超前地质预报实施方案(隧道通用版)

目录
1 开展超前地质预报的必要性 (1)
2 工程概况 (1)
3 各隧道地质概况 (1)
3.1石鼓山隧道 (1)
3.2王家和隧道 (2)
3.3马鞍山隧道 (3)
3.4冯家塬隧道 (3)
3.5清姜隧道 (3)
3.6塔稍村隧道 (4)
4 编制依据 (5)
5 实施超前地质预报的目的 (5)
6 超前地质预报的技术 (5)
6.1超前地质预报方法选择 (5)
6.2超前地质预报的关键技术问题的对策 (6)
7 超前地质预报的主要内容 (8)
8 本标段隧道采用的预报方法及其适用范围 (8)
8.1本标段隧道采用的预报方法 (8)
8.2适用范围 (9)
9 超前地质预报工作流程及技术要求 (10)
9.1超前地质预报工作流程 (10)
9.2超前地质预报技术要求 (12)
10 超前地质预报重点难点分析及对策 (21)
10.1超前地质预报重点 (21)
10.2超前地质预报难点及对策 (22)
11 超前地质预报组织机构 (23)
12 设备配置 (24)
13 安全措施 (24)
14 附件 (25)
隧道超前地质预报方案
1 开展超前地质预报的必要性
隧道工程设计的基本依据是地质勘查资料，而隧道施工的主要依据是设计文件。

大量的隧道工程建设实践表明，地质勘察精确、经费等诸多条件的限制，根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生，由此而来的隧道洞身塌方、涌水、涌泥、涌砂、岩爆、瓦斯爆炸等灾害时有发生，从而给隧道施工造成极大的危害。

因此在隧道施工期间，采取各种技术、手段和方法对隧道掌子面前方地质条件进行及时准确的预测，是提前采取预防措施、避免灾害的发生、减少因灾害发生的损失和保证隧道施工安全的需要。

必须将超前地质预报纳入施工工序，必须认真、坚持，真正使预报能起到指导施工的作用。

2 工程概况
标段内共含隧道6座，总长度为双线13.707km。

其中主要含正洞13264m、洞口及明洞443延米、辅助坑道716延米。

经专家评定一级风险隧道1座，二级风险隧道5座。

由于清姜隧道元古界变质岩受地质构造影响严重，断裂带发育，地质条件复杂，在施工中可能存在突涌水、坍塌及变形等风险，根据设计隧道参照高风险隧道进行超前地质预报工作，建议施工时按高风险隧道进行管理。

主要高风险隧道汇总见下表。

宝兰客运专线一标高风险隧道汇总表
3 各隧道地质概况
3.1 石鼓山隧道
（1）工程概况
石鼓山隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的马营镇凉泉村附近，隧道起讫里程DK639+430～DK643+760，隧道长4330m，为双线隧道，最大埋深约130m；该隧道设辅助坑道两座，长度分别为361m及207m。

（2）地质概况
该隧道地处黄土残塬区，地形起伏较大，地面高程约629～740m，植被较发育。

隧道洞身通过的地层主要以第四系上-中更新统风积黏质黄土、冲积粉质黏土、砂类土及第三系泥岩为主，进出口段为第四系风积黄土。

隧道进口表层黏质黄土具Ⅱ自重湿陷性，出口表层黏质黄土Ⅳ级自重湿陷性，湿陷土层厚度15～18m。

该隧道多次通过浅埋沟谷，预测该隧道正常涌水量约12633m3/d，可能最大涌水量约31582m3/d。

（3）主要工程地质问题
根据隧道工程地质、水文地质条件的综合分析，预测隧道施工中在通过浅埋沟谷及较破碎的第三系地层、第四系松散层时有产生坍塌、突水、突泥；部分段落处于第四系覆盖层与第三系泥岩的接触面，隧道埋深较浅，施工中局部可能产生渗滴水现象。

3.2 王家和隧道
（1）工程概况
王家和隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的石鼓镇王家河村。

隧道起讫里程DK643+950～DK644+450，全长500m。

为双线隧道，最大埋深约82m。

（2）地质概况
该隧道位于渭河南岸黄土残塬区，区内地形起伏较大，相对高差约102m。

该隧道进出口位于第四系风积黏质黄土层中，隧道洞身通过的地层为第四系粉质黏土、中砂、粗圆砾土层及第三系强风化泥岩及砾岩。

第三系泥岩具中等膨胀性。

隧道进、出口黏质黄土具Ⅲ级（严重）自重湿陷性，湿陷厚度9～13m。

（3）主要工程地质问题
由于该隧道局部段落处于第四系覆盖层与第三系地层的接触面、黄土与砂类土接触带，施工中局部可能产生渗滴水现象，且该隧道埋深较浅，施工中容易产生坍塌掉块，地表变形可能。

