1、向莆鐵路FJ-3A標超前地質預報專項方案1 向莆鐵路FJ-3A標管區施工隧道概況向莆鐵路FJ3A標段內共有10公里以上的長大隧道2.5座， 57公里的中長隧道3座，5003000米的中短隧道9座，500米以下隧道4座。每個隧道均存在不同類型的地質風險，其中尤其以戴云山隧道、棋盤石隧道、秀巖隧道最為突出：戴云山隧道存在著斷層、涌水突泥段、落石、瓦斯、軟巖大變形、巖爆、人工坑洞及采空區等高風險；棋盤石隧道和秀巖隧道存在斷層、突泥涌水、高地溫、巖爆等風險。尤溪隧道、秀巖隧道也存在斷層、突泥涌水高風險，標段內其他隧道也不同程度存在著斷層、塌方的可能性。因此超前地質預報在隧道施工中顯得尤其重要。為了準確

2、預報，規避施工風險，我標段與石家莊鐵道學院建立綜合超前地質預報技術服務合同。石家莊鐵道學院科研團隊為FJ-3A標段提供全面隧道工程施工綜合地質預報專項技術服務和培訓工作。2 超前地質預報的必要性2.1 隧道施工與超前地質預報概述隧道施工超前地質預報是在隧道設計的基礎上，為保證隧道施工安全、指導隧道工程施工、提高隧道工程施工質量而開展的隧道不良地質和施工地質災害超前預報工作。是隧道施工不可或缺的一道重要施工工序，不論是礦山法施工還是新奧法施工，它都是重要的工作環節。因此，全面、完善、扎實的做好隧道施工超前地質預報工作既是設計單位及時進行動態設計的基本依據，又是指導隧道施工正確決策、保證隧道施工安

3、全、提高工程設計和施工質量、減少和杜絕突發地質災害發生的有效和必要的隧道工程施工的基礎性工作。長期超前地質預報能查明隧道掌子面前方隱伏的不良地質體的性質、種類、位置和規模，能半定量地確定掌子面前方的圍巖地質條件（如不良地質體的圍巖級別或富水性），以及對隧道施工的影響程度和有無發生施工地質災害的可能。短期超前地質預報能根據地質體產狀（走向、傾向和傾角），定量預報隧道掌子面已揭露的斷層破碎帶、特殊軟巖（膨脹巖層）、煤層、富水砂巖等形狀規則的不良地質體向掌子面前方延伸的情況、影響隧道的距離和尖滅點;能根據各類不良地質的前兆，定性或半定量地確定掌子面前方較近距離內是否隱伏不良地質體;能應用儀器，定量探

4、測掌子面前方近距離內上述隱伏的不良地質體的位置和規模。臨近警報能通過一定監測技術和手段，對塌方、片幫、掉塊、巖爆、瓦斯爆炸和突泥突水、煤與瓦斯突出等地質災害進行預報或警報。長期超前地質預報可以幫助施工單位了解掌子面前方圍巖的地質條件，較準確地了解掌子面前方100150米范圍內的圍巖地質情況，特別是不良地質發育情況;提前做好施工準備和施工計劃，防患于未然。短期超前地質預報可以更準確地確定不良地質的性質、種類、位置和規模，以及圍巖的級別;臨近警報則可以確定塌方、片幫、掉塊、突泥突水、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出和巖爆等能否發生;這種預報和警報為施工項目在通過不良地質及時、有效地采取應急施工措施，防止發生

5、施工地質災害、特別是防治重大施工地質災害提供了前提保障。超前地質預報對于隧道，特別是地質條件復雜、工期緊的隧道快速、安全施工來說，其作用和意義尤為突出。所以，超前地質預報應當，也必然要成為隧道施工的必不可少、不可或缺的工序。2.2向莆鐵路FJ-3A標管區隧道施工超前地質預報的必要性向莆鐵路FJ-3A標管區內的隧道中多數隧道圍巖既有古老的前震旦系變質巖，也有古生界二疊系和中生界侏羅系地層；既有正常沉積巖、變質巖，也有火山巖和巖漿侵入巖；部分隧道或區段的圍巖還存在煤系地層，屬于瓦斯隧道。多數隧道，特別是長大隧道和中長隧道地質構造復雜，斷層破碎帶發育。部分隧道或區段屬于淺埋或深埋隧道。總之，預計向莆

6、鐵路FJ-3A標管區施工隧道，特別是占主導地位的長大或中長隧道，基本屬于地質復雜隧道，或者至少一般以上的隧道區段屬于地質復雜隧道。經統計，僅設計的風險區段和經過地質和地貌分析得出的潛在風險區段就多達39公里以上（見FJ-3A標管區隧道地質情況統計見表）。在這類隧道或區段施工，若沒有高水平的超前地質預報與恰當輔助工法施工的緊密配合，最容易發生坍塌塌方、突泥突水、巖爆甚至瓦斯爆炸等施工地質災害。顯然，要保證所屬管區隧道的安全、按期貫通，隧道超前地質預報，特別是高水平的超前地質預報，就成為必不可少的工作。3 采取的技術方案、方法和儀器配備根據本標段隧道工程具體情況，結合設計文件及設計要求，采用隧道地

7、質調查地質分析與宏觀預報、隧道洞身不良地質長期（長距離）超前地質預報、隧道不良地質短期（短距離）超前地質預報、超前鉆探和重大施工地質災害臨近警報，共五個完整的、缺一不可的、系統的超前地質預報方案。3.1隧道地質調查地質分析與宏觀預報隧道不良地質宏觀預報是所有后續的隧道的洞身不良地質體超前預報、超前鉆探和重大施工地質災害臨近警報等地質預報的基礎，是不可缺少的重要一步。 這是一項在設計院提交隧道設計書的基礎上進行的、更深入進行的、專門化的地質工作和宏觀超前地質預報方案。 隧道不良地質宏觀預報采用專門的地質調查方法、專門的地質分析技術，并在隧道洞身開展具體超前地質預報之前，專門用于研究和預報隧道的主

