铁路隧道工程超前地质预报方案

中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部目录1工程概况22地质预报目的23地质预报方法23.1地震反射波法（TSP203、TGP206、TGP207、负视速度法）33.2水平声波反射法（HSP）43.3地质雷达法44预报隧道55技术保证65.1技术力量保证65.2仪器设备保证66施工组织66.1组织机构及人员安排66.2项目执行程序76.3设备准备87预报方案97.1基本思路97.2基本方案97.3预报成果1111 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部1工程概况由我部承建龙厦铁路LX－Ⅲ标南靖段工程范围主要位于南靖县和溪镇及金山镇境内，起讫里程为DK36+160～DK50+000，全长13.84km。其中隧道工程依次为：和溪隧道，长4429m；石观音隧道，长5091m；埔顶隧道，长280m。隧道工程洞身地质主要为花岗闪长岩和黑云母花岗岩，围岩较完整，主要为II、Ⅲ级围岩；洞口及隧道受断层和岩性分界面影响的局部地段节理发育，围岩较破碎，为Ⅳ、V级围岩。2地质预报目的（1）超前探测地层岩性变化界面、软弱层界面、煤层界面、断裂带界面；（2）超前探测岩溶洞穴、岩溶通道及岩溶发育带的位置、规模、充填状况；（3）预报突水突泥位置及带来的灾害程度；（4）为动态设计提供相关的地质参数；（5）确定合理的工程措施及合理的施工方法。3地质预报方法目前在国内外隧道建设中使用较广泛的地质预报技术，传统的方法有地质素描法、水平钻探法、超前平导法等；近十年来，物探方法较广泛应用，有地震方法中的反射波法、瑞雷面波法、极小偏移距法、水平声波反射法；电磁法中的地质雷达法、瞬变电磁法，红外探水法；直流电法等。这些方法中根据多年预报经验，除11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部红外探水法和直流电法在机理上和使用边界条件不当，不能使用外，其他方法使用得当，均应有较好的效果。本次预报采用地震反射波法地质预报系统和地质雷达法。3.1地震反射波法（TSP203、TGP206、TGP207、负视速度法）地震反射波法是一种快速、有效、无损的隧道地质预报技术，能迅速连续超前地提供开挖的前方的三维空间的工程地质状态。根据观测系统的差异和使用的仪器不同，常用的方法有三：铁道部科研成果负视度法，瑞士引进的TSP203法和水电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声测量原理（见图）。地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，布成一组排列炮点）用小量炸药或机械振动激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播，当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号发射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的信号将被高灵敏度的地震检波器接收，反射信号的传播时间和反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量。国内工程单位在隧道地质预报中常用的仪器主要是：北京水电物探研究所生产的TGP206型和TGP207型地震反射预报系统、瑞士安伯格公司生产的TSP202型和TSP203型地震反射预报系统和使用常规地震仪的负视速度法。其系统特点是：1.预报最长距离可达200m（作中距离和近距离跟踪预报效果更佳）；11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部2.操作简单，对工作环境无要求，不占用掌子面，对施工过程无妨碍；3.30分钟内完成测量准备工作，测量一次的时间，不同的观测系统分别为10～60分钟；4.对不良地质体的性质判断较准确，分辨率可达到0.5m，预报的距离误差小于5%；5.配套分析软件，可方便地完成数据处理和评估；6.采用TBM法和盾构法施工时，用TGM207型地震发射预报系统，可连续作业，重复相关，全程跟踪。3.2水平声波反射法（HSP）水平声波反射法即HSP法，是弹性波反射法的一种，利用声波在地层中传播、反射原理，通过信号采集系统接收反射信号，预报隧道施工开挖面前方及周围区域的地质情况。实质是：将发射源、接收换能器布置在隧道两侧的浅孔内，发射、接收位置均在平行于隧道地面的同一水平面上，即构成一“水平声波剖面”，在该剖面内空间激发并接收振动（声波）信号，采用时域、频域中的时差、频差与地质相结合的方法确定反射面的空间方位并“投影”到该剖面上，从而确定反射面的出露情况及性质，可对掌子面前方50m内的地质状况进行预报。该方法特点是对反射界面倾角没有限制，探测时不占用掌子面。3.3地质雷达法地质雷达法是由发射天线在掌子面上，向前方发11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部射一高频脉冲电磁波，当其在传播过程中遇到不同的目标体（岩石体、断层、破碎、空洞等）的电性界面时，有部分电磁能量被反射回来，由接受天线接受，并由主机记录，得到界面反射回到接受天线的双程走时t，当地下介质的波速己知时，可根据测到的t值求得目标体的位置和埋深。地质雷达法操作简单，对施工干扰小，可对岩溶、断层破碎带、地下水赋存情况进行探测，探测目标的深度通常在20m以内。该方法分辨率高，对地下水非常敏感。在太中（银）铁路隧道地质预报项目中，采用美国GSSI公司生产的SIR-2000型地质雷达。4预报隧道由我部承建的龙厦铁路LX－Ⅲ标南靖段工程自漳州市南靖县和溪镇境内，沿九龙江支流西溪折向南，相继跨漳龙高速公路、319国道和龙山西溪后至金山镇境内，新建线路全长13.84km，其中隧道总长9.8Km，占线路长度的70.8%，部分地段受浅埋、偏压、断层破碎带和煤系地层等不良地质影响，存在一定的施工难度和安全隐患，为确保施工安全和进度，我部将严格按照设计要求在以下隧道施工过程中进行超前地质预报。