隧道超前地质预报技术交底.doc
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4、1 3、地质复杂程度分级标准 . 3 4、隧道超前地质预报的目的 . 5 5、隧道综合超前地质预报采用的主要技术方法 . 5 6、质量要求及质量保证措施 . 25 7、现场工作制度 . 27 8、安全措施 . 28 9、需要说明的其他问题 . 30 10、附表 . 30 1、编制依据 1.1铁路隧道超前地质预报技术规程(Q/CR 9217-2015) 1.2铁路工程物理勘探规范(TB10013-2010) 1.3铁路工程地质勘察规范(TB 10012-2007) 1.4铁路工程地质钻探规程(TB 10014-2012) 1.5铁路瓦斯隧道技术规范(TB 10120-2002) 1.6铁路工程基
5、本作业施工安全技术规程(TB10301-2009) 1.7铁路隧道工程施工安全技术规程(TB10304-2009) 1.8铁路建设工程风险管理技术规范(Q/CR 9006-2014) 1.9关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知(铁建设【2010】120号) 1.10 新建铁路安顺至六盘水线隧道超前地质预报施工图设计 1.11 我院对施工现场实地勘察、调查资料 2、沿线地质概况 安顺至六盘水铁路位于贵州省西部的安顺、六盘水市境内,线路东接沪昆客运专线安顺西站,向西经六盘水市的六枝特区,于六盘水枢纽水城站接轨后利用既有沪昆铁路至六盘水站。线路长度97.789km(不含
6、安顺地区和六盘水枢纽相关配套工程),运营长度124.647km。 线路位于云贵高原中部。通过溶蚀丘陵区、侵蚀构造低中山区和高原构造盆地区等三个地貌单元。 溶蚀丘陵区:指安顺西至六枝段,地面高程13301450m,相对高差40200m ;孤峰、峰林、峰丛地貌发育,基岩多出露,谷地较为平缓开阔。 侵蚀构造低中山区:指六枝至滥坝段,地面高程11402220m,相对高差1001000m;地势东北低、西南高,山脊走向与构造线一致,地形绵延起伏,山梁与深谷相间分布,基岩多裸露。 高原构造盆地区:指滥坝至六盘水段,地面高程约17801850m,相对高差550 m;地形平坦开阔,地表水系发育。 区内地层以上古
7、生界和中生界为主,沿线分布火山喷出玄武岩及沉积岩,沉积岩可划分为碳酸盐岩、煤系地层、碎屑岩等,沟谷地段普遍覆盖第四系土层。可溶岩分布广泛,岩性包括灰岩、燧石灰岩、白云岩、泥质白云岩、泥灰岩等,沿线路长度96.45km(含水大支线),占全线的77.7%。含煤地层包括上二叠统长兴组(P2c)、大隆组(P2d)、龙潭组(P2l),下二叠统梁山组(P1l),下石炭统大塘阶(C1d)页岩、粉砂质泥页岩、煤线和泥灰岩,沿线路长度15.06km,占全线的12.1%。上二叠统峨眉山玄武岩(P2)沿线路长度3.45km,占全线的2.7%,除煤系地层外的砂页岩碎屑岩地层沿线路长度仅9.38km,占全线的 7.5%
8、。 沿线含水介质主要为砂泥岩、碳酸盐岩及第四系松散堆积层,地下水类型有松散岩类孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水三类。 (1)松散岩类孔隙水 分布于冲沟及山间盆地内,主要含水岩组为第四系冲、洪积的砂、砂砾石层及黏土中。含水层厚度一般为210米不等,埋深一般16m。富水性受岩性、地貌及补给条件控制,变化较大,局部有小泉或湿地分布,流量一般0.050.20L/s,与河水互为补给关系。 (2)碳酸盐岩岩溶水 碳酸盐岩大面积出露,呈带状分布,按岩性可分为纯碳酸盐岩岩溶水、碳酸盐岩夹非碳酸盐岩岩溶水。岩溶水主要以岩溶裂隙水、岩溶管道水为主,富水不均匀性显著。区域内富水地段主要集中分布在三叠系、二叠系纯碳酸盐岩中
9、,岩溶化程度高,暗河、溶洞中等强烈发育,地下水主要是以岩溶管道或暗河的形式径流,整体向低洼处排泄。地下河密度47142m/km2,泉点流量(暗河)37262 L/s;地下迳流模数一般为3.77.4 L/skm2,钻孔涌水量2201822 m3/d不等。地下水对混凝土的侵蚀性与水源补给方式和岩层内是否夹有石膏层相关。 测区内含岩溶水地层中含水性特征如下: T2g1、T2d地层内泉点流量较小、迳流模数较小、钻孔出水量较小,富水性弱;T2y(灰岩段)、T2g3、 T2yn1、T2d(灰岩段)、T2g2地层内泉点流量较大、迳流模数较大、钻孔出水量较大,富水性中等; T2f 、T1yn2、P1m、P1q
