铁路超前地质预报方案.docx
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铁路超前地质预报方案
衡茶吉铁路工程安坑隧道
超前地质预报实施方案
中铁五局衡茶吉铁路四项目部
2009年7月2日
衡茶吉铁路超前地质预报方案
一、工程简介
1、线路概述
本段为新建铁路重庆至利川线第Ⅵ标DK244+100-DK252+762段,线路长8.662km,线路经都亭山隧道(2#斜井至隧道出口)、水杉坝中桥、李子坝隧道、李子坝大桥、余家隧道、周家湾隧道。
2、自然地理特征
2.1地形地貌
本段所经区域属于位于云贵高原东北麓向四川盆地东缘过渡地带平行岭谷区,地形起伏较大,地形受地质构造控制,背斜成条状中低山,向斜成宽缓低山丘陵谷地,构造线与山脊一致,呈北东向展布。
本标段途经了中山区和中山溶蚀残丘区。
中山区:
本标段穿越齐耀山山脉段,海拔高程1000m~1700m,相对高差100~150m,地形起伏大,基岩裸露,构造较复杂,个别陡崖下平缓地带有大型岩堆分布,植被较茂盛。
2.2沿线工程地质及水文地质条件
1)地层岩性
沿线出露有二叠系、三叠系、侏罗系及第四系地层,其中二叠系、三叠系地层主要分布于背斜山岭地带和利川盆地,为碎屑岩及碳酸盐类岩石,局部地段夹煤线及薄煤层,其余向斜谷地均为侏罗系“红层”内陆河湖相碎屑岩。
第四系松散层主要分布于长江支流以及丘间沟槽中,斜坡地带零星覆盖少量坡、残积层,在部分陡崖下堆积崩、坡积体。
2)不良地质、特殊岩土
本段地质构造复杂,岩体破碎,不良地质发育,主要有滑坡、岩堆、岩溶、顺层、顺层偏压、煤层瓦斯、断层破碎带等。
3)水文地质特征
沿线地表水属于长江水系,长江及支流龙河、清江河等大小江河为常年地表水流。
沿线地下水有第四系堆积层孔隙水、碎屑岩裂隙水、岩溶裂隙和岩溶管道水等。
经取水样进行水质试验,沿线地表水绝大多数对砼及砼结构都无侵蚀性。
地下水对砼多具侵蚀性,主要为膏盐侵蚀。
二、超前地质预报实施方案
1、超前地质预报实施原则
在安坑隧道施工中,针对隧道围岩地质复杂多变的特点,超前地质预报作业以“全面正规、长短结合、贯穿全程、因地制宜”为工作原则。
(1)“全面正规”:
是指在编制实施性施组时就对隧道施工期间的地质情况进行全面的分析,做到熟悉和了解,施工期间有专门从事地质工作的技术人员及专门的用于地质预报工作的设备、仪器,对隧道超前地质预报有全面系统的管理制度、措施和指导施工生产的高效的反馈机制。
(2)“长短结合”:
各种超前地质预报方法各有千秋,单独采用一种方法往往精度达不到要求。
而长、短期超前地质预报方法的结合,则可以互相取长补短,有效提高超前地质预报的准确性。
(3)贯穿全程、因地制宜:
由于隧道围岩地质的隐蔽性、复杂性,全面正规的地质工作必须贯穿于施工的全过程,这样才能从根本上保证隧道施工安全、快速。
同时为了达到经济、合理的目的,则需要因地制宜地在不同的围岩中采用不同的隧道超前地质预报方法,如在围岩地质较好的地段中采用结构面调查法就可以对施工中隧道周边岩块稳定性进行较准确的判定等。
根据以上原则,为保证本段内隧道的安全正常顺利施工,及时有效地采取针对性措施,确定并选择有效的施工方案,为动态设计和施工提供依据,必须充分做好超前地质预测预报工作。
在本段内隧道施工中主要采取三种地质超前预测预报手段,即TSP超前地质预测预报、超前探水平孔钻探和地质素描综合判断等。
超前地质预报流程如下图:
存在不良地质
2、超前地质预报方法
2.1TSP超前地质预测预报
TSP203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的、目前世界上在这个领域最先进的设备,它是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。
