隧道超前地质预报方案

目录一、工程概况11.1 缙云山隧道设置一览表11.2 缙云山隧道工程地质情况11.3 缙云山隧址气象、水文141.4 缙云山隧道主要工程地质问题评价 14二、编 制依据 15三、隧道超前地质预报的必要性 15四、隧道超前地质预报方法164.1 地质调查法174.2 弹性波（TSP203）法174.3 地质雷达法24五、技术保证275.1 本项目拟报人员275.2 仪器设备保证27六、缙云山隧道超前地质预报方法设计 27七、预报成果的提交 28八、安全质量措施288.1 安全措施288.2 质量措施29重庆九龙坡至永川高速公路（成渝高速扩能）缙云山隧道超前地质预报方案一、工程概况1.1 缙云山隧道设置一览表隧道 名称起讫桩号隧道全 长（m）隧道净空围岩级别长度明洞长（m）净高（m）净宽（m）IIIV进口 端出口 端缙 云 山左 线ZK4+915ZK7+6292714514.7541710051270220右 线K4+895K7+6402745514.753971044.51260.523201.2 缙云山隧道工程地质情况1.2.1 地质构造隧道横穿温塘峡背斜，该背斜走向北 15东，北段为并报华夏构造系，南至江津长江南岸的油溪镇，长48Km，褶曲宽3.006.00Km，为典型的线形褶曲。轴部地层为三叠系下统嘉陵江组（T j）和三叠系中统雷口坡组（Tl） 12的可溶性碳酸盐岩类，两翼岩层由老至新依次出露三叠系上统须家河组（Txj）和侏罗系下统的珍珠冲组（Jz）、中一下统自流井组（J z）、311 2中统新田沟组（Jx）和沙溪庙组（Js）的泥岩夹砂岩、页岩等。隧址一带 22温塘峡背斜岩层产状较陡，西翼岩层走向北1020东，倾北西，倾角 4250；东翼岩层产状走向北1020东，倾南东，倾角5062。1.2.2 地层岩性 隧址区分布地层主要为第四系人工堆积层、残坡积层、侏罗系上统珍珠冲组、三叠系上统须家河组、三叠系下统嘉陵江组（详勘中隧址区未发现三叠系中统雷口坡组），现将各层岩性由新至老分述如下： 第四系(1) 人工堆积层(Qml)填筑土：灰褐色、黄褐色，稍湿，松散，主4要由粉质粘土夹砂、泥岩块碎石组成，块碎石直径约 3-50cm，含量约 30%-50%。堆填时间约半年至10年不等。主要分布于隧道进出洞口已修建 完善的乡村道路上及周边区域。揭露厚度约0.6-0.8m，已揭穿。(2) 残坡积层(Q el+dl)4粉质粘土：褐色，稍湿，主要由粉质粘土夹砂、泥岩块碎石组成，土 体呈可塑状，干强度、韧性中等无摇震反应。厚度0.64.5m。主要分布于 进洞口斜坡坡脚及洞身平缓沟谷一带。粉质粘土夹块石：黄褐色、灰褐色为主，稍湿，稍密，主要由粉质粘 土夹灰岩、白云质灰岩、砂泥岩块碎石组成，碎块石直径约3T50cm,含量 约 40%-60%。主要分布于隧道出口斜坡地带及断层破碎带附近。 侏罗系下统珍珠冲组(Jz)根据现场地质调绘及钻探揭露，该地 层主要揭露有泥岩及砂岩。泥岩：紫红色、青灰色，中厚层状构造， 泥质结构，主要以粘土矿物为主。强风化岩体易风化崩解，钻探岩芯破碎；中风化岩体较完整，结合 程度一般，为隧道区主要岩性，多与砂岩呈互层状产出，钻探揭露最大厚 度20.2m (BSZK2)，未揭穿。泥岩为隧道进口端段的主要岩性。砂岩：青灰色，灰绿色，中厚层状构造，中细粒结构，主要矿物成分 为长石、石英，泥质胶结。强风化岩体较破碎；中风化岩体较完整，岩质 较软，结合程度较好一般，钻探揭露最大厚度11.00m (BSZK1-1)，未揭 穿。多与泥岩呈互层状产出。 三叠系上统须家河组（Txj）3一段（Txji）：该层主要为灰色、深灰色页岩，页理结构，薄层中3厚层状构造，夹有薄层状细砂岩和煤层。根据钻孔揭露显示：岩芯层理清 晰，倾角约 50，岩芯较破碎，多呈碎块状，薄饼状，短柱状。钻孔揭露 厚度约9.86m,已揭穿（BSZK4）。二段（Txj2）：灰色，黄褐色，浅灰色厚层至块状中至细粒长石石英砂3 岩，夹岩屑石英砂岩。局部含泥砾和具斜层理。岩芯较破碎较完整，多 呈短柱状，柱状，局部岩芯呈碎块状。钻孔揭露厚度约 21.9m，已揭穿（BSZK4）。三段（Txj3）：灰黑色，薄至中厚层状泥岩与粉砂岩互层，局部夹炭质3泥岩及薄煤层，煤层厚0.150.30m。是区域内主采煤层。根据钻探揭露： 该层岩芯较破碎一较完整，多呈片状、短柱状。揭露厚度约75.56m，已揭 穿。四段（Txj4）：浅灰色，薄至中厚层状，粗粒长石石英砂岩，夹有薄层3状泥岩、炭质泥岩，厚度120210m。钻探揭露最大厚度为144m，已揭穿 （SCK4）。五段（Txj5）：灰黑色，中厚层状泥岩、薄至中厚层长石石英砂岩，夹3炭质泥岩和煤线。钻探揭露最大厚度为65.8m，未揭穿（SCK17）。六段（Txj6）：浅灰、灰白色，中至厚层状，中粒长石石英砂岩，局部3夹有薄层黄灰、灰黑色页岩、炭质页岩，厚度约130185m。