1.和溪隧道：和溪隧道位于福建省漳州市和溪镇范围，起迄里程DK39＋583～DK44＋012，全长4429m，地处剥蚀低山，表层为粉质黏土夹碎石，下伏基岩主要为花岗闪长岩；2.石观音隧道：石观音隧道位于福建省漳州市和溪镇和金山镇之内，起讫里程DK44+094～DK49＋185，全长5091m，地处剥蚀低山区，表层为第四系坡残积粉质黏土夹碎石，其下为黑云母花岗岩；11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部在DK44+780～DK44+890可能有一断层，断层以破碎带形式产出，带内岩石破碎，呈角砾状，碎石充填胶结，岩石风化强烈，均呈碎屑状、碎块状。3.埔顶隧道：埔顶隧道位于福建省漳州市金山镇之内，起讫里程DK49+396～DK49+636，全长240m，地处剥蚀低山区，表层为第四系坡残积粉质黏土夹碎石，其下为黑云母花岗岩5技术保证5.1技术力量保证中铁物探勘察有限公司（中铁地质物探试验研究中心项目组由年富力强的具有硕士、学士学位的中青年技术骨干为主体，同时聚集了经验丰富的专家、教授、高工进行技术把关。项目组内技术专业结构齐全合理，包括进行隧道地质预报所需要的隧道工程、隧道工程地质、工程物探、工程钻探专业。5.2仪器设备保证根据主要采用的预报方法（如地震反射法、地质雷达法），准备投入的主要仪器设备有：瑞士AMBERG公司生产的TSP203隧道地震预报系统，北京水电物探研究所生产的TGP206型和TGP207型地质预报系统，美国GSSI公司生产的SIR-2000地质雷达和美国产R-24地震仪。以上设备均处于国际领先水平。6施工组织6.1组织机构及人员安排根据项目实际情况，建立功能健全、11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部职权明确、精简高效的组织管理机构，确保项目有条不紊、科学合理地进行。地质预报组主要人员组成如下：项目经理项目总工程师地质素描组地震组地质雷达组技术组工程师1人仪器操作员2人技术负责1人技术负责1人仪器操作员2人高级工程师1人检测人员一览表序号姓名性别出生年月职称学历专业1张宇男1956.3高工本科工程物探工程地质2郭有劲男1969.6高工本科工程物探工程地质3高红刚男1968.6高工本科工程物探工程地质4方青利女1949.8高工本科工程物探岩土工程5易海龙男1971.1工程师本科岩土工程6丰伟男1984.10助工大专信息工程7董明华男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项目执行程序11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部前期准备信息收集设计单位建设单位施工单位人员及组织机构技术培训仪器设备准备制定技术方案现场勘察人员设备进场现场检测资料整理、分析预报完成、提交报告施工阶段6.3设备准备仪器设备表序号仪器名称型号数量生产厂家1TGP206和2072北京水电物探公司2TSP2031瑞士AMBERG公司3地质雷达SIR20001美国LAUREL公司4地震仪R-241美国乔美利特公司11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部5地质素描处理系统1日本东亚侧器株式会社6台式计算机17笔记本28打印机19传真机110越野吉普车17预报方案7.1基本思路（1）所有隧道工程均进行超前地质预报工作，并作为一道工序纳入施工组织设计中。（2）地质预报工作中，应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘察的结合、地质方法与物探方法结合、多种物探方法的结合、地球物理方法与超前水平钻探的结合，开展多层次、多手段的综合地质预报，并贯穿整个施工过程。（3）地质预报中的物探方法和钻探方法都是预报的方法手段，在综合分析中，地质方法是中枢、是龙头，预报的最终成果都必须转换为地质语言、地质结论和工程结论。7.2基本方案预报方案设计的技术思路是“两个综合”。即：在预报方法选择上是“多种预报手段联合应用的综合预报，充分发挥各自方法的优势，取长补短，优势互补，互相验证”。在资料分析上是“11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部综合分析，中长距预报与近距离预报结合，物探预报与地质预报结合，微观与宏观结合。中长距离指百米以上预报，近距离指50m以内的预报”。地质预报指隧道施工中的地质描述，物探预报指采用地震反射法和电磁波法、地质雷达法、瞬变电磁法等方法预报。钻探预报指水平超前钻孔和钻孔内的一系列参数测试。微观地质指隧道施工地点，宏观地质指隧道设计提供的地质资料。根据方案设计原则，考虑对施工的影响以及预报成本的高低，总的预报方案如下：1.长距离预报采用地震反射法：根据选用的仪器型号不同预报距离可分别达到200～400m。2.近距离预报采用地磁波法：地质雷达法可预报20～25m，瞬变地磁法可预报30～40m。3.常规预报采用地质描述法；每完成一个循环进尺，都要进行掌子面地质描述，发现异常后进行异常位置跟踪预报。4.异常位置预报对隧道常规预报中和设计中的断层破碎带、节理密集区、岩溶带、软弱岩层带、煤带、煤层等进行预报。在异常带百米前进行远距离预报，在50m前进行短距离预报，远距离预报和短距离预报的异常段，必须进行水平钻孔。11 中铁二局龙厦铁路LX－Ⅲ标第一项目经理部5.作业时间为了少占用主要工序时间，减少施工干扰，作业时间选在出碴完成后钻车就位前这段时间内进行。地质雷达法预报时，占用掌子面约1～2小时；瞬变地磁法不占用掌子面；地震反射法，有的仪器占用施工时1～1.5小时，TGP207法不占用掌子面，可连续作业。7.3预报成果每次检测后7天之内提交最终技术报告，报告内容包括：不良地质体的性质、位置和规模；围岩类别及相关参数；提出相应的技术措施与可行性建议。11