隧道工程施工超前地质预报监理实施细则

隧道工程施工超前地质预报监理实施细则一、编制依据1、《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）；2、“关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知”（铁建设【2010】120号）；3、《铁路隧道工程施工安全技术规程》TB1034—2009J947—2009；4、设计图纸、西安铁路局有关文件。二、隧道工程地质概况1、新黄沙岭隧道设计地质概况：新黄沙岭隧道位于陕西省商洛市境内，属秦岭中山区，地形起伏较大。隧道穿过黄沙岭。隧道进口位于中元古届宽坪群大理岩片岩中，洞身位于白垩系泥岩夹砾岩，片岩夹大理岩及碎裂中，出口段约110m位于第四系膨胀土中。该隧道地层岩性复杂，受构造作用影响严重。片岩中与自垩系泥岩夹砾岩分界面附近，软硬不均；隧道洞身DzK133+134~DzK133+279计145m、DzK134+700~DzK134+750计50m段分别通过F4f9断层破碎带，岩体破碎。DzK136+115~DzK136+225计110m段位于膨胀土中；DzK136+030~DzK136+115段有基座型阶地分布，可能存在基岩陡坎，对洞身有较大影响。隧道范围内地表水多为冲沟的季节性流水，水量随季节性变化显著，水量不大。地下水为基岩裂隙水（风化裂隙水和构造裂隙水），在大理岩地层中可能赋存岩溶水，预测隧道施工中可能会出现突涌水和围岩失稳现象。2、新夜村隧道设计地质概况：新夜村隧道位于陕西省商州市夜村镇境内，进口位于杨源村。出口位于王平村，穿行于秦岭南部丹江河谷区。进口地形较为陡峻，出口较为平缓，以弱性膨胀土为主，土体教潮湿，无地下水，也无泉水出露，地质条件较好。3、胭脂岭隧道地质概况：设计图纸显示，该隧道位于秦岭中低山区陕西省商州市下湾村北，进口段自然坡度较陡，出口自然坡度较平缓。工程涉及主要地层为坡积膨胀土，中元古届宽坪群云母石英片岩、大理岩，表层岩体较破碎，节理发育，强分化易击碎。地下水主要为基岩裂隙水，水位埋深较大，水量较小。出口端存在危岩落石。4、新陈家涧隧道设计显示，该隧道在秦岭山中，地形起伏较大，进出口段坡体较平缓。工程涉及主要地层为中元古届宽坪群片岩，云母石英片岩，变晶结构，片状构造表层岩体破碎，节理发育，山体中部裂隙十分发育；地下水主要为基岩裂隙水，水位埋深在17m。5、新石涧川一、二号隧道地质设计显示，该隧道位于陕西省商州市砚川石涧川村南秦岭山区，地形起伏较大，进出口段自然坡度，坡度30°~60°。工程涉及主要地层为第四系全新统滑坡堆积，坡积粉质黏土，中元古届宽坪群云母石英片岩，变晶片状构造，表层岩体破碎，节理发育，DyK119+932处发育一长大节理。地下水主要为基岩裂隙水，水位埋深较大，水量较小，不良地质DyK120+018~DyK120+130处有一滑坡，表层滑坡，堆积厚4m左右，对洞身无不良影响。6、新两岔河隧道位于商州市两岔河方党那村西南，主要地层为中元古届宽坪群云母石英片岩，变晶结构，片状构造，岩体破碎，节理发育，褶皱 构造发育。水文地质特征：工点范围内地表水为两岔河内水，水量不大，大气降水上游支流补给，受季节变化大，地下水主要为基岩裂隙水，水位埋深较大，水量较小，其水质良好，对圬工无侵蚀性。7、新戴街隧道位于商州市夜村镇境内，主要穿行于秦岭南部丹江河谷区，进口地形陡峻，基岩裸露。出口段及洞体中部地形较为宽缓，多辟为农田。工程设计主要地层为第四系上更系统、中更系统冲积膨胀土，上第三系砾岩夹砾石，地质构造无断裂构造发育。地下水以基岩裂隙水为主，土体较为潮湿，属贫水区。8、新东龙山隧道图纸说明显示，该随带位于秦岭中山区，商州市东南，既有线东龙山隧道右侧约25m,地形起伏较大。进口段自然坡度稍陡。出口段自然山坡较缓，最大埋深45m。工程设计主要地层为第四系全新统坡积粉质黏土，中、上更新统月膨胀土。洞身基岩裂隙水不发育。