此项任务由设计院组织实施,我施工单位配合进行。
1)工作原理
①首先在隧道内人工制造一系列有规则排列的轻微震源,震源发出的地震波逼到地层界面、特别是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波,其传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关地质体的性质密切相关,并通过不同的数据表现出来;
②通过震源反射波的数据采集系统(传感器和记录仪)进行数据采集,将数据输入带有处理软件的电脑,并经过计算机数学计算进行数据处理;
③将采集的数据资料转换为反应相关地质体反射能量的影视图像或隧道平面、剖面图;
④进行室内数据资料处理、分析,由工程技术人员进行解译,对隧道掌子面前方不良地质体的性质、位置和规模等予以超前地质预报。
最大探测距离可达掌子面前方500m,有效探测距离150m,最高分辨率1m。
TSP系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图
TSP203超前地质预报系统不是在掌子面上,而是在掌子面后方附近的边墙上布置接收器孔和炮眼(如下图所示)。
一般情况下布设24个炮眼和2个接收器孔,接收器孔离最近的一个炮眼20m,炮眼间距1.5m。
洞内采集数据时24个炮眼依次进行微弱爆破,数据记录器依次记录每炮接收器接收到的地震波信号。
TSP203超前地质预报系统配备有一套专用处理软件,它将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图.将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后,就可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质体相对于隧道的空间位置,计算机就会自动绘出弹性波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。
掌子面
TSP203钻孔布置示意图
2)现场测试工作要求
根据设计资料,在本段内IV、V级围岩段进行TSP超前地质预测预报。
并根据预报结果图进行如下判断分析:
(1)各段预测有无明显表示岩体由硬变软的反射信号,围岩级别与设计符合情况。
(2)各预测段内的不良地质情况预测预报,为施工隧道的开挖提前做出警示及采用对应方案和应对措施。
3)施工单位配合的工作
TSP203超前地质预报测试工作主要由设计院负责实施,施工单位在TSP203超前地质预报测试工作中主要配合设计院做好以下几项工作:
(1)提供良好的测试环境,由于TSP203测试对噪声要求较高,在测试期间,施工停止作业,保持洞内有安静的测试环境。
(2)负责测试爆破孔及接收器孔的钻眼、洗孔工作。
(3)安排配合人员配合设计单位进行测试期间的装药、连线及引爆操作。
(4)提供测试所需炸药、雷管(火雷管)的领用、使用记录及退库工作。
(5)向提供掌子面施工里程及地质情况报告。
(6)在隧道开挖过程中,及时根据开挖揭示地质情况进行描述记录,并整理后与预测报告进行比较,并比较结果反馈设计、测试单位,为以后预报提供依据。
2.2超前探孔钻探法
超前钻探法是运用钻孔台车从隧道掌子面向前打孔时钻进速度的变化,并结合岩粉和泥浆颜色来预测打孔深度范围内的地质情况。
该方法能最直接地揭示隧道掌子面前方的地质特征,所以准确率很高。
若配置可以取芯的地质钻机,则可以直接取出前方地层岩样进行直观认识。
此法如果辅以数码成像、钻孔声波测试,还可对孔内及掌子面地质情况进行摄影成像并获取岩石波速,这样不仅有利于完成掌子面地质素描、地质展布图,而且有利于进行地质预报等。
1)超前探孔设计
