【文章內容簡介】 應研究既有區(qū)域地質、工程地質資料，必要時到地表補充測繪，以達到對整個地區(qū)地質情況有一個比較全面和深刻的認識，可溶巖分布情況、構造發(fā)育情況、地表水系發(fā)育情況、當?shù)刈畹颓治g基準面標高、巖溶大概發(fā)育幾層、每層大概標高、哪一層對工程影響最大等。通過對這些資料的分析和把握，制定預報預案，針對不同地段的地質情況進行地質預報重要性分級，不同級別的地段采取不同的預報手段，以達到既預報準確又節(jié)省有限預報資源的目的。 根據(jù)地質災害對隧道施工安全的危 害程度，分為以下四級： A 級：存在重大地質災害隱患的地段，如大型暗河系統(tǒng)，可溶巖與非可溶巖接觸帶，軟弱、破碎、富水、導水性良好的地層和大型斷層破碎帶，特殊地質地段，重大物探異常地段，可能產(chǎn)生大型、特大型突水突泥地段，誘發(fā)重大環(huán)境地質災害的地段以及高地應力、瓦斯、天然氣問題嚴重的地段以及人為坑洞等。 B 級：中、小型突水突泥地段，較大物探異常地段，斷裂帶等。 C 級：水文地質條件較好的碳酸鹽巖及碎屑巖地段、小型斷層破碎帶，發(fā)生突水突泥的可能性較小。 D 級：非可溶巖地段，發(fā)生突水突泥的可能性極小。 根據(jù)不同的地質災 害分級，針對不同類型的地質問題，選擇不同的方法和手段開展超前地質預報。 不同地質災害地段的預報方式為： A 級預報：采用地質分析法、 TSP 隧道地震波反射法、地質雷達、紅外探測、超前水平鉆探等手段進行綜合預報。首先以地質分析法進行長距離預測預報，然后采用中長距離 TSP 和一種或幾種短距離物探方法相結合進行預報，同時進行多孔超前鉆探探查。 B 級預報：采用地質分析法、 TSP，輔以紅外探測、地質雷達，進行必要的超前水平鉆孔。當發(fā)現(xiàn)局部地段工程地質條件較復雜時，按 A 級要求實施。 C 級預報：以地質分析法為主。對重要的地質（ 層）界面、斷層或物探異常地段可采用 TSP 進行探測，必要時采用紅外探測和超前水平鉆孔。 D 級預報：采用地質分析法。 新建西安至成都鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程（ XCZQ5標段 ） 【福仁山高風險隧道超前地質預報方案 】 中國水利水電第十四工程局有限公司 13 在巖溶發(fā)育的灰?guī)r地區(qū)，由于巖溶發(fā)育的復雜性，應采用 A 級預報方式。 （ 2）長距離預報 長距離預報主要采用地質分析法，根據(jù)地面測繪和其它基礎資料對隧道通過區(qū)的地質界線、地層巖性、地質構造、圍巖級別、儲水構造、富水規(guī)模、巖溶發(fā)育規(guī)律及特征、其它不良地質及特殊地質發(fā)育情況進行長距離、宏觀預測預報，預報距離一般在掌子面前方 200m 以上，并根據(jù)揭示的情況進行不斷的修正。 地質分析法，包括地質素描法、地層分界 線及構造線地下和地表相關性分析法、地質作圖法等。 （ 3）中長距離預報 中長距離預報是在長距離預報的基礎上采用 TSP、深孔水平鉆探等對掌子面前方 30～200m 范圍內的地質情況作進一步的預報，如溶洞、暗河的位置、規(guī)模、充填情況等作較為詳細的預報。在復雜地段應增加 TSP 預報次數(shù)， TSP 每次預報有效長度 100m 左右，需連續(xù)預報時前后兩次應重疊 10m 以上，以便前后兩次重復地段對比分析，另隨著預報距離的增大，地質異常帶的位置和寬度誤差也在增大。 （ 4）短距離預報 短距離預報是在中長距離預報的基礎上采用掌子面素描、紅外探 測、地質雷達和超前鉆孔等方法進行預報，比如掌子面前方 30m 范圍內有無水、在哪個方位有水、掌子面處地層巖性、地質構造及巖溶發(fā)育情況等，對以上判斷可能有突泥、突水和其它有害地質情況的地段進行鉆孔驗證。 超前地質預報的實施方法 隧道施工超前地質預報以地質分析（地質調查、地質素描、幾何作圖、塊體坐標作圖、赤平投影作圖）、 TSP 長距離探測、紅外探水、地質雷達超前探測手段貫通為主；褶皺核部及其它地質異常地段，采用超前地質鉆孔驗證；泥灰?guī)r地段，根據(jù)開挖揭示巖溶發(fā)育程度，必要時采用地質雷達檢底。