3.3 马鞍山隧道
（1）工程概况
马鞍山隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的石鼓镇马鞍山。

隧道起讫里程DK644+583～DK644+970，全长387m。

为双线隧道，最大埋深约109m。

（2）地质概况
工点区位于渭河南岸黄土残塬区，马鞍山所在的黄土山梁中，地形起伏较大，地面高程约650～765m，相对高差115m，植被较发育。

该隧道出口通过的地层主要为第四系上-中更新统风积黏质黄土，洞身主要为第四系中更新统细、粗圆砾土。

隧道进口段第四系风积黏质黄土具Ⅲ级（严重）自重湿陷性，湿陷厚度9m；出口段具Ⅱ级（中等）自重湿陷性，湿陷厚度5m。

（3）主要工程地质问题
由于洞身处于第四系松散层中，且隧道埋深较浅，第四系松散层层间结合力较差，施工中容易产生坍塌掉块，甚至冒顶现象。

3.4 冯家塬隧道
（1）工程概况
冯家塬隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的神农镇，该隧道位于黄土残塬区。

隧道起讫里程DK645+102～DK646+350，全长1248m。

为双线隧道，最大埋深约108m。

（2）地质概况
工点区位于渭河南岸黄土残塬区，地形起伏较大，地面高程约655～758m，相对高差103m，植被较发育。

该隧道出口通过的地层主要为第四系上-中更新统风积黏质黄土，洞身主要为第四系中更新统粉质黏土、细、粗圆砾土，第三系强风化泥岩。

隧道进口Ⅱ级自重湿陷性，湿陷厚度10～15m；第三系泥岩具有中等膨胀性。

（3）主要工程地质问题
由于洞身处于第四系松散层及强风化泥岩中，且隧道埋深较浅，第四系松散层层间结合力较差，施工中容易产生坍塌掉块，甚至冒顶现象。

3.5 清姜隧道
（1）工程概况
清姜隧道位于渭河南岸黄土残塬区与西秦岭北缘中山区的过渡带，起讫里程DK647+923.50～DK650+236，全长2312.50m，为双线隧道。

隧道进口端为清姜河特大桥，出口端为塔稍沟大桥，隧道最大埋深约330m。

（2）地质概况
该隧道地处渭河南岸黄土残塬区与西秦岭北缘中山区的过渡带，地面高程一般为666.8～928.8m，自然坡度约20°～45°之间，地形起伏相对较大，相对高差100～250m，沟壑发育。

该隧道进口及顶部主要为第四系上-中更新统风积-冲积黏质黄土，隧道洞身及出口主要为下元古界片岩夹大理岩，压碎岩及断层角砾。

隧道进口表层黏质黄土具Ⅲ级严重自重湿陷性，湿陷土层厚度约8～12m。

（3）主要工程地质问题
由于该隧道进口为第四系地层覆盖，隧道出口及洞身主要为为元古界片岩夹大理岩，进口段局部通过燕山期花岗岩，由于元古界地层时代老，受构造影响严重；隧道洞身通过两条次级断裂，隧道施工中有产生坍塌、掉块可能。

3.6 塔稍村隧道
（1）工程概况
塔稍村隧道地处陕西省宝鸡市西南侧，位于渭河南岸南陇山与西秦岭中低山区。

隧道起讫里程DK650+421～DK655+347，全长4926m，为双线隧道，最大埋深约360m。

（2）地质概况
该隧道地处渭河南岸南陇山与西秦岭北缘中低山区，地面高程一般为1125～670m，自然坡度约30°～50°之间，地形起伏相对较大，相对高差100～360m。

该隧道洞身通过的地层主要为下元古界片岩夹大理岩，断层糜砾及压碎岩等。

隧道南侧约1km处即为花岗岩侵入接触带，受渭河断陷盆地影响严重，褶皱及断裂构造十分复杂，通过f1-1及f2断层，断层带宽度约50～100m，受断层带影响，断带两侧岩体极为破碎，且该隧道多次穿过浅埋沟谷；预测该隧道正常涌水量为6559m3/d，可能出现的最大涌水量为19677m3/d；沟谷内具有常年流水，对隧道工程影响较大。