8、要不良地質類型（特別是成因類型）、成因特征、地質災害和對隧道施工影響的一種專門超前地質預報方案，也是確定隧道洞身主要不良地質走向的惟一可采用的超前地質預報方案。 隧道的主要不良地質類型（特別是成因類型）、成因特征、地質災害和對隧道施工影響，以及隧道洞身主要不良地質走向的確定，對于后續的隧道洞身各種預報成果的解譯，特別是對各種物探成果的解譯十分重要；因為，每個預報區段內存在的主要不良地質的類型、走向及其與隧道空間關系、兩壁出露的具體位置、規模特征和對隧道施工的影響等，都離不開前述分析得出的正確結論。隧道洞身主要不良地質走向的確定，還對超前地質預報最重要手段的TSP超前地質預報來說是最重要探測壁的

9、選擇技術也至關重要主要探測壁（布設炮眼的隧道壁）要選擇隧道主要不良地質走向盡量平行傳感器的隧道壁。特別是對于隧道設計的“盲區”，顯得更為重要。只有在地質分析和宏觀預報的原則指導下，才能更準確、更有效地實施洞身不良體地質超前預報和施工地質災害監測、判斷及臨近警報等后續預報工作。特別是對于隧道超前地質預報占有極其重要地位的TSP(TGP)地震波探測來說，只有通過隧道所在地區主要洞身不良地質分析和宏觀預報，才能正確選擇炮眼鉆孔布設邊墻，才能更準確地布設炮眼的位置，才能在TSP解譯階段選擇正確的搜索角和調諧角。所以，它更是提高TSP預報精度的關鍵技術之一。 隧道不良地質宏觀預報是在隧道不良地質分析的基

10、礎上進行的。主要包括：應用超前地質預報的地質理論進行隧址所在地區的區域地質分析，應用超前地質預報理論進行隧道的洞身不良地質分析，應用地貌地質學知識進行隧道的洞身不良地質的地貌分析。隧址所在地區的區域地質分析.1 研究的資料研究的資料主要采用隧道設計文件和1：10000地圖。.2分析的目標分析的目的是應用超前地質預報的地質理論，初步分析并宏觀預報隧道所在地區的主要構造方位、力學性質和構造多期活動特征及其不同方位構造對隧道圍巖穩定性的影響程度，主要地層類型（如煤系地層、灰巖、白云巖等可溶巖地層等等）特征及其隧道圍巖穩定性的影響程度，主要巖漿巖的類型（如侵入巖、噴出巖）特征、空間分布特征及其隧道圍巖

11、穩定性的影響程度，現今地應力特征及其與區域地殼運動的關系，等等。 隧道不良地質的地質分析.1 研究的資料研究的資料，主要是隧道詳細地質勘探資料或隧道地形地質平面圖、地質剖面圖，和深入地表和洞內地質調查所取得的第一手地質資料。.2 分析的目標分析的目標，是在區域地質分析的基礎上，應用超前地質預報理論分析并宏觀預報隧道施工可能遇到的不良地質類型、大約位置、規模和產狀（特別是走向），分析并宏觀預報施工地質災害的類型、發生的可能性和對隧道施工的影響程度。主要包括：地層層序和特殊巖層分析，構造體系、構造型式和構造分布規律分析，地應力狀態分析，巖漿巖侵入體成因、產狀分析，溶洞、暗河、巖溶陷落柱和巖溶淤泥帶

12、成生條件和展布規律分析，煤系地層中的煤層、采空區和瓦斯地質分析等等。 隧道不良地質的地貌分析.1 研究的資料主要是隧址所在地區1：50001：5萬地形圖或隧道地形地質平面圖。.2 研究的目標是在隧道不良地質的地質分析的基礎上，研究隧道主要不良地質與地貌的關系，進而分析并宏觀預報隧道主要不良地質，特別是斷層破碎帶，溶洞、暗河等巖溶不良地質大約位置、規模和產狀（特別是走向）。為隧道不良地質的地質分析提供佐證。 隧道宏觀預報基本流程一般預報的流程如下：（1） 收集隧址所在地區的區域地質資料進行區域地質分析，初步進行宏觀預報；（2） 收集隧道詳細地質勘探資料或隧道設計資料中的隧道工程地質資料（隧道地形

13、地質平面圖、地質剖面圖及其地質說明應用超前地質預報的地質理論進行隧道地質分析，進行進一步的宏觀預報；（3） 親身進行深入的隧道地面地質調查，取得第一手隧道地表地質的資料應用超前地質預報的地質理論進行隧道不良地質分析，并進行更進一步的宏觀預報；（4） 收集隧址所在地區小比例尺地形圖或隧道地形地質圖應用第四紀地貌地質學理論，分析隧道主要不良地質的地貌特征和標志，為隧道不良地質宏觀預報提供佐證。（5） 在上述分析研究的基礎上，最終進行隧道主要不良地質的、全面的宏觀預報。 隧道地質分析與宏觀預報的主要內容（1） 隧道的洞身主要不良地質的性質、成因和類型，特別是能夠引發施工地質災害的主要不良地質的成因類

14、型；（2） 道的洞身主要不良地質發育特征，特別是發育程度；（3） 隧道的洞身主要不良地質的大約位置；（4） 隧道的洞身主要不良地質空間分布規律，特別是分布方位特征；（5） 隧道的洞身主要施工地質災害，特別是施工地質災害與主要不良地質的關系。從宏觀預報的內容看：即在儀器探測之前，通過隧道地質分析與宏觀預報這一重要步驟，已經初步掌握了施工隧道的主要不良地質大約狀況，儀器探測只是起到驗證和精確化的作用。關鍵技術（1） 熟練掌握和運用超前地質預報的地質理論；（2） 野外地質調查的基本功。3.2 長期（長距離）超前地質預報 隧道洞身不良地質超前預報，是最主要的預報方案。依據預報距離，分為長期（長距離下同

15、）超前地質預報、短期（短距離下同）超前地質預報兩種預報方案。長期超前地質預報的預報距離為掌子面前方100米150米以上。對于隧道不良地質體的長期超前地質預報來說，國內外主要采用TSP（隧道地震探測儀）等儀器探測方法來進行。 TSP概況TSP（Tunnel Seismic Prediction，隧道地震勘探）設備是由瑞士安伯格公司開發、生產的，是當前國內外最先進的隧道長期超前地質預報設備，也是當前超前地質預報技術中的最重要手段。它與其它超前地質預報的設備相比，最大優點是：探測和預報距離遠（探測距離可達隧道掌子面前方300500米，甚至更多；有效預報距離一般為掌子面前方100米，經驗豐富者可有效預