本次钻探揭露 厚度仅为38.9m，已揭穿（SCK17）。 三叠系下统嘉陵江组（T j）1Tj4：灰至浅灰色、偶带紫红色中至厚层状角砾岩、白云岩及灰岩，时 1具鲕状结构及角砾状构造。层厚80152m。根据钻探、波速测试及地面调查可知，该段岩体较完整，钻探揭露最大厚度为131.1m，已揭穿（SCK3）。Tja：灰浅灰色中厚层状灰岩，泥质灰岩夹含白云质灰岩及生物灰岩， 底部夹岩溶角砾岩，层厚122192m。根据钻探、波速测试及地面调查可知， 该段岩体较完整。钻探揭露最大厚度为85.18m，未揭穿该层（SCK3）。隧 址区未揭露到T j2及Tj1段地层及相关岩层。111.2.3 缙云山隧道围岩前期预报计划分段分级表缙云山隧道（左线（ZK4+915ZK7+629）围岩分段分级表序号里程桩号长度（m）围岩级别地层岩性方法1ZK4+915ZK4+93722V上覆为粉质粘土，强风 化泥岩和薄层砂岩，岩 层呈中厚层状，风化 裂隙发育，呈碎裂状结 构岩体和层状结构，稳 定性差。地质素描 加深炮孔 地质雷达2ZK4+937ZK5+058121地质素描 加深炮孔 TSP地质 雷达3ZK5+058ZK5+210152W围岩主要为厚至巨厚层 状石英岩屑砂岩，节理 裂隙较发育，岩体较完 整。地质素描 加深炮孔TSP4ZK5+210ZK5+23626V围岩以薄层状页岩为 主，岩层层间结合较差， 节理裂隙较发育，岩体 较完整。地质素描 加深炮孔TSP序号里程桩号长度（m）围岩级别地层岩性方法5ZK5+236ZK5+27337W围岩主要为厚至巨厚层 状石英岩屑砂岩，节理 裂隙较发育，岩体较完 整。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达6ZK5+273ZK5+35481V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，中 断夹有薄煤层，低瓦斯 段，节理较发育，岩体 较完整。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达7ZK5+354ZK5+40854W围岩主要为厚至巨厚层 状中粒石英岩屑砂岩夹 薄层状页岩，该段为含 水岩组。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达8ZK5+408ZK5+595187III围岩主要为厚至巨厚层 状中粒石英岩屑，岩体 结构较完整，该段为含 水岩组。地质素描 加深炮孔TSP9ZK5+595ZK5+710115V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，中 部夹有薄煤层，低瓦斯 段，岩体结构较完整。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达10ZK5+710ZK5+72515V围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体结构较完 整，为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达11ZK5+725ZK5+75025V围岩以页岩、炭质页岩 夹粉砂岩为主，为薄层 状结构，该段含煤，为 低瓦斯段。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达12ZK5+750ZK5+77525V围岩为盐溶角砾岩夹白 云质灰岩角砾状灰岩， 岩溶强发育，土夹石结 构。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达序号里程桩号长度（m）围岩级别地层岩性方法13ZK5+775ZK5+85580W围岩中厚层状白云质、 灰岩，岩溶角砾岩，围 岩以中厚层结构为主。地质素描 加深炮孔TSP地质 雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻14ZK5+855ZK5+90550V围岩为岩溶角砾岩，岩 溶强发育，围岩呈碎裂 状结构、土夹石结构。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达15ZK5+905ZK5+97873W围岩为中厚层状白云 质、灰岩，岩溶角砾岩， 围岩以中厚层结构为 主，地下水发育。地质素描 加深炮孔TSP地质 雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻16ZK5+978ZK6+07294W围岩为中厚层状灰岩、 白云质灰岩，节理裂隙 较发育，岩溶发育。