隧道超前地质预报技术

隧道超前地质预报技术课件目录一、超前地质预报目的二、超前地质预报方法及实例讲解1、地质调查法（隧道地表调查及地质素描）2、加深炮孔探测法3、超前地质钻探法4、物理勘探法（TSP及红外探水）三、结束语一、超前地质预报目的由于隧道长度、埋深等各方面因素的影响，地质条件越趋复杂，隧道内突泥、突水、以及断层、岩溶等不良地质灾害对隧道施工安全、质量以及施工进度造成严重的影响，也是引起隧道塌方的最主要原因之一。为了减少隧道施工过程中的盲目性，避免隧道施工过程中可能诱发的重大的不良地质或灾害地质的发生，而采取超前地质预报探测方法。对隧道开挖工作面前方的工程地质、水文地质条件及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等进行探测、分析判释及预报，并提出措施建议。通过超前地质预报的检测，判定隧道暗洞开挖面前方隐伏断层及破碎带、岩溶规模准确定位和评价，采取准确而有效的防治工作，不仅可以减少隧道塌方、突泥等灾害的发生、加快施工进度，并根据现场预报结果，及时调整或修正围岩级别、设计参数及施工方法，正确指导现场施工。二、超前地质预报方法及实例讲解根据隧道具体工程地质问题和开挖的实际情况，制定超前地质预报工作的原则，其原则和方法是：采用地质调查法（地表地质调查和隧道内地质素描）、超前地质钻探法（水平钻探或加深炮孔）、弹性波反射法（TSP）、地质雷达和红外探水相结合的方法进行预报。综合上述各种方法获得的地质信息，通过综合地质分析，预测预报前方工程地质及水文地质条件。我标段工区隧道超前预报应在地质调查法基础上，采用弹性波反射法（TSP）进行中长、长距离探测，再采用加深炮孔探测进行短距离预报，断层及重要异常段补充短距离物探法及超前水平地质钻探进行预报。根据现场施工需要，现对上述预报方法作逐一讲述。1、地质调查法（隧道地表调查及地质素描）地质调查法是根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地质界线地下和地表的相关性分析、地质隐患在隧道内的出露位置、隧道内不良地质体的前兆等，分析推测开挖工作面前方可能揭示地质情况的一种超前地质预报方法。包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描等。1）隧道地表补充地质调查地表调查主要目的是：核对勘测资料，掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及水文地质情况，为隧道内地质预报提供方向性的依据。调查范围主要为隧道中线两侧各1～2.0km的范围。主要包括下列内容：①对已有地质勘察成果的熟悉、核查和确认；②地层、岩性、在隧道地表的出露及接触关系，特别是对标志层的熟悉和确认；③断层、褶皱、节理密集带等地质构造在隧道地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况；④地表岩溶发育位置、规模及分布规律；1、地质调查法（隧道地表调查及地质素描）2）隧道内地质素描隧道内地质素描是由专业地质人员对隧道及其辅助坑道的工程地质、水文地质特性进行详细的地质素描，是隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法。该方法用于各种地质条件下的隧道超前地质预报主要将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露位置及出水状态、出水量、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，包括开挖工作面（掌子面）地质素描和洞身地质素描。主要包括下列内容：①开挖工作面地质素描，主要描述工作面立面围岩状况。②洞身地质素描是对隧道拱顶、左右边墙进行的地质素描，直观反映隧道周边地层岩性及不良地质体的发育规模、在空间上对隧道的影响程度等，通过隧道地质展示图形式表示。1、地质调查法（隧道地表调查及地质素描）2）隧道内地质素描③地质素描应随隧道开挖及时进行，对隧道岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段应开挖1～2个循环进行一次素描，简单地段不宜超过10m进行一次素描。