隧道及地下工程超前地质预报技术介绍

► 规模高压涌突水 ， 最大一次达 3 . 3 m 3 /s ， 水头高达 规模高压涌突水， 最大一次达3 /s，
1.4MPa，贯通时总涌水量达 1.63m3/s，致使该隧道 MPa，贯通时总涌水量达1 63m /s， 建设工期达16 年之久； 日本的万之濑(lai) 16年之久 (lai)川引水 建设工期达 16 年之久 ； 日本的万之濑 (lai) 川引水 隧道（ km） 在施工中出现严重涌突水， 隧道 （ 8 . 2 km ） ， 在施工中出现严重涌突水 ， 最大 水量2 /s，水头压力高达1 45MPa 致使5 MPa， 水量2.4m3/s，水头压力高达1.45MPa，致使5次改变 施工方案， 延误工期近2 1992年竣工的辛普伦 施工方案 ， 延误工期近 2 年 ； 1992 年竣工的辛普伦 双孔单线隧道是穿越阿尔卑斯山的第四座特长隧道， 双孔单线隧道是穿越阿尔卑斯山的第四座特长隧道， 施工期间发生的特大规模涌水，涌水量达13 13. /s， 施工期间发生的特大规模涌水， 涌水量达13.4 m3/s， 水温高达 47 ~ 56 ℃ ； 前苏联的贝阿铁路北穆隧道 13. km） 最大涌水量达60 60× /d。 （长13.5km），最大涌水量达60×104m3/d。这些工 程事例表明岩溶和涌突水以及煤层瓦斯等给工程本 身 和 周 围 环 境 造 成 极 大 的 危 害 。 ► 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， 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 工程施工安全的前提， 的重要因素。 的重要因素。
很多人在问， 很多人在问，目前经常采用的预报手段到底有 哪些、原理是什么、有哪些优缺点、适用范围如何、 哪些、原理是什么、有哪些优缺点、适用范围如何、 在工程中该如何选择、准确度怎样？在断层、岩溶、 在工程中该如何选择、准确度怎样？在断层、岩溶、 煤层瓦斯等预报中采取什么样的预报方案比较合适？ 煤层瓦斯等预报中采取什么样的预报方案比较合适？ 结合刚发布一年多的行业标准， 结合刚发布一年多的行业标准，今天与大家共同探 讨。
3.2 超前地质预报的主要工作内容如下： 超前地质预报的主要工作内容如下： 地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、 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； 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 地质构造预测预报， 断层、节理密集带、 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； 整性的构造发育情况的预测预报； 不良地质预测预报， 3 不良地质预测预报，特别是对 岩溶、人为坑洞、 岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测 预报； 预报； 地下水预测预报， 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、 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。 地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。
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道部的委托，中隧集团主编的铁道部行业标准《 道部的委托，中隧集团主编的铁道部行业标准《铁 路隧道超前地质预报技术指南》2008年 路隧道超前地质预报技术指南》2008年8月发布实 施，这是国内外第一部专门关于超前地质预报的标 体现了国内外在超前地质预报方面的发展水平， 准，体现了国内外在超前地质预报方面的发展水平， 填补了国内外在该领域无规范、无规程可依的空白。 填补了国内外在该领域无规范、无规程可依的空白。
► 特别是进入二十一世纪以后，超前地质预报在我国 特别是进入二十一世纪以后，
成为一热点技术， 成为一热点技术 ， 隧道及地下工程界对此非常重 地质条件极为复杂、堪称“五毒俱全” 视 ， 地质条件极为复杂 、 堪称 “ 五毒俱全 ” 的渝 怀铁路圆梁山隧道是我国第一座全面系统进行超前 地质预报的隧道。2005年中隧集团编写的 年中隧集团编写的《 地质预报的隧道。2005年中隧集团编写的《岩溶地 区隧道超前地质预测预报工法》 区隧道超前地质预测预报工法》通过集团公司级评 鉴定为集团公司级工法； 2006年中隧集团主 审 ， 鉴定为集团公司级工法 ； 2006 年中隧集团主 编的企业标准《 编的企业标准 《 客运专线铁路隧道工程施工技术 规 范 》 在 国 内 外 第 一 次
►1.2
超前地质预报发展的历史及现状 ► 隧道超前地质预报在二十世纪八十年代 国内外还基本处于起步阶段。我国在五、 前，国内外还基本处于起步阶段。我国在五、 六十年代修建川黔铁路凉风垭隧道、 六十年代修建川黔铁路凉风垭隧道、成昆铁路 时开始采用以地质法为主的地质超前预报工作。 时开始采用以地质法为主的地质超前预报工作。 八十年代以来， 八十年代以来，国内外隧道施工超前地质预 报技术得到了长足的发展， 报技术得到了长足的发展，地质条件复杂及 衡广复线大瑶山隧道、 当时具有里程碑地位的衡广复线大瑶山隧道、 大秦铁路军都山隧道皆开展了部分超前地质预 报工作； 报工作；
►4
