铁路xx隧道超前地质预报实施方案

1新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段xx隧道超前地质预报实施方案工程检测有限责任公司（中铁二院）二○一四年五月2目录1、编制依据......................................................32、工程概况......................................................33、地质概况及水文地质条件概况....................................44、地质复杂程度分级..............................................45、实施超前地质预报的目的及主要内容..............................56、成贵铁路XX隧道超前地质预报实施方案...........................57、超前地质预报工艺流程及操作要点................................78、超前地质预报组织机构设置及投入的人力、设备资源................219、质量保证措施..................................................2210、安全措施.....................................................2511、成果资料编制的内容与要求.....................................2612、工作制度.....................................................2813、地质预报成果的验证及技术总结要求.............................2914、其他需要说明的问题...........................................3015、附件.........................................................3131、编制依据1.1《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）1.2《铁路工程物理勘探规范》（TB10013-2010）1.3《铁路工程基本作业施工安全技术规程》（TB10301-2009）1.4《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）1.5《铁路隧道施工技术指南》（TZ204-2008）1.6《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设【2007】200号）1.7《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设【2010】120号）1.8新建成都至贵阳铁路工程施工图1.9我单位对施工现场实地勘察、调查资料2、工程概况新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段西起四川省的乐山市，向东经四川省的犍为县、宜宾市、长宁县、兴文县，云南省的威信县、镇雄县，贵州省的毕节市、大方县、黔西县，东至贵阳市。乐山（含）至白云（不含），正线全长515.02km，其中四川省境内258.577km，云南省境内79.299km，贵州省境内177.144km。全段左线拉通正线桥梁总计474座-178.216km，占线路总长的34.6％。新建隧道（含明洞）189座，总延长241.415km，占线路总长的46.9%。全段左线拉通桥隧总长419.631km，桥隧比重81.5％。正线路基长度95.389km，占线路长度的18.5%。xx隧道进口里程为D3K230+119，出口里程为D5K231+678，隧道全长1559m。43、地质概况及水文地质条件概况3.1地质概况丘陵-低山地貌，洞身基岩为志留系韩家店组和石牛栏组的灰岩、泥岩、页岩及砂岩，该段为单斜岩层，岩体节理裂隙弱发育，完整性好。隧道进口洞门仰坡顺层，隧道出口洞门上方有危岩分布，隧道洞身段泥岩和页岩遇水易软化，该段地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.25s。3.2水文地质条件概况地表多为季节性冲沟，地表水不发育，地下水主要为基岩裂隙水，隧道开挖以点滴状和线状涌水为主。隧道洞身段D5K231+035～+455位于灰岩和灰岩与非可溶岩的接触段，该段岩溶中等发育，且该段灰岩上覆和下伏基岩均为非可溶岩该段灰岩成为地下水流通和排泄的良好通道，特别是在接触带岩溶尤为发育；地下水对混凝土结构具侵蚀性，环境作用等级为H1级，平常期涌水量为926.52（m3/d）,雨期最大涌水量为1519.49（m3/d）。4、地质复杂程度分级根据地质复杂程度对隧道施工安全的危害程度，将其分为以下四级，（参考《铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）》）。A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高应力、瓦斯问题严重的地段以及人为坑洞等。B级：存在中、小型突水突泥隐患的地段，物探有较大异常的地段，断裂5带等。C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。5、实施超前地质预报的目的及主要内容5.1超前地质预报的目的进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，预报施工隧道掌子面前方的不良地质灾害，进而正确指导隧道工程的安全施工。5.2超前地质预报的主要内容（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性的构造发育情况的预测预报；（3）不良地质预测预报，特别是岩溶、物探Ⅴ类异常带、高地应力、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报；（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、富水地层中裂隙水等发育情况的预测预报。