10、、C3mp、C2hn、C1b地层内泉点流量大、迳流模数大、钻孔出水量大,富水性强。 (3)基岩裂隙水 基岩裂隙水包括碎屑岩裂隙水和玄武岩裂隙水。一般不甚丰富,且受地质构造、岩性组合、出露位置地形的控制,使各含水岩组的富水性差异较大。 综上,安六铁路隧道建设面临的主要不良地质风险为:岩溶、涌水突泥、塌方、瓦斯、煤层及采空区。 3、地质复杂程度分级标准 依据铁路隧道超前地质预报技术规程(Q/CR 9217-2015),地质复杂程度分级标准如表1所示: 表1 地质复杂程度分级 注:RC为岩石单轴饱和抗压强度(MPa);max 为最大地应力值(MPa)。 4、隧道超前地质预报的目的 4.1进一步查清隧
11、道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件,指导工程施工的顺利进行。 4.2降低地质灾害发生的机率和危害程度。 4.3为优化工程设计提供地质依据。 4.4为编制竣工文件提供地质资料。 5、隧道综合超前地质预报采用的主要技术方法 隧道综合超前地质预报采用的主要技术方法有地质调查法、物探法、钻探法和超前导坑预报。根据各种方法预报距离的长短,综合地质预报配套模式见图1所示: 图1 综合地质预报配套模式示意图 铁路隧道综合超前地质预报流程框图如图2所示: 图2 铁路隧道综合超前地质预报流程框图 5.1 地质调查法 地质调查分为隧道地表补充地质调查和洞内地质素描两部分。 5.1.1 隧道地表补充地质调查
12、地表补充地质调查在实施洞内地质预报前进行,计划在进场进行洞内预报前实施并完成,完成初步成果图的总结。在后期开展预报工作中根据洞内地质的变化情况,应再适时补充地表地质调查,地表地质调查完成内容如下: 第一,对已有地质勘察成果进行熟悉、核查和确认; 第二,调查地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系,特别是对标志性地层的熟悉和确认; 第三,断层、褶皱、节理密集带等地质构造在地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况; 第四,地表岩溶发育位置、规模及其分布规律; 第五,煤层、石膏、膨胀岩等特殊地层在隧道地表的出露位置、宽度及其产状变化情况; 第六,人为坑洞位置、走向、高程等,分析其与隧道的空间关系。 地
13、表地质调查应完成地质调查预报报告,根据隧道地表补充地质调查结果,结合设计文件、资料和图纸,核实和修正超前地质预报重点区段。 5.1.2 隧道内地质素描 隧道正洞及辅助坑道内的地质素描随隧道及辅助坑道的开挖及时进行,贯穿地质预报工作的始终。对岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段每开挖1个施工循环进行一次地质素描,其它一般地段跟据地质变化情况可适当延长,但应小于10m。 洞内地质调查包括开挖面地质素描和洞身地质素描,主要开展以下工作: 第一,辅助坑道洞内地层、岩性的划分和描述;核对包括地层岩性、断层构造等在内的主要地质界线在隧道洞身的实际位置;进一步确定各断层及其主、次断层(包
14、括影响带)的位置、产状,断层带的物质组成、宽度、富水程度及工程性质。 第二,对洞壁岩体主要结构面(断层、层理及节理、裂隙等)进行定性及定量统计量测,查明主要结构面的产状、性质、延伸长度、张开宽度、粗糙程度、蚀变情况、密度、地下水及充填情况等,并分析优势结构面对围岩稳定性的影响。 第三,对岩体受构造影响程度、节理发育程度、岩体完整程度、富水程度及围岩稳定状态等进行详细编录,据此对围岩级别及其他地质参数进行修正,并提出有针对性的支护、衬砌或超前加固措施意见。 第四,对重点地段,如断层破碎带、节理密集带、不同岩性接触面、地下水富集段落、高地应力区、岩性变化频繁或软硬相间及掌子面地质情况与地面地质调查
15、出入较大等重点地段进行核对和详细的调查与分析评价。 隧道内地质素描工作主要完成开挖面地质素描图、洞身地质展示图绘制、地层分界线及构造线隧道内和地表相关性预报图、地质复杂地段纵断面图和其它一些相关资料。 掌子面地质素描记录表、隧道地质展示图详见附表1和附表2所示。 5.2 物探法 安六铁路采用的物探方法有地震波反射法(TSP)、地质雷达(GPR)和红外探水。 5.2.1地震反射波法(TSP法) 5.2.1.1 研究既有资料 收集隧道设计资料、区域地质资料、工程地质资料等,通过对以上资料的 分析,以达到对整个地区地质情况有一个比较全面了解的目的。 5.2.1.2 TSP观测系统的布置和量测 根据隧
