【文章內容簡介】 中長距離預報是在長距離預報的基礎上采用地震波反射法或聲波反射法、高分辨電法、深孔水平鉆探等對掌子面前方 30～ 100m 范圍內的地質情況作進一步的預報，如對不良地質體的位置、規(guī)模、性質作較為詳細的預報，粗略的預報圍巖級別和地下水情 況等。 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、地質雷達等方法進行預報，探明掌子面前方 30m 范圍內地層巖性、地質構造、不良地質及地下水出露情況等，對可能有突泥、突水和其它不良地質情況的地段應進行 7 鉆孔驗證。 根據(jù)以上原則，制定 具體 預報方案 如下： 1) 地面調查：對隧道范圍內地形、地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件，不良地質作用等進行進一步的全面核查。 2) 洞內地質素描：對隧道全段（包括正洞和橫洞），進行地質素描。 3) TSP 超前探測：采用 TSP 超前探測，重點查明隧道巖體完整性、軟弱結構面、斷層破碎 帶、裂隙發(fā)育帶規(guī)模、大小、發(fā)育位置。對隧道進行貫通性探測。 4)紅外探測儀超前探測：采用紅外線探測儀對隧道前方掌子面水文地質條件進行探測，宏觀掌握掌子面前方短距離（大約 30m）范圍內的富水帶位置及富水情況。 5)地質雷達：采用地質雷達對可溶巖段、向斜核部、侵入接觸帶、軟硬巖接觸帶、斷層及其影響帶或 TSP 超前探測發(fā)現(xiàn)的異常地帶，進行短距離精確探測，精確查明巖溶裂隙發(fā)育位置、大小規(guī)模、形態(tài)、充填及富水狀況以及斷層破碎帶、裂隙發(fā)育帶位置、規(guī)模、接觸帶巖體完整性等工程地質及水文地質條件。沿線隧道均為巖溶隧道，故對各隧道均進 行貫通性探測。 6)地質綜合分析：對全隧道進行地質素描，記錄現(xiàn)場揭露的地質信息，并綜合上述各種探測方法獲得的地質信息，通過綜合分析，預測預報前方工程地質及水文地質條件。 隧道施工超前地質預報工作采用長短結合、上下對照、定性與定量相結合，多方法、多頻次相互印證的原則，進行綜合施工超前地質預報。 針對沿線各隧道洞身段地質復雜程度，具體預報分為常規(guī)預報、加強預報和重點預報三種情況。 常規(guī)預報：主要采取以 地質分析 為基礎、物探方法為手段， 宏觀預報 （地表調查）、 中長距離預報 （ TSP 預報）、 短 距 離 預報 （表面地質雷達）相結合的預報體系。 其流程見圖 51： 8 圖 51 常規(guī)預報工藝流程 加強預報：主要采取以 地質分析 為基礎、物探方法為手段， 宏觀預報 （地表調查）、 中長距離預報 （ TSP 預報）、 短 距 離 預報 （表面地質雷達及紅外線預報 3孔超前鉆探）相結合的預報體系。 其流程見圖 52： 9 圖 52 加強預報工藝流程圖 重點預報：主要采取以 地質分析 為 基礎、物探方法為手段， 宏觀預報 （地表調查）、 中長距離預報 （ TSP 預報）、 短 距 離 預報 （表面地質雷達、紅外線預報、5 孔超前鉆探）相結合的綜合預報體系。 其流程見圖 53： （ 1）巖溶及涌水、突泥預報 首先利用地質調查與地質素描手段，確定隧道可溶巖發(fā)育的大致里程，再通過 TSP 對巖溶及地下水發(fā)育的位置、規(guī)模及性質作較為詳細的預報，然后采用掌子面素描、地質雷達、紅外探測等方法更加準確地預報掌子面前方 30m 范圍內巖溶的發(fā)育情況，對可能有巖溶、突泥涌水的地段特別是可溶巖與非可溶巖圖 53 重點預 報工藝流程圖 10 的接觸帶應進行水平鉆驗證， 超前鉆探時必須設有防突裝置，具體為在 鉆孔時安設孔口管及高壓閘閥，當遇有高壓水時，要立即拔出鉆具，關閉孔口管的高壓閥門，等待制定處理措 施。 對巖溶強烈發(fā)育地段可增加鉆孔的數(shù)量及增加地質雷達探測的頻率，并對開挖后的隧道底板用地質雷達進行隧底巖溶檢測。 橫洞工區(qū)、隧道反坡施工地段處于富水區(qū)時，超前鉆探作業(yè)時應做好突涌水處治的方案。隧道涌水、突泥預報程序，見圖 54“隧道涌水突泥預報程序框圖”。 圖 54 隧道涌水突泥預報程序框圖 （ 2）斷層破碎帶預報 首先利用地質調查與地質素描手段，確定在勘察階段發(fā)現(xiàn)的寬大斷層的大致里程，此外，由于地殼中許多斷層并未延伸至地表或被覆蓋層所覆蓋，所以隧道在開挖過程中所揭露的斷層往往多于地表所發(fā)現(xiàn)的數(shù)量，鑒于沿線隧道屬巖溶隧道，故應進行 TSP、地質雷達和紅外探水貫通性探測，探測掌子面前方圍巖的強度、完整性、富水性，然后根據(jù)掌子面素描觀察隧道圍巖的變化，統(tǒng)計節(jié)理組數(shù)及其形態(tài)的變化， 推測前方可能出現(xiàn)斷層的位置，對可能出現(xiàn)斷層的地段進行水平鉆驗證， 鉆孔時需安設孔口管及高壓閘閥，當遇有高壓水時，要立即拔出鉆具，關閉孔口管的高壓閥門，等待制定處理措施。 