16、報150200米）；分辨率高（最高分辨率可達1米）；抗干擾能力強（除了放炮、打鉆以外，基本不受干擾）；對隧道施工影響很少（鉆孔和測試均在隧道側壁進行，若準備工作較好，洞內探測時間僅用45分鐘）。目前，TSP共開發出TSP-202系列和TSP-203、TSP-203PLUS、TSP-200系列，共兩大系列、四種型號。本項目主要采用TSP-203系列儀器進行超前地質預報。TSP-203為智能解譯型，又稱“普及型”。 在基本原理的指導下，設備軟件最終形成物理參數與二維分析圖，并依據軟件規定的解譯原則進行智能解譯。因此，一般地說，解譯效果一般，預報的精度偏低。但它具有解譯技術要求低的優點（類似智能型相

17、機），所以較適合解譯水平一般的技術人員使用，便于推廣應用；因此，又稱“普及型”。 TSP的基本原理：首先，在隧道內，人工制造一系列有規則排列的輕微震源；震源發出的地震波遇到地層界面、節理面、特別是斷層破碎帶、溶洞、暗河、巖溶陷落柱、巖溶淤泥帶等不良地質界面時，將產生反射波，它的傳播速度、延遲時間、波形、強度和方向等均與相關界面的性質以及產狀密切相關，并通過不同數據表現出來；通過設備設置的震源反射波的數據采集系統（傳感器和記錄儀），將這遞增數據經微機處理后儲存起來。然后，將數據輸入帶有特制軟件的電腦，經過電腦進行復雜數學計算后，最后形成各種成果圖，供工程技術人員解譯。TSP工作原理示意圖TSP系

18、統探測示意圖 解決的主要技術問題和技術指標.1每次探測的較準確的有效預報距離一般為掌子面前方100米。.2 對隧道不良地質的最高分辨率可達1米。.3 預報精度：（1）較準確地預報一般隧道施工遇到的斷層破碎帶等造成坍塌或塌方的不良地質體的位置和規模；一般不能遺漏可造成坍塌50m3以上的不良地質體。（2）較準確地預報一般隧道施工遇到的斷層裂隙水、巖溶隧道遇到的溶洞、暗河、巖溶淤泥帶和瓦斯隧道可能遇到的老窯、老崆或其他多水或富水不良地質體的位置和規模；一般不能遺漏可造成大涌水（50m3/h以上），甚至突泥突水的不良地質體。.4 較準確地預報區段的圍巖級別（誤差小于半級）；并能定性地預報區段主要不良地

19、質發生塌方、突泥突水等施工地質災害的可能性。.5 提出較恰當的施工輔助功法方案和應對措施。 TSP儀器探測法的基本流程.1準備探測材料，主要包括瞬發電雷管、乳化炸藥或黑索金炸藥、環氧樹脂或水泥。.2 準備探測鉆孔，依據地質分析和宏觀預報得出的隧道最主要不良地質的走向或依據掌子面前方100米以內的明顯斷層破碎帶的走向，在最先見到最主要不良地質的一側隧道邊墻布設炮眼鉆孔；在距最外邊（最后）一個炮眼1520米，布設傳感器套管鉆孔，隧道兩壁各對稱布置1個。.3 制作炸藥的藥卷，鉆孔檢查鉆孔是否合格個別鉆孔“返工”洞內探測，采集數據。.4 室內數據處理、成圖成果圖解譯編寫TSP探測報告。 關鍵技術.1

20、主要探測壁（布設炮眼壁）的選擇，至關重要；.2 應用超前地質預報的地質理論和物探理論進行成果解譯，難度很大。3.3 短期（短距離）超前地質預報短期超前地質預報是在長期超前地質預報的基礎上進行的，預報距離為掌子面前方1530米。對于我標段管區隧道工程來說，主要采用地質素描法（掌子面編錄預測法）進行短期預報；適當輔以地質雷達探測、紅外線和瞬變電磁等等儀器探測方法。 地質素描預測法又稱掌子面編錄預測法。這項工作屬于隧道施工短期超前地質預報的一種常用的方法和技術手段。具體包括：巖層層位預測法、地質體延伸預測法和不良地質前兆預測法，共三種方法。.1 巖層層位預測法（1）基本原理：在掌子面和隧道兩壁出露的

21、巖層與地表某段巖層證為同一和確認標志層的前提下，用地表巖層的層序預報掌子面前方將要出現的巖層。 （2）關鍵技術：是證為同一和確認標志層。 .2 地質體延伸預測法（1）基本原理：在長期超前地質預報得出的不良地質體厚度的基礎上，依據掌子面以揭露的不良地質體的產狀和單壁始見的位置，經過一系列的三角函數運算，求得條帶狀不良地質體在隧洞掌子面前方延伸和消失的位置。（2）關鍵技術：隧道展開圖的三角函數運算。.3不良地質前兆預測法這是側重預報掌子面前方不良地質體性質的一種短期超前地質預報技術。（1） 基本原理在隧道掘進過程中，在出現斷層破碎帶、溶洞、暗河、巖溶陷落柱和洞穴淤泥帶之前，一般都會出現各自的明顯或

22、不明顯的前兆標志；這些標志的出現，常常預示前述不良地質體已經臨近了。因此，不良地質前兆預測法，一方面有助于掌子面前方不良地質體的性質的鑒別，也有助于對不良地質體臨近的判斷。 （2）主要技術指標在地質分析和宏觀預報和TSP超前地質預報的基礎上，不良地質前兆預測法預報不良地質性質的精度：預報斷層破碎帶的判斷，一般可達到90%，經驗豐富者，可達到95%以上。預報溶洞、暗河和巖溶淤泥帶、巖溶陷落柱，以及老窯、老崆的判斷，一般只能達到5080%；經驗豐富者，可達8090%以上。對于這類不良地質性質的判斷，主要還是靠超前鉆探。（3） 預報流程TSP超前預報；在臨近TSP預報的主要不良地質時，加強洞內地質觀

23、測和編錄；及時發出短期超前地質預報通知書，編寫短期超前地質預報報告。（4）關鍵技術主要是隧道不良地質體的明顯和不明顯的前兆標志的確認。對于我標段隧道工程來說：地質素描法，無論單純用于保存地質資料的地質編錄，還是作為一種短期超前地質預報的方法，它都應用于隧道施工的、從開挖到貫通的全過程。地質雷達探測與解譯目前國內應用較為廣泛的地質雷達主要有瑞典MALA公司的RAMAC系列，美國GSSI公司的SIR系列，加拿大的Pulse EKKO系列，日本的GEORADAR系列，中國的LLD系列等型號。.1 基本原理探地雷達是一種有源電磁波裝備，其基本原理是向地下發送高頻電磁波（10MHz1000MHz），然后

