隧道超前地质预报方案全.docx
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1、隧道超前地质预报方案目录第一章工程概况及重难点11.1 工程概况11.2 工程重、难点1第二章编制依据及范围22.1 编制依据21 .1.1相关技术规范、标准22 .L2大洋站青岛北站区间设计文件22.L3详勘地质报告成果资料32.2编制范围3第三章地质预报的目的3第四章隧道超前地质预报方案制定原则341分级原则343连续及全覆盖原则54.4动态管理原则5第五章地质概况55.1 地层岩性55.1.1 第四系55.1.2 基岩55.2 地质构造8521区域地质构造8522近场区地质构造953不良地质作用与特殊性岩土105.3.1不良地质作用1053.2特殊性岩土115.4水文地质条件12541地
2、下水类型及赋存状态12543岩土体渗透性12第六章超前地质预报方案61超前地质预报方案136.1.1隧道左线预报方案146.1.2隧道右线预报方案1461.3预计超前预报工作量146.2超前地质预报实施流程14第七章超前地质预报技术要求157.1 TSP超前地质预报15721预报原理15722设备16723测线布置17724数据采集与分析177.2 地质雷达超前探测187.4超前地质探孔20第八章资料整理、成果分析及报告编写208.1 资料整理208.1.1 资料整理必须遵循全面性、科学性、及时性和针对性的原则208.1.2 资料整理的内容218.2 成果分析218.3 报告编写21第九章成果
3、资料提交2291即时报告2292日常报告2293最终报告22第十章施工超前地质预报组织机构以及设备、人员配置2210.1 项目组织机构2210.2 超前预报主要人员配置23第十一章工期及质量安全保证措施24ILl工期的保证措施24ILLl超前地质预报工期目标24ILL2各预报手段作业安排及预报时间2411.L3工期保证措施251L2质量保证措施251121质量目标与管理体系251122质量管理制度261123质量保证措施2611.3安全保证措施271131安全管理目标271132安全管理制度271L3.3安全保证措施2811.3.4安全防范措施29第十二章环境保护措施29第十三章安全应急预案3
4、013.1 应急组织机构框图3013.2 抢险应急小组311321小组成员311322抢险组织机构各项职责3113.3 应急响应3113.3.1 事故分级3113.3.2 分级响应3213.3.3 响应程序3213.4 应急物资储备及管理3313.5 应急人员培训3413.6 应急演练3513.7 专项应急救援预案3513.7.1 防伤害应急预案3513.7.3防机械伤害应急预案371375管线破坏应急预案371376区间暗挖塌方应急预案381377隧道涌水突泥应急预案391377.1局部涌水突泥应急预案3913.772特大涌水突泥应急预案3913.7.8停电应急预案41第一章工程概况及重难点
5、1.1 工程概况1.2 工程重.难点第二章编制依据及范围2.1 编制依据2.1.1 相关技术规范、标准隧道超前地质预报方案编制主要依据隧道勘察、设计相关规范及标准。岩土工程勘察规范(GB50021-20012009版)公路隧道设计规范(JTGD70-2004)公路土工试验规程(JTGE402007)公路工程地质勘察规范(JTGC20-2011)铁路隧道超前地质预报技术规程(Q/CR9217-2015)铁路工程岩土分类标准(TB10012-2007)铁路工程不良地质勘察规程(TB10027-2012)铁路工程特殊岩土勘察规程(TB10038-2012)铁路工程地质钻探规程(TB10014-201
6、2)铁路工程物理勘探规范(TB10013-2010)铁路工程水文地质勘察规程(TB10049-2014)铁路工程岩石试验规程(TB10115-1998)铁路工程水质分析规程(TB10104-2003)铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)建筑抗震设计规范(2008修订版)(GB500112001)铁路隧道设计规范(TB10003-2005)o2.1.2 区间设计文件针对本隧道存在的断层构造发育、岩体种类繁多、岩性界面形态复杂的特点,结合本隧道水下施工的特点,将施工超前地质预报作为一道施工工序纳入设计,设计按照安全第一、预防为主的原则制定,即超前地质预报采用以地质分析为主,长距离宏观预