掌子面超前探水孔在各开挖面布设,根据机械配置特点,掌子面超前探水孔共布设4个,其中2个位于上部拱腰处,一个位于拱部位。
另一个位于仰拱底。
掌子面超前地质探孔布置见下图:
2′
2
开挖轮廓
44′
3
1
3′
1′
5
5′
掌子面超前地质钻探孔布置示意图
掌子面超前地质探孔采用多功能地质钻机施做,钻孔直径φ90mm。
超前地质探孔深度一般钻孔长度为180m,同时兼做探水调查。
独立探水孔探水段长30m,主要为探水及施做泄水洞时使用。
超前地质探孔终孔位于隧道开挖轮廓线外2.5m~3.0m(在一般区域选择为3.0m)。
掌子面超前地质探孔设计如上图所示。
掌子面超前探水孔设计参数如下表所示。
名称
探孔
编号
孔长(m)
外倾角(度)
孔径(mm)
是否取芯
备注
左探孔
1
185(32)
5
90
是
拱部探孔
2
185(32)
5
90
是
右探孔
3
185(32)
5
90
是
隧中探孔
4
180(31)
0
90
是
隧底探孔
5
185(32)
5
90
是
2)现场钻孔施工组织
(1)探孔前掌子面状况
根据设计地质情况,施工人员应加强掌子面地质状况调查的描述,并与设计地质情况进行比对,当发现有较大出入时,应及时提出并采取相应施工应对措施。
并根据设计地质情况,在最有可能出现地质灾害的地段前30m外开始注意掌子面地质变化及渗涌水情况,在离预报面10m外停止掌子面掘进施工,布设超前地质探孔并进行钻孔探明地质情况后采取应对措施后方可恢复施工。
(2)超前地质探孔钻孔施工过程及状况
①停止掌子面掘进施工后,在掌子面搭设钻孔平台,并组织钻孔设备入场。
测量人员按探孔布孔要求,在掌子面画好钻孔点位,并用油漆标注好。
②在超地质钻孔施作过程中,首先钻探5#孔,现场做好取芯记录,对取芯收集整理,对钻进过程做好记录。
对取芯抽样送检和做好取芯照片存档。
当5#孔钻孔完成后,按1#、3#、2#、4#的顺序依次按照要求进行钻孔施工,并做好相应的记录。
③在继续钻孔过程中,钻孔内出现涌水、涌泥,可暂停钻进,并提拔钻杆观察钻孔涌水情况,现场由专人负责涌水情况记录。
若涌水量一直不能衰减时,应报告设计单位采取措施,若确定涌水无补给来源时,可适当增加钻孔加快排水速度,在整个钻孔排水过程中,应设置较高级别的安全警戒,由专人负责安全指挥。
当钻孔内出现涌气时,应及时撤离施工人员,并对涌气取样分析,若为瓦斯气体时,应加强通风排气并杜绝施工人员入洞,待确定洞内瓦斯含量不超标后方可采取措施处理。
以上措施处理完成,然后继续钻进,当达到设计长度后即可停止钻进。
④若探孔钻孔钻进过程中未表现出涌水、涌泥、突气等现象。
钻进过程表明该段地层内无地下水潜伏及瓦斯存在,根据岩体取芯可判定岩体结构完整性及强度,从而确定围岩级别。
(3)资料记录及整理
为保证钻孔过程中清晰准确记录地质探查情况,在钻孔过程中,做好《现场钻孔施工记录》、《超前地质钻孔施工记录》、《岩芯描述记录》、《钻孔涌水量监测记录表》及岩芯照片等现场资料,以及《岩样检测报告》、《超前地质钻孔勘查报告》等内业资料。
(4)、初步拟定的超前地质钻探规划
根据设计地质情况,初步拟定各需进行超前地质钻探的里程及频次如下表,但现场应根据实际揭示地质情况灵活调整,当发现开挖面有明显和较大出水或突气情况出现时,灵活调整工序,停止掌子面的施工进行超前地质钻探,待探明前方地质情况后方可进行后继施工。
2.3.地质描述综合判断法
地质描述是一种常规地质预报方法,指对已开挖洞段及时进行地质编录、测绘、取样及试验,依据已知围岩的风化、裂隙发育状况及开挖石渣的粒径、形状、质量状况和较大渗水点的渗水量、水温、PH值、导电性等条件,预报掌子面前方未开挖地段的地质情况、可能出现的不良地质体及围岩类别。
不良地质体在被揭露之前往往表现出一些明显或不明显前兆标志,这些标志的出现,预示着隧洞即将临近不良地质体,它们是超前地质预报的重要信息,因此,仔细观察、描述开挖石渣、洞壁结构面及岩层形态、量测结构面及岩层特征参数,是正确进行超前地质预报的关键。