24、接收從地下介質中反射回來的電磁波回波信號，通過對回波信號的分析、研究來識別地下目標及其特性。因此，探地雷達主要研究超高頻電磁波在地下介質中的傳播規律。由于雷達采用的是高頻電磁波，因此其具有更高的探測分辨率，同時也帶來更高的吸收和衰減作用，造成探測深度不大，一般在200MHz天線作用下，圍巖電阻率在幾百歐姆米時，有效超前探測深度在30米以內。地質雷達探測原理見下圖地質雷達探測原理示意圖。地質雷達探測原理示意圖.2 儀器設備美國“地球物理測量系統公司”GSSI（Geophysical Survey Systems, Inc）的SIR系列多功能地質雷達已經形成完整的多道、寬頻、高速、高分辨、深穿透、

25、多天線的地質雷達家族。它有SIR-3、SIR-8、SIR-10、SIR-20等一系列產品。SIR-20地質雷達系統包括硬件(主機、天線、傳輸電纜等)和軟件(現場數據采集、預處理、后處理等)兩大部分。SIR- 20地質雷達屬于工程現場非破壞性的高頻電磁脈沖全數字化地面探測系統，有中心頻率分別為1680MHz、100MHz、200MHz、400MHz、900MHz、1GHz、1.5GHz、2.5GHz的天線可供選擇。可采用反射剖面方式測量、共中心點方式測量及透視測量等方式進行現場檢測。從數據采集、儲存、到數據處理都已實現數字化，邊采集數據邊顯示波形，有強大的數據處理軟件功能。SIR-20雷達系統由

26、現場數據采集主機和后處理單元兩部分組成，整個系統由一個數據庫來支持，數據庫具有管理所有數據及將數據和結果歸檔的雙重功能。最終將探測結果轉換成各種CAD圖像。目前SIR-20地質雷達系統可用于工程地質勘查(軟土地基基巖面、巖溶地區等的探測)；地下管線、電纜的探測；古河道的探測；地質災害調查；建筑物結構的完整性檢查；混凝土缺陷、裂縫及其中鋼筋分布的無損檢測；公路工程質量的檢測；考古探測及冰層、凍土調查等。探測深度：采用SIR-20型地質雷達，系統性能為100db，用100MHZ天線，電導率為0.001ms/m時，探測距離可達到20m以遠。探測深度是衰減系數、天線頻率和介電常數的函數。即便是同一巖性

27、，由于空隙度或裂隙大小不同，含水量不同，從而使衰減系數變寬，相應探測深度也會明顯不同。天線耦合：天線耦合問題也是影響預報效果的一個關鍵因素，匹配好壞影響天線發射功率的變化。SIR-20型雷達系統的天線在開挖工作面上工作時，由于凹凸不平，測量時天線要移動，不能保證與開挖工作面的距離不變，因而必須研究彌補這種耦合問題造成影響的有效途徑。對探測不遠的目標，天線與開挖面最近接觸距離1/2波長，而對于較遠目標的探測可采用點測法、定點轉角探測法及復測法。另外，掌子面巖層保持平整，以克服耦合不良造成的信息忽大忽小以及形成假信號的問題。探測干擾：雷達探測時，為解決干擾問題，采用專用支架移動天線，避免人的感應和

28、天線晃動所帶來的干擾。分辨率：相對介質常數如為9m時，橫向分辨率：用80HZ天線時，在深度為20m時為1.8m左右，用100HZ天線時為2.2m左右。.3 主要技術指標地質雷達探測多是TSP等長期超前地質預報的基礎上進行的（也有單獨進行的），所以預報的精度大多超過長期超前地質預報。（1）有效預報距離一般為掌子面前方20米，經驗豐富者可達掌子面前方3040米。（2）在TSP長期超前地質預報成果的基礎上，能較準確預報隧道隧洞不良地質體的性質：對于斷層破碎帶的判斷，一般可達80%；經驗豐富者可達90%以上；對于溶洞、暗河、巖溶淤泥帶、老窯和老崆等洞穴式不良地質體判斷一般可達80%；經驗豐富者，可達9

29、0%以上。（3）預報不良地質體位置的精度一般為80%，經驗豐富者可達95%以上。（4）預報不良地質體規模的精度一般為70%，經驗豐富者可達90%以上。.4 預報流程（1）依據探測目標，在洞內合理布置測線洞內探測，數據采集；（2）數據處理各測線電磁波頻譜圖。（3）依據電磁波的頻率、振幅和同軸連續性特征，進行成果圖解譯。（4）編寫排除地質雷達探測報告。.5 關鍵技術（1）地質雷達探測屬于電磁波探測技術，施工場地能夠形成電磁波的干擾因素很多（這一點與TSP探測有明顯不同）；所以，排除地質因素以外的、其它電磁波干擾，對地質雷達探測是最為關鍵的技術。（2）電磁波頻譜圖的解譯技術。 紅外線探水采用HY-3

30、03型探水儀是根據探測紅外場強的變化來預測掌子面前方是否有含水體存在。.1 基本原理在隧道中，圍巖每時每刻都在向外部發射紅外波段的電磁波，并形成紅外輻射場，場有密度、能量、方向等信息，巖層在向外發射紅外輻射的同時，必然會把它內部的地質信息傳遞出來，干燥無水的地層和含水地層發射不同的紅外輻射。地下水的活動會引起巖體紅外輻射場強的變化，紅外探水儀通過接收巖體的紅外輻射強度，根據圍巖紅外輻射場強的變化來確定掌子前方或洞壁四周是否有隱伏的含水體。通過測試掘進工作面和隧道開挖縱向的地濕場變化情況，根據介質的輻射紅外波段長的能量變化，判析前方是否為隱伏含水構造體，有無發生突涌水的可能。.2 儀器設備探水儀

