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杭长（沪昆）铁路湖南段HCTJⅠ标段隧道工程超前地质预报作业指导书单位：编制：审核：批准：2010年7月20日发布2010年7月22日实施杭长铁路隧道工程超前地质预报作业指导书1.适用范围适用于杭长（沪昆）铁路客专湖南段HCTJⅠ标段隧道超前地质预报工作2.作业准备。2.1内业技术准备作业指导书编制后，在开工前组织技术人员认真学习设计图纸，熟悉《铁路隧道工程施工技术指南》和《铁路隧道超前地质预报技术指南》，对操作人员进行技术交底和岗前培训，考核合格后上岗。2.2外业技术准备超前地质预报中所涉及的各种外业技术指标，制作操作平台，配齐生活、办公设施，满足预报人员的生活办公需要。3.技术要求3．1本标段所有隧道全部采用超前地质预报指导施工。3.2预报人员应认真研究设计院提供的地质资料，并与地质预报结果作对比分析，出入较大的应及时将地质预报结果报设计方，请设计方现场核实。3.3本标段地质预报的主要内容包括⑴地层岩性，重点对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土等。⑵地质构造，重点为对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况。⑶不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体、高地应力等发育情况。⑷地下水，特别是岩溶管道水、富水断层富水褶皱轴及富水地层。3.4本标段主要采用TSP203地震波探测仪、地质雷达、红外线探水仪、地质素描、超前水平钻孔等综合勘探的方法进行地质超前预报。4．超前地质预报流程图5.预报要求5.1准备工作5.1.1人员培训在隧道正式施工前，组织预报人员学习各类仪器的工作原理，掌握操作方法，熟练数据的采集和处理。开始水平超前钻孔法红外地下水探测法按不同探测方法相互验证，判断断层破碎、岩溶、采空区、含水构造等的规模及位置修正、完善施工方案及抢险措施，准备物资、设备验证中程预报的准确度验证远程预报的准确度制定预报方案中程15～60m近程0～20m地震波法判断不良地质构造的位置及影响范围按原施工组织设计施工远程50～100m地质调查法超前钻孔法地质雷达法准确测定断层、破碎带、岩溶、采空区、含水构造的位置实施施工方案有信息反馈分段采用有无进一步采用有瓦斯监测5.1.2根据设计提供的地质资料，对工程进行地质灾害分级，制定地质预报工作计划，初步确定各里程段的检测方法和频率，并制定突发事故处理措施。5.1.3每座隧道开工前，各分部都要编制超前预报方案，内容包括：（1）隧道工程地质条件，可能存在的施工风险，超前地质预报工作要达到的目的和技术方案。（2）建立的超前地质预报工作机构，需要投入的人力、设备资源。（3）超前地质预报实施方案的工作程序、预报内容、具体的预报方法、技术要点，并编制气象、重要泉点和洞内主要出水点（流量大于1升/秒的出水点）等观测计划和观测技术要点。（4）超前地质预报工作制度，包括地质预报工作与设计、监理、业主的联系制度，地质预报成果报告提交的时限、信息传递的方式等。5.2地质预报检测方法5.2.1TSP-203地质预报系统TSP-203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的。它是在掌子面后方边墙上一定范围内布置一排爆破点，依此进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，可以得到岩体强度变化界面的方位。反射界面岩石的性质通过以下方法加以判断：出现较高的反射振幅、较大的反射系数和较小的弹性阻抗，表示反射界面的岩石密度和波速较高；波形中央出现正的反射振幅，表示反射界面的岩石是坚硬的。如果是负的反射振幅，表示反射界面是软弱岩石。S波反射比P波反射更强表示反射界面富含水。Vp/Vs增大或突然增大表明流体存在，Vp下降则表明岩石裂隙或空隙度增大。5.2.2地质雷达探测法地质雷达是基于电磁波在有耗介质中的传播性工作的。发射天线发出微波频段的电磁波后，遇到不均匀介质或介质常数有差异时会发生反射，反射信号由接收天线接收记录，经微机处理形成雷达剖面图。解译人员对雷达剖面图进行解译分析，提出掌子面前不良地质体的具体位置和规模。该法对30m范围内的不良地质体，尤其是含水地质体探测效果最好。本隧道采用地质雷达主要在临近含水构造地段使用，近距离探测富水溶洞、暗河、含水断层等。5.2.3红外线探水法采用HY-303型红外线探测仪探测隧道隐伏含水构造，利用不同物体辐射场场强差异，对隧道前方的隐伏含水构造进行跟踪探测。即采用红外测温仪跟踪测量隧道开挖面的岩石温度，连续地获取岩石的温度信息，从温度异常点判断含水构造。在各次测定完成后，立即将数据进行分析处理，按照工程平面图的比例绘制成果图。采用图解法和电探三极装置解析法进行分析处理，算出含水构造的部位及出水面积，并最终求出含水构造至工作面的距离。根据数据处理，准确测定正常辐射场和区域背景场的T-S特征曲线，并以此作为超前探测隐伏含水构造体的判释标准。红外线探测仪主要在TSP-203地震波探测仪初步确定含水地30m左右开始探测，以进一步确定含水体位置、规模。