（3）主要工程地质问题
结合该隧道的工程地质及水文地质条件，且由于隧道多次下穿浅埋沟谷，局部通过断层破碎带、低阻带，整体岩体较破碎，工程地质条件复杂；隧道施工中可能存在突水、突泥可能，尤其是在通过断层破碎带、低阻带及浅埋沟谷时，有产生坍塌可能。

4 编制依据
(1)铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105号）；
(2)铁路隧道设计规范、施工规范、施工指南和验收标准；
(3)宝兰高速铁路陕西段BLZQ-1标隧道施工图纸。

5 实施超前地质预报的目的
在充分分析利用既有勘察设计资料的基础上，采用地质编录、掌子面地质素描、物探超前地质预报、超前钻探相结合的综合超前地质预报方法，分析掌子面前方围岩的地质条件，预测施工中可能发生的地质问题，并提出工程措施建议，保证施工安全。

1、进一步查明掌子面前方隐伏的地质问题及对施工的影响，降低地质灾害发生的风险，进而指导隧道施工顺利进行，降低隧道施工风险；
2、预测施工中可能发生的主要地质问题，分析其对施工的影响，并制定应急预案，避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害的发生，保证隧道施工安全。

6 超前地质预报的技术
6.1 超前地质预报方法选择
隧道超前地质预报的方法和种类较多，常用的有地质调查法、物探法和超前地质钻探等，每种方法又具有一定的局限性，且每座隧道的地质条件各不相同。

因此，预报方法的选择一定要结合隧道的地质条件进行综合分析，对地质条件较简单的隧道，可采用洞内地质编录的方法，对掌子面前方的地质条件进行预测；对地质条件比较复杂的隧道，在采用地质编录的基础之上，在地层分界线、角度不整合接触带、物探异常段、富水段等地质条件较复杂的地段TSP基本贯通，在富水带采用红外探水，浅埋段地层分界线采用地质雷达等方法进行预报；对高风险隧道在采用洞内地质编录的基础上，采用物探超前地质预报方法（TSP、地质雷达、红外探水等），
对隧道掌子面前方的地质条件进行预报；对富水段、物探超前地质预报异常段，在地质编录、物探超前地质预报（TSP、地质雷达、红外探水）的基础上，采用超前水平钻探进行超前地质预报，以确定物质组成、富水情况等，分析施工中可能存在的地质问题，并提出工程措施建议。

综观近年来物探超前地质预报的发展状况，以TSP技术为代表的弹性波法是几种物探预报方法中适用范围最广、效果最明显的一种预报方法。

因此物探预报以TSP技术为主，其它物探方法可以作为辅助手段，在关键位置和异常段进行验证。

6.1.1加强地质编录工作的各个环节和针对性，对施工前方可能出现的地质情况进行分析推断，为物探预报提出明确的任务目标，并提供详尽的已有地质信息。

6.1.2物探预报以TSP技术为主，以地质雷达探测和红外探水预报为辅。

加强对隧道弹性波场特征的研究和认识，必要时采用先进地震仪进行波场调查，确保观测系统设计和现场工作布置的合理性；对重要异常要采用相应的、针对性更强的数据处理手段和地球物理反演方法加以分析确认。

除了两次相邻TSP预报的异常印证外，在可能的突涌水段要采用地质雷达法和红外探水法加以验证并预报富水程度。

6.1.3为了提高预报在关键地段的准确性，在可能的突涌水段采用超前水平钻探进行确认。

另外，隧道施工过程中，每循环进尺均应有一定数量的钻孔（不同部位），加深3m以上进行超前地质预报，揭示异常情况的钻孔资料也可作为技术资料保存。

6.2 超前地质预报的关键技术问题的对策
本项目隧道超前地质预报的关键技术问题就是通过综合超前地质预报手段查明主要地质界线（包括地层岩性等）在隧道洞身的实际位置，进一步确定物质成分、宽度、富水程度、工程性质；确定隧道涌水量的大小，预测掌子面前方有无突涌水等施工风险。

对关键技术问题的准确预报，是保证隧道优质、高效、安全施工的基础。

（1）断层破碎带预报
断层是隧道开挖过程中常见的对隧道围岩稳定性影响较大的构造形式之一，是地下水的富集场所和运移通道，隧道内塌方、突泥、突水多与其
有关。

断层预报以地质调查法为基础，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地质调查，进一步核实断层的性质、产状、位置与规模等，采用地震波反射法为主，确定断层在隧道内的大致位置和宽度，必要时采用超前钻探预报断层的确切位置和规模、破碎带的物质组成以及地下水的发育情况等，采用隧道内地质素描、断层趋势分析等手段预报断层的分布位置。