31、具體見下圖HY-303型紅外探水儀圖HY-303型紅外探水儀圖.3 紅外探水的特點：一是測速快，基本不占用施工時間；二是資料分析快，測量完畢即可得出初步結論，室內成果整理及報告編寫也可在2小時內完成；三是對前方有水無水的準確率較高，特別在石灰巖洞段，預報準確率高達80%。對于XPFJ-3A管區隧道來說，紅外探水主要是在TSP長期超前地質預報的基礎上進行的，使用與長期預報的多水和富水區段的進一步驗證。3.4 隧道重要不良地質超前鉆探根據地質分析宏觀預報和長期、短期超前地質預報結果，重點對斷層破碎帶及其影響帶等軟弱、破碎圍巖段，煤層（及其可能的采空區），特別是富水帶等等不良地質地段實施超前鉆探。是

32、系統超前地質預報方案的第四道工序。采用超前探孔進行隧道施工地質超前預報是隧道施工期地質超前預報方法中最直接的方法，是對其他探測手段成果的驗證和補充。超前水平鉆孔能最直接地揭示掌子面前方的地質特征，準確率很高。通過鉆孔鉆進速度測試和所采取的鉆孔巖芯的觀察及相關試驗獲取隧道掌子面前方巖石的強度指標、可鉆性指標、地層巖性資料、巖體完整程度及地下水、氣狀況等諸方面的資料。超前鉆探既對隧道隧洞的洞身長期、短期超前地質預報進行驗證，又為施工地質災害臨近警報提供主要的、直觀的地質信息。對于地質條件復雜的隧道隧洞區段，特別是已經被長期、短期地質預報確認的重大地質災害可能發生的區段，這是必須采用的超前地質預報手

33、段。 超前鉆探分類超前鉆探分為長距離（100米）、中距離（5060米）和短距離（1530米）三種形式，一般采用其中的長、短或中、短搭配即可；又按鉆探取芯分為取芯和不取芯兩種類型。.1 長距離超前鉆探長距離超前鉆探是采用水平地質鉆機完成的，這些鉆孔對于進一步探明隧道區域內的地質狀況，特別是探測含水構造體或地質異常體，預防隧道突水突泥，對隧道開挖及后期運營都是極其重要的。采用地質鉆機準備在破碎帶邊界進行超前探測和巖芯取樣，具體見長期超前水平鉆探示意圖。長期超前水平鉆探示意圖.2 短距離超前鉆探主要是掌子面加深鉆孔探測。孔深一般為20米，搭接5米。通過鉆進時間、速度、壓力、卡鉆、跳鉆和巖性、地下水變

34、化等情況，判斷掌子面前方地質情況。超前鉆探主要應用于隧道設計、長期短期超前地質預報所確定的主要不良地質，容易發生重大施工地質災害的區段。對于我標段的隧道工程來說，這也是必須采用的超前地質預報方案。 超前鉆探的技術要求超前鉆探的布孔數量，視不良地質的性質和可能發生施工地質災害的嚴重程度來決定。對于較大的斷層破碎帶，布置3孔即可達到目的；對于溶洞、暗河或巖溶淤泥帶等可能突水區段，則以布置5孔為宜。布孔的位置，則主要依據長期、短期超前地質預報的結論來確定。 超前鉆探的適用范圍超前鉆探一般是在隧道隧洞的洞身長期、短期超前地質預報的基礎上進行的，特別側重長期、短期超前地質預報已經基本認定的主要不良地質區

35、段；除非特殊情況，一般不宜全隧道隧洞大量、連續地進行。3.5 隧道重大施工地質災害臨近警報地質災害臨近警報是一種重要的超前地質預報方案。它是超前地質預報體系中，最最重要的一個步驟和必須安排的一種預報方案。因為，所有超前地質預報方案的最終目的和落腳點，無非是減免隧道重大施工地質災害的發生，然而，這一預報方案對于達到超前地質預報的最終目的和落腳點是不可或缺的一步。它是在隧洞所在地區不良地質宏觀預報和隧道的洞體不良地質體長期、短期超前預報和超前鉆探的基礎上進行的，也是系統超前地質預報的第五道工序。它進一步可以劃分為隧道施工地質災害發生的地質環境監測，和隧道重大施工地質災害發生可能性的判斷兩個分方案和

36、步驟。 施工地質災害發生的環境監測這是施工地質災害警報技術的基礎工作也是第一步的工作。主要包括：不良地質體性質的鑒定和區分、地下水涌水量監測、地應力測量以及巖爆發生的地質環境的監測。 施工地質災害能否發生的判斷和應對措施這是施工地質災害警報技術中的最為關鍵的技術，也是第二步的工作。主要包括：塌方、突泥突水、巖爆等等重大施工地質災害發生可能性的一系列判斷技術；并結合特殊輔助功法，提出應對措施。 施工地質災害臨近警報的主要技術指標在局指下屬各公司項目部的有力配合下，一般應達到減免，甚至避免重大施工地質災害的發生的目標。從我標段管區隧道的地質特點來說，施工地質災害臨近警報是長期、短期預報的基礎上進行

37、的超前地質預報方案，更是經常伴隨隧道重要不良地質超前鉆探的同時采用的一種超前地質預報方案。4 工作安排、分工與工作量超前地質預報的主要工作有：地質調查地質分析與宏觀預報，TSP-203長期預報，地質素描為主、輔以地質雷達、紅外探水和瞬變電磁法探水的短期預報，超前鉆探，地質災害臨近警報等項。4.1 地質調查地質分析與宏觀預報 具體工作.1 收集FJ-3A標管區所在地區的區域地質資料和所有隧道的勘察和設計資料。.2 對FJ-3A標的3條長大隧道、3條中長隧道和12條3000米以下隧道（尤溪、戴云山各按一條隧道計算），開展地表地質調查工作，獲得第一手地質資料。.3 應用斷層破碎帶理論、巖溶地質理論、

38、瓦斯地質理論等一系列超前地質預報的地質理論分析這些資料，并作宏觀預報。 工作分工本項工作主要是由局指揮部來負責完成，各施工項目管段內隧道調查，需要熟悉地形和地貌的工程師全力配合。 主要工作量.1資料收集：30 天/3人.2 野外調查：大約 51.360公里/3人.3 資料分析編寫研究報告：60天/3人4.2 TSP探測與解譯 具體工作.1 探測準備。.2 洞內探測。.3 數據處理、成果解譯和編寫報告。 工作分工.1 TSP探測預報小組負責提供交通工具和工作服，每次探測提供共內工作的主要技術負責人1名，輔助工人4名。.2 各隧道按超前地質預報頻次和要求，由下屬各公司項目部專人負責書面向局指TSP

