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超前地质预报施工工艺应用简介：

超前地质预报施工工艺应用部分内容预览：

加强超前孔涌水的观测，按涌水量的变化推断断层距掌子面距离，按出水量大小推断断层储水构造属性，对可能存在断层、且具有强富水特征地段，要加强地质超前钻孔，掌握其断层水的赋存情况，及时给监理、设计部门报告。

针对瓦斯地质，拟采用下述对策来预报：

根据设计资料，结合现场实际情况，主要根据设计资料确定的里程和瓦斯探测仪进行预报。

DB31／T 1258-2020 气瓶管理信息报文格式规范.pdf对于高地应力地带、拟采取的预报手段是：

经验准则预报:即在现场采用孔径变形法、简易应力解除法、声发射等技术进行地应力测试，根据强度理论、能量理论、冲击倾向理论、天生桥理论等工具来预测前方岩爆可能性与岩爆等级；

类比分析预报:即根据超前平导已发生岩爆的洞段的地应力和岩爆规律预测前方发生岩爆的可能性及岩爆规模；

设专职安全值班人员检测围岩动态，尤其是超前探孔有特异地质现象的发生时，常预示着岩爆现象的发生；

2、超前地质预报组织机构及工作模式

针对复杂地质条件隧道的特点，施工中必须超前探明断层、地下水等不良地质情况，确保施工安全。项目经理部科研部下设地质预报中心，成立地质灾害治理专家组，聘请国内地质方面的专家、学者为顾问，预报中心配备专职地质工程师负责该隧道的工程地质预测预报工作。施工中配备有经验的地质工程师对隧道开挖施工进行全过程监控指导，确保各种预报措施的落实。地质预报工作组织机构见下图，超前地质预报工作的工作模式见下页图。

　 地质预报工作组织机构图

3、TSP203超前预报

3.1、基本原理与野外布设

反射波采集系统由传感器和记录仪组成。传感器设有多种超灵敏的加速传感器，它在计算机的监控下，将反射波数据传输给记录仪，经微机处理后储存起来。储存的反射波数据传输给分析系统后，电脑经过复杂的数学计算，最后形成反映相关界面的影象点图和隧道平、剖面图。工作原理详见下图：

3.2、TSP203系统的数据处理与解译技术

TSP203系统的数据处理过程主要包括：对原始波形（X、Y、Z）

施工阶段工程地质工作模式图

的初步选择；波谱分析窗口选择；对原始波形进行波谱分析；进行带通滤波处理；调节、选择、捡取初始波；确定纵横波初始波的位置；各炮点的资料进行能量平衡；经Q值评价提取反射波；纵横波分离处理；将波形分析的结果显示成像图；从二维速度模型出发将时间断面转换到实际空间；根据选择的主要反射界面个数提取反射界面。

3.3.1操作前准备：

操作人员 4 人：其中，电工 1 人，爆破工 1 人，配合 2 人。

位置：距掌子面约 55 m处；

数量：与爆破孔同侧壁，1个；

线向：垂直于隧道轴向底面倾斜10o，向洞口回斜10o；

高度：约在地面以上 1 m。

位置：第一个爆破孔约距接收器20m，而后，所有向前至隧道掌子面的爆破孔间距约1.5m；

数量：根椐掌子面的实际情况而定，但应大于 18 个；

直径/深度：38mm(19～45mm)/1.5m(最小0.8mm，最大2m) ；

线向：垂直于隧道轴向，或向上与掌子面成10°夹角，向地面倾斜 10°～20°；

高度：约在地面以上1.0 m。

在接收器套管埋设 24h后，即可进行现场测试。现场测试主要有下面步骤：安装接收器、启动记录仪、噪声检查、触发测试、炮眼装药、地震波测试、测试结束。

完成现场测试后，将记录仪中记录的信息传输到计算机中，进行编译并输出结果。

4.1、掌子面及隧底地质雷达探测

作为长距离超前地质预报TSP203的补充，特别是对长距离探测中预报的异常体进行补充探测，地质雷达是比较有效的一种探测手段。

4.1.1基本原理与布设

地质雷达是一种对地下的或物体内不可见的目标或界面进行定位的电磁技术。其原理是高频电磁波以宽频带脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下层或目标体反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过的介质的电性特征及几何形态而变化。故通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。

地质雷达主要优点是三维空间探测；

地质雷达对探测范围内的断层破碎带等物性差异界面反映较灵敏，预测位置较准确；

而对含水带反射信号的判别带有一定的偶然性，无法判定前方含水带的涌水性质和危害程度；且对与洞向平行的结构面较难查明。因此地质雷达应与其它探测方法相结合。

4.1.3探测距离和频率

准确探测距离为不大于30m，因此探测频率取1次/30m。

4.1.4工作方式及程序

由于岩溶洞穴与围岩的电性存在明显差异，由空气或水与围岩形成的界面对雷达发射的电磁波会形成强反射界面。地质雷达发射的电磁波在地下传播时被不同的介质吸收，其探测效果将受地下介质及反射面的影响。不同频率的天线对同一深度的地质界面，低频天线的分辨率相对较低，但探测深度大，最深可达30m；高频天线具有较高分辨率，可显示出止浆墙与岩盘的明确界限。在进行地质探测时应对不同的地电条件和需解决的问题，选择不同频率的天线与相应的工作方式，以达到较好的探测效果。工作程序：地质雷达的工作程序见下图

