隧道超前地质预报的方法ppt课件

隧道超前地质预报的方法 1 主要内容 2地质素描 3地质超前预报常见方法 隧道超前地质预报 1初步勘探搜集资料 2 一 工程地质调查测绘 1 工程地质技术规范的总要求 1 查明隧道通过地段的地形 地貌 地层 岩性 构造 2 查明隧道是否通过煤层 膨胀性地层及有害矿体等 3 查明不良地质 特殊地质对隧道通过的影响 特别是对洞口的位置及边坡 仰坡的影响 提出工程措施意见 第1节初步勘探搜集资料 3 4 查明隧道附近井 泉的分布情况 并分析隧道地区的水文地质条件 判断地下水类型 水质及补给来源等内容 5 对于深埋隧道 应做隧道地温升温预测 6 综合分析岩性 构造 地下水等有关地质测绘 勘测 测试结果 分段确定隧道围岩级别 7 在隧道洞口需要接长明洞的地段 应查明明洞基地的工程地质条件 8 查明横洞 平行导坑 斜井 竖井等的工程地质条件 第1节初步勘探搜集资料 4 成昆铁路的 一线天 周围地形地貌 第1节初步勘探搜集资料 5 2 地形地貌调查主要是查明隧道通过地段的山体自然情况 隧道平面图 第1节初步勘探搜集资料 6 3 地层 岩性调查要查明隧道通过地段的地层时代 地层程序 地层岩性及岩性变化 查明地层接触关系 4 地质构造调查调查的重点是褶皱 断层 节理 侵入体或岩脉等 第1节初步勘探搜集资料 7 5 水文地质调查隧道所在地段及其附近的井泉点分布 泉水类型及其与其他地质构造的关系 主要含水层隔水层的岩性分布 河流 小溪等的分布对地下水的影响 在岩溶发育区 还要调查岩溶漏斗 暗河的进口及其出口等 6 滑坡 落石 岩堆 泥石流和岩溶地质调查主要查明不良地质是否存在及其性质 存在的位置及其范围 以及其对隧道施工和隧道本身的影响 第1节初步勘探搜集资料 8 隧洞口道发生岩崩滑坡 第1节初步勘探搜集资料 9 隧道山石滚落 第1节初步勘探搜集资料 10 7 地温测定地温对隧道施工 特别是对深埋隧道施工有很大影响 所以隧道工程地质勘测要进行低温测试 为施工单位提供低温资料 第1节初步勘探搜集资料 11 二 勘测 测试工作要求 一 工程地质技术规范对勘探测试工作总的要求1 钻孔布置钻孔数量不宜小于2 3个 长度大于3000m的隧道 有条件时 每500 700m钻一孔 钻孔布置在隧道中线外6 8m处 必要时也可在中线上布孔 2 钻探深度钻探深度应达到路肩设计高程以下2 3m 遇到溶洞 暗河及其他不良地质时 应适当加深 第1节初步勘探搜集资料 12 3 钻探过程中遇到地下水 应做好水位记录和观测工作 探明含水层的位置和厚度 并取样做水质分析 判明对混凝土的侵蚀性 4 为了解隧道通过的岩 土的力学性质 应取代表样品进行试验 5 对有害矿体和气体 应取样做定性 定量分析 第1节初步勘探搜集资料 13 二 勘探的阶段及其工作要求1 初测要求长隧道 特长隧道 多线隧道 工程地质条件复杂的隧道以及需做代表性设计的隧道 应编制隧道路线方案工程地质纵断面图 分段提供隧道围岩分级 水文地质 工程地质条件较复杂 长度超过2000m控制线路方案的越岭隧道 应充分利用卫片 航片判释 作大面积地质测绘 第1节初步勘探搜集资料 14 2 定测要求不论是一般隧道 长大隧道或者地质复杂的隧道 均应进行单独的工程地质勘测工作 编制单独供点的图表资料 第1节初步勘探搜集资料 15 第2节地质素描 一 作业准备二 现场素描三 掌子面地质素描记录表基本内容四 地质素描示例 16 一 作业准备 1 1内业技术准备1 熟悉了解已有勘察资料 掌握掌子面所处地段的地层岩性 构造特征 不良地质及水文地质特征 2 熟悉了解其他预报手段探测成果 分析判断掌子面所处地段工程地质与水文地质特征可能出现的差异 与勘察成果比较 1 2外业技术准备准备好洞内素描所需要的工具 外业包 罗盘 地质锤 笔记本 数码相机等 第2节地质素描 17 二 现场素描 应对掌子面及掌子面附近开挖段进行详细观察 首先从岩性 岩体完整性 出水量大小等方面进行大范围 前后左右对比 宏观把握地层岩性等的变化 对于地层颜色 软硬程度 节理裂隙发育状况 出水量与周围岩体发生明显差异的部位 进行重点详细观察 通过手触 锤击 采集样本详细观察查明差异的性质 