铁路隧道进口工区超前地质预报实施方案.doc

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1、成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方案 1 中铁四局集团有限公司 目目 录录 1、编制依据、目的及适用范围3 1.1 编制依据 .3 1.2 编制目的 .3 1.3 适用范围 .3 2、工程概况 5 2.1 简介 .5 2.2 地形地貌 .5 2.3 地层岩性 .5 2.4 不良地质及特殊岩土 .6 2.5 水文地质特征 .7 2.6 地震动参数区别 .7 2.7 气象特征 .7 3 工程重难点分析.8 4 施工进度计划.8 5 超前地质预报施工工艺.9 5.1 工艺流程 .9 5.2 超前地质预报方法 .11 6、 资源配置计划 26 6.

2、1 劳动力计划 .26 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方案 2 中铁四局集团有限公司 6.2 设备计划27 6.2 TSP203 材料计划27 7 施工安全保证措施.27 7.1 组织保证措施 .27 7.2 技术保证措施 .28 7.3 应急措施29 8 其他技术（质量）保证措施.30 9 附件.30 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 3 中铁四局集团有限公司 米易隧道米易隧道进进口工区超前地口工区超前地质预报实质预报实施方案施方案 1、编制依据、目的及适用范围 1.11.1

3、编制依据编制依据 铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105 号） 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2010120 号） 中铁四局集团有限公司隧道及地下工程超前地质预报工作管理办法 的通知 铁路隧道工程施工技术指南（铁建设2008176 号） 铁路隧道工程施工技术指南（铁建设2010241） 铁路隧道工程施工质量验收标准（铁建设2003127 号） 成昆铁路米攀段超前地质预报等方案研讨会会议纪要 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 DK528+402.5 米 易隧道设计图（第二册 成昆米攀施隧-01） 1.21.2 编制目的

4、编制目的 为保证隧道施工安全、优化设计、信息化施工，施工期间应加强施工地 质工作，并实施全隧道超前地质预测预报，将其纳入正常施工工序进行管理。 通过超前地质预测预报工作，核实和预测掌子面前方的地质条件，以便及时 调整工程措施，确保施工安全。 1、进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大 地质问题，进而指导工程施工的顺利进行。 2、降低地质灾害发生的机率和危害程度，尤其是复杂地区隧道施工风 险。 3、为优化工程设计提供地质依据。 4、为编制竣工文件提供地质资料。 1.31.3 适用范围适用范围 适用于成昆铁路工程 MPZQ-1 标管段内米易隧道进口段的超前地质预 报。结合本隧道

5、工程特点以及工程地质、水文地质条件，开展下列超前地质 预测预报工作： 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 4 中铁四局集团有限公司 （1）预报的重点段落及其内容： 重点段落为：DK525+660DK525+840 及 DK526+810DK527+080。 重点内容： a.不同岩层性接触带的位置，接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况； b.隧道内围岩级别变化趋势。 （2）预报的方法 全隧道应采用以地质调查法为基础，综合物探及钻孔为主进行综合超 前地质预报；针对不同地段采用地质预报方法见下表： 隧道超前预报工作以 TSP 方法（隧道地震超前

6、预报系统）为主，地质雷 达探测为辅。 其中 TSP 为长远距离（0150 米）的预报，主要探测前方可能出现的规 模较大的病害，其具体如下： a围岩级别变化及其稳定性； b掌子面前方与隧道附近岩溶发育位置、规模； c掌子面前方与隧道附近地下水的发育情况； d断层及其影响带和节理密集带的位置、规模及其性质； e. 软弱夹层（含煤层）的位置、规模及其性质； f. 风化破碎带、不良地质灾害的分布。 雷达主要为中短距离的探测，探测长度在 2025 米以内，其具体预报 长度随岩性好坏变化，岩性越差，预报长度越短。其功能基本与 TSP 相似， 但探测精度要高于 TSP，方便，快捷，无损。 （3）超前地质预报

