1、超前地质预报作业指导书超前综合地质预报根据葫芦岭隧道的地质情况，结合国内同类工程的施工经验，本着“地表和洞内相结合、长距离和近距离相结合、构造探测和水探测相结合”的“三结合”原则，在超前地质预报组织机构框图隧道开挖中做到“先探后挖、有疑加强、不探不挖”，充分发挥多种手段综合预报的优势，解决本隧道的超前地质预报和整治问题。1、 超前地质预报组织机构为了对掌子面前方地质情况进行超前预报并对初期支护和围岩变形状况进行有效监测，我们成立专门的施工监测及地质预报小组，由项目经理部的科技研发部负责组织实施。具体的超前地质预报工作（地质预报组、内业数据组）全部由项目经理部委托中铁一局集团岩土勘察检测中心进行
2、实施。组织机构框图见上页图。2、 超前地质预报设备配备表超前地质预报资源配备表序号资源名称单位数量1TSP203超前预报系统套1 2地质罗盘仪套33SIR10B型地质雷达台1 4红外探水仪套15MKD-5S型全液压钻机（超前水平地质钻机）套1 6数码相机、光学相机部17地质及物探工程师名13、 超前地质预报计划本隧道地质结构比较复杂，隧道穿过断层破碎带，因此超前地质预报应贯穿整个隧道的施工过程，结合各种预报方法的适用范围，一般每隔100200m用TSP初步探测不良地质段，在此基础上用中、短期仪器进行补充预测,按照地质预测控制流程图执行。在级、级围岩、断层破碎带、物探异常地段以及其它不良地质地段
3、，应加强超前地质预报，增加红外探水进行预报，其预报频率为3080m一次。根据地质预报结果，经专家顾问组进行分析研究后，拟定相应对策以指导施工。超前地质预报计划表详见下表超前地质预报计划表预测预报手段仪器预报内容预报频率及计划TSP技术TSP203超前预报仪重点探查规模较大的溶洞、暗河、破碎带、裂隙发育带等。每隔100200m用TSP203探测一次红外探水红外探水仪根据TSP203超前预报仪探测结果，趋近不良地质体和地质异常体时，利用便携式红外线探水仪进行含水构造探测。当洞内个别区段渗水量较大时，亦用红外探水仪探测预报，探明隧道周边隐伏的含水体。每隔30m80m对掌子面进行一次含水构造探测超前钻
4、孔MKD-5S型全液压钻机施工中将超前钻孔作为主要的探测手段，用以验证超前地质预报的精度，并直接探明涌水压力。水平超前钻孔按碎屑岩地段每250m钻探一孔进行探测，孔径108mm。每次钻孔深度30m80m，必要时进行取芯分析。地质雷达周边探测SIR10B型地质雷达重点进行隧道周边的地质体探测，查找隧道周边隐伏的岩溶、暗河、地质破碎带及其它不良地质体，防止开挖通过后，隧道顶板、底板及侧壁出现灾害性的突水突泥。每隔520m 地质素描罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具主要对开挖面围岩类别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、断层分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过对洞
5、内围岩地质特征变化分析，来推测开挖面前方的地质情况。地质素描在每次开挖后进行4、 超前地质预报方法 地质素描A 工作内容地质素描应在开挖后立即进行、并在全隧不间断实施，其进行的内容主要为：a 地质年代、岩性、岩层产状、软弱夹层、岩脉穿插等情况；b 断层及破碎带的形态、产状、宽度及充填物特征；c 主要节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系；d 标记地下水的出水点、出露情况（湿、渗、涌、流），并注明水量大小；e 岩溶位置、形态、大小；f 围岩内鼓变形部位、位置；g 不稳定块体的位置、形态、范围、坍塌掉块部位和地段、范围；h 围岩的工程地质分段（岩组划分）、岩体结构类型、岩体完整性、围岩物理力学和
6、变形等；i 观测的内容尽可能地标记在地质展示图上，不能标明者可在说明表中说明。B 工作要求a按照地质素描的内容和现场记录格式，坚持每次（简单地段可以放宽）循环开挖后对掌子面和左右边墙进行素描、数码摄像。b 素描图、记录必须在现场进行，不得回忆编制或室内制作。c 素描一律“写实”，不做任何换算。d 素描图式、图例、比例、用语应统一。e 按要求采取标本（包括定向标本）。C 素描资料整理要求a 资料整理是综合分析和预报的基础，必须认真进行。b 素描原始记录、图、表须当天整理（绘制），如发现错误，及时在现场核正。c 施工一定距离后，隧道地质素描图，应分段完善、总结，并作出相应的隧道纵断面图、表。d 及