一些不良地质体的前兆标志如下:
①断层破碎带前兆标志:
节理裂隙组数及密度剧增、岩石强度降低、出现压裂岩、碎裂岩、岩石风化相对强烈、泥质含量增加等。
②突水、突泥前兆标志:
节理裂隙渗水量和组数增加、且常常含有泥质物或浑浊(常规钻爆法的炮孔中的涌水量剧增、且夹有泥沙或碎石)等。
③岩爆前兆标志:
“饼”状开挖石渣的数量增加、洞壁在短时间内出现“饼”状脱落体或出现“片邦”现象,以及轻微的岩石崩裂声等,严重时洞壁出现飞石。
地质述描综合判断应根据已开挖的地质状况,并结合TSP超前地质预测预报,以及超前探水孔钻探等技术手段,并参照设计单位提供的地质资料,经综合分析得出相应的可靠性结论,从而有效地对施工进行指导。
三、超前地质预报的组织实施
为保证管段内工程安全顺利的实施完成,超前地质预报是一个重要环节,在本管段的隧道施工过程中,必须坚定不移的执行超前地质预报工作,把超前地质预报作为隧道施工的一道不可或缺的工序,以超前地质预报的信息做为施工的前提和依据。
为此,项目部设超前地质预报小组,专人负责超前地质预报的组织实施和协调。
项目部工程部设专人负责超前地质预报的组织和实施,在施工中随时监控各隧道口的施工地质变化情况,及时按照预报方案组织超前地质探查。
根据各隧道口每天的地质描述情况,整理和完善实际施工围岩地质情况,并与设计单位及时沟通,需要做施工措施的,及时与设计单位协调并采取相应措施。
设计单位需进行TSP超前地质预报时,由项目部超前地质预报负责人负责接洽和配合,需要辅助人员时,由各洞口超前地质预报责任人负责安排和组织。
各洞口超前地质预报责任人对本洞口超前地质预报工作负责,在施工中应随时了解设计地质情况,做好现场地质描述,做一部分简单的预报分析,并对施工过程提出建议和加强措施,向项目部超前地质预报负责人上报每日的地质情况描述记录。
提出超前地质预报的施作时间及组织本洞口的超前地质预报实施。
掌子面开挖地质情况描述记录表
附表1
工程名称:
掌子面里程:
日期:
设计地质情况
开挖面揭示地质情况:
施工情况介绍
地层岩性
隧道埋深
岩层走向
岩石性质
岩层倾角
节理情况
风化程度
地下水情况描述
掌子面渗水点
掌子面渗水程度
渗水含泥情况
瓦斯或突气情况
掌子面地质
情况综合描述
掌子面地质描述示意图:
现场施工负责人:
记录:
监理:
附表2
现场钻孔施工记录
工程名称:
掌子面里程:
钻机型号
钻机编号
钻机位置
钻孔编号
钻孔时间
钻孔施工情况
涌水监控
岩层描述
现场施工负责人:
记录:
监理:
附表3
超前地质钻孔施工记录
工程名称:
钻孔里程:
钻机型号
钻机编号
钻机机长
钻孔编号
钻进时间
钻杆情况
钻进里程
地下水情况
岩层描述
取芯情况
现场施工负责人:
记录:
监理:
附表4
地质钻孔岩芯取样记录
工程名称:
掌子面里程:
钻机型号
钻机编号
钻孔编号
取样员
进钻总长
取芯长度
取芯总长
岩样编号
岩芯描述
现场施工负责人:
记录:
监理:
附表5
钻孔涌水量监测记录
工程名称:
掌子面里程:
钻孔编号
涌水量
监测时间
1号孔
2号孔
3号孔
4号孔
5号孔
6号孔
开始时间
结束时间
m3
m3
m3
m3
m3
m3
现场施工负责人:
记录:
监理:
目录
一、工程简介2
1、线路概述2
2、自然地理特征2
2.1地形地貌2
2.2沿线工程地质及水文地质条件2
二、超前地质预报实施方案3
1、超前地质预报实施原则3
2、超前地质预报方法4
2.1TSP超前地质预测预报5
2.2超前探孔钻探法8
2.3.地质描述综合判断法11
三、超前地质预报的组织实施12
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