7、的要求 在地质调查的基础上，结合超前钻孔的情况，利用地震波探测、地质雷 超前地质预报方法 序号里程 地质调查 法 地震发射波 法 红外探测 法 加深炮眼 （5 孔） 超前钻孔（2 孔） 1 孔取芯 1DK525+660 DK525+840 2DK525+840 DK526+700 3DK526+700 DK527+160 4DK527+160 DK527+800 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 5 中铁四局集团有限公司 达探测，对隧道的不良地质（特别是岩溶、暗河、人为坑洞等）、地质构造（特 别是断层破碎带、节理密集带、褶皱轴等影响岩

8、体完整性的构造发育情况）、 地层岩性（特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土等）、地下水（特 别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层等）进行超前预测预 报。提供以下成果资料：开挖掌子面前方围岩的完整性；断层：破碎带的位置、 宽度、富水情况等；地下水发育的突涌水段：节理裂隙发育情况、富水情况， 并分析发生突涌的可能性等；岩溶：岩溶发育情况。并通过综合分析，提出隧 道开挖过程中的相应建议，为设计变更和施工方法改变提供工程地质依据， 以确保隧道施工顺利进行和工程施工安全。 2、工程概况 2.12.1 简介简介 本标段隧道共 0.5 座，米易隧道进口端。隧道设计为单洞双线，总长度 为 5

9、485m，其中我项目部经理部负责承建米易隧道进口端起讫里程为 DK525+660DK527+800 段长 2140 米；隧道进口段洞顶上方发育下石湾岩 堆，规模较大，厚 540 米，隧道在岩堆下部通过。隧道洞身 DK526+667DK527+137 段位于 N2 昔格达地层，地质条件较差，地层岩 质软，围岩稳定性差；埋深较小、地下水发育。隧道围岩分类情况见表 2.1- 1。 表表 2.1-1 隧道隧道围围岩分岩分类类表表 围岩等级 隧道名称起始里程 合计 米易隧道DK525+660DK527+80013773134502140 2.22.2 地形地貌地形地貌 隧道位于龙肘山脉中段，属于安宁河谷

10、地貌向构造剥蚀低中山地貌过 渡地段，地形起伏较大，地面高程 11201430m，相对高差 40310m，自然 坡度 535不等，局部呈陡崖状。局部地表植被一般，多为荒山，少部分垦 为旱地及水田。 2.32.3 地层岩性地层岩性 据地质调绘、钻探和物探揭露，隧区上覆第四系全新统滑坡堆积层 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 6 中铁四局集团有限公司 （Q4del）粉质黏土及碎石土，坡洪积（Q4dl+pl）粉质黏土，碎石土,坡残积层 (Q4dl+el)，坡崩积层（Q4dl+col）弱膨胀土及粗角砾土，更新统（Qp）松软土、 弱膨胀土、粉质黏

11、土、粗圆砾土及卵石土，下伏第三系昔格达组（N2x）页岩 夹砂岩，马槟榔组(TM)角闪正长岩，二叠系峨眉山玄武岩（Pe）夹辉绿岩脉 （Pe）等，断层角砾（Fdr）。 隧道前端岩性以二叠系（Pl）玄武岩夹凝灰岩、灰岩地层为主，硬质岩， 灰凝岩与玄武岩接触带岩体易坍塌；后段以泥盆系莲花曲组（Dll）砂岩、页 岩夹泥灰岩为主。由于受构造影响严重，围岩级别整体较差。 2.42.4 不良地质及特殊岩土不良地质及特殊岩土 1、不良地质 本隧道不良地质主要有滑坡、坍塌、错落、危岩落石、岩堆、泥石流、顺 层、放射性等。 本隧道的岩性差异性较大，以玄武岩为主（局部夹凝灰岩），部分为辉绿 岩、角闪长岩、页岩夹砂岩地

12、层，侵入接触带较发育，施工中应加强施工地 质工作，加强超前地质预报，并根据超前地质预报结果，及时调整相应围岩 分级及工程措施，确保隧道施工安全。 隧道进口上方为单坡面，地势陡峻，坡顶存在玄武岩形成的陡坎，且岩 体较破碎，隧道进口坡面存在危岩落石，应采取相应的防护措施。 DK526+500DK527+300 段滑坡极为发育，隧道埋深不大，隧道开挖 应注意施工方法，避免因隧道坍顶而引起滑坡体复活。 2、特殊岩土 隧道特殊岩土主要是软土及松软土、膨胀性岩土及第三系昔格达（N2x） 地层。 软土、松软土 本管段的松软土，在丘间槽谷、堰塘、水田浅表层广泛分布，具有高压 缩性、孔隙大 、天然含水量高、力学