分析造成差异的原因 地质素描应记录以下信息 1 工程地质信息2 水文地质信息3 影像信息 第2节地质素描 18 1 工程地质信息 1 地层岩性 描述地层时代 岩性 产状 层间结合程度 风化程度等 2 地质构造 描述褶皱 断层 节理裂隙特征等 断层的发育位置 产状 性质 破碎带的宽度 物质成分 含水情况以及与隧道的关系 褶皱的性质 形态 地层的完整程度等 节理裂隙的组数 产状 间距 充填物 延伸长度 张开度及节理面特征 分析组合特征 判断岩体完整程度 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 塌方 应记录塌方部位 方式与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 第2节地质素描 19 2 水文地质信息出水段落及范围 出水形态及出水量大小 渗水 滴水 滴水成线 股水 涌水 暗河 必要时进行地表相关气象 水文观测 判断洞内涌水与地表径流 降雨的关系 3 影像信息隧道内重要的和具代表性的地质现象应进行摄影或录像 第2节地质素描 20 四 掌子面地质素描记录表基本内容 4 1 掌子面状态1 填写内容 稳定 正面掉块 正面挤出 正面不能自稳 其它 2 填写依据 现场观察并依据表 隧道围岩分类 正确填写4 2 毛开挖状态1 填写内容 自稳 随时间松弛 掉块 自稳困难 要及时支护 要超前支护 其它 2 填写依据 现场观察并依据表 隧道围岩分类 正确填写 第2节地质素描 21 4 3 风化程度 1 填写内容 微风化 弱风化 强风化 全风化 其它 2 填写依据 依据下表 风化程度分级表 正确填写 风化程度分级表 第2节地质素描 22 4 4 裂隙宽度 mm 1 填写内容 密闭节理 微张节理 张开节理 宽长节理 其它 2 填写依据 依据下表 节理宽度分级表 正确填写 节理宽度分级表裂隙形态填写内容 密集 部分张开 开口 夹有粘土 其它 充填有软弱介质的节理如实填写 第2节地质素描 23 4 5 涌水状态 1 填写内容 无水 渗水 整体湿润 涌出或喷出 特别大 2 填写依据 依据下表 地下水状态的分级表 正确填写 地下水状态的分级表注 隧道延米地下水涌出量大于1 5m d的地段进行注浆堵水 第2节地质素描 24 4 6 描述的基本内容 1 围岩级别划分 按设计填写 2 岩性 地层时代及岩性 风化程度 3 地质构造 褶皱 断层 节理裂隙特征 岩溶 塌方等 a褶皱 断层 节理裂隙特征 褶皱岩层在形成时 一般是水平的 岩层在构造运动作用下 因受力而发生弯曲 一个弯曲称褶曲 如果发生的是一系列波状的弯曲变形 就叫褶皱 要描述褶皱的性质 形态 地层的完整程度等 断层岩层或岩体在构造运动影响下发生破裂 若破裂面两侧岩体沿破裂面发生了明显的相对位移 这种构造就称为断层 断层要描述断层的发育位置 产状 性质 破碎带的宽度 物质成分 含水情况以及与隧道的关系 第2节地质素描 25 节理裂隙岩石受力作用形成的破裂面或裂纹 称为节理 它是破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的一种构造 节理裂隙要描述节理裂隙的组数 产状 间距 充填物 延伸长度 张开度及节理面特征 分析组合特征 判断岩体完整程度 节理裂隙的描述首先应根据其产状特征进行分组归类 一般产状差异不大的节理应划分为一组 对于成组出现的节理 应示意性地标示在图纸上 图纸采用的节理倾角应为换算的视倾角 标注的产状为真实产状 图示节理间距应能表明其真实发育程度 即不同发育程度的节理组 在图纸上显示节理间距应不同 对于零星发育的节理应作为随机节理描述 贯通性好 对岩体稳定性影响大的随机节理 包括岩脉 应重点描述 并按其实际出露位置标示在图纸上 第2节地质素描 26 第2节地质素描 27 第2节地质素描 28 第2节地质素描 29 b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 c塌方应记录塌方部位 方式与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 