7、报与短距离精确预报相结合、超前探孔与物探相结合、多种物探方法相互补充验证、定性与定量相结合的综合超前预报方案,具体方案如下:(1) TSP超前探测:全程进行TSP超前探测,对断层破碎带、裂隙发育带、岩性界面处进行重点探测。(2)红外探水:采用红外探水仪探测,对隧道海域段进行水文探测。(3)地质雷达探测法:地质雷达通过向地层中发射宽带、高频电磁波,并对所接收到的反射波进行一系列处理,精确地测定出电磁脉冲传播到目标物并反射回来的时间,由此来确定目标物的深度和位置等,探测距离较短,尤其对断层破碎带探测较为有效。在区间隧道重点地段,根据现场实际需要布置。(4)超前地质探孔:通过钻孔直观的了解前方地质、
8、水文情况。2.1.3 详勘地质报告成果资料详见详勘阶段地质勘查报告。2.2 编制范围编制范围为青岛市地铁8号线大洋站至青岛北站区间,具体里程见表2-1:表2-1区间里程表编号隧道名称起迄桩号长度(m)工程地质概况各级围岩长度(m)mIV隧道右线YDK38+895.0633869微中风化流纹岩、安山岩、凝灰岩,强中风化泥质粉砂岩、角砾岩,硬塑粉质粘土,软塑淤泥质土2141.5622.51105YDK42+7642隧道左线ZDK38+895.06338752141.4629.21104.4ZDK42+770.69第三章地质预报的目的(1)进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题,进而指导隧道施
9、工的顺利进行,减少隧道施工的盲目性;(2)降低隧道施工地质灾害发生的几率,保证隧道施工安全;(3)为隧道动态设计和信息化施工提供基础资料,使隧道设计施工更科学、安全和快捷;(4)为编制竣工文件提供地质资料,为隧道长期安全运营提供基础资料。第四章隧道超前地质预报方案制定原则4.1分级原则根据隧道的工程地质与水文地质条件,就地质因素对隧道施工影响程度及其诱发环境问题的程度等,分段对隧道进行地质复杂程度评价与分级。不同级别的地段、不同的地质问题采取不同的预报方法组合。隧道地质复杂程度分为很复杂、复杂、中等复杂和简单四级,具体分级方法见表4-1。隧道地质复杂程度分级方法表4-1复杂程度分级影响因素很复
10、杂复杂中等复杂简单地质复杂程度(含物探异常)岩溶发育程度强烈发育,以大型暗河、廊道、较大规模溶洞、竖井和落水洞为主,地下洞穴系统基本形成中等发育,沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀,中小型串珠状洞穴发育,地下洞穴系统未形成,有小型暗河或集中径流弱发育,沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴,裂隙连通性差,少见集中径流,常有裂隙水流微弱发育,以裂隙状岩溶或溶孔为主,裂隙不连通,裂隙透水性差涌水涌泥程度特大型涌突水(涌水量100000m3d)、大型涌突水(涌水量10000100000m3d)、突泥,高水压大型涌突水(涌水量100010000m3d)、突泥中型涌水(涌水量1001000m3d)、
11、涌泥小型涌水(涌水量100m3/d),涌突水可能性极小断层稳定程度大型断层破碎带、自稳能力差、富水,可能引起大型失稳坍塌中型断层带,软弱,中弱富水,可能引起中型坍塌中小型断层,弱富水,可能引起小型坍塌中小型断层,无水,掉块地应力影响程度极高应力(Rcmax4),开挖过程中硬质岩时有岩爆发生,有岩块弹出;软质岩岩芯常有饼化现象,岩体有剥离,位移极为显著高应力(Rcmax=4-7),开挖过程中硬质岩可能出现岩爆,岩体有剥离和掉块现象;软质岩岩芯时有饼化现象,岩体位移显著瓦斯影响程度瓦斯突出:瓦斯压力P0.74Mpa,瓦斯放散初速度W10,煤的坚固性系数f0.5,煤的破坏类型为11I类及以上高瓦斯:
12、全工区的瓦斯涌出量05m3min低瓦斯:全工区的瓦斯涌出量0.5m3min无地质因素对隧道施工影响程度危及施工安全,可能造成重大安全事故存在安全隐患可能存在安全问题局部可能存在安全问题诱发环境问题的程度可能造成重大环境灾害施工、防治不当,可能诱发一般环境问题特殊情况下可能出现一般环境问题无隧道施工超前地质预报方法有多种,特别是物探方法,种类繁多,目前还没有任何一种物探方法能够适用于所有不良地质的探测。隧道施工超前地质预报方案设计应针对不同隧道存在的不同地质问题,选择适用的预报方法,特别在物探方法的选择方面,应通过一种或多种物探方法的有效组合,发挥不同物探方法的优势,以达到预报目的。4.3 连续