13、性质差的特点。 膨胀（岩）土 米易隧道进口膨胀土以弱膨胀土为主，少部分具中等膨胀性。隧道开挖 应短进尺、强支护、快速施工，加强排水，预防围岩变形、坍塌。 第三系昔格达（N2x）地层 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 7 中铁四局集团有限公司 隧道洞身 DK526+900DK527+030 段穿越昔格达（N2x）地层深埋段， 隧道开挖于该地层易产生洞顶及洞壁掉块、坍塌甚至坍顶等危害，隧道施工 宜采用“小断面，短进尺，快循环，弱爆破，少扰动，紧封闭”的掘进方法，加 强初期支护，紧跟衬砌，以防止和减轻因坍塌所造成的灾害。 2.52.5 水文

14、地质特征水文地质特征 隧区内地表水该区主要为沟水，水库水及少量水田水，水量随季节性变 化较大，沟水旱季水流较小，雨季流量较大，受大气降水补给，以蒸发及地 下径流等形式排泄。 地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水，多以渗流形式往低洼地带 排泄，主要受大气降水和地表水补给。基岩裂隙水主要 赋存于二叠系峨眉 山玄武岩、灰绿岩及马槟榔组角闪长岩内，隧区安宁河切割较深，少见泉眼 出露，地下水多以渗流的形式于深切沟槽地带出露，地下水位埋深 525m，最大达 50m 以上。据区域水文地质资料，泉点水涌量为 0.1428.88L/s，属于富水至中等富水含水岩组，隧道开挖中加强防排水措 施。 隧道涌水量预测，

15、根据现场调查及区域资料，隧址区内出水点主要节理 密集带，隧道洞身沟槽浅埋段及侵入岩接触带，含水量不均匀，多以股状流 出，局部会产生涌水。根据含水岩组的划分，结合地形、地貌特征，分别采用 降水入渗法，地下水动力学法进行对比计算。 综合分析，预测隧道正常涌水量为 1.45104m3/d,雨季最大涌水量 1.74104m3/d。 2.62.6 地震动参数区别地震动参数区别 本区的全新世活动断裂与历史强震活动关系密切。在近场区展布 的 3 条全新世活动断裂中，安宁河断裂、则木河断裂在历史时期均曾发生过 M6 级以上的地震，其中包括 3 次 M7 地震，且这 3 次 M7 地震中均发 生在近场区内，其中

16、，最大地震为 1850 年和 1536 年的两 次 7级地震；沿 程海宾川断裂发生的永胜 M7 级地震。最近一次地震事件为 2008 年攀 枝花 6.3 级地震。 根据中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001）及四川赛思特科 技有限责任公司成昆线攀枝花米易铁路区域性地震区划 报告（2011 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 8 中铁四局集团有限公司 年 8 月），隧区地震峰值加速度为 0.15g，地震动反应谱特征周期为 0.45s。 2.72.7 气象特征气象特征 本管段线路走行在攀枝花市米易县境内，属南亚热带北温带的多

17、种气候类型，被称为“南亚热带为基带的立体气候”，具有夏季长、四季不明 显，干、雨季分明，昼夜温差大、气候干燥、降雨量集中、日照多（全年 2300 至 2700 小时），太阳辐射强（578 至 628 千焦平方厘米），蒸发量大、小 气候复杂多样等特点。年平均气温 20.9，是四川省内年平均气温和总热 量最高的地区，一般最热月出现在 5 月，最冷月出现在 12 月。6 月上旬 至 10 月为雨季，11 月至翌年 5 月为干季，无霜期 300 天以上。 3 3 工程重难点分析工程重难点分析 遇到重点、难点工程，在确保工程施工进度和施工安全的同时，进行综 合超前地质预报，主要用以下几种方法结合预报：