四 地质素描示例 隧道出口 掌子面地层岩性为燕山期花岗岩 肉红色为主 局部锈黄色 粗粒结构 块状构造 节理发育 3组 以构造型和风化型为主 节理面较光滑 微张型 结合性一般 多为泥质和岩屑充填 由于受节理切割 围岩完整性较差 呈块状 次块状 拱顶及两侧拱脚呈碎快状镶嵌结构 掌子面以潮湿为主 拱部渗水 拱部至两侧拱脚附近极易掉块 施工时应注意 应确保人员安全及施工质量 第2节地质素描 30 地质素描图 第2节地质素描 31 一 地质超前预报的内容 地质超前预报的内容包括 1 隧道所在地区的地质分析与宏观地质预报 主要是预报开挖面前方的围岩级别和稳定性 调整支护类型2 隧道洞身不良地质及灾害地质预报 主要是预报开挖面前方的岩性变化和不良地质体的情况 范围 规模 性质及突水 突泥 坍塌 岩爆等 3 重大施工地质灾害临警预报 建立前方可能引发的大规模突水 突泥坍塌等重大地质灾害临警预报系统 第3节地质超前预报常见方法 32 二 地质超前预报方法 一 地质分析法 二 超前平行导坑预报法 三 超前水平钻孔法 四 物理探测法 五 特殊灾害地质的预测方法 第3节地质超前预报常见方法 33 一 地质分析法 地质调查与推断是隧道地质超前预报的最基本方法 对地质资料进行调查分析与推断 观察洞内涌水量的变化 特点 可随时进行 不干扰施工 第3节地质超前预报常见方法 34 二 超前平行导坑预报法 在隧道内或附近开挖一平行的小断面导坑 对地质情况进行记录分析 根据地质理论预测工程地质及水文条件 以及可能发生地质灾害的位置 性质 规模 并提出防治措施意见 特点 预报精度高 但成本较高 影响施工 第3节地质超前预报常见方法 35 秦岭隧道的平行导坑 被封堵 36 37 三 超前水平钻孔法 用钻探设备向前方钻孔 获取地址资料 特点 钻孔有难度 方向 工艺 影响施工 第3节地质超前预报常见方法 38 四 物理探测法 物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的间接方法 1 TSP超前预报系统2 地质雷达法3 红外探水法特点 快速 超前探测距离大 对施工干扰相对小 但准确预测技术难度大 存在一定的局限性 第3节地质超前预报常见方法 39 1 TSP超前地质预报 1 简介TSP TunnelSeismicPredicting 即隧道地震波预报法 目前各种地震波反射法 TSP203 TGP TRT TSP24等 皆可认为是TSP超前地质预报 然以TSP203为代表 甚至特指 TSP203隧道地质超前预报系统 由瑞士安伯格公司生产 国内由昆明西普瑞格科技有限公司代理 专业应用于隧道工程地质超前预报 其通过激发并三分量接收地震波 根据反射波的旅行时间差异 求取地震波在围岩中的速度 围岩的Q值 泊松比等 以预报隧道掌子面前方0 150m范围的地层 构造 应力及含水状况 目前 被广泛的应用于铁路与公路隧道工程中 第3节地质超前预报常见方法 40 TSP超前地质预报 第3节地质超前预报常见方法 41 TSP超前地质预报 第3节地质超前预报常见方法 42 2 TSP的成果材料 三分量的原始数据 反射波频谱分布图 反射面提取及偏移图 波速 波速比及泊松比曲线 二维反演成果图 三维反演成果国 预报结果报表 第3节地质超前预报常见方法 43 1 三分量的原始数据 第3节地质超前预报常见方法 44 2 反射波频谱分布图 第3节地质超前预报常见方法 45 3 反射面提取及偏移图 第3节地质超前预报常见方法 46 4 波速 波速比及泊松比曲线 第3节地质超前预报常见方法 47 5 二维反演成果图 第3节地质超前预报常见方法 48 6 三维反演成果国 第3节地质超前预报常见方法 49 7 预报结果报表 第3节地质超前预报常见方法 50 TSP预报隧道突水下图为隧道突水段预报数据截图 在图上 方框圈定范围内纵 横波速度均降低 尤其纵波速度下降幅度较大 纵横波速度比增大 泊松比也增大 密度变小 结合相关资料 推断该区域为富水段 典型案例 第3节地质超前预报常见方法 51 TSP预报隧道突泥下面为宜万线云雾山隧道突泥段TSP超前预报数据截图 在左图中 