐伏含水构造， 主要是基于水 体本身的热性质。首先， 水的热导率比所有岩石的 热导率低， 对地下某一近水平的开挖空间来说， 如果 存在一个含水构造， 这个含水构造中的水体不论是 与巷道周围地层哪一部位发生水力联系， 由于水自 身的热导率很低， 都很难被岩温所同化。所有岩石 的比热均比水低， 水体能最大限度的储存冷温和热 温。此外， 由于水的热扩散率低， 因此从外部地层通 过构造通道运移到采掘水平的隐伏水体， 能够最大 限度的保持原来所在地层的水温。故动水和岩温总 是存在明显的温差。地温场理论指出， 地球浅部 # & %# $ 为变温带， %# & "# $ 为恒温带， "# $ 以下为 增温带。在增温带中， 处于同一水平的沉积岩， 如果 没有含水构造， 在有限的开挖范围内， 地温场是恒定 值。当开挖周围空间出现含水构造时， 正常温度将 会叠加上含水构造的背景场， 从而使正常地温场发 生畸变。当地温场发生变化， 开挖巷道周围介质所 辐射的红外波段长的能量也要跟着变化。利用红外 遥感技术进行施工前探水的主要手段是利用红外测 温仪测量开挖面的岩石温度， 连续获取岩石的温度 信息， 从温度异常点判断含水构造。测试过程是首
* 级供电， 另一电极 + 置于 “ 无穷远” ， 测量电极为 ,、 -， 在均匀介质中， 点电源 * 形成的等位面为球 面， 测量电极 ,- 所测电位差是 ,- 之间球壳的体 积范围内电位差。若此球壳体积范围内有电性异常 体 （ 如含水断层） 存在， 则其电阻率就会发生变化。 因此在巷道后方通过观测视电阻率的变化， 就可以 判断巷道前方是否存在地质异常体。巷道前方断层 的上下盘及破碎带可看作是电阻率不同的 " 种介 质。当断层破碎带含水时， 它与围岩相比是低阻体， 而当破碎带不含水时、 则为高阻体， 因此可以通过研 究全空间下 " 层介质的点电源电场分布， 来求解点 电源单极 ( 偶极电阻率法超前探测的理论视电阻率 曲线。 采用单极 （ 供电）& 偶极 （ 接收） 装置工作， 即一 个供电极 （ * 极） 位于工作面一侧巷道内某处， 另一 个供电极 （ + 极） 为无穷远， 测量电极对 （ ,、 - 极） 在 与供电极 （ * 极） 正对位置两侧一定范围内 （ 该范围 的大小与工作面宽度有关） 多点接收， ,、 - 极一般 布于巷道两侧壁， 为保证测量的可靠性， ,、 - 极必 须与侧壁接触良好。供电极一次可布设多个 （ 供电 极系） ， 其间距可依探测目标的规模和探测精度而