18、a 地质素描：根据隧道内地质素描的结果，验证、调整地质复杂程度分级 和超前地质预报方案。 b 物探探测：根据现场地质条件，可采用弹性波发射波法进行长、中、短 距离探测；辅以高分辨直流电法、红外探测、地质雷达法等物探方法进行长、 中、短距离。 c 超前地质钻探：根据地质复杂程度分级、隧道内地质素描、物探异常带 进行超前地质钻探验证，在钻探时预报小组必须派专人对施工单位超前钻 孔旁站 d 加深炮孔探测：遇到有地质异常区域，应适当的加深炮孔，使预报准确 度大大提升。 在重点、难点工程上组织经验丰富的老地质专家进行现场调查，项目 负责人全权现场进行监督，并通过各种方法互相验证，使得预报成果能够准 确知

19、道隧道开挖稳定性的评价，为设计变更和施工方法改变提供工程地质 依据，以确保隧道施工顺利进行和工程施工安全。 4 4 施工进度计划施工进度计划 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 9 中铁四局集团有限公司 超前地质预报工作，根据隧道开挖进度、预报方式、预报长度来确定预 报工作的频率。根据建立的超前地质预报台帐及时提醒超前地质单位进场 进行超前地质预报工作。 超前地质预报工作主要是预知前方地质情况，为隧道开挖安全提供保 障。超前地质预报和隧道开挖工序进度计划一致。 超前地质预报工作期间：拟定 2014 年 6 月 1 日2016 年 9 月

20、 30 日。 5 5 超前地质预报施工工艺超前地质预报施工工艺 5.15.1 工艺流程工艺流程 综合超前地质预报工艺流程如图 3-1 所示： （1）研究既有资料，制定预报方案 应研究既有区域地质、工程地质资料，必要时到地表补充测绘，以达到 对整个地区地质情况有一个比较全面和深刻的认识，可溶岩分布情况、构造 发育情况、地表水系发育情况、当地最低侵蚀基准面标高、岩溶大概发育几 层、每层大概标高、哪一层对工程影响最大等。通过对这些资料的分析和把 握，制定预报预案，针对不同地段的地质情况进行地质预报重要性分级，不 同级别的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资 源的目的。 研究既有资

21、料 制定预报方案 长距离预报 中长距离预报 地质分析法 TSP或HSP预报 深孔水平钻探 地质素描 红外探测 超前水平钻探 加深炮孔探测 地质雷达 短距离预报 地质综合判析 总工程师 施工方案 隧道施工 正常 异常 正常 正常 异常 异常 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 10 中铁四局集团有限公司 图 5.1-1 综合超前地质预报工艺流程图 根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级： A 级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可 溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊 地质

22、地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发 重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及 人为坑洞等。 B 级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。 C 级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带， 发生突水突泥的可能性较小。 D 级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。 根据不同的地质灾害分级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法 和手段开展超前地质预报。 不同地质灾害地段的预报方式为： A 级预报：采用地质分析法、TSP 隧道地震波反射法、地质雷达、红外 探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行

23、长距离预 测预报，然后采用中长距离 TSP 和一种或几种短距离物探方法相结合进行 预报，同时进行多孔超前钻探探查。 B 级预报：采用地质分析法、TSP，辅以红外探测、地质雷达，进行必要 的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件较复杂时，按 A 级要求实 施。 C 级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异 常地段可采用 TSP 进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。 D 级预报：采用地质分析法。 在岩溶发育的灰岩地区，由于岩溶发育的复杂性，应采用 A 级预报方 式。 （2）长距离预报 长距离预报主要采用地质分析法，根据地面测绘和其它基础资料对隧 道通过区的地质界线、

24、地层岩性、地质构造、围岩级别、储水构造、富水规模、 岩溶发育规律及特征、其它不良地质及特殊地质发育情况进行长距离、宏观 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 11 中铁四局集团有限公司 预测预报，预报距离一般在掌子面前方 200m 以上，并根据揭示的情况进行 不断的修正。 地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性 分析法、地质作图法等。 （3）中长距离预报 中长距离预报是在长距离预报的基础上采用 TSP、深孔水平钻探等对 掌子面前方 30200m 范围内的地质情况作进一步的预报，如溶洞、暗河的 位置、规模、充填情况等

