超前地质预报实施方案

黄延高速公路扩能工程试验段LJ-4合同段

王村隧道监控量测和地质超前预报

实施方案

编制： 审核： 批准：

中交隧道工程局有限公司

年 月 日

1、适用范围

本实施方案适用于黃延高速公路扩能工程试验段LJ-4合同段王村隧道监控量测和地质超前预报作业，对隧道监控量测和超前地质勘探进行过程控制，保证监控量测和超前地质勘探满足施工要求。

2、工程概况

2.1概况

王村隧道起点位于黄陵县桥山镇王家沟附近，穿越黄土残塬沟壑区，终点位于黄陵县桥山镇上王村附近，设计为曲线型分离式隧道，技术标准为双向六车道。隧道左洞起讫桩号为ZK11+560~ZK12+560，全长1000m，为长隧道；右洞起讫桩号为YK11+510~YK12+645。全长1135m，为长隧道，左右两隧道底板最大埋深约95m；两洞中轴线最大间距约149m。

2.2地质岩性

（1）隧址区属于黄土残塬沟壑地貌，塬顶宽约180~300米，塬边缘沟壑林立，受水流冲刷侵蚀，形成“V”型叶脉状沟谷。苹果树等植被发育；隧道近南北走向；隧道进出口段地形变化较大，边坡坡度较陡。

(2)隧址区揭露地层由老至新依次有第四系下更新统午城组黄土（Q1eol）、中更新统离石组黄土（Q2eol）和上更新统马兰组黄土（Q3eol）。

隧道出口位于山体斜坡处，根据调绘资料，地形坡度较缓，坡角约35～46°；根据工程类比，自然边坡整体稳定性好；边坡土体主要为午城黄土，黄土富含钙质结核，开挖隧道时，洞口斜坡薄层松散层易发生滑塌。

2.3 地震基本烈度

项目所在区地震动反应谱特征周期：0.45s，地震震动峰值加速度0.05g，对饮地震基本烈度为Ⅵ度。

2.4水文特征

隧址区调绘期间未发现地下水露头，该区地下水以孔隙裂隙水为主，主要受大气降水、第四系松散堆积层孔隙水补给，富水较弱，根据钻孔观测，地下水位埋深部分高于洞室，隧址区地下水总体不丰富，在第四系黄土中有含水层，处于该段的洞室开挖时会有突水或少量集中涌水现象；地下水对钢

筋、砼、钢结构无腐蚀性。

隧道预测涌水量左线为734.8m/d,右线为880.9 m/d。

3、编制依据

1、《公路隧道施工技术规范》；

2、《陕西省高速公路施工标准化管理指南》； 3、隧道的施工图设计文件

4、监控量测和地质超前预报的目的 4.1、监控量测的目的

通过监控量测，可准确掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈，指导施工作业，预报险情，确保安全，同时可以掌握围岩和支护的位移、应力情况，可及时修改设计支护参数。

4.2、超前地质预报目的

通过超前地质预报可以了解和判断掌子面一定距离内不良地质的性质、位臵、宽度和影响隧道的长度，由此判断地下水情况、围岩的级别和对施工的影响。降低地质灾害发生的风险及几率，进而达到以下目的：

（1）为制定施工方案和措施提供可靠参数。

（2）为隧道安全施工，避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害，从而不受或者少受损失奠定基础。

（3）为隧道在安全条件下快速施工、减少事故发生率，减少不必要的安全措施，从而降低工程投资。

5、监控量测和超前地质预报的主要内容和方法

5.1 监控量测的主要内容 5.1.1地表沉降观测： 5.1.2水平收敛及拱顶下沉量测 5.1.3仰拱隆起量测

5.2 超前地质预报的主要内容

5.2.1地层岩性，如软弱夹层、破碎地层、特殊岩土。 5.2.2地质构造，特别对断层、节理密集带、褶皱构造等。

5.2.3不良地质，特别是人为坑洞、有害气体、高地应力、高地温、高岩温等发育情况。

5.2.4地下水，特别是岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层地带等。

5.3 监控量测和超前预报的主要方法

地质超前预报采用TSP地质超前预报系统或地质雷达、红外线探水仪、地质素描、超前水平钻孔等综合勘探的方法进行探测，超前地质预报是制定施工方案和工程措施的主要依据，也是隧道施工的一道重要工序。本隧道施工中，在重点地段,上述各种预报手段并用。

一般地段以地质素描为主，特殊和不良地质地段则采用物探、钻探相结合的方式。实行动态监控，信息化施工。加强对围岩监测，进一步掌握围岩的特性，为施工提供可靠的技术依据。

