隧道超前地质预报精品PPT课件

3.4 电磁波（地质雷达）法
该法采用连续扫描电磁波反射曲线的叠加，利用电磁 波在掌子面前方岩层中的传播、反射原理，根据测到的 反射脉冲波走时计算反射界面距施工掌子面的距离。
地质雷达法是目前分辨率最高的地球物理方法，但其 预报距离短，且易受洞内机器管线的干扰，目前多用于岩 溶洞穴、含水带和破碎带的探测预报。
岩溶带雷达波形
岩溶实际照片
富水带探测
富水带是含水量大的岩体区域，在隧道开挖后 很可能产生涌水现象，水的相对介电常数较大， 当岩体含水量较大时，介质的介电常数有较大的 增大，而电磁波在介质中的传播速度则会降低， 这样反射波表现较强的正峰异常，同出现强反射， 有时亦会内产生绕射、散射现象，导致波形紊乱， 频率成分由高频向低频剧变。
芯
采
取 率
高：节理、裂隙不发育，岩石完整系数高
岩芯 鉴定
确定不同岩性地层在掌子面前方的分布 状况，以及不同岩性地层在轴线上的长 度。
岩芯钻机
缺点：
成本高 速度慢 影响工期 探测结果仅为一孔之见，难以形成面 遇软弱岩层取芯困难 对岩溶隧道布孔位置带有偶然性 遇水或瓦斯地层时会遇到意想不到的问题
当需达电磁波传播到裂隙表面时，会产生较强的界 面反射波，同相轴的连续性反映了裂面是否平直、连 续;在穿越裂隙的过程中会产生绕射、散射、波形杂 乱、波幅变化大，反映出裂隙内充填物的不均匀性。
3.5 TSP/TGP法
采用TSP/TGP进行超前地质预报，其原理主要应用震动波的回声原 理，现场实施时先在隧道左侧或者右侧布置18～24个爆破点，各爆 破点孔深1.5m，间距1.5m，成直线排列，作为爆破震动声源，并在 爆破点以外距离20m处布设接收炮孔，接收孔深2.0m，与爆破孔成 一条直线，接收孔可在隧道一侧或双侧进行设置，如下图所示。爆 破孔及接收孔布置好后，在爆破孔内安放雷管进行爆破以激发震动 声源，在接收孔内安放接收器以采集岩体内的震动波传播情况，整 个数据采集过程均由专业软件进行。
断层破碎带探测
在完整岩石与断层破碎带接触界面的两侧，由于破碎 带内岩石的孔隙度和含水率均比完整岩石要大，而孔隙度 和含水率对介质的介电参数等有较大影响，这就造成接触 带两侧存在一定的波阻抗差异，致使电磁波在穿过界面进 入破碎带内后其反射波能量增强、波形幅值增大，穿过破 碎岩层时视其胶结程度而使得波形比较杂乱。
覆盖层太厚、植被良好不易进行地质调查和勘探的隧道
可能因开挖造成环境生态破坏的隧道
预 测 地 质 剖 面
实 测 地 质 剖 面
隧道地质超前预报的主要内容包括：
断层及其影响带和节理密集带的位置、规模和性质 软弱夹层（含煤层）的位置、规模及其性质 岩溶发育位置、规模及其性质 不同岩类间接触界面的位置 工程地质灾害可能发生的位置及规模 隧道围岩级别变化及其分界位置 不同风化程度的分界位置 不良地质体（带）成灾的可能性 隧道涌水的位置、水压及水量 隧道围岩级别的变化及分布
岩溶探测
岩溶与其周围的介质存在着较明显的物性差异，尤其 是溶洞内的充填物与可溶性岩层之间存在的物性差异更明显。 这些充填物一般是碎石土、水和空气等，这些介质与可溶性 岩层本身由于介电常数不同形成电性界面。
当有岩溶发育时，反射波波幅和反射波组将随溶洞形态 的变化横向上呈现出一定的变化。一般来说，溶洞雷达图像 的特征是被溶洞侧壁的强反射所包围的弱反射空间，即界面 反射是强反射，且常伴有弧形绕射现象;溶洞内的反射波则 为弱反射:低幅、高频、波型细密，但当溶洞中充填风化碎 石或有水时，局部雷达反射波可变强。
预报过程
3.3 超前水平钻孔
通过钻速测试、岩芯采取率统计、钻孔岩芯 鉴定等来确定掌子面前方地层的展布、岩石的软 硬程度、岩体完整性、可能存在的断层、空洞的 分布位置，从而进行地质超前预报。
高：软质岩
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钻
低：硬质岩
速
卡钻：节理裂隙发育或断层破碎带
急剧加快：空洞
岩 低：节理、裂隙发育，岩石完整系数低
公路隧道超前地质预测预报技 术
2010年07月25日
隧道地质超前预报概论
隧道地质 超前预报
广义： 工程可行性阶段、勘察设计阶段和 施工阶段的预报。
狭义： 隧道施工期的超前地质预报
隧道施工期超前地质预报的定义：
根据隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势和采用各种地 球物理探测手段对隧道施工掌子面前方地质情况的探测结果， 结合洞内外地质调查、掌子面素描结果和预报人员地质经验， 对隧道前方可能遇到的不良地质体及由此可能引发的地质灾害 的性质、分布位置、规模的预测。
隧道地质超前预报的主要方法有
正洞地质素描
地
质
超前水平钻孔法
类
超前导坑法
声波测试
物
红外探水
探
类
电磁波法
弹性波法
地质法超前地质预报
该方法根据隧道洞内外调查结果和隧道施工期掌 子面地质条件调查结果，如岩体结构面产状及发育情 况、岩体破碎程度、岩石变质程度等变化特征，通过 地质作图及构造相关性分析，由地面构造产状推测其 在地下隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面岩体 结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质 程度推测掌子面前方可能出现的构造及其性质，进行 超前预报。内容包括：掌子面前面是否存在断层、不 同围岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失 稳破坏形式等。
在雷达剖面上的波场特征为:地层反射波发育，同相轴 错断，反射波振幅能量明显增强，电磁波频率发生变化， 有时候会出现断面波、绕射波。因此，根据地质需达的波 形特征及相关地质资料，可以判明破碎带的厚度以及它与 完整岩石的界面。
断层破碎带波形
断层破碎带实际照片
裂隙密集带探测
裂隙密集带主要存在于断层影响带、岩脉带及软弱 夹层中，由于裂隙内有不同成分、不均匀的充填物， 与周边围岩形成电性差异，因此具有采用地质需达探 测岩体中裂隙存在的地球物理基础。
由于可行性研究阶段和勘察阶段投入的限制，依据既有 地质资料和有限的钻孔地质资料、水文地质资料、物探资料 及钻孔岩石岩心物理力学试验资料做出的施工设计与实际不 符的情况经常出现，隧道地质超前预报在下列情况下显得尤 为重要：
深埋长大隧道
地质复杂隧道
水下隧道
可能存在大断层、岩溶、大量涌水涌泥、岩爆、瓦斯突 出等工程地质灾害的隧道