地质素描 加深炮孔TSP地质 雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻17ZK6+072ZK6+287215W围岩为中厚层状灰岩、 白云质灰岩，节理裂隙 较发育，岩溶发育。地质素描 加深炮孔TSP地质 雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻18ZK6+287ZK6+34457V围岩为破碎至较破碎灰 岩、白云质灰岩及岩溶 角砾岩组成碎裂岩体 带，岩体破碎至较破碎， 多呈碎裂状结构，含水 岩组。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达19ZK6+344ZK6+461117W围岩为中厚层状灰岩、 白云质灰岩，节理裂隙 较发育，岩溶发育。地质素描 加深炮孔TSP地质 雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻序号里程桩号长度（m）围岩级别地层岩性方法20ZK6+461ZK6+50544W围岩以中厚层白云质灰 岩为主，该段存在采空 区，瓦斯含量可能相对 集中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达21ZK6+505ZK6+56055V围岩以岩溶角砾岩为 主，该段存在采空区， 瓦斯含量可能相对集 中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达22ZK6+560ZK6+63272W围岩为中厚层白云质灰 岩，灰岩，该段存在采 空区，瓦斯含量可能相 对集中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达23ZK6+632ZK6+66533V围岩为中厚层白云质灰 岩，灰岩，岩溶角砾岩， 该段存在采空区，瓦斯 含量可能相对集中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达24ZK6+665ZK6+71651V围岩页岩，炭质页岩夹 粉砂岩，薄层状结构， 节理较发育，该段存在 采空区，瓦斯含量可能 相对集中。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻 地质雷达25ZK6+716ZK6+75135V围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达26ZK6+751ZK6+883132V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，中 部夹有薄煤层，低瓦斯 段，岩体结构较完整。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达序号里程桩号长度（m）围岩级别地层岩性方法27ZK6+883ZK7+153270III围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP28ZK7+153ZK7+18229V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，节 理较发育，岩体结构较 完整。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达29ZK7+182ZK7+316134W围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP30ZK7+316ZK7+40589V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，中 部夹有薄煤层，低瓦斯 段，岩体结构较完整。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达31ZK7+405ZK7+535130W围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP32ZK7+535ZK7+62994V围岩主要为厚至巨厚层 状石英岩屑砂岩，节理 发育，岩体较完整，含 水岩组。地质素描 加深炮孔 TSP地质 雷达( K4+895K7+640)K4+895K5+395K5+395K5+584K4+918K4+918K5+017K5+017K5+195K5+195K5+219K5+219K5+281K5+281K5+357K5+357序号里程桩号长度（m）围岩级别地层岩性备注9K5+584K5+703119V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，中 部夹有薄煤层，低瓦斯 段，岩体结构较完整。