工程地下水具有突发性、高水头、大流量的特点，准确判定掌子面前方的地下水情况将是工程地下水防治施工的关键。因此，采用红外探水技术对掌子面前方富水情况进行探测。

由于地下水活动会引起岩体红外辐射场强的变化，红外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隐状的含水体。

A测量快速，基本不占用生产时间。测量结束，即可得出初步结论。

B虽然探水准确率较高，但对水量、水压等重要参数无法预测。

4.2.3探测距离及频率

探测准确距离一般为20m，因此探测频率取1次/20m。

利用地质素描判定工作面前方短距离范围内的地质情况。辅助洞掘进施工时，派有经验的地质工程师在每排炮后对工作面进行地质素描，必要时照相摄影，并绘制地质素描图。地质素描的主要内容包括：地下水状态（出水点、出水量、水压力、突水情况等）；地层岩性（产状、结构、地质构造影响程度等）；岩石特性（岩石名称、风化状况、岩石结构、质地、强度）；地质结构面（间距、延伸性、粗糙度、张开性等）；软弱夹层，贯穿性强的大节理、断层（填充情况、风化程度、开度、渗漏）等。根据地质素描图的内容，做出开挖面前方短距离内的岩体稳定性分析，并结合平导所揭示的情况和有害气体监测情况，通过综合分析判断，提出地质预测报告。

4.4、数码相机分析法

采用数码相机摄取有关掌子面及隧道断面的有关数据，如地质数据、变形数据，就可以比较方便、可靠地推定围岩的级别、进行三维的地质分析以及进行隧道净空变形的观测等。这是一项具有高科技含量和发展前景的技术“信息技术”在地下工程中的具体应用。该方法设备简单，仅仅需要数台较高分辨率的数码相机及相应的附属配件。例如，在隧道围岩分级中，重点是如何在施工阶段的掌子面上获取分级所需的基本要素（地质要素）， 因此，如何可靠地、快速地、客观地取得掌子面地质数据是至关重要的。采用地质画像处理技术对掌子面的地质条件进行画像处理，提炼出与围岩分级有关的参数，对围岩分级进行修正。此方法不仅适用于围岩分级的修正，也可用来进行掌子面前方的地质预测，以及对衬砌开裂的观察、隧道断面形状、变形的测试等等。我们准备在施工中将这种地质分析方法列为科研项目，与其它预报方法相结合进行地质预测。

超前钻孔能够较真实地反映掌子面前方的地质情况，尤其是能直接探测掌子面前方地下水的赋存情况。对于大于30m深的超前钻孔，钻孔前应先用稍大直径的钻头钻孔，安设3m孔口管，并在孔口处设闸阀，在遇到高压水时可紧急关闭磐彩花岗涂料施工方案，防止突水。

5.1、超前探孔（21m）

掌子面超前钻孔采用液压钻孔台车，根据液压钻孔台车钻孔性能和为了确保钻孔精度，确定Ⅱ、Ⅲ类围岩每次超前钻孔长度为21m（留３～５m止浆岩盘，再开始下一次探孔）。在超前预报基础上，针对有水部位，在需要探测断面上随机布置2个孔，争取探孔打到出水构造上，或者打在节理裂隙附近。探水孔的主要目的是：探明水量和水压情况，在钻孔的同时，记录钻孔速度、岩碴岩粉特征、冲洗液颜色、含泥量、出水部位、钻杆是否突进等情况，按设计和开挖面的地质资料，判定工作面前方的工程、水文地质情况，以采取必要的预防措施。

5.2、超前探孔（30m）

5.3、超前取芯钻孔（50～80m）

超前预报地质灾害的关键工作是前述的不良地质段的长期长距离、短期中短距离综合地质预测预报，但在施工过程中地质灾害临近警报显得更为重要，它是综合判断不良地质体的重要内容，是隧道施工地质灾害超前预报的核心任务，主要内容有五个方面，一是断层破碎带塌方与判断；二是岩溶陷落柱塌方与判断；三是突泥、突水的预测与判断；四是瓦斯预测与判断；五是岩爆预测与判断等。在地质灾害来临前及时地发出警报，并采取相应的应急避难预案措施，对于保证施工人员、设备的安全，降低地质灾害造成的损失具有重要意义。

[国企]湖南保温工程施工技术管理要点7、资料整理、信息反馈与设计施工

地质超前预报作为一个工序纳入隧道施工过程，项目经理部地质预测预报中心设专业资料组，所有监测及预报资料均及时收集汇编，并建档管理。根据量测资料分析、计算结果，依据管理等级及围岩稳定的标准，发出继续正常施工、加强支护、停止掘进时采取应急措施及可进行二衬施工等信息，经主管工程师审核确认后，及时在施工前下发预报资料，指出通过该地层施工应注意的事项，应采取确保工程地质段稳定并达到施工安全的技术措施，发送施工队及有关的设计、监理部门，提供施工或变更设计的依据，所有签发的监控量测报告均留底于资料室存档，作为竣工资料组成部分进行移交。