7、时整理标本。 地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测时，利用斜井对主洞探测时或掌子面可以利用，需进行短距离（520m）的精细岩性结构变化情况的预报时采用地质雷达。采用地质雷达进行超前地质预测预报时，预测预报距离控制在20m以内，每两次预报位置搭接长度不得小于5m。当进行溶洞范围探测时，应在刚性支护完成前实施，以消除钢结构对其产生影响。如溶洞范围及规模较大时，必须采取钻孔验证。A 地质雷达仪器性能要求a 信号增益控制应具有指数增益功能。b A/D 转换位数：16bit；c 点测时有多次叠加功能，且叠加次数：8 次；d 连续测量时扫描速率：128 线/s；e 天线的选择应符合下列要求： 在
8、地面探测时宜选择频率为8MHz300MHz 的天线，当多个频率的天线均能符合探测深度的要求时，应选择频率相对较高的天线； 支护质量检测时宜选用与探测精度要求相对应的高频天线，频率范围宜为400MHz900MHz； 检测混凝土内钢筋时宜选用900MHz1500MHz 的天线； 孔中探测应根据探测任务要求选用自发自收的单孔天线或一发一收的跨孔天线，天线频率应根据探测范围、探测精度要求选用； 移动较快的车载观测方式检测支护厚度及背后空洞时，宜选用空气耦合天线。B 地质雷达测网布置要求a 当进行一般性点测时，点距宜为0.2m1.0m，在异常区域应有三个以上的测点表现异常；b进行短距离探测时应以掌子面为
9、中心，在掌子面上布置多条剖面，点测时点距应小于0.5m；c 测线时宜采用十字形式布线。C 地质雷达现场工作要求a 现场观测时应清除或避开测线附近的金属物；b支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员不应佩带含有金属成分的物件，并应与工作天线保持相对固定的位置；c 观测过程中，应保持工作天线的平面与探测面基本平行，距离相对一致；d点测时，点距应小于尼奎斯特采样间隔，当探测目的体形态、产状变化不大时，点距可适当放宽，并应在天线相对静止时采集数据；e连续测量时，应先进行点测与连续测量对比试验，并选定连续测量效果与点测效果相近的天线移动速率。天线的移动速率应均匀，并与仪器的扫描率相匹配；f 使用分体天
10、线进行点测时，应通过调整天线距使来自目的体的反射信号最强。可选取二倍临界角为接收天线与发射天线相对探测目的体的张角，也可选取探测对象最大深度的1/5 作为天线间距；g使用偶极天线时，天线的取向宜使电场的极化方向与探测目的体的长轴或走向平行；当探测目的体的长轴方向不明确时，宜使用两组正交方向的天线分别进行观测；h 记录标注应与测线桩号一致，采用自动标注时，应避免标注信号线的干扰；采用测量轮标注时，应每10m 校对一次。D 资料检查和评价要求a 现场操作人员应对全部原始记录进行自检。b 专业技术负责人应组织人员对原始记录进行检查和评价，抽查率应大于30%。c 原始资料应评定为合格与不合格两类，存在
11、下列情况之一者为不合格。1) 记录不全；2) 原始记录有涂改、擦去、撕页现象；3) 计算机采集数据文件名与内容不符或内容不全；4) 未按要求做重复观测、检查观测；5) 检查观测精度不符合要求；6) 使用的仪器不合格；7) 采用不符合要求的观测系统和装置；8) 需要进行漏电检查的仪器没有进行漏电检查或检查不合格；9) 无仪器检查记录，未作定期检查或检查不合格的仪器所得的全部记录。d提供检查和评价的雷达资料应经过初步编辑，编辑内容可包括测线号、里程桩号、剖面深度等。e 检查观测的图像与原始观测图像的异常形态与位置基本一致时资料为合格。E 数据处理要求a应依据断层破碎带、充水或充泥溶洞以及地下水富集
12、区等不良地质体在物性上常表现为低波速、低电阻率等特征，及不良地质体与围岩的物性有明显差异进行分析和解释；b地震负视速度法预报应依据入射波的时距曲线具有正速度、反射波的时距曲线就具有负视速度的特征，将正、负视速度的时距曲线顺势外延，其交点位置为预报的界面位置；c弹性波垂直反射法资料解释应依据时间剖面上反射波形的特征来推断和预报是否存在不良地质体，并根据反射时间和掌子面围岩的速度参数来确定不良地质体的位置；d探地雷达应依据观测雷达图像的异常形态、波形特征及电磁波衰减等特征确定不良地质体的性质和位置，并进行判断预报；e当隧道内地质情况复杂时，不仅应仔细分析物探观测成果资料，而且还应详细了解地面地质情