方法見下表： 新建西安至成都鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程（ XCZQ5標段 ） 【福仁山高風險隧道超前地質預報方案 】 中國水利水電第十四工程局有限公司 14 隧 道施工超前地質預報方法 序號 隧道 內容 隧道里程段 備注 1 地質調查 （平方公里） 隧道中線兩側各 500～ 1000m， 進出口各延伸 200m 2 地質素描（米） 全隧道 、斜井、出口橫洞和平導 3 TSP（次） 隧道 主洞范圍 4 紅外探水（次） 隧道 主洞范圍 5 地質雷達超前 探測（次） 隧道 主洞范圍 6 超前地質鉆孔 （延米） 設計圖紙中的地質段落 7 地質雷達檢底 （測線米） 視需要 地質調查 （ 1）調查目的 核對勘測資料，掌握隧道所在地區(qū)的地層巖性、地質構造、 不良地質及水文地質情況，為隧道超前地質預報提供方向性的依據(jù)。 （ 2）調查范圍 根據(jù)勘察單位提供的隧道工程地質圖，調查范圍主要為隧道進出口及隧道中線兩側各 500～ 1000m 的范圍。 （ 3）調查內容 1）地層巖性 主要調查地層的地質時代、巖層厚度、層間結合程度、巖層產(chǎn)狀、巖性、巖石硬度、風化程度等。 2）地質構造 主要調查斷層、破碎帶及節(jié)理裂隙特征。斷層的產(chǎn)狀、性質、破碎帶寬度、破碎帶新建西安至成都鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程（ XCZQ5標段 ） 【福仁山高風險隧道超前地質預報方案 】 中國水利水電第十四工程局有限公司 15 的成分、破碎帶的含水情況以及與隧道的關系。節(jié)理裂 隙的組數(shù)、產(chǎn)狀、間距、充填物質、延伸長度、張開度及節(jié)理面的起伏情況，節(jié)理裂隙的組合狀況。 3）不良地質 主要調查隧址內滑坡的性質、規(guī)模、以及對隧道的影響。采空區(qū)的分布、規(guī)模及巷道充填情況。 4）地下水的特征 調查隧道范圍內的泉水、井水、水塘、水庫、溝水、河水及其水量、水文、水質的變化等。 地質素描 隧道開挖后及時記錄隧道洞身和掌子面地質情況的一種方法，它是地質調查的細化和補充，隧道開挖爆破后通過地質素描手段，及時查看掌子面地質情況，修正設計階段的地質信息， 通過地質分析，可以預測隧道前方地質情況。 經(jīng) 工程地質類比預測隧道前方小于 10m 的地質狀況并為其它超前地質預報方法提供基礎資料。進行地質素描前，先搜集隧道前期的勘察設計地質資料，初步了解區(qū)域地質和附近大地構造單元及其特征，以及工程范圍內的地層巖性、圍巖類別、地下水發(fā)育特征等。地質素描，應在隧道作業(yè)每一開挖循環(huán)后立即進行，觀察中發(fā)現(xiàn)圍巖條件惡化時，應立即采取相應處理措施；觀察后及時繪制開挖工作面地質素描圖、填寫開挖工作面地質狀態(tài)記錄表。 （ 1）素描內容 1） 地層巖性 地層地質時代、巖層厚度、層間結合程度、巖層產(chǎn)狀、巖性、巖石硬度、 各類巖脈也應對其巖性、出 露位置、寬度、接觸關系、破碎、風化程度等進行描述。 2） 地質構造 開挖圍巖受地質構造影響程度、延伸性、表面粗糙度、張開性、風化、破碎程度等進行描述，特別是巖體范圍內出現(xiàn)的斷層、節(jié)理、裂隙、軟弱夾層等重點進行地質描述。斷層應對其位置、產(chǎn)狀、性質、破碎特性、寬度等一一觀測和描述；節(jié)理裂隙，特別是貫通性節(jié)理的產(chǎn)狀密度、延伸情況、節(jié)理面現(xiàn)狀等也要仔細量測和統(tǒng)計。使用地質羅盤儀對巖層產(chǎn)狀要素（包括巖層的走向、傾向和傾角）的測量，具體方法如下圖： 新建西安至成都鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程（ XCZQ5標段 ） 【福仁山高風險隧道超前地質預報方案 】 中國水利水電第十四工程局有限公司 16 ① 巖層走向的測定 巖層走向是巖層層面與水平面交線的方 向也就是巖層任一高度上水平線的延伸方向。 測量時將羅盤長邊與層面緊貼，然后轉動羅盤，使底盤水準器的水泡居中，讀出指針所指刻度即為巖層之走向。 因為走向是代表一條直線的方向，它可以兩邊延伸，指南針或指北針所讀數(shù)正是該直線之兩端延伸方向，如 NE30 度與 SW210 度均可代表該巖層之走向。 ② 巖層傾向的測定 巖層傾向 ——是指巖層向下最大傾斜方向線在水平面上的投影，恒與巖層走向垂直。 