方框圈定范围内有多组P波负相位 反射能量较强 从右图中可以看出 相对应区域内纵 横波速度均有所降低 泊松比等参数增大 密度变小 结合相关资料 推断该区域为软弱地层 含水 经开挖后验证 该段内为含水粘土夹层 并伴有突泥现象发生 第3节地质超前预报常见方法 52 TSP预报隧道溶洞下图为隧道溶腔发育段的预报数据截图 前一图为纵波的深度偏移图 后一图为其横波的深度偏移图 二者相比较 不难看出在所圈定的范围内岩体纵波反射波能量远强于横波 另通过二维成果图及其它数据资料 推断该区域内裂隙发育 并伴有溶腔或溶洞 实际开挖后表明 该区域内均为一系列连通或孤立干燥溶腔 第3节地质超前预报常见方法 53 TSP预报隧道岩体破碎下图为某隧道破碎带的预报数据截图 在距接收器前方160米左右有一组负相位的强反射波 见下图 结合二维成果图其它资料分析 在该处附近岩体较破碎 岩体稳定性较差 实际开挖证明 在该里程附近有一宽约4米左右的破碎带 岩体自稳性极差 多次发生坍塌 第3节地质超前预报常见方法 54 2 地质雷达法 1 原理2 解决的问题3 现场实施4 成果提交 第3节地质超前预报常见方法 55 1 地质雷达探测原理通过发射并接收从各电性界面上反射回来的电磁波 根据反射电磁波的时间 振幅 频率等单项和组合特征 来获得反射界面的深度 形态和属性特征 地质雷达探测原理 第3节地质超前预报常见方法 56 57 介电性差异 是地质雷达应用的基础 第3节地质超前预报常见方法 58 2 解决的问题对掌子面前方30米范围内 隧底 边墙和拱部等需做精细探测的区域 诸如 较近范围内的岩溶 节理裂隙发育情况 岩层变化 完整性 岩性变化 地层含水或含泥预报 特点 快捷 方便 但一次探测距离较近 且受围岩状态影响探测深度受掌子面附近开挖机械设备 台车 用电等影响 第3节地质超前预报常见方法 59 3 现场实施 地质雷达法地质超前预报测线布置示意图 zond 12e探地雷达双通道主机与75M天线 第3节地质超前预报常见方法 60 4 成果提交 地质雷达原始图像 典型灾害图像 解译成果图 明确定量化结论 探测报告 包含隧道背景 上次探测结果验证 本次探测现场参数等 第3节地质超前预报常见方法 61 地质雷达法地质超前预报成果图 62 1掌子面雷达预报隧道岩溶下面为某隧道的掌子面雷达预报 从下图中可以看出 圈定范围内反射波振幅显示为微弱振幅 能量损失大 电磁波能量的吸收 判定圈定区域内为充泥溶洞 经开挖验证 在里程DK35 328处 在右侧拱脚位置开始发现充泥溶洞 溶洞大小约为隧道右侧边墙2 3m 高度2m多 溶腔位置不超过隧道中线 沿线路右侧边墙方向约发育至DK35 335 总共大概10多方的土 为一小型的充填溶腔 与探测结果相符良好 典型案例 第3节地质超前预报常见方法 63 2掌子面雷达预报隧道含水裂隙带下面为某隧道的掌子面雷达预报 掌子面里程为DK33 010 围岩为 级 掌子面整体出露为灰岩 节理裂隙发育 充填大量方解石岩脉 厚度4mm 20cm不等 局部节理充填褐黄色泥质 当前掌子面未见渗漏水现象和岩溶出露特征 其中右图为雷达检测剖面 在纵向320ns深度处有一强反射界面 推测为破碎含水 经开挖后验证 该处为一条40 50cm宽度的含水裂隙 右图为当前掌子面图像 第3节地质超前预报常见方法 64 3 红外探水法 红外探水法红外探水技术就是通过红外探水仪探测前方一定范围内红外辐射场的变化 即通过探测仪探测显示出红外辐射的变化 在隧道掘进现场 当掌子面前方存在含水构造时 含水构造产生的异常红外辐射场会叠加到围岩正常辐射场上 仪器显示屏上的曲线出现数据突变 而当掌子面前方没有含水构造时 所测定的红外辐射场为正常场值 数据曲线为一条近似直线 第3节地质超前预报常见方法 65 第3节地质超前预报常见方法 66 红外探水法的应用及特点 在探测岩层含水变化有重要作用 无法判断富含水位置的规模与位置 能推断含水变化 但无法评估其危害 其探测效果受多种因素影响 高能热源场 电动空压机 掌子面围岩与后方围岩温差 掌子面附近施工用水 放炮后初支混凝土距离温度差异等 总之 实际应用效果不理想 第3节地质超前预报常见方法 67 TheEnd 68