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隧道超前地质综合预报系统的研发发表人：马空军中铁四局四公司吉草高速B20标隧道施工QC小组二○一○年四月目录1、QC小组简介2、课题研发背景3、课题选择理由4、确定目标5、提出各种方案并确定最佳方案6、制定对策7、对策实施8、效果确认9、标准化10、总结与展望一、QC小组简介课题名称课题类型创新型小组名称注册编号CTCE4-2009-JC20活动日期活动次数12次TQC教育活动出勤率95%序号姓名性别年龄组内职务文化程度职称组内分工1刘功大男40组长大专工程师总策划、总组织2马空军男27副组长本科工程师分项策划、总结成果3吴袁华男25组员大专助理工程师数据分析4顾丰男24组员大专助理工程师数据分析5李铁义男27组员中专技术员数据分析6鲁统令男23组员大专技术员对策实施、效果检查7刘超超男23组员大专技术员对策实施、效果检查8杨彬男23组员中专技术员对策实施、效果检查隧道超前地质综合预报系统的研发中铁四局四公司吉草高速B20标隧道施工QC小组2009年4月25日～2010年3月25日人均36小时二、课题研发背景----国际国内形势目前，全世界地下工程与隧道施工水平的发展仍然受工程地质条件和水文地质条件的巨大影响。由于围岩地质及水文条件复杂，围岩状况异常、突变现象经常发生，一直以来是地下工程与隧道施工安全、质量、进度、效益的巨大隐患，受到社会各界的高度关注和深入研究。根据国内外实践经验和理论研究证明，超前地质预报可以为施工安全质量、地质分析判别、支护变更设计、工程进度效益提供必要依据和保障。近年来，我国在超前地质预报技术的引进、消化、吸收、总结和创新过程中取得了不小成绩，但仍然有以下问题亟待改善：（1）超前地质预报技术的应用还不够广泛，方法不够有效、操作不够规范、水平不够专业；（2）超前地质预报技术有待进一步研发。工程实践中遇到比较复杂的地质问题时预报效果及准确度不佳。特别是涉及岩溶、裂隙水、岩性变化分界问题时,预报准确性很低，甚至有时会出现误判，耽误了施工进度和降低工程效益。二、课题研发背景----工程项目概况我标段卧牛山隧道为双线四车道分离式公路隧道，左线隧道长750米，最大埋深87米，起止里程为：LK299+010～LK299+760；右线隧道长766米，最大埋深89米，起止里程为：RK298+973～RK299+739。隧道洞身穿越Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，基岩以全风化～弱风化花岗岩为主，地下水位均在洞顶以上，岩体基本质量影响因素主要为地下水。其中Ⅳ、Ⅴ级围岩段节理发育～较发育，呈碎块状，裂隙丰富，岩体强度很低，稳定性差，成洞困难，且有囊状强风化岩体区域，易发生塌方；Ⅱ、Ⅲ级围岩段节理不甚发育～发育，基本稳定，局部易发生塌方或可能有掉块和小塌方。因此，塌方的预防与处理是卧牛山隧道施工技术和管理的重点和难点。三、课题选择理由（一）施工安全、进度、效益要求1、吉林省大部分地区地势平缓，已建和在建公路、铁路工程中隧道工程的比例相对很少，地方政府及业主、监理单位缺乏足够的隧道施工经验和常识，只对隧道施工安全事故、安全隐患提心吊胆。2、业主在施工承包合同文本和多次正式会议中明确：隧道发生塌方尽管是很平常的事，但不是正常的事；因塌方导致的损失和处理塌方的所有费用均由施工单位自行承担，施工中必须按有关规范严格做好超前地质预报和监控量测工作。3、在公司和经理部高度重视和大力支持下，吉草高速公路卧牛山隧道在整个施工过程中，一直按有关规范、连续进行隧道超前地质预报，具有课题开发的可行性。三、课题选择理由（二）问题的提出1、在卧牛山隧道施工过程中，如何预防和避免出现塌方事故，既是施工安全管理、进度控制、效益保证的关键，也是展示企业品牌和技术水平的机会。2、我QC小组成员原拟采用超前地质钻探、掌子面地质素描、超前炮孔等常规方法进行隧道超前地质预报，但是以上方法通过以往实践经验证明：其预测准确性、预测长度和避免工序干扰方面远远不够。