④对岩体受构造影响程度、节理发育程度、岩体完整程度、富水程度及围岩稳定状态等进行详细编录，据此对围岩级别及其他地质参数进行修正，并初步提出有针对性的支护、衬砌或超前加固措施意见。1、地质调查法（隧道地表调查及地质素描）3）现场施工工作要求首先要熟读相关隧道施工工点图纸，了解隧道工程地质及水文地质情况，包括地层岩性（了解围岩的组成成分，风化程度以及节理裂隙的发育程度）、地质构造（了解围岩的岩层产状要素，是否有断裂等不良地质构造）、工程地质条件（了解隧道内不同里程段的围岩级别，以及岩土施工的工程分级情况）及水文地质条件（了解隧道区域内的地下水类型，含水量的大小），对每项内容逐项进行地表调查，核查与设计描述是否相符；其次对洞内开挖掌子面进行地质素描，主要是填写“掌子面地质素描记录表”，在隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况，对表格中的内容填写要求，进行了如下举例说明。1、外业准备：洞内素描所需要的工具：外业包、罗盘、地质锤、笔记本、数码相机等2、内业准备：地质素描作业指导书3、掌子面地质素描记录表内容填写：（1）掌子面状态：1）填写内容：见左侧表格；2）填写依据：现场观察并依据设计图纸尺寸正确填写。（2）掌子面状态：1）填写容：见左侧表格；2）填写依据：现场观察并依据《隧道围岩分类》正确填写。（3）毛开挖状态1）填写内容：见左侧表格；2）填写依据：依据表《隧道围岩分类》及相关设计资料填写（4）岩石强度（MPa）1）填写内容：见左侧表格；2）填写依据依据表《岩石坚硬程度的划分表》正确填写（5）风化程度1）填写内容：见左侧表格；2）填写依据依据表《风化程度分级表》正确填写。（6）裂隙宽度（mm）1）填写内容：见左侧表格；2）填写依据依据表《节理宽度分级表》正确填写。（7）裂隙形态1）填写内容：见左侧表格；2）填写依据依据表《节理宽度分级表》正确填写。充填有软弱介质的节理如实填写。（7）涌水状态1）填写内容：见左侧表格；2）填写依据依据表《地下水状态的分级表》正确填写。1、地质调查法（隧道地表调查及地质素描）4）现场施工工作流程（1）在隧道开挖施工掘进过程中，现场施工技术人员及现场施工作业人员必须不定期对隧道中线两侧各1～2.0km的范围内进行地表勘察；主要是查看隧道拱顶地表是否有下沉变形、地表开裂现象；若发现有异常，必须加强对地表及洞内进行沉降观测，根据测量数据分析洞内是否有沉降，观测拱顶初支表面是否有裂缝存在；据此对围岩级别及其他地质参数进行修正，并初步提出有针对性的支护、衬砌或超前加固措施意见。（2）我标段工区隧道地质素描工作由第三方（铁三院）地质人员进行负责。现场施工技术人员每天及时将隧道掌子面里程数据报给项目部安质部，由安质部将数据汇总，统一报给“铁三院”相关地质人员，检查人员根据里程数据不定期来工地进行地质素描工作，根据现场查看情况，给出“短期预报”报告，各隧道技术主管根据报告内容，指导现场施工；（地质素描记录表每10m做一次调查记录，每30m出一份短期预报报告）。短期地质预报-综合预报单隧道短期综合预报单隧道方位：比例：1:200预报日期：西梁绘制：复核：进口2014年10月17日地质调查、地质勘探方法。砾岩：紫褐色、紫红色；弱风化；砾状结构；中厚层构造；岩体较破碎；呈胶结块石状夹块状结构。地下水不发育，掌子面无水或偶有局部湿润。该段落节理裂隙发育，岩体较破碎，岩体自稳性差，易掉块。1.开挖时严格控制进尺，严格按设计要求施工，依照设计及时做好支护；2.加强洞室及浅埋段地表监控量测，及时反馈监控量测数据信息；3.加深炮孔依照超前地质预报大纲的要求实施，并按要求提供加深炮孔记录。4.施工时发现地质情况异常变化要及时通知相关单位。汪祖生赵学思新建京沈铁路客运专线辽宁段标段-2部拱墙边右左边墙图示展措施建议风险异常点预测工程地质条件里程预报方法说明预测水文地质条件短期地质预报-隧道地质展示图隧道地质展示图隧道方位：比例：1:200预报日期：里程设计工程地质水文地质条件设计围岩分级施工围岩分级西梁绘制：复核：展示图墙边左右边墙拱部进口2014年10月17日详见施工设计纵断面图。中厚层状为主，局部夹薄层状构造岩体破碎、自稳性差；初期支护依据设计施作。