13、及全覆盖原则隧道施工超前地质预报应该覆盖全隧道,隧道各段落的预报可依据其地质条件复杂程度选用不同的地质预报方法及手段,但整个隧道的超前地质预报工作应遵循连续预报的原则,即应避免地质条件差时重视开展超前地质预报工作,地质条件好时忽视超前地质预报工作的做法。4.4 动态管理原则隧道施工超前地质预报方案设计依据的基础地质资料是区域地质资料及隧道勘察成果资料等,隧道施工过程中隧道的工程地质条件与水文地质条件可能会发生一定的变化。隧道施工超前地质预报方案应依据变化的地质条件进行实时调整,调整的内容包括预报方法及手段的调整、预报工作量的调整等。第五章地质概况5.1 地层岩性场区第四系厚度0.00-38.4
14、0m,主要由第四系全新统人工填土层(Q4ml)、海积层(Q4m)、洪冲积层(Q4alpl)及上更新统洪冲积层(Q3alpl)组成。基岩为白垩系青山群流纹岩、安山岩、凝灰岩和王氏群泥质砂岩及火山角砾岩等。受断裂影响,部分地段揭露砂土状块状碎裂岩、糜棱岩等构造岩。现按地质年代由新到老、标准地层层序自上而下分述如下:5.1.1 第四系5.1.2 基岩5.2 地质构造5.2.1 区域地质构造5.2.2 近场区地质构造5.3 不良地质作用与特殊性岩土5.3.1 不良地质作用(1)地震液化(2)软土震陷5.3.2 特殊性岩土(1)人工填土(2)软土(3)风化岩(4)构造破碎带5.4 水文地质条件5.4.1
15、 地下水类型及赋存状态5.4.2 地下水补给5.4.3 岩土体渗透性第六章超前地质预报方案6.1超前地质预报方案在研究隧道已有的地质资料(区域地质资料、隧道勘察资料及其他专项评估报告等)的基础上,进行隧道风险因素分析识别,识别隧道主要的地质风险因素,即隧道施工存在的主要不良地质及特殊地质现象,以及这些不良地质及特殊地质的具体分布段落。依据识别出的地质风险因素,进行隧道地质复杂程度分级,明确隧道施工超前地质预报选用的手段及方法,以及各种手段、方法应用的具体段落部位、施做频次、前后搭接长度、工作量大小等。针对隧道施工存在的地质问题,并依据其复杂程度,结合设计要求,本次开展超前地质预报方法主要采用地
16、质素描、TSP,地质雷达、红外探测和超前地质探孔等方法,采用长距离宏观预报与短距离准确预报相结合,地质方法与物探方法、钻探方法相结合,多种物探方法相结合的综合预报方法,开展多层次、多手段的超前地质预报。具体方案如下:(1)TSP超前探测:对隧道全程进行探测,重点探测隧道围岩的完整程度、地下水发育情况等,根据地层情况每次预报长度100150m,前后两次预报搭接长度不小于IOmo(2)地质雷达:在TSP长距离探测的基础上,采用地质雷达进行短距离精确探测,每次预报长度1530m,两次搭接不少于5mo(3)红外探水:对隧道海域段及陆域段地下水丰富的洞段进行探测,重点探测地下水发育情况,掌握掌子面前方的
17、富水情况,每次预报长度30m,前后搭接长度不小于5mo(4)超前地质探孔:在隧道断面上方设3个90超前地质探孔,对隧道全程进行探测,直观探测前方地层及地下水发育情况,掌握掌子面地质情况,每次预报长度30m,前后搭接长度不小于5mo具体工作方法如下:6.1.1 隧道左线预报方案表6-1隧道左线预报方案隧道里程段综合围岩分级全段采取的预报方案ZDK38+895.063ZDK42+770.6911I-VTSP203.红外探水、地质雷达、超前地质探孔6.1.2 隧道右线预报方案表6-2隧道右线预报方案隧道里程段综合围岩分级全段采取的预报方案YDK38+895.063YDK42+76411I-VTSP2
18、03.红外探水、地质雷达、超前地质探孔6.1.3 预计超前预报工作量表6-3计划工作量隧道名称预报长度(m)红外探测TSP地质雷达地质钻孔隧道左线2537387538753875隧道右线2537386938693869合计50747744774477446.2超前地质预报实施流程隧道施工超前地质预报工作采用长短结合、上下对照、定性与定量相结合,多方法、多频次相互印证的原则,进行综合施工超前地质预报,以提高重点地段预报的质量和精度。综合施工超前地质预报流程图见图6-1:图6-1综合超前地质预报工艺流程图第七章超前地质预报技术要求7TSP超前地质预报TSP203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工