5.2.4水平超前钻孔通过洞内外观察与地质描述、TSP-203地震波探测仪、HY-303型红外线探测仪探水等有关地质与水文资料分析，配合采用超前水平地质钻探加以验证。通过超前水平钻孔岩芯的分析，进一步探明掌子面前方的隧道围岩地质状况与水文地质的具体情况，根据探孔钻进的时间、速度、压力、成分以及卡钻力、钻芯和岩性构造性质及地下水情况，掌握隧道前方的地质条件与水文条件。这是最直观、最可靠的超前探测手段。在本隧道不良地质体多的地段，实施超前钻孔。探孔布置位置：隧道断面周边均匀布置5个。本隧道采用ZYG-150型全液压钻机，超前钻孔深30m。主要用于在TSP-203预测到的不良地质体前50m进行钻探，以准确探测掌子面前方不良地质体的位置、规模、性质及地下水水量和水压等。超前探孔施工时应注意前一循环钻孔与后一循环钻孔之间要搭接5m。另外在钻爆破孔之前，利用加长的钻杆，在开挖断面的中部和周边施钻5个孔，均水平施钻。钻孔位置：中部1个，周边4个。孔深5～8m。该孔既作为探测孔，又可作为爆破孔。该短孔探测法是在TSP-203、地质雷达、红外线探水仪等物探方法探测的情况下，了解掌子面前方围岩无明显的不良地质体的基础上采用的一种既保证施工安全，又加快施工进度的一种施工方法。施工中，对于已出水的超前钻孔，要进行不间断的水流量、水压的监测，绘制水量、水压的变化曲线，为制定地下水处理方案提供依据。5.2.5补充地质调查在设计图纸提供的地质资料的基础上进行实地调查核实,以确定不同地层、岩性、岩层产状在隧道地表出露及接触情况，地表岩溶发育位置、规模及其分布，构造在隧道地有的出露、分布、性质及产状。观察掌子面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水分布情况、高压富水段涌水的位置、水量和水压以及止水后的止水效果，同时对开挖工作面附近初期支护状况的观察和裂缝描述，作为判断围岩的稳定性和支护参数的检验的重要依据，观察已作初期支护地段的喷射混凝土、锚杆、钢架的受力状况，同时观察已衬砌地段的隧道衬砌结构的开裂与渗漏水情况。根据洞内外观察与地质描述对出现的异常情况制定相应的处理措施。5.2.6掌子面地质素描隧道爆破开挖后通过地质素描手段，及时查看掌子面地质状况，通过和设计资料对比，为隧道掘进提供地质情况预报（设平行导坑时先行提供的地质资料）。掌子面地质素描应在隧道作业每一开挖循环后立即进行，根据掌子面暴露岩层的层理、节理、裂隙结构状况，岩体软硬程度，出水量大小判断开挖前方地质情况。观察中应着重记录以下内容，并描绘掌子面地质素描图：⑴褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状及其位置、破碎带宽度，判断岩体完整程度；⑵岩溶规模、形态、构造位置及其空间展布关系；⑶特殊地层、地应力、塌方、有害气体及放射性危险源的特征和位置；⑷地下水的出露形态、岩层透水性及其与岩溶、暗河的关系；⑸围岩稳定性特征和支护情况。⑹对隧道内重要的和具有代表性的地质现象进行摄影或录像。5.3煤层瓦斯探测5.3.1实施超前探测超前钻孔及预测孔施作要求：①采用地质雷达对前方岩层界面进行预报定位，并采用超前水平钻孔（取岩芯）进行验证，②当采用地质雷达和超前水平钻探探测有煤层时，为准确探明前方地质情况，每断面增设5个超前钻孔。③当遇煤层时，在开挖面距离煤层垂直距离为10m时必须至少打5个穿透煤层的瓦斯探测孔，探测孔进入煤层底板岩层不小于0.5m，其终孔位置应控制在开挖轮廓线外5m以上，探测煤层倾角、厚度、顶板岩柱、底板岩柱、地质构造、煤层层位等具体情况，为安全揭煤提供可靠的基础资料。④隧道开挖至煤层顶板垂直距离为5m时，上导坑必须打至少2个穿透煤层全厚的瓦斯预测孔，下台阶开挖至煤层顶板垂直距离为5m时，至少打1个穿透煤层全厚的瓦斯预测孔，对煤与瓦斯的突出性进行预测。⑤瓦斯预测孔各循环搭接长度不小于5m。5.3.2煤层突出危险性预测采用钻屑指标法及瓦斯压力法进行判断，预测孔见煤后采用电煤钻打穿煤层，收集全部钻屑，按《防治煤与瓦斯突出细则》规定检测有关指标，判断突出危险。5.3.3防突措施当预测煤层有突出危险时，采用钻孔排放瓦斯。5.3.4防突效果检验煤层瓦斯在采用钻孔排放15～30天后，在隧道上导坑掌子面至少打2个检验孔，检验孔孔底应位于排放瓦斯范围内，在排放孔之间，采用与预测孔相同的方法进行测定，如判断煤层与瓦斯突出危险性在临界值以下，则认为排放有效，否则须延长瓦斯排放时间，增加排放孔数量或采取其它措施。防突措施效果检验指标及临界值按《铁路瓦斯隧道技术规范》表6.4.2执行。6.人员配备超前地质预报人员配备表负责人1人技术员8人专兼职安全员1人普工12人司机1人7.设备配置超前地质预报主要设备配备表TSP-203地质预报1台地质雷达1台HY-303型红外线探测仪2台ZYG-150型水平钻机2台8、安全要求8.1隧道内做超前地质预报时，要清除掌子面危石，必要时可封闭掌子面；8.2地质预报作业区设立警戒标志，防止交通事故；8.3水平钻机钻孔探水时，要对是否探到地下水做出判断，如探到地下水不可轻易拔出钻杆，只有在明确水量不大时才可拔杆，且人员不可正对钻杆；8.4确保按规程操作设备，杜绝因操作失误发生设备安全事故。