向莆铁路JX-4A标项目部隧道超前地质预报方案

隧道超前地质预报方案中铁二十四局向莆铁路JX-4A标项目部1隧道超前地质预报方案一、隧道工程概况中铁二十四局承建为DK98+550～DK160+819.24与DK219+911～DK228+816，共71.17424公里，隧道共7座长9.108公里，占线路长度的12.8%，其中重点控制工程为武夷山隧道，施工长度5671m。武夷山隧道：根据我局与中铁3局划分任务中，针对武夷山隧道，我局承揽任务为武夷山隧道里程为DK219+911～DK225+582,即武夷山隧道施工长度5671m，其中II级围岩4234m，III级围岩714m，IV级围岩526m，V级围岩197m。平成关隧道：平成关隧道全长为1235m，里程为DK126+145～DK127+380，其中III级围岩576m，IV级围岩88m，V级围岩571m。游源隧道：游源隧道全长为147m，里程为DK127+715～DK127+862，其中III级围岩40m，IV级围岩29m，V级围岩78m。界山隧道：界山隧道全长为175m，里程为DK128+000～DK128+175，全部都是V级围岩175m。柴山隧道：柴山隧道全长为155m，里程为DK128+860～DK129+015，全部都是V级围岩155m。乌碑石隧道：乌碑石隧道全长为354m，里程为DK135+651～DK136+005，其中III级围岩295m，V级围岩58m。武调一号隧道：武调一号隧道全长为1366m，里程为DK227+444～DK228+810，其中II级围岩349m，IV级围岩463m，V级围岩554m。针对以上隧道情况，隧道超前地质预报以武夷山隧道为主，其他短隧道主要也是IV级和V级围岩，且隧道就穿过一座山胞，地质情况比较简单，根据现场施工情况，选择做超前地质预报。二、武夷山隧道工程概况2.1、根据我局与中铁3局划分任务中，针对武夷山隧道，我局承揽任务为武夷山隧道里程为DK219+911～DK225+582,即武夷山隧道施工长度5671m，其中II级围岩隧道超前地质预报方案中铁二十四局向莆铁路JX-4A标项目部24234m，III级围岩714m，IV级围岩526m，V级围岩197m。2.2、隧道出口内轨顶面设计标高341.89m，从进口到出口处，采用单一上坡，变坡点左线内轨顶面标高及坡率为：变坡点DK210+800标高为267.938，坡率为+4.9‰；变坡点DK224+600标高为335.558，坡率为+6.5‰；变坡点DK225+600标高为342.058，坡率为0‰。在变坡点里程DK224+600、DK225+600处均需设置圆曲线型竖曲线，竖曲线半径R=20000m，设置范围分别为DK224+584～+616、DK225+535～+664.20。隧道内左线内轨顶面标高等于左线路肩设计标高加上0.92m，隧道内轨顶面至道床底面高度为0.515m。斜井与正洞连接处：斜井坑底设计标高等于左线线路内轨顶面标高减去0.515m。2.3、隧道进口段左线DK210+923～DK211+374.04(右线DK210+923～DK211+386.11)位于右偏曲线上，左、右线半径R=11000m，隧道曲线段左线长451.04（右线长463.11m）；洞身左线DK222+212.82～DK224+482.19(右线DK222+214.79～DK224+482.43)段位于左偏曲线上，左、右线半径R=5500m，隧道曲线段长2269.37m；隧道其余地段均位于直线上。2.4、全隧道除出口端DK225+566～+582段采用路堑式明洞衬砌外，其余地段均采用复合式衬砌。2.5、我局施工武夷山隧道范围内，有一座斜井为下村斜井，位于线路前进方向左侧，斜井综合坡度7.78%，平面交角90°，斜井长度1368.28m，与正洞交于DK221+360里程处，采用无轨运输单车道+错车道。三、武夷山隧道地质情况3.1地理位置及地貌特征向莆铁路武夷山隧道地处福建省西北部建宁县及江西省黎川县境内，出口位于建宁县黄坊乡五调新村的NW向冲沟，NE侧斜坡上，自然坡度20°～30°，植被发育，山坡临空面倾向方位160°。