19、程超前地质预报研制开发的目前世界上在这个领域最先进的设备,它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况,弥补传统地质预报方法只能定性预报无法定量预报的缺陷。它不仅可以及时地为隧道施工变更施工工艺提供依据,而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性,为隧道施工提供施工更安全保障,减少人员和设备的损伤,同时也就带来很大的经济效益。TSP203每次可探测100200m,为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报,每开挖100m预报一次,重叠部分(不小于IOm)对比分析,每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。7.2.1 预报原理TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来
20、预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的JSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点(通常在隧道的左或右边墙,大约24个炮点)用小量炸药激发产生,当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带和岩性变化等)时,一部分地震信号反射回来,一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收,数据通过TSPwin软件处理,就可以了解隧道工作面前方不良地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)和位置及规模。原理示意图见图7-1图7-1TSP203原理示意图7.2.2 设备采用TSP2O3plus超前地质预报系统,系统主要组成:(1)记录单元:12道,24位A/
21、D转换,采样间隔62.5s和125s,最大记录长度为1808.5ms,动态范围120dBo(2胺收器(检波器):三分量加速度地震检波器,灵敏度为1000mVg5%,频率范围为0.55000Hz,共振频率9000Hz,横向灵敏度1%,操作温度065oCo(3)TSPwin软件:数据采集和处理集于一体。设备全图见图7-2。图7-2TSP设备全图7.2.3 测线布置(1)接收器孔位置:在隧道边墙(面对掌子面),距离掌子面大约50mo数量:2个,隧道左、右边墙各一个。直径:43-45mm/孔深2m。布置:沿轴径向,用环氧树脂固结,向上倾斜10。左右。高度:离地面ImO(2)炮孔位置:在隧道的右边墙。第
22、一个炮孔离接收器16mz其余炮孔间距为1.5mo数量:24个直径:38mm孔深1.5m。布置:沿轴径向,向下倾斜10-20(激发时水封填炮孔)。高度:离地面约1m。7.2.4 数据采集与分析TSP203+超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大部分。(1)洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大部分组成。洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器、方攵炮接收信号等过程。具体的洞内部分采集见图7-3o图7-3TSP203洞内数据采集部分示意图(2)室内计算机分析处理采集的TSP数据,通过TSPwin软件进行处理。TSPwin软件处理流程包括11个主
23、要步骤,即:数据设置一带通滤波T初至拾取一拾取处理一炮能量均衡TQ估计一反射波提取-P-S波分离一速度分析一深度偏移一提取反射层。通过速度分析,可以将反射信号的传播时间转换为距离(深度),可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置,并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体质。(3)提交资料室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告,报告一般包括:成果资料、现场数据记录表、岩石参数曲线图(横坐标为里程)、二维结果图(横坐标为里程)及岩石参数表。7.2地质雷达超前探测作为TSP203超前地质预报的补充,在地质条件复杂的地段,使用地质雷达进行超前探测
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