39、超前預報小組需要探測的時間和里程樁號；石家莊鐵道學院科研團隊負責具體洞內探測工作，提交研究報告。 主要工作量.1 合計TSP-203PLUS探測共39.289米（不含橫洞斜井）。.2 具體每次探測的工作量：（1）探測準備洞內探測約2天/3人；（2）數據處理成果解譯編寫報告約3天/2人。4.3 地質素描 具體工作.1洞內地質素描。.2填寫地質素描表。.3編寫重點區段短期預報報告。 工作分工.1 工程地質負責組負責提供交通工具和工作服，提供地質素描所必備的數碼相機；負責3000米以下共12個隧道的具體地質素描工作。石家莊鐵道學院科研團隊負責指導并對報告的內容復核和檢查。.2 石家莊鐵道學院科研團隊

40、負責3個長大隧道，3個中長隧道具體地質素描工作。.3石家莊鐵道學院科研團隊負責隧道地質素描技術的培訓和定期檢查工作。 主要工作量.1 具體地質素描約22人/44月。.2 地質素描技術培訓大約20天/1人，定期檢查大約88次/1人。4.4紅外探水 具體工作.1探測準備。.2洞內探測。.3數據處理、成果解譯和編寫報告。工作分工.1 紅外探測小組負責提供交通工具和工作服。.2 石家莊鐵道學院科研團隊負責具體洞內探測工作，提交研究報告。主要工作量.1 合計探測30公里左右。.2 具體每次探測的工作量：探測準備洞內探測約1天/2人；數據處理成果解譯編寫報告約1天/2人。4.5地質雷達具體工作.1 探測準

41、備。.2 洞內探測。.3 數據處理、成果解譯和編寫報告。 工作分工.1 地質雷達小組負責提供交通工具和工作服，每次探測提供共內工作的主要技術負責人1名，輔助工人4名。.2 石家莊鐵道學院科研團隊負責具體洞內探測工作，提交研究報告。 主要工作量.1 合計地質雷達探測20次。.2 具體每次探測的工作量：（1）探測準備洞內探測約1天/3人；（2）數據處理成果解譯編寫報告約2天/2人。4.6超前鉆探 具體工作.1探測前準備。.2 洞內鉆探。.3 布孔、跟蹤監測、分析判斷、編寫報告。 工作分工.1 超前鉆探小組負責提供鉆機，和洞內鉆探。.2 石家莊鐵道學院科研團隊負責布孔、跟蹤監測、分析判斷、編寫報告。

42、 主要工作量.1總工作量：合計8064米（3孔）/20米=403天。.2具體每次探測的工作量：（1）洞內鉆探20米/1人天；（2）編寫報告約2天/1人次。4.7地質災害臨近警報具體工作.1 洞內地質跟蹤。.2 編寫重點區段地質災害臨近警報報告。 工作分工.1 工地地質預報小組負責及報告施工險情出現的通報，負責提供交通工具和工作服。.2 石家莊鐵道學院科研團隊派出專家負責具體監控、判斷并提出應急處理措施的建議。 主要工作量.1 合計大約200天/1人。 .2 大約10天/1人次。5 質量保證體系與措施 嚴格的規范要求，實施質量保證體系，從而達到保障超前地質預報質量的目標。5.1 TSP超前地質預

43、報TSP是超前地質預報的最主要技術手段，對XPFJ-3A標管區隧道超前地質預報來說，特別提出嚴格規范要求。探測中的規范要求：.1 嚴格按規定布置震源和傳感器鉆孔，并保證質量，特別是孔距。.2 主洞探測，必須堅持兩壁布置炮眼，實施雙壁探測。.3 在洞內45分鐘的實際探測過程中，盡最大努力減少噪音；盡最大努力減少漏炮。.4 先后兩次探測的里程，要有至少10米的相互銜接，以保證不遺漏隧道不良地質的預報。 嚴格限制有效預報的距離一般將有效預報距離控制在掌子面前方100米，僅部分預報的有效預報距離延長到150米。 超前地質預報報告編寫規范要求超前地質預報報告編寫總體要求是：報告不能過分簡單，特別是有實質

44、內容的“超前地質預報通知書”部分，要盡量詳實。一般要依據圍巖工程地質條件，將預報區段劃分若干個圍巖段，然后，對于每個圍巖段都要具體描述出如下內容：.1 工程地質特征：概略描述圍巖段工程地質特征。.2 主要不良地質：要描述主要不良地質的類型，數量，走向及其與隧道中線走向的關系，在兩壁出露的位置，和不良地質的規模。對于突出的不良地質，更要預報可能發生的主要地質災害，并提出施工建議或對策，并以黑體字醒目地表示出來。.3 圍巖總體評價：評價圍巖穩定性，要預報圍巖的級別。5.2 地質雷達超前地質預報規范要求探測要求.1 不少以規定的探測測線，有條件盡可能多地布置側線。.2 盡量選擇平整的掌子面。.3 移

45、動測線時，盡量減少跳動；更不能出現間隔。 預報距離：嚴格限定在30米以內，其中20米以內效果最好。 報告編寫要求報告不能過分簡單，特別是“通知書”部分，要盡量詳實。要寫出探測區段的主要工程地質特征，主要不良地質的工程地質類型、數量、走向及其與隧道中線方位的關系、兩壁出露的位置和三維規模；要較準確地預報圍巖的級別，和可能發生的主要地質災害；提出施工建議和施工對策。5.3 地質素描的規范要求 地質編錄表格內容.1 掌子面描述：（1）巖石特征：巖石名稱，礦物成分，風化狀況，結構構造，巖石強度特征。 （2）地層特征：地質層位，產狀，巖層結構，層間結合度，地質構造影響程度等。（3）節理特征：產狀，形跡特

46、征（主要是結構面形態、擦痕），力學性質，間距密度，延伸性，粗糙度，張開性等。（4）斷層特征：產狀，形跡特征（結構面形態和擦痕，構造巖特征、應力礦物特征，旁側構造特征，排列組合特征，充填巖脈特征等等）力學性質，多期活動特征，斷層破碎帶寬度、物質組成、風化程度，斷層對地下水的控制特征等等。（5）地下水特征：出水位置及其與構造的關系，出水量（滲水、滴水、流水、涌水、突水情況等），水壓力，夾雜物質等等。.2 繪制掌子面地質素描圖。.3 對開挖面前方較短距離內的巖體穩定性分析，同時結合服務隧道所揭示的情況，通過綜合分析判斷，提出520米的地質預測報告。 繪制隧道剖面圖和三維展開圖5.4 短距離超前鉆探的