断层预报程序见下图。

图6-1 断层预报程序图
(2)涌水、突泥预报
隧道涌水与开挖工作面前方存在的含水构造（节理裂隙密集发育的破碎含水岩体）密切相关。

隧道涌水、突泥预报以采用地质调查法为基础，结合多种物探手段及超前水平钻探进行综合超前地质预报。

在可能发生涌水、突泥的地段进行超前钻探时必须设有防突装置。

斜井工区、隧道反坡施工地段处于富水区时，超前钻探作业时应做好突涌水处治的方案。

隧道涌水、突泥预报程序见下图。

图6-2 隧道涌水突泥预报程序图
7 超前地质预报的主要内容
7.1根据隧道特点主要预报以下内容：
7.7.1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岩体完整情况，是否存在大型坍塌及突水、突泥等的可能性，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施或建议。

7.2.2水文地质预报：预报洞内突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。

7.2.3断层界面及其破碎带的预报：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。

7.2.4围岩类别及软弱围岩稳定性预报：预报掌子面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其软弱夹层、位置、宽度、充填状态、富水情况和稳定性，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。

8 本标段隧道采用的预报方法及其适用范围
8.1 本标段隧道采用的预报方法
8.1.1地质素描法；
8.1.2地质雷达法；
8.1.3地震波发射法（TSP）；
8.1.4红外线探水；
8.1.5超前钻探法。

8.2 适用范围
表8-1 各隧道超前地质预报段落一览表
9 超前地质预报工作流程及技术要求
9.1 超前地质预报工作流程
本项目采用TSP、地质雷达、红外探水等物探方法为主，结合超前钻孔、地质编录等手段对隧道掘进施工进行超前地质预报，隧道超前地质预报按下图所示的工作程序进行，各主要预报方法程序如图9-1
图9-1隧道超前地质预报工作程序框图
9.1.1结合设计资料，对隧道沿线的工程地质特点、水文地质特点进行分析与预测。

9.1.2中长距离TSP预报：对掌子面前方100～150m范围内的较大地质构造及地层界线进行预报，预测围岩级别。

9.1.3短距离地质雷达、红外探水预报：对掌子面前方及侧壁30m范围内的各类型结构面及地下水进行预报，并对TSP预报成果进行复核与验证。

隧道掘进施工超前地质预报应结合勘察设计单位地质勘察资料及横
洞、斜井预报成果资料进行综合分析，掌握隧道围岩工程地质与水文地质特点、物理参数，提交准确的预报成果，以指导隧道的施工。

图9-2 预报方法程序框图
9.2 超前地质预报技术要求
9.2.1收集、熟悉地质资料
了解隧道区宏观地质环境、大型构造形迹的发育分布规律以及隧道围岩地质构造发育情况、岩体节理裂隙发育程度、岩体完整性、岩石(体)强度、地下水发育情况等；掌握全隧道的地质背景，存在不良地质问题的段落，还要知道各段围岩的稳定程度、可能发生地质灾害的位置、规模、性质。

9.2.2地质编录
由专业地质人员对隧道及辅助坑道的工程地质、水文地质特征进行详细的地质编录，对已开挖段地质状态进行详细真实的描述，可作为超前预报方法选择的依据，该内容包括岩性、岩石坚硬程度及完整情况、地下水状态、不良地质现象等作编录；调整确定物探超前地质预报的部位；现场
采集岩土、水试样。

根据掌子面的地质特征（地层岩性、节理裂隙发育情况、地下水发育情况等），并结合勘察设计地质资料，对掌子面前方的地质情况进行预测，并提出工程措施意见。

具体内容包括：
（1）工程地质测绘、编录
①作好正洞、辅助坑道洞内地层、岩性的划分和描述，核对地层分界线在隧道洞身的实际位置，进一步确定各断带及其产状。

②对洞壁岩体主要结构面进行定性及定量统计量测，查明主要结构面的产状、性质、延伸长度、张开宽度、粗糙程度、蚀变、密度、地下水及充填情况等，并分析优势结构面对围岩稳定性的影响。

③对岩体受构造影响程度、节理发育程度、岩体完整程度及围岩稳定状态等进行详细编录，据此对围岩类别及其他地质参数进行修正，并提出有针对性的支护、衬砌或超前加固措施意见。