25、作较为详细的预报。在复杂地段应增加 TSP 预报次 数，TSP 每次预报有效长度 100m 左右，需连续预报时前后两次应重叠 20m 以上，以便前后两次重复地段对比分析，另随着预报距离的增大，地质异常 带的位置和宽度误差也在增大。 （4）短距离预报 短距离预报是在中长距离预报的基础上采用掌子面素描、红外探测、地 质雷达和超前钻孔等方法进行预报，比如掌子面前方 30m 范围内有无水、 在哪个方位有水、掌子面处地层岩性、地质构造及岩溶发育情况等，对以上 判断可能有突泥、突水和其它有害地质情况的地段进行钻孔验证。 5.25.2 超前地质预报方法超前地质预报方法 隧道施工超前地质预报以地质分析（地质调

26、查、地质素描、几何作图、 块体坐标作图、赤平投影作图）、TSP 长距离探测、红外探水、地质雷达超前 探测手段贯通为主；褶皱核部及其它地质异常地段，采用超前地质钻孔验证； 泥灰岩地段，根据开挖揭示岩溶发育程度，必要时采用地质雷达检底。具体 方法如表 5.2-1。 表 5.2-1 隧道施工超前地质预报方法 序号 隧道 内容 隧道里程段 合计 1地质调查（平方公里） 隧道中线两侧各 5001000m， 进口各延伸 200m 2地质素描（米）全隧道 2410 3TSP（次）全隧道 20 4红外探水（次）全隧道 86 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施

27、方 案 12 中铁四局集团有限公司 5地质雷达超前探测（次）全隧道 86 6超前地质钻孔（延米）二孔 535 7地质雷达检底（测线米）视需要 5.2.15.2.1 地质调查地质调查 1、调查目的 核对勘测资料，掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及 水文地质情况，为隧道超前地质预报提供方向性的依据。 2、调查范围 根据勘察单位提供的隧道工程地质图，调查范围主要为隧道进口及隧 道中线两侧各 5001000m 的范围。 3、调查内容 地层岩性 主要调查地层的地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、 岩石硬度、风化程度等。 地质构造 主要调查断层、破碎带及节理裂隙特征。断层的产状

28、、性质、破碎带宽 度、破碎带的成分、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙的组数、 产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的 组合状况。 不良地质 主要调查隧址内滑坡的性质、规模、以及对隧道的影响。采空区的分布、 规模及巷道充填情况。 地下水的特征 调查隧道范围内的泉水、井水、水塘、水库、沟水、河水及其水量、水文、 水质的变化等。 5.2.25.2.2 地质素描地质素描 隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法，它是地 质调查的细化和补充，结合勘察和地质调查取得的地质资料，通过地质分析， 可以预测隧道前方地质情况。 1、素描内容 成昆铁路米易至攀枝花

29、段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 13 中铁四局集团有限公司 地层岩性 地层地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、 风化程度等。 地质构造 断层破碎带宽度、破碎带的成分及胶结程度、破碎带的含水情况以及与 隧道的关系。节理裂隙特征节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长 度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。 不良地质 滑坡体的性质及对隧道的影响。采空区巷道充填情况以及与隧道的关 系。 地下水的特征 出水点位置、水量、水压、水温、水色、悬浮物（泥砂等）测定；出水点和 地质环境（地层、构造、岩溶、暗河等）的关系；与地表相

30、关气象、水文观测； 洞内涌水与地表径流、降雨的关系；必要时进行水样分析。 2、围岩稳定性评价和预报 根据地质素描得到地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质特征等， 判定围岩完整性和围岩分级，结合勘察和地质调查取得的地质资料预测隧 道前方地质情况。 3、资料提交 对拱顶和左右边墙进行素描、数码摄像，绘制地质展示图（60m/张）。 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 14 中铁四局集团有限公司 图 3.2.2-1 技术人员测量水压 5.2.35.2.3 TSP203+TSP203+超前地质预报超前地质预报 TSP203+超前地质预报系统采用

