1隧道超前地质预报作业指导书

隧道施工

超前地质预报作业指导书

编制： 复核： 批准：

中铁十一局中南通道ZNTJ-7标项目部五分部

二0一0年五月

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1．适用范围

本指导书适用于隧道Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩、岩溶地段及隧道断层破碎带施工期间超前地质预报。

2．作业准备 2.1技术准备

隧道地质分级：根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度一般分为四级。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，大~特大型突水突泥地段：瓦斯灾害严重的地段以及人为坑道等。B级：主要针对中~小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段，发生突水突泥的可能性较小。D级：非可溶岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性极小。

技术内业准备：组建地质超前预报专业小组，认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，掌握隧道工程地质情况，编制超前地质预报计划，采用先进科技手段进行超前地质探测预报。预报手段主要包括以下几种：地质超前探测预报系统、地质雷达、红外线探测仪、超前地质钻孔、TSP203探测、风钻超长钻孔、地质素描等。

外业技术准备：根据隧道地质情况，采用不同的超前地质预报方法，现场收集隧道地质情况的各种技术数据，进行分析、解译、对比后得出结论，指导隧道施工。

明确综合地质超前预报中各种方法的特点：TSP203作业快，测距长，干扰相对少，可以与多种预测法结合应用，但精度不高，解释难度大，适于做长距离预测；地质雷达可以准确测定短距离内隧道四周和低部的空洞、水体情况，可补充TSP203的不足；红外线探水仪适于判断地下水情况，作业快，干扰少，较准确，但水量水压无法测定；超前水平钻孔基本可以100%的揭示地下水及围岩物理力学性能，但干扰大，用时长，费用高。在施工中，根据各种方法的特点确定地质超前预报的原则是：以常规地质综合分析法为基础，TSP地质超前预报系统做长距离宏观控制，地质雷达做近距离判断，红外线探水仪做连续地下水探测，水平钻孔为必做项目，形成综合

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地质超前预报系统。并组成专业预报小组，建立健全隧道地质超前预报工作制度，配备先进的仪器设备，开展地质超前预报工作。

2.2 劳动力组织

地质预报小组人员配备表

2.3 材料要求

2.3.1预报仪器设备处于良好状态，无故障，无安全隐患。

2.3.2火工品在有效期内，材料规格、储存、运输和使用符合火工品相关规定。

2.3.3钻孔设备性能良好，满足钻孔要求。 2.4 设备机具配置

超前地质探测预报仪器设备配备表

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3．技术要求

3.1预报人员为地质专业工程师，有丰富的现场施工经验，吃苦耐劳，有职业责任感。

3.2爆破人员必须为取得爆破作业资格证人员，责任心强，没有违章作业行为。

4．工艺流程及操作要点 4.1工艺流程

超前地质预报方式工作范围及作业方式表

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综合超前地质预报系统流程图

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4.2 各种地质预报施工方法

隧道的地质条件，超前地质工作按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。根据各种探测方法的特点，可分为长距离控制预报、中距离预报、短距离预报。

长距离宏观控制预报：在隧道穿过的岩溶地段、浅埋地段在洞身水平方向上采用TSP203超前地质预测预报系统进行距离100～200m的预报。

中距离预报：采用仪器（地质雷达、红外探测仪、水平声波反射法）和超前地质钻孔进行的距离在30m～50m的验证预报。

短距离预报：地质素描法和采用加长炮眼孔进行的距离小于30m的预报。

主要地质预报工作范围图

4.2.1 TSP203超前地质预报系统超前探测

隧道掘进过程中，每开挖150m通过TSP203对开挖前进方向进行中长距离（100～200米）预报，对一定规模的断层破碎带和岩溶带进行预报。

TSP203 系统在围岩较好地段可测出前方100～200m 范围内的岩层分界面、岩层的物理性质、断层等，围岩完整性较差时，预测范围在100～150m 之间。TSP203作业程序见图。

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TSP203作业程序图

钻孔：在距离工作面55 米处，隧道两侧各布置1个深度为2m 的孔（称为接收孔），钻孔角度可略微向上倾斜，可确保孔内无水，布置传感器。自工作面起，每隔1.5m 钻孔一个，钻孔深度为1.5m，共24个孔（称为爆破孔），钻孔角度可略微向下倾斜，可在孔内灌水封闭，封堵效果较好，最后一个孔与传感器的距离应在15～20m。所有钻孔的高度尽可能的在同一标高线上，爆破孔和接收孔之间应无大洞室、横通道等相隔。接收孔必须顺直，否则套管出现弯曲后就会损坏传感器，钻孔直径要略大于套管直径，一般采用Φ50的钻头。钻孔完毕后，对炮孔进行编号，防止测量时出现漏测，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好记录。

埋设传感器杆：接收器套管的埋设工作至关重要，关系到接收器所收集震波信息的准确性，因此要确保套管与围岩密贴紧密，无缝隙存在。埋设套管前，先清孔，清除孔底虚碴、积水，放入环氧树脂药卷，插入传感器套管，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌，放置套筒时，应注意使一侧面正对掌子面。待传感器套管固定后，清洗套管，插入传感器，