斷層預報程序框圖，見圖 55“斷層預報程序框圖見圖”。 11 圖 55 斷層預報程序框圖 （ 3）煤層瓦斯預報 瓦斯預報可采用地質調查法、彈性波反射法、超前鉆探法進行。 采用地質調查法、波反射法確定煤層分布位置、煤層厚度；采用超前鉆探（ 煤層瓦斯地段必須采用水循環(huán)鉆，否則易引起火災或爆炸 ） 孔內測試確定隧道開挖工作面前方煤層瓦斯?jié)舛燃捌渥兓Ｔ?揭煤鉆進時，利用沖擊鉆具鉆至煤層的大致里程后，改用雙管取芯鉆具進行鉆進，當鉆孔的循環(huán)液變成黑色時關閉循環(huán)液，利用鉆機自身的鉆壓和扭力對煤層進行取芯，直至取過煤層并記錄煤層的起止 里程。其作業(yè)必須嚴格執(zhí)行瓦斯隧道有關安全條例及規(guī)程。 在富含瓦斯的煤系地層中，采用長短結合的鉆孔方案可提前將巖體中的有害氣體逐漸釋放出來。瓦斯?jié)舛忍綔y及隧道洞內瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測必須由有專業(yè)資質的人員進行。瓦斯預報應遵循圖 56 的程序進行。 熟悉隧道勘察設計文件資料 補充隧道地表地質調查隧道煤層出露位置、產狀、寬度煤層、在采及廢棄礦巷在隧道中可能出露位置的位置地震波、聲波反射法探測地表地下構造相關分析煤層出露預兆洞內地質調查煤層位置及瓦斯預報瓦斯預報超前鉆孔隧道址區(qū)在采及廢棄礦巷調查孔中瓦斯?jié)舛燃捌渥兓瘻y試礦巷與隧道空間關系分析 圖 56 瓦斯預報程序框圖 12 第六章 施工超前地質預報方法 結合沿線隧道地質條件，超前地質預報工作采用由面到點、長短結合、地面調查與洞內預報相結合、定性與定量相結合的方法，確保預報的準確性。 1. 地面調查 (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，為隧道內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 1～ 。 (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、巖層產狀、巖性、巖石硬度、風化程度等。 ② 地質構造 主要調查破碎帶及節(jié)理裂隙特征。破碎帶寬度、破碎帶的成分、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 主要調查巖溶的發(fā)育程度及發(fā)育規(guī)模；隧址內 滑坡的性質、規(guī)模、以及對隧道的影響；煤系地層的分布范圍及含煤情況；膨脹土的分布范圍及厚度。 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。 2. 地質素描 地質素描是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， 13 它是地質調查的細化和補充，結合勘察和地質調查取得的地質資料，可以對隧道掌子面前方地質情況進行預測， 并提出工程措施意見， 同時為隧道運營維護提供全面準確的地質資料。 (1)、 素描內容 ① 地層巖性 描述洞內地層、地質時代、巖層厚度、層間結合程度、巖層產狀、巖性、巖石 硬度、風化程度等。核對地層界線在隧道洞身的實際位置。 ② 地質構造 確定各斷層帶以及主、次斷層（包括影響帶）的位置 及與隧道的關系，描述各斷層的 產狀、寬度、富水程度、斷層帶的物質組成及其 膠結程度 。 對洞內巖體節(jié)理、裂隙進行定性及定量統(tǒng)計量測，查明其性質、 組數(shù)、 產狀、 間距、 延伸長度、張開寬度、粗糙程度、蝕變情況、密度、地下水及充填情況，以及 節(jié)理裂隙的組合狀況等 ，并分析優(yōu)勢結構面對圍巖穩(wěn)定性的影響。 ③ 巖溶 描述巖溶規(guī)模、形態(tài)、位置、所屬地層和構造部位，充填物成分、狀態(tài)，以及巖溶展布的空間關系。 ④ 特殊地層 煤層、含膏鹽 層、膨脹巖層等應單獨進行描述。對存在的有害氣體及放射性危害，應分析描述危害源存在情況。 ⑤ 塌方 應記錄塌方部位、方式與規(guī)模及其隨時間的變化特征，并分析產生塌方的地質原因及其對繼續(xù)掘進的影響。 ⑥ 地下水的特征 圍巖的透水性， 出水點位置、 出露形態(tài)（滲水、滴水、滴水成線、股水（涌水）、暗河） 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； 進行地表相關氣象、水文觀測，判斷洞內涌水與地表徑流、降雨的關系 ；必要時進行水樣分析。 