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达10K5+703K5+71815V围岩主要为厚至巨厚层 状石英岩屑砂岩，节理 发育，岩体较完整，含 水岩组。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达11K5+718K5+74325V围岩页岩，炭质页岩夹 粉砂岩，薄层状结构， 节理较发育，该段含煤， 为低瓦斯段。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达12K5+743K5+76724V围岩为盐溶角砾岩夹白 云质灰岩，角砾状灰岩， 岩溶强发育，碎裂状、 土夹石结构。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达13K5+767K5+83770W围岩为中厚层状白云质 灰岩、灰岩，岩溶角砾 岩，节理较发育，地下 水丰富。地质素描 加深炮孔TSP地质雷达岩 溶段必要时施做 超前水平钻14K5+837K5+90063V围岩为盐溶角砾岩夹白 云质灰岩，角砾状灰岩， 岩溶强发育，碎裂状、 土夹石结构。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达15K5+900K5+95656W围岩为中厚层状白云质 灰岩、灰岩，节理较发 育，地下水丰富。地质素描 加深炮孔TSP地质雷达岩溶段 必要时施做超前 水平钻16K5+956K6+066110围岩为中厚层状白云质 灰岩、灰岩，节理较发 育，地下水丰富，岩溶地质素描 加深炮孔TSP序号里程桩号长度（M）围岩级别地层岩性备注发育。地质雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻17K6+066K6+278212围岩为中厚层状白云质 灰岩、灰岩，节理较发 育，地下水丰富，岩溶 发育。地质素描 加深炮孔TSP地质 雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻18K6+278K6+33557V围岩为破碎至较破碎灰 岩、白云质灰岩及岩溶 角砾岩组成碎裂岩体 带，岩体破碎至较破碎， 多呈碎裂状结构，含水 岩组。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达19K6+335K6+441106W围岩为中厚层状白云质 灰岩、灰岩，节理较发 育，地下水丰富，岩溶 发育。地质素描 加深炮孔TSP地质 雷达 岩溶段必要时施做 超前水平钻20K6+441K6+49251W围岩以中厚层白云质灰 岩为主，该段存在采空 区，瓦斯含量可能相对 集中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻 地质雷达21K6+492 K6+55159V围岩以岩溶角砾岩为 主，岩体呈块状结构， 该段存在采空区，瓦斯 含量可能相对集中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达22K6+551K6+62574W围岩为中厚层白云质灰 岩，灰岩，该段存在采 空区，瓦斯含量可能相 对集中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻 地质雷达23K6+625K6+65833V围岩为中厚层白云质灰 岩，灰岩，岩溶角砾岩， 该段存在采空区，瓦斯 含量可能相对集中。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达序号里程桩号长度（m）围岩级别地层岩性备注24K6+658K6+70244V围岩页岩，炭质页岩夹 粉砂岩，薄层状结构， 节理较发育，该段存在 采空区，瓦斯含量可能 相对集中。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达25K6+702K6+74341V围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻地质 雷达26K6+743K6+874131V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，中 部夹有薄煤层，低瓦斯 段，岩体结构较完整。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达27K6+874K7+114240III围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP28K7+114K7+15137V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，节 理较发育，岩体结构较 完整。