47、規范要求5.4.1 80100米鉆探根據地質詳勘報告和設計圖紙，結合本標段實際情況，在掘進工作面上布設超前探孔，在鉆探中根據鉆機在鉆進過程中推力、扭矩、鉆速大小、巖粉成份、成孔難易及鉆孔出水情況來判斷前方的地層和巖性，同時進行涌水量和水壓測試，判斷掘進工作面前方地層含水情況。對于一般斷層破碎帶，每個掘進工作面布設超前取芯探孔1個即可。 5.4.2 2030m鉆探根據地質詳勘報告和設計圖紙，結合本標段實際情況，在掘進工作面上布設超前探孔，在鉆探中根據鉆機在鉆進過程中推力、扭矩、鉆速大小、巖粉成份、成孔難易及鉆孔出水情況來判斷前方的地層和巖性，同時進行涌水量和水壓測試，判斷掘進工作面前方地層含水情

48、況。對于一般斷層破碎帶，每個掘進工作面布設超前取芯探孔23個；對于海底風化槽和多水、富水帶，則應增設23個探水孔，分別位于拱頂和拱腰部位，超前探水孔終孔位于隧道開挖輪廓線外1.51.3.0m。5.4.3 58m鉆探在地質不良地帶，隧道開挖時，每循環需要進行短距離超前地質鉆探時，利用液壓鑿巖臺車或風鉆對工作面進行鉆探，鉆孔深度58m，探孔數量根據設計和實際進行布設。探孔布置見圖超前短探孔布置示意圖。超前短探孔布置示意圖探孔探測若無異常情況出現，可進行鉆爆開挖。在短距超前探孔預測預報過程中，若掌子面有出水或其它異常時，增加探水孔數量，以便準確地進行預測預報。6 目標管理體系6.1 組織管理 組織為

49、保證隧道超前地質預報工作順利進行，專門成立一個由項目總工程師負責的隧道超前地質預報領導小組，成員包括專門從事隧道施工地質工作的工程技術人員56人（其中高級工程師2人，工程師或技術員34人）；專門成立一個施工地質勘探隊，負責隧道施工的超前地質預報工作。石家莊鐵道學院專家紅外探測負責組地質雷達檢測組試驗專業負責組超前水平鉆探組TSP超前預報組工程地質負責組副總工程師總工程師超前預報組織機構圖地質預報由地質預報組負責，其它施工、質檢人員予以配合，進行資料收集、統計、分析和編制信息預報成果，由主管技術人員予以復核，并報設計、監理，為變更設計、修改施工方法提供依據。經分析、整理的地質資料作為施工技術資料

50、存檔。 依據綜合超前地質預報各階段的預報資料，及時制訂各類施工技術預案，保證順利通過各類不良體。實施信息化施工，定期和不定期由設計、監理和施工單位論證和審查地質預報組的預報成果和專家組的技術方案的可靠性和經濟性。 管理建立健全隧道地質工作管理機制和信息共享機制。施工現場成立以項目總工程師孫偉亮負責的隧道超前地質預報專業小組。項目副總工程師湯茂寧兼施工地質室主任,并配有地質工程師和地質勘探隊。項目總工程師負責布置安排開展隧道地質工作。地質工程師負責制定隧道地質工作勘察方案，地質勘察隊在地質工程師的指導下開展超前地質預測預報的信息采集、收集工作，地質工程師負責整理相關地質資料并對有關的隧道地質狀況

51、進行初步的評估后，上報副總工程師由副總工程師主持對圍巖穩定性進行評價，準確預報地質災害可能發生段，并相應提出施工建議并形成隧道施工地質技術報告，上報項目總工程師，及時反饋給技術和設計單位，以共同制定施工技術方案和設計單位現場核查后進行隧道動態設計。施工決策人依據設計組織施工及時調整施工方法采取相應的技術措施，從而確保隧道安全快速施工、保證隧道的施工質量。6.2 超前地質預報主要資源配置超前地質預報資源配置見下表超前地質預報資源配備表。超前地質預報資源配備表序號資源名稱數量型號備注1TSP超前預報儀1套TSP203PLUS2地質雷達1臺SIR-203地質羅盤12塊4紅外探水儀5臺HY-303型5

52、地質鉆10臺XY-2PC型6數碼相機10部7臺式電腦3臺6.3 強化措施 一般強化措施地質分析和宏觀預報是隧道施工期地質超前預報的基礎，要給予足夠的重視；地質方法與地球物理勘探方法的結合的綜合預報，是發揮各自優勢、提高隧道施工期超前地質預報準確率的重要保證。洞內現場常規地質調查、在施工中進行地質測繪工作，應由具有隧道工作經驗的地質工程師擔任；經常將超前地質預報的成果與實際地質情況進行比較，是提高物探成果的解譯判讀水平，是提高預測精度的關鍵；加大預報頻度是隧道施工期間提高地質預報準確率唯一可行的辦法；對現場實時預報監測數據匯總，并進行系統解讀分析。施工地質預報結果盡快反饋給設計部門，積極配合動態

53、設計，以指導安全施工，渡過不良地質地段，其工作流程見圖。 建立超前地質預報信息數據庫管理系統對超前預報數據進行信息管理，將通過各種方法收集地質信息，輸入信息處理系統，進行綜合分析、判斷，并將處理結果反饋給施工，及時調整施工方法和支護參數。系統超前地質預報采取多種預報手段相結合的方法，多管齊下，優化組合，相互印證和補充，提高物探成果解譯水平、地質預報精度和探測成果的利用效率，才能及時反饋指導設計與施工。通過中長期預報與短期預報相結合，物探手段與鉆孔直接預測相結合，區域性地質預報與掌子面地質預報相結合的綜合超前地質預報技術，通過建立完善的超前預報組織機構，建立超前地質預報信息數據庫管理系統，確保對