隧道超前地质预报可采用地质调查与勘探 相结合、物探与钻探相结合、 相结合、物探与钻探相结合、长距离与短距 离相结合、地面与地下相结合、 离相结合、地面与地下相结合、超前导坑与 主洞探测相结合的方法， 主洞探测相结合的方法，并对各种方法预报 结果综合分析，相互验证，提高预报准确性。 结果综合分析，相互验证，提高预报准确性。 ► 5 超前地质预报的结果应体现及时性，超前 超前地质预报的结果应体现及时性， 地质预报实施单位应及时将预报成果报送有 关各方。 关各方。 ► 6 超前地质预报是勘察设计阶段工程地质工 作的延续， 作的延续，应进行实际地质状况与设计的对 比分析，总结经验教训， 比分析，总结经验教训，不断提高隧道工程 地质勘察质量。 地质勘察质量。
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►3
施工单位在开工前应编制超前地质预报实 施大纲，并纳入实施性施工组织设计， 施大纲，并纳入实施性施工组织设计，按程 序审查和批准后负责组织实施； 序审查和批准后负责组织实施；应及时将超 前地质预报成果报监理、勘察设计、 前地质预报成果报监理、勘察设计、建设单 位，并对超前地质预报成果及数据的真实性 负责。 负责。 ► 4 监理单位应对隧道超前地质预报实施过 程进行监理， 程进行监理，负责监督检查施工单位现场专 业技术人员（地质、物探）数量及能力、 业技术人员（地质、物探）数量及能力、设 备类型及数量、 备类型及数量、超前地质预报的实施和数据 采集以及相关协调工作等。 采集以及相关协调工作等。
► 将超前地质预报技术作为专门章节列入规范；受铁 将超前地质预报技术作为专门章节列入规范；
但由于地质条件的复杂多变， 但由于地质条件的复杂多变，目前还没有哪一 种仪器和设备能解决所有的地质问题， 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， 论与技术仍需完善，仪器和设备仍需不断更新 改进。 改进。
► 衡广复线南岭隧道，施工时地表水通过岩溶 衡广复线南岭隧道，
裂隙下渗，多次发生涌水突泥，导致地表塌 裂隙下渗，多次发生涌水突泥， 井水枯竭、河水断流；2006年 21日 陷、井水枯竭、河水断流；2006年1月21日10 50分 时50分，宜万铁路马鹿箐隧道出口平导 PDK255+978.1，即距洞口3152m 3152m处的掌子面拱 PDK255+978.1，即距洞口3152m处的掌子面拱 顶突发透水事故，15分钟内涌水量达 顶突发透水事故，15分钟内涌水量达 18× 造成重大人员伤亡和经济损失； 18×104m3，造成重大人员伤亡和经济损失； 2005年12月22日14时许四川都江堰至汶川高 2005年12月22日14时许四川都江堰至汶川高 速公路董家山隧道发生瓦斯爆炸事故， 速公路董家山隧道发生瓦斯爆炸事故，造成 44人死亡 11人受伤 人死亡， 人受伤； 44人死亡，11人受伤；日本东海道干线旧丹 拿隧道（ 7.84km）1981年开工后曾 年开工后曾6 拿隧道（长7.84km）1981年开工后曾6次遇到 大
3 超前地质预报的目的、任务及工作内容 超前地质预报的目的、
3.1 超前地质预报的目的及任务 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， 地质与水文地质条件，指导工程施工的顺 利进行； 利进行； 降低地质灾害发生的机率和危害程度； 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； 为优化工程设计提供地质依据； 为编制竣工文件提供地质资料。 4 为编制竣工文件提供地质资料。
隧道及地下工程 超前地质预报技术介绍
讲解 提 纲
• • • • • • • • • • • 1 国内外历史及现状 2 超前地质预报工作的管理 超前地质预报的目的、 3 超前地质预报的目的、任务及工作内容 4 超前地质预报的主要手段 5 地质复杂程度分级及超前地质预报方案 6 工艺流程及操作要点 7 临近隧道内不良地质体的前兆标志 材料、 8 材料、机具设备及劳动组织 9 安全措施 10 预报实例 11 存在问题
2.2 超前地质预报队伍的管理 ► 承担地质条件复杂隧道的施工单位应具 有实施超前地质预报的工作能力， 有实施超前地质预报的工作能力，或委托有 经验的超前地质预报专业化队伍实施， 经验的超前地质预报专业化队伍实施，并纳 入现场施工组织管理；超前地质预报实施单 入现场施工组织管理； 位应根据预报方案和合同规定配备足够的专 业人员和仪器设备，仪器设备的性能、 业人员和仪器设备，仪器设备的性能、精度 及效率应能满足预报和工期的要求。 及效率应能满足预报和工期的要求。
1
► 1.1
国内外历史及现状
超前地质预报的重要性 ► 突泥、突水、 突泥、突水、煤层瓦斯突出及爆炸是隧道建 设中的主要工程地质问题， 设中的主要工程地质问题 ， 甚至为制约隧道建 设工期及能否安全运营的关键。如雅砻(long) 设工期及能否安全运营的关键 。 如雅砻 (long) 江锦屏二级电站地质探洞施工曾三次遇到特大 规模的高压涌水，其中探洞3948 3948m 规模的高压涌水，其中探洞3948m处突水射程达 35~37m 流量0 61m /s，冲毁施工设施， 35 ~ 37 m ， 流量 0 . 61 m 3 /s ， 冲毁施工设施 ， 疏干 地表岩溶大泉， 地表岩溶大泉 ， 致使使用该泉水发电的电站关 衡广复线大瑶山隧道（14.295km 涌突水， km） 闭；衡广复线大瑶山隧道（14 . 295 km）涌突水 ， 冲毁施工设施， 淹没竖井，延误建设工期， 冲毁施工设施 ， 淹没竖井 ， 延误建设工期 ， 引 发地表岩溶塌陷、水源枯竭、 居民生产、 发地表岩溶塌陷 、 水源枯竭 、 居民生产 、 生活 用水困难等一系列的环境地质问题；