地质素描 加深炮孔TSP超前水 平钻 地质雷达29K7+151K7+286135W围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP30K7+286K7+388102V围岩为薄层状页岩夹厚 层状中粒岩屑砂岩，中 部夹有薄煤层，低瓦斯 段，岩体结构较完整。地质素描 加深炮孔TSP 提前15-20m施做 超前水平钻地质 雷达31K7+388K7+530142W围岩为厚至巨厚层状中 粒石英岩屑砂岩，节理 较发育，岩体较完整， 为含水岩组。地质素描 加深炮孔TSP32K7+53090V围岩主要为厚至巨厚层 状石英岩屑砂岩，节理地质素描 加深炮孔(m)K7+640TSP33K7+530K7+6402013 291.3 缙云山隧址气象、水文隧址区属亚热带温暖湿润区，气温高、湿度大、雨量充沛。廊道区多年平均气温17.81,七月最髙，一月最低，极端最髙气温41. LC，极端最 低气温-3.3C。年平均降水量10001200mm，最大日降雨量为255.7mm, 降雨集中在59月，占全年降水量的65%以上。相对温度多年平均值为81%。 据气象资料，公路廊道区冬季有雾、霜，一般雾日为1831 天，霜日 57 天，主要出现在12月份。隧址区大型地表水体主要为分布东侧的梁滩河、西侧的璧南河及测区 周边的水库。东侧的常年性河流为梁滩河，由南向北发育，为嘉陵江的一 级支流。梁滩河发育于沙坪坝区白市驿一带的缙云山东麓和中梁山西坡， 由南向北流经西永镇、陈家桥镇，最后于北碚汇入嘉陵江。梁滩河全长 80.24km，流域面积380km2，河口髙程约242.78m。璧南河发育于西侧璧 山县境内河边镇一带的缙云山西麓和云雾山东麓，由北向南流经璧山县城 狮子镇、广普镇，最后于江津区油溪镇汇入长江，该河为长江的一级支流 璧南河在调查区附近延伸32.87Km，流域面积750Km2。1.4缙云山隧道主要工程地质问题评价隧道穿越温塘峡背斜，洞身地面山 体稳定，进、出洞口段无不良地质 现象发育，斜坡稳定，区域地质整体稳定性较好，隧道与岩层走向呈大角 度斜交，地层及构造简单，地震基本烈度 6 度，隧址区内煤层为低瓦斯， 岩溶现象较发育，局部可能发生突水突泥。地温无异常。适宜修建隧道。二、编制依据1、公路隧道施工技术规范(JTGF602009)；2、公路隧道施工技术细则(JTG/T F60-2009)；3、岩土工程勘察规范 (GB50021-2001)；4、铁路隧道超前地质预报技术规程 (Q/CR 9217-2015)；5、重庆九龙坡至永川高速公路缙云山隧道两阶段施工设计文件。三、隧道超前地质预报的必要性 隧道施工超前地质预报是在隧道设计的基 础上，为保证隧道施工安全、指导隧道工程施工、提高隧道工程施工质量而开展的隧道不良地质和施工 地质灾害超前预报工作。是隧道施工不可或缺的一道重要施工工序，不论 是矿山法施工还是新奥法施工，它都是重要的工作环节。因此，全面、完 善、扎实的做好隧道施工超前地质预报工作既是设计单位及时进行动态设 计的基本依据，又是指导隧道施工正确决策、保证隧道施工安全、提高工 程设计和施工质量、减少和杜绝突发地质灾害发生的有效和必要的隧道工 程施工的基础性工作。长期超前地质预报能查明隧道掌子面前方隐伏的不良地质体的性质、种 类、位置和规模，能半定量地确定掌子面前方的围岩地质条件(如不良地 质体的围岩级别或富水性)，以及对隧道施工的影响程度和有无发生施工地 质灾害的可能。短期超前地质预报能根据地质体产状(走向、倾向和倾角)， 定量预报隧道掌子面已揭露的断层破碎带、特殊软岩(膨胀岩层)、煤层、 富水砂岩等形状规则的不良地质体向掌子面前方延伸的情况、影响隧道的 距离和尖灭点;能根据各类不良地质的前兆，定性或半定量地确定掌子面前方较近距离内是否隐伏不良地质体;能应用仪器，定量探测掌子面前方近距离内上述隐伏的不良地质体的位置和规模。临近警报能通过一定监测技术 和手段，对塌方、片帮、掉块、岩爆、瓦斯爆炸和突泥突水、煤与瓦斯突 出等地质灾害进行预报或警报。长期超前地质预报可以帮助分部了解掌子面前方围岩的地质条件，较准 确地了解掌子面前方100150米范围内的围岩地质情况，特别是不良地质 发育情况；提前做好施工准备和施工计划，防患于未然。短期超前地质预报可以更准确地确定不良地质的性质、种类、位置和规 模，以及围岩的级别；临近警报则可以确定塌方、片帮、掉块、突泥突水、 瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出和岩爆等能否发生；这种预报和警报为施工项目 在通过不良地质及时、有效地采取应急施工措施，防止发生施工地质灾害、 特别是防治重大施工地质灾害提供了前提保障。超前地质预报对于隧道，特别是地质条件复杂、工期紧的隧道快速、安 全施工来说，其作用和意义尤为突出。