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注意传感器方向朝向掌子面。

连线检查：把传感器、检波器（电脑）、起爆器、同步器连接并检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连。

测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800 米范围内不得有机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等。

装药爆破：由靠近工作面炮孔开始，逐个依次装药联线，装药后可采用锚固剂封堵，并灌水，封堵效果较好，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在30～80g 左右，围岩较差时，可加大，但不能超过100g。

恢复施工：爆破一结束，马上可以恢复施工，一般停工时间在45min 左右。

成果分析：采用TSP203 自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前方围岩的物理特性，岩层分界线、软弱带、断层的位置等信息。

在隧道施工中，TSP203 系统在断层破碎带、低阻区、岩石界面、不良地质地段范围内按每100m 段进行预测。

4.2.2 工作面超前地质钻孔探测预报

在隧道施工通过岩溶、断层破碎带段每开挖30m，利用超前水平地质钻孔对开挖前进方向进行30～50m的钻探。

正洞除严格按照在可溶岩地段和断层破碎带以及可溶岩与非可溶岩过度接触带施做超前钻孔外，还应结合超前探测结果的异常段，按地质人员要求增设钻孔。

钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。

在断层破碎带施工中运用开挖用的钻具进行长5米的超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。

4.2.3 利用工作面地质素描预报

地质素描内容有：岩性、岩层产状、软弱夹层、岩脉穿插情况；断层及

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破碎带的形态、产状、宽度、填充物特征；主要节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。

岩石结构面调查内容有：围岩的岩石结构产状、节理的延伸性、粗糙起伏情况、张开程度。

地下水出露情况、水量大小等；岩溶的形态、大小、位置走向等；围岩节理内含水情况。

地质素描采用图表形式形象纪录。

施工阶段地质预测：根据开挖面地质素描、岩石结构面调查记录采用前推法预测前方地质情况，首先按1:100 的比例做出开挖面前方一定长度的展开图，逐一将开挖面地质素描和岩石结构面的记录资料，按其产状、节理轨迹线绘制到展示图上，最后按其节理走向和轨迹延伸并结合TSP203 的预报成果、地质雷达预报成果和超前钻孔的钻芯地质资料画出前方地质情况。

地下水地质预测：现场技术人员根据以往施工经验对地下水作如下经验性预报：

当隧道由弱可溶岩进入强可溶岩的边界部位时，可能发生涌水； 根据大突水点的涌水特征：一般有渗、滴水段→线状渗水段→集中涌水段高压喷水段，当隧道由渗、滴水段进入线状渗水段时，应作好出现集中涌水的准备；进行超前预报的施工防治能取得较好的效果；

钻孔内出现浑水，前方可能有涌水；若浑水能喷射5m 以上，则前方可能有大于30～50L/s 的涌水存在；当超前钻孔能喷射3.5m 以上，或涌水速度大于7m/s，或风钻孔内有涌水速度大于14m/s 的出水，则前方可能出现大于20L/s 的涌水存在；当地温测值出现比前一点低时，可能有涌水。

4.2.4 红外线探水探测

在隧道施工通过岩溶、岩溶水、断层破碎带可能发生涌水地段每开挖15～30m，对开挖面前方施作一红外线探测技术，对地下水进行预报，见红外探水示意图。

HY-303 型红外线探水仪可预测掌子面前方20～30 米范围内的地下水

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情况。

操作方法：进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5 米点距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进面处。在掘进面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每遇到一个顺序号，就站在隧道中央，分别用仪器的激光器打出红色光斑，使之落在左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器扳机分别读取探测值，并作好纪录。然后转入下一序号点，直至全部探完。

把探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、底板探测曲线、两壁探测曲线。根据探测曲线可以很明了的预报出前方地下水的情况。红外线探水仪从探测到得出分析结果非常快，且探测仪器轻便，方法简单，在断层地段，隧道全长每20 米采用红外线探水仪探测一次，适当加密探测频次。

等位面

红外探水示意图

注：A：供电电极；M/N：测量电极；B：相对无穷远点(AB>300m)；P：含水体接触点

4.2.5 地质雷达探测

地质雷达除进行开挖面前方探测以外，在隧道已开挖过的可溶岩地带隧底、断层破碎带洞壁8～15m范围进行连续探测，以发现可能的不良地质体，以便及时上报设计单位及时处理，免除后患。

当超前地质预报系统预报前方有溶洞、断层、岩层破碎等不良地质时，其规模、形态需要具体了解，采用地质雷达进行探测。

工作参数选择： ⑴ 天线中心频率

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天线中心频率选择需要兼顾目标体最小尺寸和天线尺寸是否符合场所需要。衬砌检测中，由于隧道内存在台车、机械等铁磁性物品，需要采用屏蔽天线。

⑵ 时窗

时窗选择主要取决于最大探测深度d（单位：cm）与混凝土的电磁波速度V（单位：cm/ns）。时窗W（单位：ns）可由公式计算：W=2d/V时窗的选择主要取决于最大探测深度与介质中电磁波速度，在隧道质量检测中，介质主要是混凝土和岩石，若取电磁波的速度为0.1m/ns，要求探测深度在1.5m以内，时窗可取为35ns（包含采集背景噪音所需的时间）。

