【文章內(nèi)容簡介】 探測孔約1 5 0開挖輪廓線約150約1501 探測孔內(nèi)軌頂面正洞加深炮孔開孔坐標(biāo)斷面圖 云桂鐵路云南段站前工程 3 標(biāo)段 阿卡黑一號 隧道超前地質(zhì)預(yù)報專項方案 中交四航局云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部 11 中近距離超前物探：采用紅外探水儀器、地質(zhì)雷達等物探手段對掌子面前方先進行中距離綜 合超前預(yù)測、預(yù)報； 地質(zhì)雷達主要應(yīng)用于洞口段、斷層破碎段、軟弱夾層、巖溶等不均勻地質(zhì)段，探測距離一般在 20～ 30m范圍內(nèi)，連續(xù)預(yù)報時前后兩次重疊長度應(yīng)在 5m以上 ； 紅外探測儀進行含水體探測，探測距離一般小于 30m，連續(xù)預(yù)報時前后兩次重疊長度大于 5m。 本隧道物探由第三方預(yù)報機構(gòu)實施，施工單位予以配合。 本隧道物探法采用 WT2，采取 TSP203+紅外探測。具體操作方法見下面描述： TSP 超前探測 長距離預(yù)報采用地震反射波探測儀 (TSP203 地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng) )進行。 (1)時間安排 地震反射波探測儀（ TSP 預(yù)報系統(tǒng)）一般 對隧道進行連續(xù)跟蹤測試，前后兩次搭接長度大于 10m。根據(jù)預(yù)報計劃，提前做好測試準(zhǔn)備，在前次預(yù)報里程還余 10m 以上時提前和駐地地質(zhì)工程師聯(lián)系做好準(zhǔn)備工作，并提前 24小時書面通知施工單位做好 TSP 預(yù)報的鉆孔配合工作。 現(xiàn)場共需在邊墻施做 26 個鉆孔，由駐地地質(zhì)工程師配合施工單位提前施做，鉆孔工作一般需 3～ 4 個小時， 在儀器到場前施做完成。 現(xiàn)場預(yù)報測試過程包括儀器設(shè)備安裝連接、現(xiàn)場參數(shù)測量記錄、儀器調(diào)試及 24炮點逐個引爆和數(shù)據(jù)采集，共需時間約 2小時。 (2)人員安排 現(xiàn)場由地質(zhì)工程師、物探工程師進行測試，由施工單位 配合施做鉆孔。測試時需有監(jiān)理旁站、施工單位到場。 (3)TSP 探測 的 方法及儀器 ① TSP 原理 及 方法 TSP 方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設(shè)計的震源點（ 24個炮點，通常布置在隧道軸向與構(gòu)造走向相交為銳角的 隧道 邊墻，）用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性變化等 )時，一部分地震信號反射回來（圖 2），一部分信號透射進入前方介質(zhì)。反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器（加速度型） 接收。數(shù)據(jù)通過 TSPwin 軟件處理，便可了解隧道 掌子 面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱巖帶、破碎帶 、斷層、含水巖層等）和位置及規(guī)模。 云桂鐵路云南段站前工程 3 標(biāo)段 阿卡黑一號 隧道超前地質(zhì)預(yù)報專項方案 中交四航局云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部 12 圖 2 TSP探測原理 ② 儀器 采用新購進的 TSP203型 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)。 