所以，超前地质预报应当，也必然 要成为隧道施工的必不可少、不可或缺的工序。 四、隧道超前地质预报方 法结合缙云山隧道的具体地质条件，超前地质预报工作的任务主要包括如 下几个方面：1、节理密集带、软弱夹层及断层破碎带的位置与产状；2、煤层及其它特殊岩土的分布情况；3、岩溶、采空区及瓦斯发育情况；4、富水断层、富水地层及富水溶洞的发育情况。采用宏观与微观相结合的地物整合预报技术，具体讲，就是立足于区域 地质分析技术，充分利用区域地质资料、隧道勘查资料，通过现场地质调 查，预报隧道施工掌子面前方可能出现的不良地质体。借助于TSP、地质雷 达等物探手段和地质素描等地质手段，进一步摸清不良地质体的性质、位 置、规模、产状，对其风险等级进行评价。具体方法的原理与实施阐述如 下：4.1 地质调查法 隧道内地质素描是将隧道所揭露地层岩性、地质构造、结 构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制 成图表。隧道内地质素描包括以下主要内容：（1）地层岩性：描述地层岩性、层间结合度、风化程度等。（2）地质构造：描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等。（3）岩溶：描述岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物 成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。（4）特殊地层：煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层等应单独描述。（5）地应力：包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹 层挤出、探孔饼状岩芯等现象。（6）塌方：应记录塌方部位、方式、规模及其随时间的变化特征，并分 析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。（7）有害气体及放射性危害源的存在情况。4.2弹性波（TSP203）法4.2.1TSP203 隧道地质超前预报工作原理利用人工激发的地震波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报 隧道开挖工作面前方地质情况，用于划分地层界线、查找地质构造、探测 不良地质体的厚度和范围。TSP 和其它地震反射波方法一样，采用了回声测量原理（如图 4.1 所示）。 地震波在岩石中以球面波形式传播,当遇到岩石物性界面（如断层、岩石破 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。反射的地震信号被检波器接收，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。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 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一个或两 个高灵敏度的地震检波器接收，根据反射信号的传播时间和反射界面的距 离成正比的原理，故而能提供一种直接的前方不良地层的数据，再通过专 用软件的分析处理，判读出前方的地质状况。其技术要求为：（1）弹性波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上。（2）一般每次预报距离不宜超过 200m。图 4.1 TSP203 隧道地质超前预报原理4.2.2TSP203 隧道地质超前预报数据采集4.2.2.1 检测现场的空间要求TSP测量时，要求布置激发点24个，点距1.5m，接收点最少1个，距 离最近的激发点20m。同时，由于系统要求测线呈直线排列，按照检测技术 要求，在首次进行TSP勘测时要求隧道挖空的最少空间长度为55米，同时， 当测区第四系覆盖层比较厚度情况下，还应增加空间长度，以确保传感器 安置在较为致密的围岩中，以免传感器安放在松散土层中时影响信号接收， 因为松散土层有很严重的滤波效应。4.2.2.2 激发点炮孔布置 测试孔布设应根据隧道施工工程地质情况和主要结构面的产状，进行合 理的爆破孔布置。炮孔布置示意图如图 4.2 所示。接收器和第一个炮眼的距离应该控制在大约20m，在任何情况下都不允许小于15m。出于实际操作方便的考虑，各炮眼点之间的间距为1.5m，但如果所选择的测量剖面较短，此距离可适当缩小。无论如何此距离都不允许超过2m,测量时必须布置TSP测量所必需的最少炮眼数，最少不得少于18 个。图 4.2 测点布置示意图炮孔孔位的基本要求：(1) 数量：24 个，根据实际位置可以选择多于18 个。