④对断带、节理密集带、岩性接触带、地下水富集带、岩性变化频繁或软硬相间及掌子面地质情况与地面调绘出入较大等重点地段进行详细的调查和分析评价。

⑤根据量测资料，分段统计、分析岩体各种数据，完成隧道正洞施工地质超前预报综合测试分段报告。

⑥根据正洞、辅助坑道施工地质条件的变化，进行隧道动态设计和动态施工管理。

⑦洞室地层展示图比例尺为1：200～1：500，地质复杂地段若展示图难以反映全貌，采用比例尺为1：50～1：100的掌子面素描图，其密度视地质条件的复杂程度而定。

（2）水文地质测绘、编录
①通过对正洞、辅助坑道内不同时代、不同岩性围岩富水性及涌水量的动态变化观测，分析、验证隧道的富水性分区和涌水量的大小、涌水的补给来源，涌水产生的条件、影响范围、涌水形式等。

在洞内，通过现场实地调查、测量出水点位置、地下水类型、出水形式（滴状、线状、股状及片状）以及水量大小、变化；水量的动态变化测试，主要是在节理密集带、中等和弱富水区的边缘部位等易出现突水、涌水的地段进行。

②根据上述地表、洞内的水文地质测试预报，进行隧道富水段及脉状
含水地段的涌水预测、预报。

在富水段、脉状含水段及边缘部位，施工中可能发生涌（突）水灾害，应根据地层岩性、节理、出水量变化情况等预测施工掌子面前方及正洞发生涌（突）水的部位、规模及危害程度，提出相应的防、疏、排水措施。

③地表水水量动态变化测试，根据工程需要选择洞口和地表合适的位置，对可能影响隧道涌水量变化的隧道进、出口附近及洞身经过的的井、泉等沟谷地表水及相关的泉水，进行动态观测，测试水位及水量的变化，测试周期初步定为一个月(雨季及平导开挖通过沟谷时应缩短测试周期)。

（3）地质编录人员和施工单位紧密配合，根据地质条件开挖后对掌子面和左右边墙进行地质编录，必要时进行数码照（摄）像。

编录的原始记录、图、表须当天整理（绘制）。

（4）施工一定距离后，隧道地质编录，应分段完善、总结，并提交如下资料。

洞内（正洞、平导、辅助导坑等）的展示图；地质记录（含掌子面素描图或照片）；正洞、平导、及辅助坑道地质纵断面；结构面调查表；出水点调查表；重大涌水点（段），涌水时间曲线图；岩样、水样试验成果。

9.2.3物探超前地质预报
根据岩体不同物理性质量测一定距离以内的物理力学参数的变化，据此判断出隧道工作面前方的地质情况。

常用的物探方法有弹射波法、地质雷达技术、红外探测法等。

对地质条件复杂地段，如岩层分界线、地下水发育的突涌水（泥）段等，在地质编录的基础上，根据实际地质条件进行弹射波法物探超前地质预报；地质条件复杂地段，要采用两种及以上的方法（弹射波法、红外探水、地质雷达等）进行预报，以便资料的对比分析，提高预报的质量和精度；地下水发育地段采用红外探水对掌子面前方地下水的发育情况进行预报。

预报的内容及要求如下：
断层：要预报破碎带物质的位置、宽度、富水情况及岩体的完整性等。

地下水发育的突涌水段：要预报掌子面前方岩体的完整情况、节理裂隙发育情况、富水情况，并分析发生突涌的可能性等。

（1）弹射波法
弹性波法超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研
制开发的目前世界上在这个领域最先进的设备，它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况，它弥补传统地质预报方法只能定性预报无法定量预报的缺陷，为更准确的地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具，它不仅可以及时地为隧道变更施工工艺提供依据，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性，为隧道施工提供更安全保障，减少人员和设备的损伤，同时也就带来很大的经济效益。

在弹射波法超前地质预告中，目前运用得最广泛，最成熟的也是TSP法，该方法一般有效距离为100～150m，对软弱接触带等破碎围岩，有效预报距离一般可达60～100m。

①预报原理
隧道地质超前预报工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。

如图9-3中隧道上方和下前方会形成地震波反射，是因为岩体中存在岩芯变化和构造破碎带，其介质的密度和其传播弹性波的速度乘积，与正常岩体介质的密度和传播弹性波的速度乘积具有明显的差别，像玻璃的背后附有水银会反光一样。

岩体介质的密度和传播弹性波的速度乘积物理学中称为“声抗阻”，岩体中界面两侧介质“声抗阻”的差异越大，其界面上反射地震波的能力就越强，反之亦然，界面与隧道轴线交角不同，仪器屏幕上采集显示的反射波会表现不同，参见图（9-4）、图（9-5）。

图9-3 隧道地震预报原理图。