測量時，將羅盤北端或接物覘板指向傾斜方向，羅盤南端緊靠著層面并轉動羅盤，使底盤水準器水泡居中，讀指北針所指刻度即為巖層的傾向。 假若在 巖層頂面上進行測量有因難，也可以在巖層底面上測量仍用對物覘板指向巖層傾斜方向，羅盤北端緊靠底面，讀指北針即可，假若測量底面時讀指北針受障礙時，則用羅盤南端緊靠巖層底面，讀指南針亦可。 ③ 巖層傾角的測定 巖層傾角是巖層層面與假想水平面間的最大夾角，即真傾角，它是沿著巖層的真傾斜方向測量得到的，沿其它方向所測得的傾角是視傾角。視傾角恒小于真傾角，也就是說巖層層面上的真傾斜線與水平面的夾角為真傾角，層面上視傾斜線與水平面之夾角為新建西安至成都鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程（ XCZQ5標段 ） 【福仁山高風險隧道超前地質預報方案 】 中國水利水電第十四工程局有限公司 17 視傾角。野外分辨層面之真傾斜方向甚為重要它恒與走向垂直，此外可用小石于使之在層面上滾動 或滴水使之在層面上流動，此滾動或流動之方向即為層面之真傾斜方向。測量時將羅盤直立，并以長邊靠著巖層的真傾斜線，沿著層面左右移動羅盤，并用中指搬動羅盤底部之活動扳手，使測斜水準器水泡居中，讀出懸錐中尖所指最大讀數(shù)，即為巖層之真傾角。 巖層產(chǎn)狀的記錄方式通常采用下面的方式：既方位角記錄方式，如果測量出某一巖層走向為 310176。 ，傾向為 220176。 ，傾角 35176。 ，則記錄為 NW310176。 ／ SW∠ 35176。 或 310176。 ／ SW∠ 35176。 或 220176。 ∠ 35176。 。野外測量巖層產(chǎn)狀時需要在巖層露頭測量，不能在轉石 (滾石 )上測量，因此要區(qū)分露頭和滾石 。區(qū)別露頭和滾石，主要是多觀察和追索并要善于判斷。測量巖層面的產(chǎn)狀時，如果巖層凹凸不平，可把記錄本平放在巖層上當作層面以便進行測量。 3） 不良地質 滑坡體的性質及對隧道的影響。采空區(qū)巷道充填情況以及與隧道的關系。 4） 地下水的特征 出水點位置、水量、水壓、水溫、水色、懸浮物（泥砂等）測定；出水點和地質環(huán)境（地層、構造、巖溶、暗河等）的關系；與地表相關氣象、水文觀測；洞內涌水與地表徑流、降雨的關系；必要時進行水樣分析。 5） 圍巖變形破壞情況 開挖段圍巖發(fā)生坍方、掉塊、巖爆等現(xiàn)象的位置、性質、形態(tài)、規(guī)模作詳細記 錄，必要時附上工程處理措施。 有條件時使用數(shù)碼相機、攝影等工程地質數(shù)據(jù)采集和編錄系統(tǒng)，做到圖文并茂。 不良地質體在被揭露之前往往表現(xiàn)一些明顯或不明顯前兆標志，預示著隧洞即將臨近不良地質體，因此，仔細觀察、描述開挖石渣、洞壁結構面及巖層形態(tài)、量測結構面及巖層特征參數(shù)，是正確進行超前地質預報的關鍵。一些不良地質體的前兆標志： ①斷層破碎帶：節(jié)理裂隙組數(shù)及密度劇增、巖石強度降低、出現(xiàn)壓裂巖、破碎巖、巖石風化相對強烈、泥質含量增多等。 ②突水、突泥：節(jié)理裂隙滲水量和組數(shù)增加、且常常含有泥質物或渾濁（常規(guī)鉆爆新建西安至成都鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程（ XCZQ5標段 ） 【福仁山高風險隧道超前地質預報方案 】 中國水利水電第十四工程局有限公司 18 法的炮孔 中的涌水量劇增、且夾有泥砂或碎石）等。 ③巖爆：“餅”狀開挖石渣的數(shù)量增加、洞壁在短時間內出現(xiàn)“餅”狀脫落體或出現(xiàn)“片邦”現(xiàn)象，以及輕微的巖石崩裂聲等，嚴重時洞壁出現(xiàn)飛石。 （ 2） 圍巖穩(wěn)定性評價和預報 根據(jù)地質素描得到地層巖性、地質構造、不良地質、水文地質特征等，判定圍巖完整性和圍巖分級，結合勘察和地質調查取得的地質資料預測隧道前方地質情況。 （ 3） 資料提交 對掌子面進行描述，繪制地質素描圖 ，將地質素描結果進行匯總提交，以指導下一步的施工 。 技術人員 正在進行地質素描 超前地質預報 TSP203 超前地質預報系統(tǒng)是專門為隧道和地下工程超前地質預報研發(fā)的目前世界上在這個領域最