16、道内岩层的走向确定炮孔布置在左边墙或右边墙位置,从掌子面附 近的边墙位置开始布置第一个激发孔,以后每间距1.5m处布置下一个激发孔,激发孔向下倾斜1020(数据采集时需灌水),瓦斯隧道建议向下倾斜约30,孔深为1.5m,连续布置24个激发孔。在第24个激发孔朝着洞口的方向量测1520m,分别在左右边墙的位置布置一个地震波信息接收孔,孔径为 50mm,深度为2m,接收孔向上倾斜510。激发孔与接收孔基本保持在 同一个高度上。待孔全部钻好后需要对孔间距进行量测并与隧道里程发生关系。 图3 TSP观测系统现场布置示意图 接收器孔和炮孔平面分布 上倾 5 横断面(接收器孔) 横断面(炮孔,在左或右侧)
17、 图4 观测系统布置参数 5.2.1.3 TSP测量的野外实施 (1)埋设地震波信息接收探头 TSP测量过程中需要将接收器探头埋设在钢套管中,而钢套管则通过双组分环氧树脂或锚固剂与围岩紧紧耦合在一起。 以便于接收由激发孔激发的地震 波信号。 (2)药包的埋设 每一个激发孔中需要通过小药量炸药人工激发地震波信号。需要说明的是雷管必须采用瞬发电雷管,炸药采用乳化炸药。放炮前需要对激发孔中灌水,起到使爆破产生的能量能尽量在围岩中传播并压制灰尘和消焰的目的。 (3)数据采集 待准备工作就绪后,就可以采集数据。在噪音监测模式下如发现周边环境的噪音低,可以进行数据采集作业并开始放炮。此时起爆器产生的电信号
18、一方面去触发电雷管引爆药包,另一方面给仪器一个信号以打开里边的数据传输通道。通过药包的爆破,所产生的地震波信号很快会被接收探头所接收到并记录下来。依次下去,直到24个激发孔全部放炮完毕为止。 (4)数据处理 将现场采集的资料传输至计算机,利用TSP数据处理软件对其进行处理,通过波形处理后,从地震波形记录中拾取纵波波至和横波波至,根据爆炸点与检波器的距离可分别计算各段围岩的纵波速度vp和横波速度vs。 vp和vs值的大小综合反映了围岩的物理力学性质,根据vp和vs值可直接计算动力学参数,即计算动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和泊松比d,计算式如下: Ed=vs2(3vp2-4vs2)/(vp2-v
19、s2) Gd=vs2 d=(vp2-2vs2)/2(vp2-vs2) 其中,为围岩的密度。 根据绕射重叠法原理(与常规地震反射资料处理中偏移流程的原理类似)计算反射界面与隧道的相对位置,即与隧道轴线的交角或至掌子面的距离。 (5)资料解释 根据TSP法的原理和工作经验,把距离隧道轴线近、能量大的反射波组判释为围岩异常区,并综合地震波速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。解释原则如下所述: 泊松比高说明有流体存在,纵波波速低说明有裂隙存在; S波反射能量强,P波反射能量弱,说明有流体存在; S波反射能量弱,P波反射能量强,说明有裂隙存在; 反射波为正相位时,说明围
20、岩由软弱岩层进入坚硬岩层; 反射波为负相位时,说明围岩由坚硬岩层进入软弱岩层; 当泊松比大于0.28或VP/VS突然增大时,前方地质情况为有水或围岩较破碎; 当静态杨氏模量大于30时,石质坚硬,反之,石质较软; 当反射界面较多且静态杨氏模量和泊松比变化频繁,幅度较大时,围岩为破碎带,若为负反射振幅时,围岩为软弱破碎带。 5.2.1.4 现场TSP测量的时间 (1)清理激发孔、接收孔的时间:20分钟; (2)埋设地震波信息接收探头时间:20分钟; (3)药包的埋设时间:30分钟; (4)放炮及数据采集的时间:40分钟; (5)清理爆破后现场的时间:10分钟。 所以,现场探测总时间约为120分钟。
21、 5.2 .2地质雷达法 5.2.2.1 测线的布置 采用地质雷达法进行超前地质预报时在隧道掌子面上布置测线,在有条件的情况下采用连续测量模式进行;当现场条件不允许(严重凹凸不平)时,采用点测的方法对前方的地质情况进行探测,测点间距不大于0.2m。 5.2.2.2 数据采集 当测线位置确定后,连接仪器各部件并开机检查现场是否有干扰源的存在。如存在干扰源则应想办法清除。如没有干扰的存在,则可以开始数据的采集工作。在地质雷达的数据采集过程中还应该注意以下事宜:测网密度、天线间距和天线移动速度应反映出探测对象的异常,有条件时测线宜采用十字或网格形式布设并采用连续测量的方式,不能连续测量的地段可采用点
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