【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)是在長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)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(duì)掌子面前方 30～ 100m 范圍內(nèi)的地質(zhì)情況作進(jìn)一步的預(yù)報(bào)，如對(duì)不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、性質(zhì)作較為詳細(xì)的預(yù)報(bào)，粗略的預(yù)報(bào)圍巖級(jí)別和地下水情 況等。 短距離預(yù)報(bào)是在中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上采用掌子面素描、紅外探測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)等方法進(jìn)行預(yù)報(bào)，探明掌子面前方 30m 范圍內(nèi)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)及地下水出露情況等，對(duì)可能有突泥、突水和其它不良地質(zhì)情況的地段應(yīng)進(jìn)行 7 鉆孔驗(yàn)證。 根據(jù)以上原則，制定 具體 預(yù)報(bào)方案 如下： 1) 地面調(diào)查：對(duì)隧道范圍內(nèi)地形、地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件，不良地質(zhì)作用等進(jìn)行進(jìn)一步的全面核查。 2) 洞內(nèi)地質(zhì)素描：對(duì)隧道全段（包括正洞和橫洞），進(jìn)行地質(zhì)素描。 3) TSP 超前探測(cè)：采用 TSP 超前探測(cè)，重點(diǎn)查明隧道巖體完整性、軟弱結(jié)構(gòu)面、斷層破碎 帶、裂隙發(fā)育帶規(guī)模、大小、發(fā)育位置。對(duì)隧道進(jìn)行貫通性探測(cè)。 4)紅外探測(cè)儀超前探測(cè)：采用紅外線探測(cè)儀對(duì)隧道前方掌子面水文地質(zhì)條件進(jìn)行探測(cè)，宏觀掌握掌子面前方短距離（大約 30m）范圍內(nèi)的富水帶位置及富水情況。 5)地質(zhì)雷達(dá)：采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)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(cè)發(fā)現(xiàn)的異常地帶，進(jìn)行短距離精確探測(cè)，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(zhì)及水文地質(zhì)條件。沿線隧道均為巖溶隧道，故對(duì)各隧道均進(jìn) 行貫通性探測(cè)。 6)地質(zhì)綜合分析：對(duì)全隧道進(jìn)行地質(zhì)素描，記錄現(xiàn)場(chǎng)揭露的地質(zhì)信息，并綜合上述各種探測(cè)方法獲得的地質(zhì)信息，通過綜合分析，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)前方工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。 隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作采用長(zhǎng)短結(jié)合、上下對(duì)照、定性與定量相結(jié)合，多方法、多頻次相互印證的原則，進(jìn)行綜合施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。 針對(duì)沿線各隧道洞身段地質(zhì)復(fù)雜程度，具體預(yù)報(bào)分為常規(guī)預(yù)報(bào)、加強(qiáng)預(yù)報(bào)和重點(diǎn)預(yù)報(bào)三種情況。 常規(guī)預(yù)報(bào)：主要采取以 地質(zhì)分析 為基礎(chǔ)、物探方法為手段， 宏觀預(yù)報(bào) （地表調(diào)查）、 中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào) （ TSP 預(yù)報(bào)）、 短 距 離 預(yù)報(bào) （表面地質(zhì)雷達(dá)）相結(jié)合的預(yù)報(bào)體系。 其流程見圖 51： 8 圖 51 常規(guī)預(yù)報(bào)工藝流程 加強(qiáng)預(yù)報(bào)：主要采取以 地質(zhì)分析 為基礎(chǔ)、物探方法為手段， 宏觀預(yù)報(bào) （地表調(diào)查）、 中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào) （ TSP 預(yù)報(bào)）、 短 距 離 預(yù)報(bào) （表面地質(zhì)雷達(dá)及紅外線預(yù)報(bào) 3孔超前鉆探）相結(jié)合的預(yù)報(bào)體系。 其流程見圖 52： 9 圖 52 加強(qiáng)預(yù)報(bào)工藝流程圖 重點(diǎn)預(yù)報(bào)：主要采取以 地質(zhì)分析 為 基礎(chǔ)、物探方法為手段， 宏觀預(yù)報(bào) （地表調(diào)查）、 中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào) （ TSP 預(yù)報(bào)）、 短 距 離 預(yù)報(bào) （表面地質(zhì)雷達(dá)、紅外線預(yù)報(bào)、5 孔超前鉆探）相結(jié)合的綜合預(yù)報(bào)體系。 