5.4主要实施方法

5.4.1、监控量测主要实施方法

控量测的分类：地表沉降观测、水平收敛观测及拱顶下沉量测、仰拱隆起量测。

5.4.1.1、地表沉降观测：

1、监控点位布设及量测器具：

在V级围岩地段，当隧道埋深小于15m时，必须按要求进行地表沉降观测，观测断面纵向距离为20～30m，且每端洞口至少设臵一个观测断面，观测器具采用精密水准仪配合水准尺完成，并对断面进行水平位移量测，观测器具采用全站仪配合觇标完成，并对观测数据进行分析整理，把分析预测信息及时传递给施工技术人员。

2、检测频率：

监测断面>开挖断面30m时：1次/2天； 监测断面<开挖断面30m时：2次/1天；

监测断面>开挖断面30m～80m时：1次/2天； 监测断面>开挖断面80m时：1次/7天。 3、监测数据的整理：

（1）：绘制每一横断面沉降量随时间的变化关系图； （2）：绘制每一横断面最大沉降量随时间的变化关系图； （3）：绘制每一横断面沉最大沉降量与开挖距离关系图。 5.4.1.2、水平收敛及拱顶下沉量测

（1）、监控点埋设要求与量测器具：

隧道施工班组在围岩初衬后应立即安装水平收敛计挂钩或带有球头的膨胀螺栓，在分台阶开挖时上台阶初衬后应立即安装三个测点，下台阶开挖后再安装两个测点，共组成六条量测线，在全断面开挖段初衬后应立即安装5个测点共组成六条量测线，测点布臵必须在同一个断面，Ⅴ级围岩每15～20m安装一个量测断面。测点安装必须牢固，不允许有松动或脱落，在测点安装完毕后应立即通知项目部测量队进行初测。量测器具由液显收敛计完成。

（2）、监测频率：

观测断面距开挖断面0～18m：2次/天； 观测断面距开挖断面18～36m：1次/天； 观测断面距开挖断面36～90m：1次/2天； 观测断面距开挖断面大于90m：1次/7周。 （3）、量测数据的分析与整理：

当隧道水平位移收敛速度为0.1～0.2mm/天，拱顶下沉位移速度为

0.1mm/天，可以认为围岩已基本稳定，如在监测过程中若发现净空位移量过大或收敛速度无稳定趋势时，应及时提供分析信息，以便对结构采取补强措施。

（1）、绘制位移量随时间变化的曲线； （2）、绘制位移速度随时间变化的曲线； （3）、绘制位移量与开挖面距离关系曲线。 5.4.1.3、仰拱隆起量测

（1）、监控点埋设要求与量测器具

隧道队测量组在仰拱开挖后应立即埋设监测点，Ⅴ级围岩段15m埋设一个观测点，在监测点埋设完毕后应立即通知项目部测量队进行初测。 量测器具由精密水准仪配合水准尺完成。 （2）、监测频率：

仰拱开挖后1～15m：1次/1天； 仰拱开挖后16天～1个月：1次/2天； 仰拱开挖后1～3个月：1次/1周； 仰拱开挖后大于3个月：1次/1月。 （3）、量测数据的分析与整理;

当仰拱量测隆起速度0.5～1mm/天，即可认为仰拱已趋于稳定，如仰拱隆起速度过快或无稳定趋势时，应及时提供分析信息，便于对结构采取补强措施。

（4）、填写仰拱量测数据及相邻量测时间较差表 5.4.2、地质超前预报实施方法

结合各隧道不同的地质条件，超前地质工作按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。根据各种探测方法的特点，可分为长距离控制预报、中距离预报、短距离验证预报。长距离、中距离预报主要采用TSP、地质雷达、瞬变电磁仪法等方法进行；短距离预报主要利用地质素描和超前锚杆、探坑的方式进行。综合地质预报主要措施见下表“综合超前地质预报主要措施表”。

综合超前地质预报主要措施表 代号 C1 C2 C3 超前地质预报方案组合 TSP TSP+TEM TSP+TEM+超前水平钻孔 适用段落 远距离（200m）较宏观长期预报 适用于可能发生涌突水段落 地质风化层交替变化段 适用于断层破碎带和构造带段落 地质岩性变化段 适用于可能发生大变形段落 C4 TSP+TEM+超前水平钻（取芯） 1、远距离宏观控制预报