31、瑞士安伯格公司生产的 TSP203 隧道地 质超前预报系统，是专门为隧道和地下工程超前地质预报研发的目前世界上 在这个领域最先进的设备。它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地 质情况，它弥补了传统地质预报方法只能定性不能定量预报的缺陷，为更准 确进行超前地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具。它不仅可以及时 地预测预报隧道前方工程地质条件，为隧道施工工艺制定提供依据，从而加 快施工进度，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害发生的危险性，为隧 道施工提供安全保障。 但在应用中，要充分考虑其边界条件，即：被探测物有足以使地震波反 射的界面，而且这个界面的法线与隧道轴线的夹角越小效果越好；探测

32、岩溶 时，岩溶应有一定延伸，形成界面，否则探测效果不好；另外探测效果还与溶 槽洞穴的发育状态有关；探测的分辨率与探测深度成反比，与探测目的物的 体积成正比，物探称之为洞径比，即探测深度与被探测物的直径之比，一般 洞径比大于 20 时分辨率严重降低。 TSP203+每次可探测 100150m 范围的地层状况，可以满足长距离超 前地质预报的要求。为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖 100m140m 预报一次，重叠部分(不小于 10m)对比分析，每次探测结果与 开挖揭示情况对比分析。 1、预报原理 TSP203+超前地质预报系统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掘进

33、面前方及周围临近区域地质状况的。人工制造一 系列有规则排列的轻微震源，由三维地震波接收器在计算机的监控下采集 这些震源所发出地震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体（如 地层层面、节理面、岩溶面，特别是断层破碎带界面等）被反射返回的地震 波数据（如图 5.2.3-2）。这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和 方向是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的，通过分析可以 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 15 中铁四局集团有限公司 得到前方地层的地质力学参数。 TSP 方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计

34、的震源 点（通常在隧道的左或右边墙，大约 24 个炮点）用小量炸药激发产生，当地 震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地 震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵 敏度的地震检波器接收，数据通过 TSPwin 软件处理，就可以了解隧道工作 面前方不良地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。 图 5.2.3-1 TSP203+ 原理图 地层地层 或或 断层断层 入射波前 反射波前 震源 检波器 检波器 隧道 图 5.2.3-2 TSP203 隧道超前预报原理图 2、设备 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标

35、 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 16 中铁四局集团有限公司 采用 TSP203+超前地质预报系统，系统主要组成（见图 5.2.3-3）： 记录单元：12 道，24 位 A/D 转换，采样间隔 62.5s 和 125s，最大 记录长度为 1808.5ms，动态范围 120dB。 接收器（检波器）：三分量加速度地震检波器，灵敏度为 1000mV/g5%，频率范围为 0.55000Hz，共振频率 9000Hz，横向灵敏度 1%，操作温度 065。 TSPwin 软件：数据采集和处理集于一体。 图 5.2.3-3 TSP203+设备全图 3、测线布置 + + 隧道轴线隧道轴线 掌掌 子子 面

36、面 深深 度度 20m 炮孔炮孔1、224接收器接收器1 参考点参考点 _ 方位角方位角 方位角方位角 X X -Y 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 17 中铁四局集团有限公司 图 5.2.3-4 TSP203 测线布置示意图 接收器孔 位置：在隧道边墙（面对掌子面），距离掌子面大约 50m。 数量：2 个，隧道左、右边墙各一个。 直径：4250mm/孔深 2m。 布置：沿轴径向（方向垂直侧壁），用环氧树脂固结，向上倾斜 10左右。 高度：离地面约 11.5m。 炮孔 位置：在隧道的右边墙。第一个炮孔离接收器 1520m，其余炮孔间

37、距 为 1.5m。在安排打孔是需要注意的是，在打孔的那一侧的边墙上尽量选取 没有避车洞、没有较大溶洞发育的一侧，以利于数据优化，便于波的传递与 接收。最后一个炮孔尽量靠近掌子面。 数量：24 个 直径：4250mm /孔深 1.52.0m。 布置：沿轴径向，向下倾斜 1020（激发时水封填炮孔）。 高度：离地面约 11.5m。 4、数据采集与分析 TSP203+超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大部 分。 洞内数据采集 洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大部分组 成。见图 5.2.3-5。 洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号 仪器、放