其流程見圖 53： （ 1）巖溶及涌水、突泥預(yù)報(bào) 首先利用地質(zhì)調(diào)查與地質(zhì)素描手段，確定隧道可溶巖發(fā)育的大致里程，再通過 TSP 對(duì)巖溶及地下水發(fā)育的位置、規(guī)模及性質(zhì)作較為詳細(xì)的預(yù)報(bào)，然后采用掌子面素描、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測(cè)等方法更加準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)掌子面前方 30m 范圍內(nèi)巖溶的發(fā)育情況，對(duì)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(diǎn)預(yù) 報(bào)工藝流程圖 10 的接觸帶應(yīng)進(jìn)行水平鉆驗(yàn)證， 超前鉆探時(shí)必須設(shè)有防突裝置，具體為在 鉆孔時(shí)安設(shè)孔口管及高壓閘閥，當(dāng)遇有高壓水時(shí)，要立即拔出鉆具，關(guān)閉孔口管的高壓閥門，等待制定處理措 施。 對(duì)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段可增加鉆孔的數(shù)量及增加地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的頻率，并對(duì)開挖后的隧道底板用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧底巖溶檢測(cè)。 橫洞工區(qū)、隧道反坡施工地段處于富水區(qū)時(shí)，超前鉆探作業(yè)時(shí)應(yīng)做好突涌水處治的方案。隧道涌水、突泥預(yù)報(bào)程序，見圖 54“隧道涌水突泥預(yù)報(bào)程序框圖”。 圖 54 隧道涌水突泥預(yù)報(bào)程序框圖 （ 2）斷層破碎帶預(yù)報(bào) 首先利用地質(zhì)調(diào)查與地質(zhì)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(yīng)進(jìn)行 TSP、地質(zhì)雷達(dá)和紅外探水貫通性探測(cè)，探測(cè)掌子面前方圍巖的強(qiáng)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(jì)節(jié)理組數(shù)及其形態(tài)的變化， 推測(cè)前方可能出現(xiàn)斷層的位置，對(duì)可能出現(xiàn)斷層的地段進(jìn)行水平鉆驗(yàn)證， 鉆孔時(shí)需安設(shè)孔口管及高壓閘閥，當(dāng)遇有高壓水時(shí)，要立即拔出鉆具，關(guān)閉孔口管的高壓閥門，等待制定處理措施。 斷層預(yù)報(bào)程序框圖，見圖 55“斷層預(yù)報(bào)程序框圖見圖”。 11 圖 55 斷層預(yù)報(bào)程序框圖 （ 3）煤層瓦斯預(yù)報(bào) 瓦斯預(yù)報(bào)可采用地質(zhì)調(diào)查法、彈性波反射法、超前鉆探法進(jìn)行。 采用地質(zhì)調(diào)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(zāi)或爆炸 ） 孔內(nèi)測(cè)試確定隧道開挖工作面前方煤層瓦斯?jié)舛燃捌渥兓?。?揭煤鉆進(jìn)時(shí)，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(jìn)行鉆進(jìn)，當(dāng)鉆孔的循環(huán)液變成黑色時(shí)關(guān)閉循環(huán)液，利用鉆機(jī)自身的鉆壓和扭力對(duì)煤層進(jìn)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(yán)格執(zhí)行瓦斯隧道有關(guān)安全條例及規(guī)程。 在富含瓦斯的煤系地層中，采用長(zhǎng)短結(jié)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(cè)及隧道洞內(nèi)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)必須由有專業(yè)資質(zhì)的人員進(jìn)行。瓦斯預(yù)報(bào)應(yīng)遵循圖 56 的程序進(jìn)行。 熟悉隧道勘察設(shè)計(jì)文件資料 補(bǔ)充隧道地表地質(zhì)調(diào)查隧道煤層出露位置、產(chǎn)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(cè)地表地下構(gòu)造相關(guān)分析煤層出露預(yù)兆洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查煤層位置及瓦斯預(yù)報(bào)瓦斯預(yù)報(bào)超前鉆孔隧道址區(qū)在采及廢棄礦巷調(diào)查孔中瓦斯?jié)舛燃捌渥兓瘻y(cè)試礦巷與隧道空間關(guān)系分析 圖 56 瓦斯預(yù)報(bào)程序框圖 12 第六章 施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法 結(jié)合沿線隧道地質(zhì)條件，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作采用由面到點(diǎn)、長(zhǎng)短結(jié)合、地面調(diào)查與洞內(nèi)預(yù)報(bào)相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合的方法，確保預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。 