⑶ 采样率、采样频率和采样点数

采样率是记录的反射波采样点之间的时间间隔。采样间隔的选择直接影响到波形采集的质量。对于规模较小的空洞异常，采样间隔选取太大时，波形将会发生削波现象，甚至严重畸变；而采样间隔太小，数据采集的效率将会降低，一般情况下，天线频率越高，采样间隔选取越小。在隧道检测中，若使用400MHz的天线，采样间隔一般选取0.2ns；使用1200MHz的天线，采样间隔则选取0.1ns。

⑷ 叠加次数

叠加次数也会影响到波形采集的质量和数据采集的效率。在隧道检测

次或8次即可。

⑸ 距离记录方式

隧道检测一般采用时间记录方式，手动打标记，5m做一个标记，每隔100m进行一次距离校准。

数据采集中的注意事项：

⑴ 密切注意雷达图像的变化，对图像异常段做好记录，必要时进行复检。

⑵ 控制天线耦合情况，保证天线密贴检测面，减少晃动。

⑶ 保证检测台车平稳匀速直线进行，中间尽量减少停顿，并记录停顿

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位置。

数据处理分析：

探地雷达检测数据，需要专业人员来进行判读分析，并且需要一定的数据处理经验。对采集的数据进行处理主要有以下步骤：采集文件载入、文件测量方向掉转、添加距离信息、添加里程信息、水平刻度调整、确定地面反射波信号位置，设置和修改介电常数，计算深度信息、信号振幅自动增益调整、水平相关分析、背景去除、一维频率滤波、反褶积、一维频率滤波、偏移归位、希尔伯特变化、添加地面高程信息，并利用高程归一化函数进行处理、文件拼接、绘制地质剖面图.利用电子表格Excel或者抓图软件绘制地质图件。

4.3 其它地质工作内容及方法 4.3.1 岩溶和断层破碎带形态调查

充填物情况。

4.3.2 地表监测

依据提供的工程地质、水文地质图，暂定隧道中线两侧各1.5公里与居民生活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。监测内容主要为水量、水温、水压、水质的变化以及当地的气象与降水。

监测手段主要为测量、摄影、笔记等。 4.3.3 洞内监测

用数码摄像机将开挖后、没有支护以前的隧道侧壁进行摄像,通过编辑,制成具有里程标志的连续的影视资料，从而分析地层节理、裂隙的变化情况。

随着隧道施工进展，通过测试窗量测裂隙，即在洞壁画定一定面积，对节理进行统计，计算隧道围岩的渗透张量；尝试通过裂隙的统计预测岩溶通道出现的概率。

进行涌水动态的实时监测，包括涌水点的空间分布、单点涌水量、涌出压力、涌出机制和涌水的化学与同位素化学特征等。以10天为单位进行长

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期观测，根据地下水的动态变化，间接地判断工作面前方的地质情况是否变化，尤其重点观察大涌水点和集中的出水点。

随隧道的施工进度，对隧道工作面气温及水温进行监测，编制进度气温、水温变化曲线，预测前方地温变化。

通过岩石的物理力学特性试验数据，对隧道所揭露的地层，隧道围岩级别进行分析、判断。

当开挖面前方的自重应力，接近或等于岩爆临界应力值时，对前方围岩进行原位应力测试，做出岩爆评估。

5、质量控制及检验

5.1收集数据时，要排除外界干扰源对信号的干扰；

5.2要将解译结果与开挖后实际地质情况比较，不断总结经验，提高解译水平。

6、安全要求和措施

6.1设备技术状态良好，能确保正常、安全使用。

6.2操作人员必须熟知设备性能和操作规程，严格遵守设备操作、使用和维护保养规定，按照设备使用说明书的有关规定操作使用。

6.3严禁设备带故障使用，防止拼设备和精机粗用，违规代用，使用设备时不得任意改变其性能和用途，禁止随意拆卸零部件和附属设备。

6.4设备的随机附件、备件、专用工具应专人保管，责任到人。 6.5设备使用后要按照出厂装箱位置装好设备，设备搬运要轻拿轻放，做好防潮防雨工作。

6.6仪器运输时应机不离人，人不离机，保证仪器运输安全，按照要求在指定时间内到达待测地点。

6.7按照“养维并重，预防为主”的原则，必须对设备有计划的进行技术保养维护，使设备保持整洁、干净和安全，做好设备的保养维护工作。

6.8设备发生故障，现场操作人员应及时向组长汇报，及时与厂家联系维修事宜，操作人员不得私自拆卸、处理故障设备。

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6.9设备操作地点要选择已支护、安全稳定的位置，确保操作者和设备安全。

6.10震源使用的炸药、电雷管管理要严格按照火工品使用管理规定执行，保证设备及现场作业人员的安全。

7 环保要求

7.1工作中的废弃物及时处理，运到当地环保部门指定的地点弃置。 7.2按环保部门要求集中处理试验及生活中产生的污水及废水。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pj71.html