鐵路隧道工程超前地質預報實施方案.doc

中鐵二局龍廈鐵路LX標第一項目經理部目 錄1 工程概況22 地質預報目的23 地質預報方法23.1地震反射波法（TSP203、TGP206、TGP207、負視速度法）33.2 水平聲波反射法（HSP）43.3地質雷達法44預報隧道55技術保證65.1技術力量保證65.2儀器設備保證66施工組織66.1組織機構及人員安排66.2項目執(zhí)行程序76.3設備準備87預報方案97.1基本思路97.2基本方案97.3預報成果111 工程概況由我部承建龍廈鐵路LX標南靖段工程范圍主要位于南靖縣和溪鎮(zhèn)及金山鎮(zhèn)境內，起訖里程為DK36+160DK50+000，全長13.84km。其中隧道工程依次為：和溪隧道，長4429m；石觀音隧道，長5091m；埔頂隧道，長280m。隧道工程洞身地質主要為花崗閃長巖和黑云母花崗巖，圍巖較完整，主要為II、級圍巖；洞口及隧道受斷層和巖性分界面影響的局部地段節(jié)理發(fā)育，圍巖較破碎，為、V級圍巖。2 地質預報目的 （1）超前探測地層巖性變化界面、軟弱層界面、煤層界面、斷裂帶界面； （2）超前探測巖溶洞穴、巖溶通道及巖溶發(fā)育帶的位置、規(guī)模、充填狀況； （3）預報突水突泥位置及帶來的災害程度； （4）為動態(tài)設計提供相關的地質參數； （5）確定合理的工程措施及合理的施工方法。3 地質預報方法目前在國內外隧道建設中使用較廣泛的地質預報技術，傳統(tǒng)的方法有地質素描法、水平鉆探法、超前平導法等；近十年來，物探方法較廣泛應用，有地震方法中的反射波法、瑞雷面波法、極小偏移距法、水平聲波反射法；電磁法中的地質雷達法、瞬變電磁法，紅外探水法；直流電法等。這些方法中根據多年預報經驗，除紅外探水法和直流電法在機理上和使用邊界條件不當，不能使用外，其他方法使用得當，均應有較好的效果。本次預報采用地震反射波法地質預報系統(tǒng)和地質雷達法。3.1地震反射波法（TSP203、TGP206、TGP207、負視速度法） 地震反射波法是一種快速、有效、無損的隧道地質預報技術，能迅速連續(xù)超前地提供開挖的前方的三維空間的工程地質狀態(tài)。 根據觀測系統(tǒng)的差異和使用的儀器不同，常用的方法有三：鐵道部科研成果負視度法，瑞士引進的TSP203法和水電物探研究所最新推出的TGP206、TGP207法。其基本原理均是采用地震反射回聲測量原理（見圖）。地震波在指定的震源點（通常在隧道的左邊墻或右邊墻，布成一組排列炮點）用小量炸藥或機械振動激發(fā)產生。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當地震波遇到巖石物性界面（即波阻抗差異界面，例如斷層、巖石破碎帶和巖性變化等）時，一部分地震信號發(fā)射回來，一部分信號透射進入前方介質。反射的信號將被高靈敏度的地震檢波器接收，反射信號的傳播時間和反射界面的距離成正比，故而能提供一種直接的測量。國內工程單位在隧道地質預報中常用的儀器主要是：北京水電物探研究所生產的TGP206型和TGP207型地震反射預報系統(tǒng)、瑞士安伯格公司生產的TSP202型和TSP203型地震反射預報系統(tǒng)和使用常規(guī)地震儀的負視速度法。其系統(tǒng)特點是：1.預報最長距離可達200m（作中距離和近距離跟蹤預報效果更佳）；2.操作簡單，對工作環(huán)境無要求，不占用掌子面，對施工過程無妨礙；3.30分鐘內完成測量準備工作，測量一次的時間，不同的觀測系統(tǒng)分別為1060分鐘；4.