除洞口55m范围外通长布臵，采用TSP隧道地震探测仪进行远距离（200m）较宏观长期预报。

2、中距离预报

对于初步判断可能发生涌水段，提前20～30m采用TEM（瞬变电磁仪法）探测地下水情况。

3、短距离预报

①根据远距离宏观控制预报和中距离预报结果确定是否需要打超前探孔以及探孔位臵和数量（1～3为宜），钻孔时对钻进速度、出水位臵、流量、水压、水温及出水状态等作详细记录，必要时应作水质分析判断地下水的腐蚀性等。钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。

②利用工作面地质素描预报

地质素描在隧道施工中全段进行。地质素描内容为：对开挖掌子面和洞身周边综合分析围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，分析判断开挖面前

方围岩的工程地质、水文地质特征，并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。

根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。

4、其它地质工作内容及方法 ①地表监测

依据提供的工程地质、水文地质图，岩溶隧道中线两侧各一定范围内与居民生活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。监测内容主要为水量、水温、水压、水质的变化以及当地的气象与降水。

②必要时采用超前导坑法进行开挖揭示地质情况。

根据几种探测手段的探测结果进行综合分析，互相验证，提出预测预报意见和工程措施建议，及时反馈，以调整优化设计，进一步改进和完善施工工艺和方法，实施信息化动态施工管理。

6、 超前地质预报只要仪器 6.1、TSP203地质预报系统

本合同段隧道采用TSP203系统探测，主要用于预报掌子面前方200m左右范围内的断层破碎带、富水带、不同岩层接触带等不良地质体的界面位臵。

TSP203地质超前预报系统，可以进行隧道地质超前预报，扩展配臵又可以对开挖过程中未发现的隧道隐蔽病害（如隧底岩溶等）进行检测，和检测隧道围岩的弹性波速度、划分隧道围岩类别，以及检查混凝土衬砌与围岩之间是否存在脱空缺陷等。

TSP203地质超前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面前方及周围临近区域地质状况的。它是在掌子面后方边墙上一定范围内布臵一排爆破点，依此进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号也就越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化成电信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，可以得到岩体强度变化界面的方位。

TSP超前地质预报系统和超前探孔见附图。

为保证隧道的安全正常顺利施工，有效地采取针对性措施，确定并选择有效的施工方案，为动态设计提供理论性指导，本合同段隧道采取综合超前地质预测预报系统，以确保预测预报结果的准确性，并将综合超前地质预测预报系统必须作为一道工序，贯彻于隧道施工掘进全过程，以确保隧道安全、顺利施工。

TSP数据采集要求详见附表1。

7、掌子面地质素描

隧道开挖后通过地质素描手段，及时查看掌子面地质状况，通过和设计资料对比，为隧道掘进提供地质情况预报。掌子面地质素描应在隧道作业每一开挖循环后立即进行，根据掌子面暴露岩层的层理、节理、裂隙结构状况，岩体软硬程度，出水量大小判断开挖前方地质情况。

观察中应具体记录以下各项，并描绘掌子面地质素描图： ⑴、地质状况及其分布、性质和掌子面自稳性； ⑵、围岩的软硬、裂隙间距及方向等围岩状态； ⑶、断层的分布、走向、粘土化程度等 ⑷、出水地点、涌水量及其状态；

8、水平超前钻孔

水平超前钻孔是最直观、最可靠的超前探测手段。通过洞内外观察与地质描述、TSP203地震波探测仪等有关地质与水文资料分析，配合采用超前水平地质钻探加以验证。通过超前水平钻孔岩芯的分析，进一步探明掌子面前方的隧道围岩地质状况与水文地质的具体情况，根据探孔钻进的时间、速度、压力、成分以及卡钻力、钻芯和岩性构造性质及地下水情况，掌握隧道前方的地质条件与水文条件。

9、地质预测、预报工艺流程

地质预报工作必须在地质工作小组的统一管理下严格按流程进行，其具体的工艺流程框图如下： 掌子面超前探测 地质观测、编录、分析 信息综合处理

注：根据现有地质勘测资料，本合同段隧道地质较简单，无大的构造带等，暂不布臵地质雷达及超前钻孔。主要采用TSP203超前地质预报系统和地质素描来保证施工的安全进行，必要时做水平超前探孔。

10、地质信息收集与处理

通过超前地质预报建立一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，进行综合分析、判断，编制信息预报成果，由主管技术人员予以复核，并报设计、监理，为变更设计和施工提供决策依据，及时调整施工方法和支护参数。经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。