54、不良地質體準確定位，為安全、快速、高效建成向莆鐵路隧道保駕護航。隧道地質信息系統如下圖隧道地質信息處理系統圖所示。隧道地質信息處理系統圖7 附表：7.1 附表1向莆鐵路隧道（FJ-3A）綜合超前地質預報主要工程基本情況分析簡表序號名稱基本情況主要風險區段綜合超前地質預報長1棋盤石隧道總長10822m；最大埋深770m；橫洞（斜井）2，長度376.6(2150/2130)；圍巖：1042；四類圍巖：1128；三類：5005；二類：38941設計共11條斷層破碎帶； 2遺漏的可以造成塌方、突泥突水的斷層破碎帶一般是設計的510倍，所以最少斷層也將達到66條大小斷層破碎帶。經分析，存在潛在風險區段1

55、000米。在下列區段連續開展TSP-203探測：進口工區2000m;出口工區4000m。潛在風險區段約1000m。全隧道開展地質素描工作，分進口和出口兩工區共10822m。超前鉆探884m3孔2652m長2戴云山隧道進口隧道左線全長14984m，右線全長14988m。隧道洞身最大埋深635 m，最淺埋深僅50 m。隧道進口為雙洞隧道，至DK423+592分為左線和右線兩座單洞隧道直到出口。全隧道設置進口局部平導及2座斜井。本局管區總長約7200m。設計在大約7200米范圍內設計共14條斷層破碎帶； 遺漏的可以造成塌方、突泥突水的斷層破碎帶一般是設計的510倍，以最少斷層也將達到70條大小斷層破

56、碎帶。經分析，存在潛在風險區段1200米。1在下列區段連續開展TSP-203探測： （1）DK422+800DK426+00(單洞3200m，雙洞6400米，三洞9600米)（2）DK427+000DK428+000(單洞1000m，雙洞2000m)（3）DK429+000DK430+000(單洞1000m，雙洞2000m)（4）潛在風險區段約雙洞1200m。2全隧道三洞開展地質素描工作。長3尤溪隧道出口隧道全長12974m（本局管區6487m，隧道設輔助坑道1座）。1設計共9條斷層破碎帶； 2遺漏的可以造成塌方、突泥突水的斷層破碎帶一般是設計的510倍，所以最少斷層也將達到54條大小斷層破碎

57、帶。經分析，存在潛在風險區段1000米。1在下列區段連續開展TSP-203探測：（1）DK375+856DK380+500(單洞3144m)(2) 潛在風險區段約單洞1000m2全隧道開展地質素描工作6500m。3超前鉆探575m3孔1725m。中1秀巖隧道隧道長6180m，為單洞雙洞隧道；最大埋深約750m。1.設計共10個風險區段11條斷層破碎帶；2.經分析，存在潛在風險區段1500米。1重點在下列區段開展TSP-203探測： DK454+120DK454+420(300m)DK454+510DK454+810(300m)DK456+070DK456+170(100m)DK456+700D

58、K456+800（100m）DK457+350DK457+450(100m)DK457+700DK457+850(150m)DK458+200DK458+300(100m)DK458+750DK458+975（225m）DK460+080DK460+180(100m)潛在風險區段約1500m2.全程地質素描6180m中2赤嶺隧道長度7292m1.設計共10個風險區段11條斷層破碎帶；2.經分析，存在潛在風險區段1600米。1.重點在下列區段開展TSP-203探測： (1)DK438+520750(230m)(2)DK439+030230(200m)(3)DK441+150350(200m)(4

59、)DK441+560780（220m）(5)DK442+410610(200m)(6)DK442+820DK443+050(230m)(7)DK443+400600(200m)(8)DK443+820DK444+175（305m）(9)DK444+310520(210m)(10) DK445+700910(210m) 潛在風險區段約單洞1600m2.全程地質素描6180m3.超前鉆探1229米3孔=3687m中3連亭隧道全長5961米1.設計重點2個風險區段2.經分析，存在潛在風險區段1500米。1重點在下列區段開展TSP-203探測： (1)DK448+700810(單洞110m)(2)DK

60、449+570720(單洞150m，雙洞300m)（3）潛在風險區段約單洞1500m2.全程地質素描5961m短1山連隧道長度：1438m設計風險區段1個1.個別TSP-203探測：DK384+650DK384+750（單洞100米）2. 全程地質素描1438米短2下香坑隧道長度2242m1.設計風險區段1個2.經分析，存在潛在風險區段500米。1.個別TSP-203探測：（1）DK385+960DK386+100（單洞140米）（2）潛在風險區段約單洞500m2. 全程地質素描2242m短3音頭隧道長度2606m1.設計風險區段3個2.經分析，存在潛在風險區段600米。1.個別TSP-203

61、探測：(1)DK387+750 850 (單洞100m)(2)DK388+300 450（單洞150m）(3)DK389+600 800（單洞200m）(4）潛在風險區段約單洞600m2.全程地質素描2606m短4后洋隧道長度950m設計風險區段1個1.個別TSP-203探測：DK391+100DK391+215（單洞115m）2.全程地質素描950m短5光林隧道長度1406m1.設計風險區段1個2.經分析，存在潛在風險區段500米。1.個別TSP-203探測：（1）DK399+200 300（單洞100m）（2）潛在風險區段約單洞500m2.全程地質素描1406m短6鯉魚門隧道長度：525m

62、設計風險區段1個1.個別TSP-203探測：DK400+400 550（單洞150m）2.全程地質素描325m短7長坪隧道長度：550m設計風險區段1個1.個別TSP-203探測：DK438+200 350（單洞150m，雙洞300m）2.全程地質素描200m短8清坑里隧道長度：593m設計風險區段1個1.個別TSP-203探測：DK452+410710（單洞300m）2.全程地質素描350m短9烏口嶺隧道長度2276m，1.設計風險區段2個2.經分析，存在潛在風險區段1000米。1. 個別TSP-203探測：(1)DK460+600 750(單洞150m，雙洞300m)(2)DK461+850DK463+150(單洞300m，雙洞600m)(3)潛在風險區段約雙洞1000m2.全程地質描述2276m其余隧道超前地質預報方式為地質素描。7.2 附表2向浦鐵路隧道（FJ-3A標）綜合超前地質預報合計工程量序號內容工作量備注1TSP203探測39289米（不含橫洞斜井）地表洞內地質觀測、分析，洞內探測，數據處理、成果解譯、編寫報告2地質素描22人/42月掌子面編錄、預測3跟蹤超前鉆探8064米/20米=403天布孔、監測、分析判斷、編寫報告