3、值得一提的是：经过多渠道统计，以上超前地质预报常规方法的准确性仅为30%--50%。因此，这些常规方法在隧道施工安全保障性、可操作性方面远远不够。三、课题选择理由（三）确定课题1、本着“安全第一、信誉至上”施工管理理念，为满足业主关于隧道施工安全、质量、工期和信誉的要求，经理部决定在卧牛山隧道施工中必须高效、准确、及时、连续进行超前地质预报。2、我们QC小组成员积极接受挑战，在选用我国现有超前地质预报技术和方法的前提下，希望研发出一套“隧道超前地质综合预报系统”，将超前地质预报的预测准确度提高到70%及以上。我们选定课题为：隧道超前地质综合预报系统研发并制定了研发进度计划图：四、确定目标（一）课题目标：1、在不影响工期的合同前提下，及时准确地查清卧牛山隧道开挖工作面前方工程地质与水文地质条件，有效降低隧道地质灾害发生的机率，预防和避免掌子面出现塌方事故造成不必要的损失。2、研发“隧道超前地质综合预报系统”，将隧道超前地质预报的预测准确度提高到70%及以上。（二）目标值：1、实现卧牛山隧道掌子面出现塌方小于3次，人员0伤亡，机械0损坏。2、“隧道超前地质综合预报系统”预测准确度≧70%。五、提出各种方案并确定最佳方案（一）方案的提出2009年4月25日至30日，我QC小组成员通过各种渠道，查询并整理出包括多种超前地质预报方法的系统图（详见下页），为“隧道超前地质综合预报系统”研发方案的提出奠定了理论基础和方法论。由于受各种条件的限制，本系统图中每种预报方法都有各自的优缺点，我们只能有选择性地将它们中的两种或多种方法组合在一起，构成“隧道超前地质综合预报系统”，使它们各自扬长避短、各显神通。超前地质预报方法的系统图隧道超前地质预报方法破坏法非破坏法（物探法）地质分析法超前平行导坑法超前水平钻孔法声测法电测法波反射法电磁波反射法（地质雷达法、红外探测法）地震波反射法（TSP法等）五、提出各种方案并确定最佳方案（一）方案的提出由于受各种条件的限制，系统图中每种预报方法都有各自的优缺点，我们只能有选择性地将它们中的两种或多种方法组合在一起，构成“隧道超前地质综合预报系统”，使它们各自扬长避短、各显神通。通过采用“排除法”，我们QC小组成员初步选择了以下几种相对适合的方法作为“隧道超前地质综合预报系统”的组合因子：地质分析法、超前水平钻孔法、地质雷达探测法、隧道地震波预报法（简称：TSP）。同时，我们QC小组成员运用“头脑风暴法”提出以下几种组合方案：A．地质分析法+超前水平钻孔法；B．地质分析法+超前水平钻孔法+地质雷达探测法；C．地质分析法+超前水平钻孔法+隧道地震波预报法（TSP法）；D．地质分析法+地质雷达探测法+隧道地震波预报法（TSP法）。五、提出各种方案并确定最佳方案（二）方案的比选--1预报比选长度排名A1-地质分析法：用地质锤、放大镜和地质罗盘等野外地质工具直接观察岩石的岩性，并判断周围的岩性。高1-3m高无高高低A2-超前水平钻孔法：用钻探设备向面前方钻探，直接揭示前方地层岩性、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体的可钻性、完整程度、强度等指标高15-30m较高大低高较低初评结果优差优差良优差B1、B2-同表A1、A2优差优差良优差B3-地质雷达探测法：利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置的电磁波技术。高15-50m高较小较高高较高初评结果优较差优较差良高良A4B3干扰性经济性准确性高效性方案操作原理适用范围安全性五、提出各种方案并确定最佳方案预报比选长度排名C1、C2-同表A1、A2优差优差良优差C3-隧道地震波预报法(简称TSP）：利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特征来预报隧道掘进面前方及周围临近区域的地质状况。