38、炮接收信号等过程。 A、钻接收器孔 2 个，见测线布置。 b、钻爆破孔 24 个，见测线布置。 c、埋置接收器管：将环氧树脂放入接收器孔中， 然后将接收器管旋转 插入孔内，15 分钟后环氧树脂、接收器管与周围岩体就能很好地粘结在一 起； d、装药：每爆破孔装药量大约 75g（岩石 2#乳化炸药），根据围岩软硬完 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 18 中铁四局集团有限公司 整破碎程度与距接收器位置的远近而不同； e、联线：将设备各组件及爆破导火线联接好； f、放炮、接收信号 g、拆线、清理设备。 图 5.2.3-5 TSP203+洞内

39、数据采集部分示意图 图 5.2.3-6 技术人员正在洞内采集数据 室内计算机分析处理 采集的 TSP 数据，通过 TSPwin 软件进行处理。TSPwin 软件处理流程 包括 11 个主要步骤，即：数据设置带通滤波初至拾取拾取处理炮 能量均衡Q 估计反射波提取P-S 波分离速度分析深度偏移提 取反射层。通过速度分析，可以将反射信号的传播时间转换为距离（深度）， 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 19 中铁四局集团有限公司 可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界 面的空间位置，并根据反射波的组合特征及其动力学特

40、征解释地质体的性 质。 分析原则 在成果解释中，以 P 波剖面资料为主对岩层进行划分，结合横波资料对 地质现象进行解释，并遵循以下准则：a、正反射振幅表明硬岩层，负反射振 幅表明软岩层；b、若 S 波反射较 P 波强，则表明岩层饱含水；c、Vp/Vs(纵横 波速度比)增加或 （泊松比）突然增大，常常由于流体的存在而引起；d、若 Vp 下降，则表明裂隙或孔隙度增加。 通过 TSPwin 软件处理，可以获得 P 波、SH 波、SV 波的时间剖面、深 度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果， 以及反射层在探测范围内的 2D 或 3D 空间分布。 5、提交资料 资料处理流程

41、如下： 误差分析：隧道超前预报时，地震波速离散性大，软件处理时取波速平 均值；当两个反射面间距不超过 1m，合并为一个界面，预报误差为预报范围 的 5。 室内分析处理一般在 24 小时内完成并可提交正式成果报告（检测报告 应准确、完整，数据应真实、齐全。内容应包括:报告编号、检测日期、检测人 员、检测方法、采用的仪器和设备、工作布置和工作量、现场检测原始记录、 资料处理和解释、结论等），报告一般包括如下内容： 工作概况 探测的方法、设备及原理 测线布置 对测试结果的初步分析 结论 TSP 报告中应附的成果图表： 现场数据记录表：测网布置平面图，含测线位置、方向和里程等； 原始数据软件计算 得到

42、时间、深度剖面 提取参数地质解释 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 20 中铁四局集团有限公司 掌子面素描情况（照片） 掌子面前方岩性、软弱层的位置、超前探测断层破碎带的位置、宽度 等；超前探测岩溶洞穴的位置、大小、充填情况，预报富水带的具体位置。 6、与隧道施工工序衔接 打炮孔和接收器孔可与隧道施工平行作业，由隧道开挖班组完成，届时 预报单位以工程联系单形式书面就钻孔的孔位、孔深、倾斜等具体要求与隧 道开挖班组联系。为洞内数据采集接收信号时减少噪音，一般要求 45 分钟 左右短暂停工。 7、预报范围 一般预报距离为 150m，在地质

43、情况同复杂地段，如岩溶发育、断层、煤 层采空区、煤层瓦斯等特殊地段，为提高精度，采用连续重叠式预报，按平 均每次预报 120m 考虑。 5.2.45.2.4 红外线探水红外线探水 1、基本原理 在隧道中，围岩每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波，并形成红 外辐射场，场有密度、能量、方向等信息，岩层在向外部发射红外辐射的同 时，必然会把它内部的地质信息传递出来。干燥无水的地层和含水地层发射 强度不同的红外辐射，红外线探水仪通过接收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。 2、红外线探水的特点 优点：测量快速，基本不占用施工时间；资料分析