综合以上各隧道地质状况描述，超前地质预报工作重点应安排在新黄沙岭隧道，因其不良地质状况较多，有突泥、突水、岩溶、断层破碎带。其次，在新新石涧川一号隧道发育大节理处。对其他隧道应进行开挖掌子面围岩的地质预报，多采用浅眼（孔）勘探方法。三、组织管理宁西铁路增建二线Ⅱ标监理总站由主管安质副总监负责全辖区地质预报工作。各监理组组长负责各管段内隧道工程超前地质预报工作的监督落实。各监理组长进行超前地质预报现场的巡视检查并签认施工单位上报的超前地质预报的汇编资料。届时参加会审，共同判定预测范围、部位、位置以便监督实施。组织管理图总监副总监监理一组监理二组监理三组监理四组四、监理工作内容、范围及工作流程图a)工作内容：a、审批超前地质预报方案；b、超前地质预报安全防护专项方案的审批；c、人、机、料到位情况；d、现场监督检查安全操作情况；e、地质状况资料的签认；f、参加预审分析会议。b)工作范围： 监理总站所管辖区域内所有隧道的超前地质预报工作的监督管理。a)工作流程图：项目指挥部指挥部监理站预报方案审批数据整理书面上报工程部监理三组监理二组监理一组监理四组第四工区第三工区第二工区第一工区四、超前地质预报的主要内容、方法、目的1、隧道工程地质预报的主要内容：隧道施工中的地质预报，是在探测或预测开挖工作前方几米至几十米，甚至几百米以上的围岩工程地质和水文地质条件的基础上，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报。预报的具体内容如下：（1）对照勘测阶段的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度；（2）可能出现塌方、滑动影响施工时，预报其部位、形式、规模、发展趋势，并提出处理措施；（3）隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层时，需施工部门改变施工方法或作应急措施预报；（4）预报可能出现突然涌水地点、涌水量大小、地下水泥砂含量及对施工的影响；（5）软岩出现内鼓、片状掉块地段，应预报对施工的影响程度；（6）岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽时，应预报其危害程度；（7）在位移量测中发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度；（8）浅埋隧道地面出现下沉或裂缝时，应预报对隧道稳定和施工的影响程度；（9）洞口可能出现滑坡、坠石，应及时作出预报；（10）预报由于施工不当，可能造成围岩失稳及其改进措施；2、地质预报方法：隧道施工中的地质预报方法，主要是根据地表和已开挖的隧道地段的地质调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法预测开挖工作面前方一定长度范围内围岩的工程地质和水文地质条件，一般每次预报长度为10~20m。（！）施工地质调查1） 开挖面的地质素描。一般只做掌子面和一侧边墙的地质素描；位于地质条件复杂或重点地段，除进行掌子面地质素描外，还应作隧道地质展示图。地质素面图的内容应包括：①岩性、地质时代、岩层产状、软弱夹层、岩脉穿插情况；②主要节理裂隙的产状、规模，相互切割关系；③断层及破碎带的形态、产状及充填物特征；④地下水出水点、出露水量；⑤岩溶位置、规模；⑥不稳定块体的位置、范围。2）岩体结构面调查是为查明岩体结构类型、结构面性态及结构面的组合关系。调查时按不同的岩组或岩段、不同构造部位，选择有代表性的边墙岩面进行观测。测量范围一般为4~10㎡。观测内容有：①结构面产状、力学属性；②节理裂隙性态，包括延伸性、粗糙程度、张开度；③结构面充填特征、含水情况。3）洞内涌水观测，除观测其水温、水质、颜色、气味等，更重要的是观测其涌水量及变化情况，尤其对较大的股流应进行定期观测。涌水量观测方法有：①股状涌水和钻孔集中涌水可用容器直接量测；②呈降雨状的面积涌水，可按涌水面积与接水容器口面积比来推算涌水量；③可围墙的隧道内涌水，可用三角堰或梯形堰测定。