高100-300m较高较小高高高初评结果优良优差良优良D1-同表A1高1-3m高无高高低D2-同表B3高15-50m高较小较高高较高D3-同表C3高100-300m较高较小高高高初评结果优优优良良优良C2D1干扰性经济性准确性高效性方案操作原理适用范围安全性（二）方案的比选--2注：本表程度从大到小分级：高（大）、较高（大）、较低（小）、低（小或无）。最佳方案（三）确定最佳方案经过对各种组合方案进行认真对比分析后，我们QC小组确定选择：适用范围最广、预报距离最长、安全性最高、对施工干扰性最低、最具有经济性、准确性和高效性的最佳组合方案——“地质分析法+地质雷达探测法+隧道地震波预报法（TSP）”。从而，构成“隧道超前地质综合预报系统”。六、制定对策选定最佳方案后，我们QC小组成员根据实际情况，讨论确定了“隧道超前地质综合预报系统实施流程图”。隧道超前地质综合预报系统实施专业化小组设置专业仪器配备地质理论知识和仪器操作方法学习隧道超前地质综合预报系统现场探测综合预报系统实施成果、方法总结是否成功？不成功成功六、制定对策同时，我们QC小组成员根据流程图，认真制定了相应的研发对策。详见以下《隧道超前地质综合预报系统研发对策表》。序号项目对策目标措施地点责任人完成时间刘功大马空军吴袁华李铁义2009.9.30隧道掌子面确保人员经验水平、仪器设备满足研发需要。2009.4.25提高工作效率和研发准确性。2009.4.30会议室会议室1、制定卧牛山隧道超前地质预报的计划；2、根据人员水平、设备性能、系统特征进行合理调整。3、操作过程必须准确、规范、有序，避免负面因素影响。4.超前地质预报结果详细记录和认真比对分析。5.超前地质预报工序必须纳入正式施工工序认真规划合理调整规范操作系统总结全面培训讨论学习3隧道超前地质综合预报系统现场探测确保探测过程实现“专业化、程序化、规范化、系统化”，探测准确性≧70%。2理论知识培训仪器操作练习刘功大马空军刘功大马空军11、积极争取公司及经理部领导的支持；2、合理设置研发活动基金和奖励方案。1、组长、副组长加强自身学习，鼓励组员参与培训讨论。2、严格制定考核和奖罚制度。专业化小组设置专业仪器配备高度重视积极发动多方协调七、对策实施针对《隧道超前地质综合预报系统研发对策表》所制定的对策，相应措施的实施如下：实施一：专业化小组设置、专业仪器配备A.积极争取公司及经理部领导的支持本课题受到公司领导的高度关注，设立QC研发小组，安排公司地质专业工程师进行跟踪指导，并同意根据研发课题的需要，随时向公司申请调配新购的意大利IDS公司生产的RIS-K2型探地雷达，同时可以根据需要及时向集团公司申请调配瑞士安伯格公司生产的TSP-200型隧道地震波预报仪器。经理部领导也拨付资金购买了地质罗盘、钢卷尺等工具。★专业仪器配备RIS-K2型探地雷达TSP-200型仪器B.合理设置研发活动基金和奖励条例为激发和保持经理部技术人员、现场施工人员加入QC小组活动中来，促进QC科研课题的正常开展，经理部专门设置了QC小组活动基金；为带动QC小组成员的科研积极性，确保科研课题能够尽快取得成果，QC小组专门制定了QC科研课题奖励条例，将奖励条例已写入《经理部施工技术管理办法》，并已红头文件的形式下发给经理部全体员工。实施效果：1、经理部QC小组两天内迅速成立，核心成员共8人，现场配合人员10人。2、经理部QC小组从无到有，每月拥有3000元的活动资金，经常与公司和集团公司超前地质预报负责人保持联系、沟通和交流。3、经理部QC小组活动正常开展，得到现场施工队伍的拥护和欢迎，“隧道超前地质综合预报”研发过程基本不影响施工工序和进度。实施二：理论知识培训和仪器操作练习A.组长、副组长加强自身学习，鼓励组员参与培训讨论1、QC小组组长、副组长带领组员查阅地质理论知识、学习超前地质预报仪器使用说明书、熟悉隧道设计图纸、掌握超前地质综合预报系统的实施办法。2、激发和鼓励小组成员参与知识培训、操作方法学习和实施步骤讨论等。B.严格执行考核和奖罚制度1、当QC小组成员参加培训和学习后，经理部将不定期对小组成员进行内业、外业考核，并根据考核成绩进行适当的奖罚。2