隧道洞身最大埋深355.91m。3.2自然地理概况及隧道水文地质特征及涌水量3.2.1、地形地貌隧道位于剥蚀中低山区，山势陡峻，地势以狮子寨为界，向北西由中低山变为丘陵区，向南东侧北西高、南东低，仍为剥蚀中低山区，区内沟谷纵横、植被发育，乔、灌隧道超前地质预报方案中铁二十四局向莆铁路JX-4A标项目部3木、杂草众生，隧道经过区域最高山锋狮子寨，高709m左右，隧道出口处高程约340.541m，其相对高差达368m，区内地形标高一般为300～600m，相对高差300m左右。自然山坡坡度10°～45°不等。洞身地段沟谷地表水发育，在大东坑、际下、曹家地、横口、五调新村等处发育沟谷，沟谷地表水较发育，洞身与沟谷夹角30～70度以上，少数沟谷与线路基本正交穿过，隧道埋身18～350m。测区内交通不便。3.3.2、气象、水文测区位于低纬度带，气候温和、雨量充沛，属亚热带气候。年平均气温最高24.57℃,最热为7月份，月平均气温34.17℃,最冷1月份，月平均气温5.2℃。每年11月至次年1月为霜期，年平均无霜期292天。年平均降雨量1799.3mm，3～6月为雨季，其平均降雨量1043.1mm，占年降雨量的58%。区内水系发育，形成树枝状水系，属五调河支流，发源于武夷山两省交界分水岭(武夷山)，支流主要分布于芦岭村、将上、大东坑、际下、曹家地、横口、五调新村。3.3隧道工程地质条件3.3.1．隧道洞身工程地质条件隧道出口位于NW向冲沟的NE侧斜坡上，自然坡度20°～30°，植被发育。谷地表层为2米厚细砂层，下伏花岗岩全风化层也较厚，山体表层2.4米为粉质粘土夹碎块石，基岩为中～细粒二长花岗岩，中细粒花岗结构，块状构造，全～强风化厚4～9米，质地较软，风化呈砂土状。洞口表层为松散细砂曾，花岗岩全风化层厚，完整性差，围岩分级为V级。成洞条件差，围岩易坍塌，需加强支护，且洞口位于山间坳谷，地表水对隧道施工有较大影响。隧道出口边坡、仰坡坡率为1：1.5，限高6米。洞身：洞身岩石种类较多，除断层带、浅埋部位划为IV、V围岩外，其余为弱风化侵入岩、变粒岩，属坚硬完整～较坚硬完整岩石，围岩级别为II～III级。II级围岩段：晚侏罗侵入的弱风化花岗岩和太古界变粒岩，岩石坚硬，裂隙不发育，完整～不完整，洞身稳定性好。III级围岩段：弱风化的变粒岩。岩石较硬，层间裂隙较发育，洞身稳定性一般～较好。拱部无支护时易掉块、坍塌。IV级围岩段：主要是断层带及受其影响范围内的裂隙发育、岩石较破碎的洞身围岩，隧道超前地质预报方案中铁二十四局向莆铁路JX-4A标项目部4稳定性较差，易产生掉块、坍塌、渗水。V级围岩段：隧道进出口及断层破碎带。洞顶不稳定，极易坍塌，需加强支护。3.3.2．下村斜井工程地质条件下村斜井与隧道中心线交于DK221+360处，斜井综合坡度为7.78%，与隧道中线垂直，长1368.36米，岩性分别为上太古界天井坪组上段变粒岩和朱地单元浅肉红色多斑粗中粒二长花岗岩，并与F4断层交于X2DK0+960处。斜井洞口主要是花岗岩全风化层，洞口边坡、仰坡坡率为1:1.25，限高8米。四、武夷山隧道超前地质预报位置及使用仪器武夷山隧道超前地质预报范围序号起始里程终止里程段落长度(m)设计围岩类别预报主要内容主要方法/仪器重点预报地质1DK220+224DK220+24420Ⅳb岩性特征，节理，裂隙发育特征，岩体结构特征，破碎程度，水量大小、压力、变化规律，环境水文地质特征TSP，超前水平钻孔及地质素描法节理裂隙发育、断层破碎带、强富水2DK220+244DK220+30460Ⅴb3DK220+304DK220+32420Ⅳb4DK220+685DK220+70520Ⅳb岩性特征，节理，裂隙发育特征，岩体结构特征，破碎程度，水量大小、压力、变化规律，环境水文地质特征TSP，超前水平钻孔及地质素描法节理裂隙发育、断层破碎带、强富水5DK220+705DK220+73530Ⅴb6DK220+735DK220+75520Ⅳb7DK221+805DK221+86560Ⅳb岩性特征，节理，裂隙发育特征，岩体结构特征，破碎程度，水量大小、压力、变化规律，环境水文地质特征