汪祖生赵学思新建京沈铁路客运专线辽宁段标段-2施工揭示地层岩性特征施工揭示地层构造特征施工围岩稳定性及初期支护施工揭示水文地质特征Ⅴ级Ⅴ级砾岩：紫褐色；强风化~弱风化；砾状结构；中厚层构造；岩体较破碎；呈碎块状夹块状。局部夹泥岩、砂砾岩，棕红色；强风化；泥质结构，薄层构造；岩体较完整，岩质较软弱。未见地下水含微量基岩裂隙水，雨季地表水下渗水量有所增加。2、加深炮孔探测加深炮孔是利用风钻或凿岩台车在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔获取地质信息的一种方法，改方法适用于各种地质条件下的隧道超前地质探测，尤其适用于岩溶发育区。该方法是超前地质钻探的一种重要补充，在非岩溶区可以揭示岩体软硬状况和完整性，在岩溶发育区揭示溶洞，而且其设备移动灵活、操作方便、费用低、占用隧道施工时间短，可与爆破孔同时施作。1）加深炮孔探测技术要求①孔深应较爆破孔（或循环进尺）深3m以上；②孔径宜与爆破孔相同；③孔数、孔位应根据开挖断面大小和地质复杂程度确定；④发现异常情况及时反馈信息，严禁盲目装药放炮；⑤加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施；⑥揭示异常情况的钻孔资料应作为技术资料保存。2、加深炮孔探测2）加深炮孔的孔位布置施工中应结合围岩地质条件和施工开挖状况，全断面开挖时，在掌子面上间隔布置，一般情况布置5个加深炮孔，详见图6-3；当出现不同地层分界、地层破碎带或预报可能出现地质隐患时，布置6-8个加深炮孔，详见图6-4；当采用上半断面开挖时，相应炮孔为3∼5个；炮孔布置形式见示意图6-5、图6-6，孔深应较爆破孔（或循环进尺）深3m以上，钻孔外插角度一般与炮孔相同，外插角度一般3∼5°。3）现场施工工作流程我标段工区隧道加深炮孔探测工作由现场施工作业人员施作，现场技术人员要全程进行旁站，并做好钻孔记录，填写钻孔记录表，对记录内容进行分析整理，了解掌子面前方地质情况，指导现场正常施工。2、加深炮孔探测2、加深炮孔探测2、加深炮孔探测隧道加深炮孔记录表施工单位：中铁十二局集团有限公司京沈客专辽宁段TJ-2标项目经理部一工区施工时间：2015年月日时分—时分单位工程：XX隧道钻孔编号掌子面里程外插角钻孔位置钻孔长度（m）钻进特征及地质情况描述1DK287+3∼5°拱顶下1米5∼8描述情况：地层岩性、钻进速度及变化情况、岩粉或混合体颜色、遇水部位、水量、是否充填及充填物成分等。2DK287+3∼5°拱顶下3米,左偏2∼5m5∼83DK287+3∼5°拱顶下3米,右偏2∼5m5∼84DK287+3∼5°拱顶下6米,左偏2∼5m5∼85DK287+3∼5°拱顶下6米,左偏2∼5m5∼8加深炮孔断面布置图说明：1、孔深应较爆破孔（或循环进尺）深3m以上，每个断面每循环3∼5个孔,加深炮孔搭接不小于1.0米；2、孔位布置原则：拱顶下1米隧道中心线上一个，拱顶下3米中心线左、右2∼5米各一个，沿中心线下6米中心线左、右2-5米各一个，如上图布置；3、钻孔外插角度一般与炮孔相同，视现场施工条件适当调整，外插角度一般3∼5°。记录：审核：监理工程师：3、超前地质预报-TSP法（地震波反射法）TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点（通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点）用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号投射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过TSP203软件处理，便可了解隧道工作面前方不良地质的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。通过TSP203软件处理，可以获得P波（纵波）、SH波（水平横波）、SV波（垂直横波）的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分布TSP（地震波反射法）原理图3、超前地质预报-TSP（地震波反射法）地震反射波基本原理3D演示动画直达波的传播P=压缩波质点运动方向SVSHS=剪切波质点运动方向纵波（P）和横波（S）的传播S波