對不良地質體的性質判斷較準確，分辨率可達到0.5m，預報的距離誤差小于5%；5.配套分析軟件，可方便地完成數據處理和評估；6.采用TBM法和盾構法施工時，用TGM207型地震發(fā)射預報系統(tǒng)，可連續(xù)作業(yè)，重復相關，全程跟蹤。3.2 水平聲波反射法（HSP） 水平聲波反射法即HSP法，是彈性波反射法的一種，利用聲波在地層中傳播、反射原理，通過信號采集系統(tǒng)接收反射信號，預報隧道施工開挖面前方及周圍區(qū)域的地質情況。實質是：將發(fā)射源、接收換能器布置在隧道兩側的淺孔內，發(fā)射、接收位置均在平行于隧道地面的同一水平面上，即構成一“水平聲波剖面”，在該剖面內空間激發(fā)并接收振動（聲波）信號，采用時域、頻域中的時差、頻差與地質相結合的方法確定反射面的空間方位并“投影”到該剖面上，從而確定反射面的出露情況及性質，可對掌子面前方50m內的地質狀況進行預報。 該方法特點是對反射界面傾角沒有限制，探測時不占用掌子面。3.3地質雷達法 地質雷達法是由發(fā)射天線在掌子面上，向前方發(fā)射一高頻脈沖電磁波，當其在傳播過程中遇到不同的目標體（巖石體、斷層、破碎、空洞等）的電性界面時，有部分電磁能量被反射回來，由接受天線接受，并由主機記錄，得到界面反射回到接受天線的雙程走時t，當地下介質的波速己知時，可根據測到的t值求得目標體的位置和埋深。 地質雷達法操作簡單，對施工干擾小，可對巖溶、斷層破碎帶、地下水賦存情況進行探測，探測目標的深度通常在20m以內。該方法分辨率高，對地下水非常敏感。在太中（銀）鐵路隧道地質預報項目中，采用美國GSSI公司生產的SIR-2000型地質雷達。4預報隧道由我部承建的龍廈鐵路LX標南靖段工程自漳州市南靖縣和溪鎮(zhèn)境內，沿九龍江支流西溪折向南，相繼跨漳龍高速公路、319國道和龍山西溪后至金山鎮(zhèn)境內，新建線路全長13.84km，其中隧道總長9.8Km，占線路長度的70.8%，部分地段受淺埋、偏壓、斷層破碎帶和煤系地層等不良地質影響，存在一定的施工難度和安全隱患，為確保施工安全和進度，我部將嚴格按照設計要求在以下隧道施工過程中進行超前地質預報。1.和溪隧道：和溪隧道位于福建省漳州市和溪鎮(zhèn)范圍，起迄里程DK39583DK44012，全長4429m，地處剝蝕低山，表層為粉質黏土夾碎石，下伏基巖主要為花崗閃長巖；2.石觀音隧道：石觀音隧道位于福建省漳州市和溪鎮(zhèn)和金山鎮(zhèn)之內，起訖里程DK44+094DK49185，全長5091m，地處剝蝕低山區(qū)，表層為第四系坡殘積粉質黏土夾碎石，其下為黑云母花崗巖；在DK44+780DK44+890可能有一斷層，斷層以破碎帶形式產出，帶內巖石破碎，呈角礫狀，碎石充填膠結，巖石風化強烈，均呈碎屑狀、碎塊狀。3.埔頂隧道：埔頂隧道位于福建省漳州市金山鎮(zhèn)之內，起訖里程DK49+396DK49+636，全長240m，地處剝蝕低山區(qū)，表層為第四系坡殘積粉質黏土夾碎石，其下為黑云母花崗巖5技術保證5.1技術力量保證中鐵物探勘察有限公司（中鐵地質物探試驗研究中心 項目組由年富力強的具有碩士、學士學位的中青年技術骨干為主體，同時聚集了經驗豐富的專家、教授、高工進行技術把關。項目組內技術專業(yè)結構齊全合理，包括進行隧道地質預報所需要的隧道工程、隧道工程地質、工程物探、工程鉆探專業(yè)。