(2) 直径:38mm (20-45mm),孔深 1.5m (最小 0.8m,最大 2.0m)。(3) 布置：沿轴径向，向下倾斜1020 (便于水封填炮孔)，相对 于隧道壁面向掌子面方向倾斜10。( 4 )高度:距离隧道隧洞底板约1 m 。(5)位置：第一个钻孔离接收器约20m,其余炮眼间距1.5m (最远2m)。 4.2.2.3 接收点孔位的布置接收点孔位布置基本要求：(1) 数量： 1个或者2个。布置2个时，隧道左右壁面对称各布置一个(2) 直径:4345mm，用50的钻头钻孔。深度2m。（3）布置：沿轴径向，当安置传感器的套管用环氧树脂固结时，接收点 钻孔向上倾斜510，防止水进入传感器。（4）髙度：距离地面约1m。（5）位置：距离掌子面大约55m,距离第一个炮孔20m。4.2.2.4 装药及起爆准备TSP203 探测属于地震勘探，需要瞬发电雷管和乳化炸药作为震源产生 地震波。瞬发电雷管是爆炸无时间延迟的雷管，可以获得准确的零计时时 间。乳化炸药防水、具有较强的能量，产生的脉冲尖锐，频率范围较宽。 爆破炸药可以使用一、二级岩石乳化炸药，每孔装药量介于80200g之间； 雷管采用秒瞬发电雷管；装药完成后，采用水封孔，以保证炸药与炮孔严 密耦合；传感器套管与围岩之间用环氧树脂耦合。装药及起爆准备应遵守 爆破安全规程的规定。 以上所有准备工作都可以与隧道施工平行作业 不占用隧道施工时间。但进行数据采集时，为减少噪音对地震波信号的影响，要求隧道内的各工 作面均要暂停 3045min。图 4.3 TSP203 隧道地质超前预报现场TSP2（超前地质预报系统探测程序图 4.4 TSP 隧道地质超前预报现场工作流程图4.2.3TSP 隧道地质超前预报对地质的分析判断数据解译是超前地质预报的最后一步，也是最核心的一步，解译的准 确与否直接关系到预报的质量。解译技术是实现高水平超前地质预报的关 键技术，也是难度最大的技术。一方面要求解译人员具有丰富的解释经验 另一方面，要求解译人员具有丰富的地质工作经验。地质解译过程以纵、横波的速度及其比值为基础，利用岩土体的速度 参数，结合岩土体的密度信息计算出岩土体的其他动力学参数，如弹性模 量，泊松比等。依此判断掌子面前方岩体的工程类别、跛碎带以及富水情况等，为隧 道安全施工提供基础资料，在解译过程中需参考以下规则：（1）通过反射振幅的相位推断岩性的相对好坏，正相反射表明前方为 硬岩，负相反射表明前方岩性变软；（2）反射纵波变弱，表明裂隙发育或孔隙度增加；（3）反射横波能量比反射纵波强，则表明前方岩体含水；（4）流体的存在通常会引起纵、横波速度比增加；（5）杨氏模量、剪切模量、体积模量反映的是围岩的抗压能力，一般 模量越大，围岩约坚硬难变形，越小则相反。由于纵波与横波的偏移特点不同，纵波与转换横波对相同的构造会有 不同的响应。一般地，中博剖面上反映的断层等构造带在转换波剖面上会 有所反映，同时横波剖面上还会出现纵波剖面上没有显示的小断层或跛碎 带等信息。因此，在进行地质解译是，需以纵波的偏移剖面解译为主，但 需要综合考虑横波剖面中的异常点。同时 TSP 资料的解释一定要结合地质资料以及尽可能的结合其他物探 方法来综合解释。在采集数据工作时要加强对隧道整体（检波器至掌子面 的边墙、拱部），以及现场实际情况（掌子面）的详细了解、观察、记录， 找出特征；收集开挖资料，跟踪验证，根据实际开挖情况重新处理数据， 总结经验。4.3 地质雷达法 利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射， 根据传播速度和反射脉冲波走势进行超前地质预报，主要用于岩溶探测，亦可用于断 层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体的探测。4.3.1 地质雷达工作原理 地质雷达是一种电磁探测技术，它利用超高频电 磁波以宽频带短脉冲的形式，由发射天线送出，经地层的界面或目的体（如节理、裂隙、断层破 碎带、地下水等）反射后由接受天线接收。通过对所接受的雷达信号进行处 理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。（如图 4.5所示）4.3.2 测线布置采用100MHZ屏蔽天线在隧道掌子面上水平布置2条测线。图 4.5 地质雷达探测示意图雷达探测时，干扰因素有：台车、出碴车辆、人员走动等，它们来自 侧立、背向，且干扰严重。其次抬天线造成感应干扰、晃动造成方向干扰。 100M 天线带有屏蔽，能防止一定干扰，但不能完全清除干扰。为减少干扰， 探测工作选择在施工间隙，掌子面附近干扰因素少的时候进行。首先在掌 子面布设测线，然后沿测线以点测方式移动天线，采集数据。(如图 4.6 所 示)4.3.3 地质雷达技术要求(1) 地质雷达在完整可溶岩地段预报距离宜在 30m 以内，在岩溶发育 地段的有效探测长度应根据雷达波形判定。