44、快，测量完毕，即可得 出初步结论，室内整理及编写报告也可在 2 小时内完成。 缺点：只能测量出含水体的方位，测量不出含水体隐藏深度及水量大小、 水压等参数。 3、现场数据采集 （1）在施工隧道的隧顶和两侧边墙的中部各布置一条测线，5m 点距，发 现异常后加密测点，并初步分析异常的可能原因，如因喷浆、照明灯等干扰 影响应与删除，并重测。 （2）在掌子面上均匀布置 9 个测点，发现异常后加密测点，并初步分析 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 21 中铁四局集团有限公司 异常的可能原因，如因喷浆、放炮、照明灯等干扰影响应予删除，并重测。 （

45、3）每次探测应对岩体的裂隙发育情况和隧道壁渗水情况进行详细记 录。 4、资料提交 红外超前探水报告并附对掌子面及三条测线探测的红外场强值曲线图 及探测数据表。 5、红外探水的探测范围 红外探测每循环可探测 30m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预 报， 2025m 探测一次，重叠部分对比分析。 5.2.55.2.5 地质雷达地质雷达探测探测 在隧道未进洞前，TSP 不具备检测条件，隧道超前地质预报需要掌子面 雷达检测 3 次。每次预报长度 2025m。 1、基本原理 本次探测采用了美国 GSSI 公司生产的 SIR-2000 和 SIR-20 型探地雷达， 配置主频为 100MHz 的天线

46、。 地质雷达探测的基本原理是：雷达发射天线向掌子面正前方连续发射脉 冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体（介电常数和电导率不 同）时即发生反射波和透射波。接收天线接收反射波并经电缆传递给主机， 在主机显示屏上形成实时的时间剖面。根据记录到的反射波的到达时间和求 得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射 波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质。 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 22 中铁四局集团有限公司 GPR 发射器 GPR 接收器 地地质质雷雷达达工工作作原原理理图图 图 5.2.5-1

47、 地质雷达探测原理示意图 2、预报目的 作为 TSP203+超前地质预报的补充，在可溶岩地段对 TSP203+预报的异 常点采用地质雷达进行补充探测，进一步确定异常体的规模、性质等；同时， 在岩溶发育地段中，必要时采用地质雷达对隧道底板进行隐伏岩溶探测。 3、预报方法 掌子面超前探测 采用美国 GSSI 生产的 SIR20，配置 100MHz 的天线，地质雷达作为 TSP203+超前地质预报的补充。探测的具体布置根据 TSP203+的预报结果 确定，测线主要布置在掌子面上，具体测线布置以现场具体情况为准，以达 到辅助 TSP 预报的目的。一般情况下，掌子面雷达测线通常布置为“井”字 形或“十”

48、字形。 隧底探测 岩溶发育地段，必要时在隧底布置 23 条平行测线。 3、与施工工序衔接 地质雷达探底要在隧道铺底之前完成，具体探测时间由工程部安排。掌 子面前方探测，数据采集前要求作业公司配合对掌子面进行平整处理，使雷 达天线与掌子面能有较好的耦合，移走掌子面附近其他的金属物体。 4、成果资料 雷达反射波反射的强弱取决于相应介质的相对介电常数的差异，差异 越大，反射系数越大。空气、水以及灰岩的相对介电常数分别是 成昆铁路米易至攀枝花段扩能改造工程 MPZQ-1 标 米易隧道进口工区超前地质预报实施方 案 23 中铁四局集团有限公司 1、81、67，三者之间均有一定的差异。从理论上讲，界面反射信号的强弱 是判读空洞的依据，反射波相位与直达波相位的关系是判读含水界面的依 据。根据被探测介质物理特性，选择合适的相对介电常数。 室内计算机分析处理一般在 24 小时内完成并报告有关部门。资料整