（2）施工地质探测施工地质探测是预测隧道开挖工作面前方围岩的工程地质和水文地质条件较可靠的方法，有坑探、钻探和物探等探测方法。1）坑探（导坑探测）在长大的或地质条件较复杂的隧道施工中，常采用超前导坑或平行导坑超前，或专用的探测坑道进行探测。根据导坑开挖揭露的围岩地质情况，可较清楚地了解并较准确地预测隧道开挖工作面前方相应地段围岩的工程地质和水文地质条件。2）钻探①超前水平岩芯钻探。隧道中的超前水平岩芯钻孔，可以看作是隧道中的微型导坑。它可以探测隧道开挖工作面前方几百米范围内围岩的地质情况。②隧道开挖工作面上的浅孔钻探。隧道开挖工作面上的浅孔钻探，是利用在隧道开挖工作面的炮眼孔或探水孔、声波探测孔钻进情况来探测围岩的地质情况。这些钻孔的深度一般为几米至几十米。采用浅孔钻探方法，主要是钻进过程中，从钻进时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。例如，在遇到断层泥时，钻进时间短、钻进速度快；钻孔冲洗液浑浊，呈白色；遇卡钻时，说明岩体破碎；遇跳钻时，则可能有空洞或溶洞等等。采用安装在钻孔台车上的钻进测速装置，记录钻进一定深度所需的时间，得出钻进时间随深度的变化曲线。根据钻进时间变化曲线，可推断预测断层在钻孔中的位置和宽度。综合开挖工作面上不同位置的钻孔的钻进时间变化曲线，便可大致确定断层的规模和产状。③物探。由于不同岩石（体）的物理力学性质不同，其声波的传播速度也不相同。因此，可根据岩石（体）的声波传播速度来判别岩体的工程地质性质，即岩石（体）的波速越高，岩体完整坚硬，岩体质量越好。 采用声波探测进行地质预报，其具体做法是：利用隧道开挖工作面上的钻爆孔和探水孔分别作单孔测井和孔间穿透测试，根据测得的开挖工作面前方探测长度范围内围岩的声波纵波速度，再结合开挖工作面素描记录的地质情况，便可分析预测和评价围岩的工程地质。声波测试是采用掌子面上5个钻爆孔和一个15m深的探水孔，分别进行单孔测井和孔间穿透测试。根据所测得数据，将开挖工作面前方12m长度范围内的围岩划分为与岩层产状一致的三个速度带，并预报了各带围岩的工程地质和每次开挖的深度，做到安全施工。（3）施工地质预测施工地质预测是根据施工地质调查和施工地质探测的结果，对隧道开挖面前方一定范围内的围岩地质条件作出推断和评估。1）地质雷达法地质雷达俗称探地雷达，它的试验原理为：由控制单元向地层发射一组以某一频率为中心的高频电磁波，在传播的过程中，电磁波遇到不同电磁性介质分界面时，一部分电磁波能量会转换成反射波返回地面，另一部分能量则穿透界面继续向前传播，再次遇到界面时，又一部分电磁波返回地面。在电磁波传播的过程当中，当遇到不同的岩层或岩层的节理发育程度不同时，电磁波的反射系数、衰减系数以及反射频率是不一样的。雷达天线接收器接收到反射波，并输送到控制单元，将信号进行显示，对电磁反射波所带信息进行分析，就可获得被探地层的层厚、岩层完整性以及岩层含水情况。2）TSP法TSP预报系统采用回声测量原理，对开挖前方地质状况作出预报。在进行地质预报前，在隧道边墙脚处布设测线，测线上布设炮点，即为人工震源点，用小量炸药激发地震，产生振动声波。振动声波向进深方向传播，当遇到不同介质时，一部分声波返回，一部分声波继续向前传播。当继续向前传播的声波，遇到第二种介质时又返回，直至振动声波能量全部被吸收。事先设在隧道内的接收器，分次采集到回声波，利用设备自带软件进行分析处理，依次作出地质信息预报，可以获得探测范围内的全部岩石力学参数，如弹性模量和泊松比等，利用探测到的物理力学参数，可预测进深方向及其周围岩层的构造变化。探测范围可达到100米，硬岩层甚至可达200米，在现场进行数据采集时，能伴随施工连续采集，基本上不影响掘进作业。3）隧道涌水的预测方法①相似比拟法。是建立在岩层裂隙比较均匀、比拟段的水文地质条件相似、涌水量与坑道体积成正比的基础上。