1. 地面調(diào)查 (1)、 調(diào)查目的 核對(duì)勘測(cè)資料，掌握隧道所在地區(qū)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)及 水文地質(zhì)情況，為隧道內(nèi)地質(zhì)預(yù)報(bào)提供方向性的依據(jù)。 (2)、 調(diào)查范圍 根據(jù)勘察單位提供的隧道工程地質(zhì)圖，調(diào)查范圍主要為隧道進(jìn)出口及隧道中線兩側(cè)各 1～ 。 (3)、 調(diào)查內(nèi)容 ① 地層巖性 主要調(diào)查地層的地質(zhì)時(shí)代、巖層厚度、層間結(jié)合程度、巖層產(chǎn)狀、巖性、巖石硬度、風(fēng)化程度等。 ② 地質(zhì)構(gòu)造 主要調(diào)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(guān)系；節(jié)理裂隙的組數(shù)、產(chǎn)狀、間距、充填物質(zhì)、延伸長(zhǎng)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(zhì) 主要調(diào)查巖溶的發(fā)育程度及發(fā)育規(guī)模；隧址內(nèi) 滑坡的性質(zhì)、規(guī)模、以及對(duì)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(diào)查隧道范圍內(nèi)的泉水、井水、水塘、水庫(kù)、溝水、河水及其水量、水文、水質(zhì)的變化等。 2. 地質(zhì)素描 地質(zhì)素描是隧道開挖后及時(shí)記錄隧道洞身和掌子面地質(zhì)情況的一種方法， 13 它是地質(zhì)調(diào)查的細(xì)化和補(bǔ)充，結(jié)合勘察和地質(zhì)調(diào)查取得的地質(zhì)資料，可以對(duì)隧道掌子面前方地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)， 并提出工程措施意見， 同時(shí)為隧道運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供全面準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。 (1)、 素描內(nèi)容 ① 地層巖性 描述洞內(nèi)地層、地質(zhì)時(shí)代、巖層厚度、層間結(jié)合程度、巖層產(chǎn)狀、巖性、巖石 硬度、風(fēng)化程度等。核對(duì)地層界線在隧道洞身的實(shí)際位置。 ② 地質(zhì)構(gòu)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(guān)系，描述各斷層的 產(chǎn)狀、寬度、富水程度、斷層帶的物質(zhì)組成及其 膠結(jié)程度 。 對(duì)洞內(nèi)巖體節(jié)理、裂隙進(jìn)行定性及定量統(tǒng)計(jì)量測(cè)，查明其性質(zhì)、 組數(shù)、 產(chǎn)狀、 間距、 延伸長(zhǎng)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(shì)結(jié)構(gòu)面對(duì)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(gòu)造部位，充填物成分、狀態(tài)，以及巖溶展布的空間關(guān)系。 ④ 特殊地層 煤層、含膏鹽 層、膨脹巖層等應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行描述。對(duì)存在的有害氣體及放射性危害，應(yīng)分析描述危害源存在情況。 ⑤ 塌方 應(yīng)記錄塌方部位、方式與規(guī)模及其隨時(shí)間的變化特征，并分析產(chǎn)生塌方的地質(zhì)原因及其對(duì)繼續(xù)掘進(jìn)的影響。 ⑥ 地下水的特征 圍巖的透水性， 出水點(diǎn)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(cè)定；出水點(diǎn)和地質(zhì)環(huán)境（地層、構(gòu)造、巖溶、暗河等）的關(guān)系； 進(jìn)行地表相關(guān)氣象、水文觀測(cè)，判斷洞內(nèi)涌水與地表徑流、降雨的關(guān)系 ；必要時(shí)進(jìn)行水樣分析。 14 ⑦ 其他 在對(duì)巖體受構(gòu)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(jìn)行詳細(xì)編錄的基礎(chǔ)上，對(duì)圍巖級(jí)別及其他地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行修正，并提出有針對(duì)性的支護(hù)、襯砌或超前加固措施意見。 對(duì)重點(diǎn)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(zhì)情況與原設(shè)計(jì)地質(zhì)條件出入較大等重點(diǎn)地段，除地質(zhì)編錄外，還要進(jìn)行必要的地質(zhì)調(diào)繪和測(cè)試。 (2)、 圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào) 根據(jù)地質(zhì)素描得到地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、水文地質(zhì)特征等，判定圍巖完整性和圍巖分級(jí)，結(jié)合勘察和地質(zhì)調(diào)查取得的地質(zhì)資料預(yù)測(cè)隧道前方地質(zhì)情況。 (3)、 資料提交 每循環(huán)開挖 后對(duì)拱頂、掌子面和左右邊墻進(jìn)行地質(zhì)編錄，并進(jìn)行數(shù)碼攝像。編錄的原始記錄、圖、表當(dāng)天整理（繪制）。施工一定距離后，作出分段（ 60m/張）完善的地質(zhì)展示圖和總結(jié)。 3. TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào) TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是專門為隧道和地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)的目前世界上在這個(gè)領(lǐng)域最先進(jìn)的設(shè)備，它能方便快捷地預(yù)報(bào)掌子面前方較長(zhǎng)范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，它彌補(bǔ)傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報(bào)方法只能定性預(yù)報(bào)無(wú)法定量預(yù)報(bào)的缺陷，為更準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)提供了一種強(qiáng)有力的科學(xué)方法和工具，它不僅可以及時(shí)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(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，為隧道施工提供施工更安全保障，減少人員和設(shè)備的損傷，同時(shí)也就帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。 TSP 每次可探測(cè) 100～ 200m，為提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度和精度，采取重疊式預(yù)報(bào)，每開挖 100m～ 150m 預(yù)報(bào)一次，重疊部分 (不小于 20m)對(duì)比分析，每次探測(cè)結(jié)果與開挖揭示情況對(duì)比分析。 (1)、 預(yù)報(bào)原理 15 TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報(bào)隧道掘進(jìn)面前方及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)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(shè)計(jì)的震源點(diǎn)（通常在隧道的左或右邊墻，大約 24個(gè)炮點(diǎn)） 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(shí)，一部分地震信號(hào)反射回來，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)。反射的地震信號(hào)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(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等）和位置及規(guī)模。 (2)、 設(shè)備 采用 TSP 203plus 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)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(zhuǎn)換，采樣間隔 s 和 125μ s，最大記錄長(zhǎng)度為 ，動(dòng)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(shè)備全圖 (3)、 測(cè)線布置 ① 接收器孔 位置：在隧道邊墻（面對(duì)掌子面），距離掌子面大約 50m。 數(shù)量： 2 個(gè)，隧道左、右邊墻各一個(gè)。 直徑：φ 4545mm/孔深 2m。 布置：沿軸徑向，用環(huán)氧樹脂固結(jié)，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(gè)炮孔離接收器 15～ 20m，其余炮孔間距為 。 數(shù)量： 24 個(gè) 直徑： 38mm/孔深 。 布置：沿軸徑向，向下傾斜 1020176。（激發(fā)時(shí)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(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)分為洞內(nèi)數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)分析處理兩大部分 。 17 ① 洞內(nèi)數(shù)據(jù)采集 洞內(nèi)數(shù)據(jù)采集主要由接收器 、 數(shù)據(jù)記錄設(shè)備以及起爆設(shè)備三大部分組成 。見圖 63。 洞內(nèi)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(hào)儀器、放炮接收信號(hào)等過程。 a、鉆接收器孔 2 個(gè)，見測(cè)線布置。