13、况，并结合当前和以往开挖的地质情况及物性参数等；f资料的解释与推断应充分结合物探工作范围内的地质、设计和施工资料，在反复对比分析中，总结和分析各种异常现象，得出较为准确的结论；g应遵循内外业同步进行、内业指导外业的原则，现场应及时对资料进行初步整理和解释。如果发现原始资料有可疑之处或论述解释结论不够充分时，应作必要的外业补充工作；h解释时应通过综合资料，充分考虑地质情况和探测结果的内在联系与可能存在的干扰因素；i 解释成果应使用相关专业语言来表达。j可根据需要选取删除无用道、水平比例归一化、增益调整、地形校正、频率滤波、f-k 倾角滤波、反褶积、偏移归位、空间滤波、点平均等处理方法。k选择处理
14、方法和处理步骤应根据外业记录数据质量及解释要求进行。当反射信号弱、数据信噪比低时不宜进行反褶积、偏移归位处理，在进行f-k倾角滤波和偏移归位处理前应删除无用道，并进行水平比例归一化和地形校正。l在数据处理各阶段均可选择频率滤波，消除某一频段的干扰波。m可用 f-k 倾角滤波消除倾斜层的干扰波，但应事先确保无同样倾角的有效层状的反射波。n可用反褶积来压制多次反射波，用于反褶积的反射子波应是最小相位子波。o可采用时间偏移或深度偏移方法将倾斜层反射波界面归位，将绕射波收敛，在进行深度偏移处理时应选择可靠的介质波速。p可选用空间滤波的有效道叠加和道间差两种方法，使异常具有更好的连续性或独立性，提高数据
15、图像的可解释性，改变反射信号的振幅特征应在其它方法处理完成后进行。q可用平滑数据的点平均法消除信号中的高频干扰，参与计算的点数宜为奇数，最大值宜小于采样率与低通频率之比。F 资料解释要求资料解释除应符合E 数据处理要求第aj条的要求外，还应符合下列要求：a 应通过班报和现场复核、筛选干扰异常。b 应先在原始图像上通过反射波波形及能量强度等特征判断、识别和筛选异常。c通过数据处理对强反射波和强吸收波同相轴进行追踪，或利用异常的宽度及反射旅行时等参数，计算异常体的平面延伸范围和埋深。d 透射法可根据透射图像有无能量阴影、有无二次波叠加等特征判断异常，也可采用阴影交汇、二次波形态及发射和接收的相对位
16、置进行定量解释。G 成果图表绘制要求a 图件应包括：工作布置图、成果图、成果解释图等。b成果图应包括单一物探方法或综合物探方法所得到的剖面或平面图件，图件可以是曲线图、等值线图或图像等。c成果解释图应是对实测物探资料进行的定性和定量解释的成果体现，应与物性资料相对应。d物探成果图与成果解释图宜绘制在一张图上，上部绘制物探成果图，下部绘制成果解释图。e 图件应包括雷达剖面图像、雷达地质成果解释剖面图f 布置在隧洞、陡壁、边墙等处的剖面，应绘制测线分布的断面图g雷达剖面图像可只选择摘录有异常的部分，连续测量时可绘制灰度或色谱图像，点测时可绘制波形图像，雷达图像应标注测线号、桩号、深度时间标注h 地
17、质成果解释剖面图应绘制分层界线、异常中心、范围、延伸方向等i 可采用表格汇总说明异常情况。 超前钻孔A 主要工作及工作步骤a 熟悉图纸，确定重点预报段；b 施钻及钻进记录（包括钻孔位置、钻进速度随钻进深度变化记录等）；c钻孔岩芯观察、编录和必要的测试试验（岩石、体声速测试和岩石强度试验等）；d 洞内地质调查：包括掌子面和边墙地质素描、节理裂隙统计和分析e 根据钻孔岩芯编录、钻进速度记录和岩石、体声速测试和岩石强度试验结果，结合隧道洞内地质调查结果，确定隧道掌子面前方围岩级别及其变化，隧道掌子面前方断层破碎带等构造、软层、煤层、岩溶发育分布等；f 提出预报简报或报告；g 施工验证；h 长距离超前
18、水平钻探施工程序图(详见下页)B 使用要求深孔长距离钻探是在大规模的断层构造段实施，孔深3080m，孔径大于70mm，数量3孔，终孔位置应在开挖轮廓外1.5m处，原则上应一次穿越不良地质段，并形成单独报告。a 长大复杂隧道每个掌子面要求配备钻进功效4m/h的水平钻机至少一台，最好是两台。b 两次循环的超前水平钻探搭接长度不小于5米。c钻进过程中，对断层、溶洞充填物应干钻取样，对不同岩层代表性取样，余采用孔内摄像记录，以提高功效。长距离超前水平钻探施工程序图d 超前水平钻探资料应现场记录描述。e 注意采用少量5米炮眼钻进预测掌子面前方地层和地下水。f 超前钻探布孔示意图(详见下页)C 钻孔要求在