按实测已开挖的导坑涌水量推测未开挖的正洞涌水量：实测导坑涌水量Q0=q0F0S0正洞涌水量Q0=q0FS式中：F0、F—分别为导坑和正洞过水断面面积（洞水乘以断面周长）；S0、S—分别为导坑和正洞中的水位降低值；q0—已开挖导坑的单位涌水量。按实际已开挖地段的涌水量推测未开挖地段的涌水量：已开挖地段的实测涌水量Q0=q0L0则未开挖地段的涌水量Q0=q0L式中：q0—已开挖地段单位涌水量；L0、L—分别为已开挖和未开挖地段长度。 ②炮眼水喷距法。原理是利用爆破后的出水量和爆破前炮眼水喷距之间的一定比例关系，用喷距的大小预测开挖后的涌水量。4）围岩塌方的预测围岩的变形破坏、失稳塌方，是从量变到质变的过程，在量变到质变的过程中，必然会在围岩工程地质和水文地质特征及岩石（体）力学上反映出一些征兆。因此，可根据这些征兆来预测围岩稳定性，从而进行地质预报。围岩的变形破坏、失稳塌方，有以下一些征兆：①遇特殊和不良地质条件，如断层及其破碎带、滑动层、溶洞、陷穴、古河槽、堆积体、流沙、淤泥、地下水、松散地层等情况，则是稳定性差的围岩征兆；②水文地质条件的变化，如干燥围岩突然出水，地下水突然增多、涌水量增大、水质由清变浊（地下水将断层泥带走）等都是即将发生塌方的前兆；③开挖面上有可能不稳定块体出露，尤其是由小断层或其他软弱机构面和围岩的节理裂隙构成的可能不稳定块体的出露处，往往是局部围岩塌方的部位；④拱顶不断掉下小石块，甚至较大的石块相续掉落，预示着围岩即将发生塌方；⑤岩石裂隙旁出现岩粉或洞内无故出现有岩粉飞扬时，也说明可能即将发生塌方；⑥围岩发生裂缝，并逐步扩大，很可能要发生塌方；⑦支护受力（敲击发声清脆有力，接头挤偏或压劈等）变形甚至发出声响时，说明围岩压力增大，有坍塌的可能；⑧喷射混凝土出现大量的明显裂纹，亦说明围岩压力增大，有可能出现失稳塌方；⑨围岩或隧道支护，拱脚附近的水平收敛大于0.2mm/d或拱顶下沉量大于0.1mm/d并继续增大，说明围岩仍在变形，处于不稳定状态。3、地质预报的目的1）为预防突发事件，改变施工方法，变换施工方式修改隧道设计提供依据；2）为预防隧道涌水、突水、围岩失稳等不良地质灾害可能形成的重大安全事故及时提供信息，提前做好预案，保证施工安全；3）积累地质水文资料，立足长远。六、超前地质预报监理控制要点（1）《铁路隧道工程施工安全技术规程》的要点：1）超前地质预报工作必须纳入现场施工组织统一管理，并应编制超前地质预报的安全保障措施；2）对于地质复杂和复杂的隧道工程，应由建设单位组织统一招标。选择有经验的队伍承担超前地质预报工作，对于地质中等复杂和简单的隧道工程，由施工单位自行承担超前地质预报工作；3）对于区域地质条件复杂的隧道，应根据区域地质勘测资料，选择以钻探法为主，结合物探法、地质调查法等多种不同原理的预测预报方法，并对所测得的资料进行综合分析，达到相互补充、相互印证，提高预报准确率；4）超前地质预报人员必须经过隧道施工安全教育培训，并掌握安全操作技术和安全生产的基本知识。（2）监理控制的手段：1）审核技术文件、报告和报表,主要审核施工单位的施工组织设计方案和各种管理图表； 2）指令文件与一般管理文书是监理工程师运用指令控制权的具体形式，对施工承包单位提出指示或命令，属于强制性执行的文件；3）现场监督和检查：监理工程师对施工队人员、机械和现场操作状况的检查；4）规定的监控工作程序：地质预报工作从开始到完成，工作环节比较简单。但每个环节施工单位必须先自检合格后报监理验收。其各环节是：开工前准备阶段检查人、机、料、法、环是否准备到位；施工阶段主要检查现场安全、环境及质量是否符合要求；数据数量与分析判断阶段主要是参与分析，确认其真实可靠；最后阶段是跟踪检查新方案（措施）执行情况。（3）监理控制的方法现场巡视检查，关键工序、重要部位旁站监理。（4）监理控制重点1)监理工程师特别在临近设计文件中圈定的大的断层破碎带，或岩溶发育地段时，必须督促采取超前钻探，以利于采取措施预防大规模坍塌、涌水和突发性泥石流的发生。2）监理工程师应要求超前地质预报和隧道监控量测联合进行，综合分析，相互补充，相互印证，准确判断。