6、成贵铁路xx隧道超前地质预报实施方案结合本隧的特点，参照《铁路隧道超前地质预报技术指南》，本隧道超前地质预报以地质调查法为基础，采用超前钻探、物探相结合的综合超前地质预报方6法，用宏观指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报、微观预报验证宏观预报、中短距离预报验证长距离预报的工作思路，开展本隧道的超前地质预报工作，使用的主要预报方法为地质调查法、物探法、超前钻探法和超前导坑预报法。综合超前地质预报配套模式见图6.1所示。图6.1综合地质预报配套模式示意图超前地质预报程序如下：1、在地质调查法的基础上，开展弹性波反射（如TSP）法预报工作。2、在弹性波反射法（TSP）预报的岩溶强烈发育异常段落进行地质雷达法或时域瞬变电磁法预报工作；在弹性波反射法（TSP）预报的极破碎岩体并富水异常段落进行红外探测法预报工作。3、在物探法预报工作结束后，对物探异常段落进行超前钻探（超前地质钻探、加深炮孔）法预报和验证工作。需要注意的是在施工过程中应遵循动态设计原则，根据具体的地质情况，及时调整超前地质预报方法和技术。xx隧道正洞超前地质预报方案表超前地质钻孔TSP203超前地质预报隧道沿线地质调查地质雷达、红外探水7里程段落长度（m）地质调查TSP红外探水地质雷达加深炮孔超前钻探D3K230+119～D5K231+040921√√D5K231+040～D5K231+13090√√√√√√D5K231+130～D5K231+415285√√√√D5K231+415～D5K231+50590√√√√√√D5K231+505～D5K231+674169√√D5K231+674～D5K231+6784√7、超前地质预报工艺流程及操作要点超前地质预报是隧道施工中的一个重要环节，应作为一项工序纳入隧道施工中去。在接到监理单位或施工单位的通知后，预报人员保证在48小时内到场并进行相关测试。超前地质预报的野外作业时间安排易在立架或爆破出完渣经找顶作业后进行。7.1地震反射波法7.1.1研究既有资料认真收集隧道设计资料、区域地质资料、工程地质资料等，通过对以上资料的分析，以达到对整个地区地质情况有一个比较全面了解的目的。7.1.2TSP203测量系统的布置和量测根据隧道内岩层的走向确定炮孔布置在左边墙或右边墙位置，从掌子面附近的边墙位置开始布置第一个激发孔，以后每间距1.5m处布置下一个激发孔，激发孔向下倾斜10～20°，孔深为1.5m，连续布置24个激发孔。在第24个8激发孔朝着洞口的方向量测15～20m，分别在左右边墙的位置布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm，深度为2m。激发孔与接收孔基本保持在同一个高度上。待孔全部钻好后需要对孔间距进行量测并与隧道里程发生关系。TSP203测量系统布置图接收器孔炮孔数量2个，位于隧道左右边墙（各1个），位置对称24个，位于构造走向与隧道轴向交角为锐角的一侧边墙，第一个炮孔靠近掌子面直径φ50mmφ45～50mm深度2m1.5m定向垂直隧道边墙，向上倾斜5～10°垂直隧道边墙，向下倾斜10～20°(便于用水充填炮孔)高度距地面（隧底）高1m距地面（隧底）高1m位置距开挖工作面约55m第1个炮孔距同侧接收器孔15～20m，炮孔间距1.5m97.1.3TSP203测量的野外实施(1）埋设地震波信息接收探头TSP203测量过程中需要将接收器探头埋设在钢套管中，而钢套管则通过双组分环氧树脂或锚固剂与围岩紧紧耦合在一起。以便于接收由激发孔激发的地震波信号。(2）药包的埋设每一个激发孔中需要通过小药量炸药人工激发地震波信号。需要说明的是雷管必须采用瞬发电雷管，炸药采用乳化炸药。放炮前需要对激发孔中灌水，起到使爆破产生的能量能尽量在围岩中传播并压制灰尘和消焰的目的。(3）数据采集上倾5°～10°)(上倾5°～10°1m接收器孔接收器孔横断面（接收器孔）)1m炮孔横断面(炮孔，在左或右侧)下倾10~20～20°工作面55m接收孔115m炮孔S1S2S3S23S24隧道轴线接收孔2接收器孔和炮孔平面分布1.5m岩层10待准备工作就绪后，就可以采集数据。在噪音监测模式下如发现周边环境的噪音低，可以进行数据采集作业并开始放炮。此时起爆器产生的电信号一方面去触发电雷管引爆药包，另一方面给仪器一个信号以打开里边的数据传输通道。通过药包的爆破，所产生的地震波信号很快会被接收探头所接收到并记录下来。依次下去，直到24个激发孔全部放炮完毕为止。(4）数据处理将现场采集的资料传输至计算机，利用TSPwin软件对其进行处理，TSPwin软件主要由数据库、处理、计算反射界面三部分组成。①数据库编辑现场采集的数据和定义观测系统。②处理对原始数据进行放大、能量均衡、滤波等流程的处理。③计算反射界面在波形处理后，从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至，根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vs。vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质，根据vp和vs值可直接计算动力学参数，即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比μd，计算式如下：Ed=ρvs2（3vp2-4vs2）/（vp2-vs2）Gd=ρvs2μd=（vp2-2vs2）/2（vp2-vs2）其中，ρ为围岩的密度。11根据绕射重叠法原理（与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似）计算反射界面与隧道的相对位置，即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。(5）资料解释根据TSP法的原理和工作经验，把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区，并综合地震波速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。解释原则如下所述：①泊松比高说明有流体存在，纵波波速低说明有裂隙存在；②S波反射能量强，P波反射能量弱，说明有流体存在；③S波反射能量弱，P波反射能量强，说明有裂隙存在；④反射波为正相位时，说明围岩由软弱岩层进入坚硬岩层；⑤反射波为负相位时，说明围岩由坚硬岩层进入软弱岩层；⑥当泊松比大于0.28或VP/VS突然增大时，前方地