19、钻进工程中，应尽可能避免因钻头偏移而导致探测结果发生误差。应根据岩石的坚硬程度，调整钻机的转速和钻压，坚硬的岩石应采用较低的钻压。D 钻孔与地质的关系a 单位时间（10cm）钻进时间大于3S，且变化小时，围岩完整；b 单位时间（10cm）钻进时间大于2S，且变化较小时，松散岩石或断层带；c 单位钻进时间有明显变化时，岩层中夹软弱层、张裂隙，或者有小断层等不均匀岩体。超前钻探布孔示意图d 硬岩破碎，裂隙间不夹泥层，或者泥层厚度不大，则钻速放映不明显；e 在孔口2040cm范围内的高速区，可能是由于上一茬炮形成的松动区。f 遇断层泥时，钻进速度快，钻孔冲洗液浑浊；g 岩体破碎时，常遇卡钻；h 遇跳
20、钻时，可能存在空洞或溶洞或含水体。 红外探水因地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，可利用红外探水仪通过接受岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。A红外探水在隧道施工过程中根据TSP203超前预报仪探测结果，趋近不良地质和地质异常体时实施，预测预报距离应控制在30m80m，每两次预报位置搭接长度不得小于5m。B红外探测技术在预防地下工程突水突泥，特别是判断可溶岩与非可溶岩接触面,预防可溶岩的突泥突水等方面有着重要的作用。C红外探测技术虽然能判断掌子面前方是否存在含水构造，但不能判断水量大小与确切距离。适合本地区的掌子面安全值虽能成为判
21、断含水构造是否存在的一个重要因素，但却不能成为是否发生涌突水的限值。D红外探测手段虽然不能判断水量大小与确切距离，但在溶洞、暗河等岩溶现象发育的地区加强红外探水，可判明前方是否存在含水构造，对防止隧道涌突水可起到指导作用。E红外探测仪在探测过程中要受到外界的影响，目前发现对其有较大影响的有：a高能热源场(如电动空压机等) 的存在；b掌子面围岩与后方围岩的温度差异；c掌子面附近的施工用水；d支护中的混凝土,放炮后的距离温差等。e通过大量的探水应用发现，在红外探测仪的运用过程中探测距离必须要大于50m ，只有这样才能得到数据曲线的整体表现形式，以便运用曲线的整体变化趋势来作为判断突涌水的发生可能，
22、这样可减少局部突变因素对判断的影响，正确判断前方地质体是否存在异常。F红外探测技术在大的含水构造影响范围内的探测将不能判断前方地质体的异常情况，在岩溶极发育区段应用红外探水存在一定的局限性。 TSP203超前预报仪超前预报隧道地震波法（TSP）预报原理对于地质复杂的长大隧道应采用TSP法作为长期预报手段的综合地质预报技术，为划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围提供宏观支持。TSP法每两次预报位置搭接长度不得小于10m。当前方存在异常时，预报距离不得超过100m。A 爆破孔布设a根据隧道施工工程地质情况和主要结构面的产状，选择爆破孔布置在隧道的哪一侧合适：如果探测的主要结构面在
23、隧道掌子面的左侧首先出现，就应该选择隧道左侧为主要研究区，爆破孔就应该布设在左侧；如果探测的主要结构面在隧道掌子面的右侧首先出现，就应该选择隧道右侧为主要研究区，爆破孔就应该布设在右侧；b钻孔数量一般为1820个；第一个爆破孔距接收器约20m，连续爆破孔的间距约1.5m。直径3845mm，深度1.5m左右；c孔向垂直于隧道轴向，或向前与掌子面成10夹角，并向下倾斜1020，各孔距底面以上约1.0m，各钻孔呈直线分布；d爆破孔钻好后，为防止钻孔在不稳定的围岩中坍塌，可用薄壁塑料管（直径3040mm）插入孔中，实测时取出；e钻孔完成后，用水泥砂浆或混凝土锚固剂注满钻孔，然后将套管插入孔中，固化24
24、h后备用，整个过程应小心操作，力求套管与围岩间没有缝隙存在。B 爆破器材：a炸药可以使用一、二级岩石乳化炸药，每孔装药量介于2030g；b雷管采用毫秒雷管或8号普通瞬发电雷管；c装药完成后，采用水封孔。C 使用TSP系统预报应注意的问题：a严格按规定布置震源和传感器钻孔,并保证质量,特别是孔距；b操作人员的地质知识(特别是工程地质力学的知识) 不足时,必须应用两个传感器,实施双壁探测；c在洞内45min的实际探测过程中,尽最大努力减少噪声和漏炮；d掌握探明掌子面附近(前方) 的不良地质的炮眼布置方法；eTSP探测必须有超前钻探和其他近距离预报手段的有力配合；fTSP探测对解译技术人员的地质知识(特别是工程地质力学的知识) 和野外、洞内地质工作的基本功要求较高。