系統(tǒng)主要組成： ： 12道， 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換，采樣間隔 和 125μs ，最大記錄長度為，記錄帶寬 8000Hz 和 4000Hz，動態(tài)范圍 120dB。 （檢波器）：三分量加速度 型 地震檢波器，靈敏度為 1000mV/g177。5% ，頻率范圍為 ～ 5000Hz，共振頻率 9000Hz，橫向靈敏度＞ 1%，操作溫度 0℃ ～ 65℃ 。 軟件：數(shù)據(jù)采集和處理集于一體，高度智能化。 (4)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集 ① 觀測系統(tǒng)設(shè)計 接收器位置在 R1，掌子面位置為 R1+55，設(shè)計為 24炮， 2 個接收器（檢波器）在隧道左右邊墻同時接收。觀測系統(tǒng)設(shè)計如表 3： 表 3 地震波反射法觀測系統(tǒng)設(shè)計 接 收 (檢波 ) 器 孔 炮 孔 數(shù)量 2 個，位于隧道左右邊墻 24 個 , 位于隧道左邊墻 直徑 Φ 45mm 鉆頭鉆孔 φ 38～ Φ 45mm 鉆頭鉆孔 深度 定向 垂直隧道軸向，上傾 5176?！?10176。 垂直隧道軸向，下傾 10176?！?20176。 高度 離隧底高 1m 離隧底高 1m 位置 距離掌子面 55m 第 1 個炮點離同側(cè)檢波器 20m，炮點距 地層 或 斷層 入射波前 反射波前 震源 檢波器 檢波器 隧道 云桂鐵路云南段站前工程 3 標(biāo)段 阿卡黑一號 隧道超前地質(zhì)預(yù)報專項方案 中交四航局云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部 13 觀 測 系 統(tǒng) 示 意 圖 見 圖 3 。 ② 儀器采集參數(shù) 數(shù)據(jù)采集時，采用 XYZ 三分量同時接收， 設(shè)置適合的 采樣間隔 、 記錄長度。 采樣前，檢測噪音，當(dāng)噪音振幅值小于 78dB 時方接收數(shù)據(jù)。 激發(fā)地震波時，采用無爆炸延遲時的瞬發(fā)電雷管， 乳化 炸藥，藥量 通過試驗確定 。 數(shù)據(jù)記錄時準(zhǔn)確填寫隧道內(nèi)記錄，在放 炮過程中采用炮點號遞增或遞減的方式進行，確保炮點號正確。 (5)數(shù)據(jù)處理 采集的數(shù)據(jù)采用配套的 TSPwin 專用軟件進行處理。 處理時，首先正確輸入隧道及炮點和接收點的幾何參數(shù)。剔除 不合格 的 地震 道。質(zhì)量合格的地震道才用于數(shù)據(jù)處理和解釋。 根據(jù) 預(yù)報長度 選取合適的用于處理的時間長度。 處理流程 主要 包括 11 個主要步驟，即：數(shù)據(jù)設(shè)置 → 帶通濾波 → 初至拾取 → 拾取處理→ 炮能量均衡 → Q 估計 → 反射波提取 → P、 S 波分離 → 速度分析 → 深度偏移 → 提取反射層。 處理的最終成果包括 頻譜、 P 波、 SH 波、 SV 波的時間剖面、深度偏移剖面、提取的反 射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等，以及反射層在探測范圍內(nèi)的 2D和 3D 空間分布。 (6)處理結(jié)果解釋與評估 對處理成果的解釋與評估，主要根據(jù)以下 幾點 進行： ① 反射振幅越強，反射系數(shù)和波阻抗的差別越大。 ② 正反射振幅（紅色）表明正的反射系數(shù)，表明剛性巖層；負反射振幅（ 藍 色）指向軟弱巖層。 接收器 R1 掌子面 55 米 接收器 R2 20 米 炮孔 S1 S2 S3 S23 S24 隧道軸 TA 圖 3 TSP 觀測系統(tǒng)示意圖 云桂鐵路云南段站前工程 3 標(biāo)段 阿卡黑一號 隧道超前地質(zhì)預(yù)報專項方案 中交四航局云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部 14 ③ 若 S 波反射比 P 波強，則表明巖層飽含水。 ④ Vp/Vs 較大的增加或泊松比 δ 突然增大，常常因流體的存在而引起。 ⑤ 若 Vp 下降，則表明裂隙密度或孔隙度增加。 解釋及評估結(jié)果 結(jié)合隧道地質(zhì)勘察資料、設(shè)計資料、施工地質(zhì)資料、反 射波分析成果顯示圖及巖體物理力學(xué)參數(shù)等進行。綜合上述成果資料，推斷隧道開挖工作掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，如軟弱夾層、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等地質(zhì)體的性質(zhì)、規(guī)模和位置等。結(jié)合巖體物理力學(xué)參數(shù)、圍巖軟硬、含水情況、構(gòu)造影響程度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度等資料，對圍巖穩(wěn)定性做出評價，并可參照有關(guān)規(guī)范對圍巖級別初步評估。 紅外探水 超前探測 紅外探水一般在 TSP 及瞬變電磁法預(yù)測的地下水異常段、重點難點段對含水體做短距離精確探測，重點對地下水（ 特別是對巖溶管道水、富水?dāng)鄬?、富水褶皺軸及富水地層等 ）的有無及其方位進 行探測。在隧道開挖接近前期探測的異常體或重點段時，進場開展探測工作。 紅外探測測試過程簡單，不需要進行儀器設(shè)備安裝連接?，F(xiàn)場參數(shù)測量及記錄及數(shù)據(jù)采集共需約 20分鐘。 (2)人員安排 由地質(zhì)工程師、物探工程師進行測試。測試時需有監(jiān)理旁站、施工單位到場。 (3)紅外探測 方法及儀器 系統(tǒng) 紅外探測是根據(jù)紅外輻射原理，即一切物質(zhì)都在向外輻射紅外電測波的原理，通過接收和分析紅外輻射信號進行超前地質(zhì)預(yù)報的一種物探方法。 本項目采用煤炭科學(xué)研究總院唐山分院泰普高科技開發(fā)中心研發(fā)的 HY303型紅外探測儀及其配套軟件 分析軟件。 (4)現(xiàn)場布置及數(shù)據(jù)采集 現(xiàn)場測試時在隧道拱頂、拱腰、邊墻、隧底位置沿隧道軸線布置測線，測點間距 5m，自開挖面向洞口方向布設(shè)，長度 60m，在掌子面布置 3～ 4 條測線，每條 3～ 5 個測點。開挖面測線布置如圖 8。 云桂鐵路云南段站前工程 3 標(biāo)段 阿卡黑一號 隧道超前地質(zhì)預(yù)報專項方案 中交四航局云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部 15 圖 8 掌子面紅外探點布置示意圖 探測屬非接觸探測，定點使用儀器的激光器在隧道巖壁上打出一個紅色斑點，便可在儀器屏幕上顯示一個探測數(shù)據(jù)，一次沿布設(shè)測點探測并讀取探測值，即完成數(shù)據(jù)采集。 (5)數(shù)據(jù)處理及成果 探測數(shù)據(jù)的分析前首先檢查探測數(shù)據(jù)的可靠性，探測數(shù)據(jù)和曲線分析與判定 以地質(zhì)學(xué)為基礎(chǔ)，通過探測與施工驗證，總結(jié)出正常場的特點，先確定正常場，再確定異常場，由異常場判定含水體的存在。分析時對所有探測曲線綜合對比分析，確定隱蔽水體或含水構(gòu)造相對隧道的所在空間位置。 隧道隱伏巖溶探查 對 阿卡黑一號 隧道灰?guī)r地段、開挖過程中發(fā)現(xiàn)巖溶的地段必須進行 隱伏 巖溶探查。 ，圍巖存在不穩(wěn)定性，各類施工機具設(shè)備活動頻繁，隧道隱伏巖溶探查實施難度較大。因此，隧道開挖后的隧底及洞周隱伏巖溶探查應(yīng)根據(jù)具體情況采用適宜的方法。 露的大型巖溶工點，原則上有進出洞條件的須采用儀器進行跟蹤探測，查明其空間形態(tài)與洞身關(guān)系，測量精度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。 ，是隱伏巖溶探查的最基本手段。對風(fēng)槍探查出的洞周異常及無法進入實測的洞周巖溶，原則上采用地質(zhì)雷達法進一步探查，因地制宜布置側(cè)線，探查巖溶異常范圍。 （埋深＜ 3m，需要增加釬探、風(fēng)鎬等手段進行探查。 （埋深≥ 3m）的巖溶，應(yīng)采用鉆探并結(jié)合物探查明巖溶空間形態(tài)。 探測隧底巖溶的物探方法主要有地質(zhì)雷達法、彈性波 CT 法等， 開挖過程中分段探查。 地質(zhì)雷達法測線原則上沿隧道軸線、左右線中心及邊墻腳等布置，彈性波 CT 法結(jié)第一行測點第一列測點云桂鐵路云南段站前工程 3 標(biāo)段 阿卡黑一號 隧道超前地質(zhì)預(yù)報專項方案 中交四航局云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部 16 合鉆孔布置。 6．各種探查方法須提交相應(yīng)的探查說明（或報告）及相關(guān)的圖件。 隧底及洞周巖溶測量及素描 工作要求 、溶洞（腔）、裂隙發(fā)育帶、地下水發(fā)育段等進行測量，繪制洞壁、拱頂、隧底巖溶平、剖面圖，比例尺原則上采用 1:50～ 1:500. ，并完成數(shù)碼攝像。 （泉）、涌突水點、涌突泥點的位置等應(yīng)進行準(zhǔn)確測量，水量、洪水期水位等應(yīng)調(diào)查測量。 工程地質(zhì)測繪 工作要求 a. 巖溶洞穴頂板節(jié)理、裂隙分布及 充填、膠結(jié)程度，巖層產(chǎn)狀，單層厚度，洞頂、洞底、洞壁完整程度； b. 洞穴的形態(tài)尺寸，建筑物跨越洞穴的位置、寬度，洞頂（底）板至建筑物界限間的巖層厚度； c. 洞內(nèi)沉積物、水痕、積水、水流等情況； d. 溶蝕溝槽、溶隙等的空間發(fā)育特征、充填物情況； e. 水文地質(zhì)特征如暗河（泉）補給來源、水流方向、長時間水量動態(tài)變化特征等； f. 涌（突）泥 (水 )動態(tài)觀察。 風(fēng)槍探孔 工 作要求 采用風(fēng)槍探孔對隧底及周邊巖溶進行探查。每個斷面布置 10個探孔，分別位于拱頂、左右拱腳、 左右邊墻中部和左右邊墻腳、隧底左右線中心及隧底軸線處。探孔深度6m（隧底探孔在仰拱開挖后施作），斷面環(huán)向間距 5m，遇到巖溶異常時應(yīng)適當(dāng)加密、加深。 釬探、風(fēng)鎬探查 隧道底部及洞周有充填物且充填物厚度＜ 3m 時使用 ,原則上孔縱橫向間距≧ 5m，探查范圍須覆蓋巖溶充填物。 云桂鐵路云南段站前工程 3 標(biāo)段 阿卡黑一號 隧道超前地質(zhì)預(yù)報專項方案 中交四航局云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部 17 做好釬探、風(fēng)鎬探孔記錄，每孔的里程位置須準(zhǔn)確定位，詳細記錄每孔巖溶充填物厚度、成分、軟硬程度、含水程度等。 物探 （ 1）方法選擇 基于探查效率及 實用性考慮，目前在隧道施工中 常用的巖溶物探方法主要有兩種，即地質(zhì)雷達法及彈性波 CT 法。地質(zhì)雷達法可用于隧底和洞周的巖溶探查，原則上現(xiàn)場首選該方法；彈性波 CT 法主要用于隧道底部大型巖溶工點（與鉆探相結(jié)合）的探查。 （ 2）地質(zhì)雷達法 a、設(shè)備要求 須采用認證合格的地質(zhì)雷達儀，為兼顧勘探深度和精度，天線頻率可采用 100MHz的一種屏蔽天線，或 100MHz 和 200MHz 的兩種屏蔽天線。 b、外業(yè)布置 ①采用連續(xù)測量方式 ②定位標(biāo)尺間距不大于 10m。 ③隧底探查測線原則上沿隧道延伸方向，按隧道寬度平均布置三條測線， 如下圖，或針對風(fēng)槍異常范圍進行。 LLLL邊墻左測線中測線右測線邊墻 ④洞周探查原則上沿隧道