采用新的施工方法和支护参数后，又从施工过程中获取新的地质信息，更新地质信息系统，经处理后，再一次反馈给施工，如此往复，形成地质信

息系统化。

11、针对预报可能出现特殊地段的处理方法

当施工过程中发现前方有异常地质现象出现时，立即向监理、设计单位、

业主汇报现场实际情况、组织人员对前方的地质情况作进一步的勘测。当确定前方地质情况后针对具体情况按以下方法进行处理。

11.1涌水出现处理方法 1、采用超前钻孔将水排除法 2、采用超前小导管注浆堵水法。

3、采用井点降水或深井降水、对于渗透水较少时，也可采用洞内降水法降低地下水。同时做好抽水后的地面排水工作。

在此施工中，必须高度重视并做好防排水工作，务必将涌水或裂缝水引致洞外的排水系统中。

11.2涌水突泥地质现象的处理方法

1、采用了注浆加固塌体，长管棚超前支护，等施工措施。

2、对于不同的突水方式分别采用裂缝出水注浆与溶洞涌水注浆的施工方法。

3、在突水点设臵止浆墙，然后在对前方围岩进行全断面深孔预注浆进行堵水，采用排堵结合的方案。

12、地质工作组织机构

隧道施工地质超前预报工作是保证安全施工的重要前提，为了更好地完成施工阶段的地质超前预报工作，应成立专门的地质工作机构，设臵专门人员负责地质超前预报工作，确保各种地质超前预报措施的落实，保证地质超前预报工作的准确性。我项目部地质工作组织机构见图 “地质工作组织机构图”。

地质工作组织机构图

地地质雷达质复查洞内监地表监 TSP 工程部 地质组 红外探超前探

13、 资料管理

超前地质预报的各项资料管理由专人负责，内容填写必须及时、规范，数据真实、可靠，严禁有涂改、造假的现象。

各项数据应及时整理，进行分析，准确判定前方的地质情况，指导现场，及时调整开挖和支护参数，防止地质灾害事故发生。

14、人员与设备配臵

TSP超前地质预报由项目经理部统一招标确定，TSP超前探测配合人员3名，超前水平探孔人员3名，地质素描人员1人。钻孔工人4名。

附图1

附图：TSP超前地质预报系统超前探孔（3孔）探1层面周围地质情况预报探2探3开挖掌子面断层

超前地质情况预报接收器爆破点说明:1、预报范围长200，结论相对可靠； 2、30分钟即可做好准备工作； 3、测量时间小于90分钟； 4、操作简单，对施工干扰小。说明:1、每次根据与地质雷达预测预报结果确定是否需要打探孔 及探孔布置和数量； 2、探孔深度最大30，直径φ90； 3、确认掌子面前方的不良地质状况并获取有关地质资料

附表1 TSP数据采集要求

观 测 系 统要求 数 量 2个，位于隧道左右两边墙 直 径 φ50mm(钻头钻孔) 深 度 1.8m 定 向 垂直隧道轴向（边墙），上倾5°～10° 高 度 离地面（隧底）高1m 位 置 距离掌子面约55m 示意图 接 收(检波)器 孔 φ38mm(钻头钻孔) 1.5m 垂直隧道轴向（边墙），下倾10°～20° 离地面（隧底）高1m 第1个炮孔离同侧接收器孔20m，炮孔距1.5m 炮 孔 24个（同侧）, 位于隧道左或右边墙，视地质情况而定 接收孔2 接收器孔 上倾5° ( ～10° 1m 接收器孔 ) 上倾5° 隧道轴TA 1m ( ～10° 下倾10° ～20° 炮孔) 下倾10° 炮孔 ～20° 20米 55米 掌 子面 炮孔S1 S2 S3 S23 S24 接收器孔和炮孔平面分布 横截面（接收器孔） 横截面（炮孔） 接收孔1 每次TSP探测时 ①应准备瞬发电雷管30发，防水乳化炸药4kg，采集数据时作震源之用。 其他要求 ②提供接收器孔附近的隧道半径、拱顶至地面（隧底）的铅直高度、两接收器孔之间的距离等数据。 ③提供接收器孔和掌子面的里程，以及两者之间的地质素描图。 ④钻孔前，应用测量仪器（器具）测定接收器孔和炮孔的位置，接收器孔和炮孔应在同一平面上，并用红油漆作标记。炮点要标记序号。 ⑤严格按设计要求（距离、孔深、倾角等）钻孔。 ⑥孔身要直，孔内岩屑和泥浆要用水冲出孔外。 ⑦配备与接收器孔和炮孔直径大小相当、长度比孔深稍长的PVC管。完钻后应将PVC管放入孔中，防止围岩掉块，以便于套管和药包放置到位。