5.2儀器設備保證 根據主要采用的預報方法（如地震反射法、地質雷達法），準備投入的主要儀器設備有：瑞士AMBERG公司生產的TSP203隧道地震預報系統(tǒng)，北京水電物探研究所生產的TGP206型和TGP207型地質預報系統(tǒng)，美國GSSI公司生產的SIR-2000地質雷達和美國產R-24地震儀。以上設備均處于國際領先水平。6施工組織6.1組織機構及人員安排 根據項目實際情況，建立功能健全、職權明確、精簡高效的組織管理機構，確保項目有條不紊、科學合理地進行。地質預報組主要人員組成如下：項目經理項目總工程師地質素描組地震組地質雷達組技術組工程師1人儀器操作員2人技術負責1人技術負責1人儀器操作員2人高級工程師1人檢測人員一覽表序號姓名性別出生年月職稱學歷專業(yè)1張宇男1956.3高工本科工程物探工程地質2郭有勁男1969.6高工本科工程物探工程地質3高紅剛男1968.6高工本科工程物探工程地質4方青利女1949.8高工本科工程物探巖土工程5易海龍男1971.1工程師本科巖土工程6豐偉男1984.10助工大專信息工程7董明華男1983.11助工大本工程物探8金波女1984.5助工大本工程物探6.2項目執(zhí)行程序前期準備信息收集設計單位建設單位施工單位人員及組織機構技術培訓儀器設備準備制定技術方案現場勘察人員設備進場現場檢測資料整理、分析預報完成、提交報告施工階段6.3設備準備儀器設備表序號儀器名稱型號數量生產廠家1TGP206和2072北京水電物探公司2TSP2031瑞士AMBERG公司3地質雷達SIR20001美國LAUREL公司4地震儀R-241美國喬美利特公司5地質素描處理系統(tǒng)1日本東亞側器株式會社6臺式計算機17筆記本28打印機19傳真機110越野吉普車17預報方案7.1基本思路（1）所有隧道工程均進行超前地質預報工作，并作為一道工序納入施工組織設計中。（2）地質預報工作中，應堅持隧道洞內探測與洞外地質勘察的結合、地質方法與物探方法結合、多種物探方法的結合、地球物理方法與超前水平鉆探的結合，開展多層次、多手段的綜合地質預報，并貫穿整個施工過程。（3）地質預報中的物探方法和鉆探方法都是預報的方法手段，在綜合分析中，地質方法是中樞、是龍頭，預報的最終成果都必須轉換為地質語言、地質結論和工程結論。7.2基本方案 預報方案設計的技術思路是“兩個綜合”。即：在預報方法選擇上是“多種預報手段聯(lián)合應用的綜合預報，充分發(fā)揮各自方法的優(yōu)勢，取長補短，優(yōu)勢互補，互相驗證”。在資料分析上是“綜合分析，中長距預報與近距離預報結合，物探預報與地質預報結合，微觀與宏觀結合。中長距離指百米以上預報，近距離指50m以內的預報”。 地質預報指隧道施工中的地質描述，物探預報指采用地震反射法和電磁波法、地質雷達法、瞬變電磁法等方法預報。鉆探預報指水平超前鉆孔和鉆孔內的一系列參數測試。微觀地質指隧道施工地點，宏觀地質指隧道設計提供的地質資料。 根據方案設計原則，考慮對施工的影響以及預報成本的高低，總的預報方案如下：1.長距離預報 采用地震反射法：根據選用的儀器型號不同預報距離可分別達到200400m。2.近距離預報 采用地磁波法：地質雷達法可預報2025 m，瞬變地磁法可預報3040 m。3.常規(guī)預報 采用地質描述法；每完成一個循環(huán)進尺，都要進行掌子面地質描述，發(fā)現異常后進行異常位置跟蹤預報。4.異常位置預報 對隧道常規(guī)預報中和設計中的斷層破碎帶、節(jié)理密集區(qū)、巖溶帶、軟弱巖層帶、煤帶、煤層等進行預報。在異常帶百米前進行遠距離預報，在50 m前進行短距離預報，遠距離