(2) 连续预报时前后两次重叠长度应在5m左右。图 4.6 地质雷达现场测试图4.3.4 地质雷达对地质的分析判断( 1 )完整岩体：对于完整的岩体，除图像顶部的直达波外，雷达波不 发生反射或反射波能量很小，波形均一，波长基本一致，波幅逐渐减小， 同相轴清晰、平直、连续；反射波的主频集中在天线的中心频率附近。( 2)节理裂隙密集带或断层破碎带：由于岩石被节理裂隙切割，反射界面增多。 当结构面与掌子面近平行发育时，反射波同相轴平直、连续，与完 整岩石的差别在于振幅增大、频率增高，断层内反射波杂乱； 当结构面垂直掌子面或不规则发育时，反射波振幅增大、频率增髙, 在分界面处相轴出现弯曲，在断层破碎带内部同相轴错断，同时反射波能 量衰减快。（3）溶蚀裂隙区：其振幅、频率因含水量差异而不同（一般反射波振 幅衰减较快，频率降低），与两侧反射波差异明显，且同相轴错断。（4）溶洞、煤矿巷道：电磁波在溶洞、采空区周界发生反射，一般形 成振幅较强的弧形反射波，并出现较强的多次反射波。 当溶洞内没有充填物质时，表现为溶洞顶和洞底界面反射波振幅加 强，洞顶反射波相位与直达波相位与直达波相反，洞底反射波相位与直达 波相同； 当溶洞充水时，洞顶界面反射波振幅加强，由于水对电磁波能量的 强吸收，洞底界面消失，洞顶界面反射波相位与直达波相同；同时，在频 谱图中，反射波频率向低频移动，髙频波消失； 当溶洞内部分充填岩石碎块时，与破碎带相似，表现为振幅增强、 波形杂乱； 当溶洞内部分充填黏土时，由于黏土对电磁波的强吸收，表现为局 部反射波振幅减弱或消失。五、技术保证5.1 本项目拟报人员 项目组由公司中青年技术骨干为主体，同时聘请经 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、工程物探等专业。项目组配 1名试验检测工程师担任技术负责人，2名试验检测员，2名 以上的辅助检测人员。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 等），准备投入的主要仪器设备见表5.1 所示。表 5.1 仪器设备一览表序号仪器名称型号数量（台/套）生产厂家1TSP2031瑞士 AMBERG公司2地质雷达X3M1瑞典马拉公司3数码相机/1国产4地质罗盘/2国产六、缙云山隧道超前地质预报方法设计序号预报方法预报频率1地质素描主要预报手段，为常规预报，全洞身实施，与隧道设 计地质进行对比、验证，并且作为隧道竣工资料长期 保存，为隧道今后维修、加固提供技术依据。2弹性波法（TSP203）主要预报手段，为宏观长距离预报，全洞身实施，在隧道挖空深度达到60m后开始实施，每次预报距离宜 为100m150m，前后两次预报的叠加长度为10m。3地质雷达辅助预报手段，属于中短距离预报，与TSP结合综合 分析掌子面前方地质情况，在TSP预报有物探异常区 的段落实施，达到相互验证目的，预报长度为10 30m。4超前水平钻、加深炮孔在TSP203及地质雷达综合预报分析的物探重大异常 区，由施工单位负责实施。七、预报成果的提交每次检测后 24 小时之内提交最终技术报告，报告一式三份分别上报给 总承包部、监理办及分部，报告内容包括：不良地质体的性质、大致的位 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。报 告成果及时向现场技术人员进行交底，与现场技术人员保持密切联系，并 且随着隧道的开挖对预报成果进行验证，改进探测布置，提高预报的准确 率。八、安全质量措施8.1 安全措施 由于隧道施工的特点，空间狭小，工序复杂，车辆的往来频繁和工作面的爆破作业，使得为施工服务的监控量测和预报工作也具有一定的危险 性。所以，在监测和预报工作中必须时刻具有安全意识并做好防护措施， 主要包括如下几点：（1）熟悉隧道施工现场的环境，明确各施工作业的环节；选择恰当的时 机进洞量测；（2）布点施工和进行量测等工作时，严防洞顶落石、工作面飞石、车辆 碰撞和施工机具的刮碰；（3）注意保护测点和仪器设备；（4）配备必要的安全器材，如安全帽、手套、工矿靴等必要的防护用品；（5）严禁上班前和工作中饮酒；（6）进洞时需满足瓦斯隧道要求的进洞条件。8.2 质量措施 为保证超前地质预报资料的真实可靠及连续性，采取 以下措施：（1）人员相对固定；（2）仪器的管理采取专人保管，专人负责；（3）设备、传感器等各种器件在使用前均检查校准合格后方可投入使用；（4）各量测项目在监测过程中必须严格遵守相应的监测项目实施细则；（5）各种数据均经现场检查、室内复核后方可上报；（6）各种数据的存储计算管理均采用计算机系统进行；（7）现场量测的测点埋设、数据采集、围岩及相关信息采用专门表格记 录，全部实行表格化管理。表格签署齐备，责任落实到每一个人。