TSP，超前水平钻孔及地质素描法节理裂隙发育、断层破碎带、强富水8DK222+135DK222+15520Ⅳb岩性特征，节理，裂隙发育特征，岩体结构特征，破碎程度，水量大小、压力、变化规律，环境水文地质特征TSP，超前水平钻孔及地质素描法节理裂隙发育、断层破碎带、强富水9DK222+155DK222+18530Ⅴb10DK222+185DK222+20520Ⅳb11DK222+265DK222+28520Ⅳb岩性特征，节理，裂隙发育特征，岩体结构特征，破碎程度，水量大小、压TSP，超前水平钻孔及地质素节理裂隙发育、断层破碎带、强富水12DK222+285DK222+32540Ⅴb隧道超前地质预报方案中铁二十四局向莆铁路JX-4A标项目部513DK222+325DK222+34520Ⅳb力、变化规律，环境水文地质特征描法14DK222+345DK222+41570Ⅲa15DK223+192DK223+22230Ⅳa位置，规模，破碎程度，充填情况，含水情况等TSP，超前水平钻孔及地质素描法节理裂隙发育、岩石破碎、中等富水16DK224+385DK224+42641Ⅳa17DK224+426DK224+46943Ⅳb18DK224+469DK224+47910Ⅳb19DK224+479DK224+50021Ⅳb20DK224+500DK224+53131Ⅳa21DK224+795DK224+83641Ⅳa22DK224+836DK224+87741Ⅳb23DK224+877DK224+93558Ⅳa24DK225+470DK225+50030Ⅳa岩性特征，节理，裂隙发育特征和岩体结构特征地质素描法，TSP软弱围岩地段25DK225+500DK225+52626Ⅴb26DK225+526DK225+56640Ⅴb五、武夷山隧道超前地质预报的内容和方法5.1、隧道施工超前地质预报包括以下九项内容5.1.1地势条件变化对施工影响程度预报；5.1.2可能出现塌方、滑动影响预报；5.1.3隧道穿越不稳定岩层较大断层预报；5.1.4出现涌水地段预报；5.1.5软岩出现内鼓、片劈掉块地段预报；5.1.6岩体突然开裂或原裂隙逐渐增宽等危害性预报；5.1.7位移变形加快影响围岩稳定预报；5.1.8浅埋段下沉裂缝对隧道稳定预报；5.1.9洞口滑坡、坠石及时预报。隧道超前地质预报方案中铁二十四局向莆铁路JX-4A标项目部65.2、隧道施工超前地质预报采用方法5.2.1.TSP预报系统：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掌子面前方及周围临近区域的地质情况。该系统是目前最先进的方式，准确率高，适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况，它的预报原理同负视速度法，只是接收频率为10～8000Hz，预报长度为100～200m，不占用工作面，对隧道施工干扰小，TSP超前地质预报系统野外观测见下图。TSP超前地质预报示意图5.2.2超前水平钻孔：是在隧道内安放水平钻机进行水平钻进，根据隧道中线水平方向上钻孔资料来推断隧道前方的地质情况。钻孔的数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。一般可根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液的颜色、气味、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断。这种方法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据现场的地质情况来安排下一步的施工组织。但该方法也存在不足之处：①在复杂地质条件下预报效果较差，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，特别是与隧道轴线平行的结构面，其预报无反映；②钻孔与钻孔之间的地质情况反映不出来。5.2.3地质素描：对开挖面的地质情况如实而准确的反映。素描