14 ⑦ 其他 在對巖體受構造影響程度、節(jié)理發(fā)育程度、 巖體完整程度、富水程度及圍巖穩(wěn)定狀態(tài)等進行詳細編錄的基礎上，對圍巖級別及其他地質參數(shù)進行修正，并提出有針對性的支護、襯砌或超前加固措施意見。 對重點地段，如巖溶、斷層、節(jié)理密集帶、巖性接觸帶、地下水富集帶、巖性變化頻繁或軟硬相間及掌子面地質情況與原設計地質條件出入較大等重點地段，除地質編錄外，還要進行必要的地質調繪和測試。 (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 每循環(huán)開挖 后對拱頂、掌子面和左右邊墻進行地質編錄，并進行數(shù)碼攝像。編錄的原始記錄、圖、表當天整理（繪制）。施工一定距離后，作出分段（ 60m/張）完善的地質展示圖和總結。 3. TSP 超前地質預報 TSP 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制開發(fā)的目前世界上在這個領域最先進的設備，它能方便快捷地預報掌子面前方較長范圍內的地質情況，它彌補傳統(tǒng)地質預報方法只能定性預報無法定量預報的缺陷，為更準確的地質預報提供了一種強有力的科學方法和工具，它不僅可以及時地為隧道施工變更施工工藝提供依據(jù)，而且可以減少隧道施工中突發(fā)性 地質災害的危險性，為隧道施工提供施工更安全保障，減少人員和設備的損傷，同時也就帶來很大的經濟效益。 TSP 每次可探測 100～ 200m，為提高預報準確度和精度，采取重疊式預報，每開挖 100m～ 150m 預報一次，重疊部分 (不小于 20m)對比分析，每次探測結果與開挖揭示情況對比分析。 (1)、 預報原理 15 TSP 超前地質預報系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質體中產生的反射波特性來預報隧道掘進面前方及周圍臨近區(qū)域地質狀況的， TSP 方法屬于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在設計的震源點（通常在隧道的左或右邊墻，大約 24個炮點） 用小量炸藥激發(fā)產生，當?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，一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收，數(shù)據(jù)通過 TSPwin 軟件處理，就可以了解隧道工作面前方不良地質體的性質（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等）和位置及規(guī)模。 (2)、 設備 采用 TSP 203plus 超前地質預報系統(tǒng)，系統(tǒng)主要組成（見圖 62）： ① 記錄單元： 12 道， 24 位 A/D 轉換，采樣間隔 s 和 125μ s，最大記錄長度為 ，動態(tài)范圍 120dB。 ② 接收器（檢 波器）：三分量加速度地震檢波器，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℃。 ③ TSPwin 軟件：數(shù)據(jù)采集和處理集于一體。 圖 61 TSP 原理圖 地層 或 斷層 入射波前 反射波前 震源 檢波器 檢波器 隧道 16 圖 62 TSP 設備全圖 (3)、 測線布置 ① 接收器孔 位置：在隧道邊墻（面對掌子面），距離掌子面大約 50m。 數(shù)量： 2 個，隧道左、右邊墻各一個。 直徑：φ 4545mm/孔深 2m。 布置：沿軸徑向，用環(huán)氧樹脂固結，向上傾斜 10176。左右。 高度：離地面 1m。 ② 炮孔 位置：在隧道的左（右）邊墻。第一個炮孔離接收器 15～ 20m，其余炮孔間距為 。 數(shù)量： 24 個 直徑： 38mm/孔深 。 布置：沿軸徑向，向下傾斜 1020176。（激發(fā)時水封填炮孔）。 高度：離地面約 1m。 (4)、 數(shù)據(jù)采集與分析 TSP 超前地質預報系統(tǒng)分為洞內數(shù)據(jù)采集和室內分析處理兩大部分 。 17 ① 洞內數(shù)據(jù)采集 洞內數(shù)據(jù)采集主要由接收器 、 數(shù)據(jù)記錄設備以及起爆設備三大部分組成 。見圖 63。 洞內數(shù)據(jù)采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、連接接收信號儀器、放炮接收信號等過程。 a、鉆接收器孔 2 個，見測線布置。