隧道超前地质预报实施方案

第一章工程、地质及水文 ............................................................................... 3

1.1 工程及地质概况 ..................................................................................................... 3 1.2 地层岩性 ............................................................................................................... 3

1.2.1 第四系上更新统坡洪积层(Q3dl+pl)................................. 3 1.2.2 白垩系下统孙家沟组（K1s) .............................................. 4

1.3 地质构造 ................................................................................................................. 4

1.4 水文地质与气象特征 ............................................................................................. 4 1.5 不良地质及特殊岩土现象 ..................................................................................... 5

1.5.1 新黄土 ................................................................................. 5 1.5.2 膨胀岩 ................................................................................. 5

1.6 环境工程地质 ......................................................................................................... 6

第2章超前地质预测预报目的与设计 ........................................................... 7

2.1 超前预报目的 ......................................................................................................... 7 2.2 超前地质预报设计 ................................................................................................. 7

第3章编制依据 ............................................................................................... 9 第4章地质超前预报方法及程序 ................................................................. 10

4.1 地质预报方法及要求 ........................................................................................... 10 4.2 预报内容 ............................................................................................................... 11 4.3 预期目标 ............................................................................................................... 11 4.4 预报阶段 ............................................................................................................... 12

4.4.1 长期超前地质预报 ........................................................... 12 4.4.2 中期超前地质预报 ........................................................... 12 4.4.3 短期超前地质预报 ........................................................... 13 4.4.4 临兆预报 ........................................................................... 13

4.5 预报频率 ............................................................................................................... 13 4.6 预报程序 ............................................................................................................... 14

第5章设备及人员组成 ................................................................................. 16

5.1 投入使用的主要仪器 ........................................................................................... 16 5.2 人员组成 ............................................................................................................... 16

第6章质量管理及保证措施 ......................................................................... 18

6.1 地质调查法 ........................................................................................................... 18

6.1.1 隧道地表补充地质调查内容： ....................................... 18 6.1.2 隧道内地质素描 ............................................................... 18

6.2 弹性波反射法（TSP） ........................................................................................ 21

中铁十八局集团有限公司赤峰至喀左客运专线CFSG-5标项目经理部

1

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 6.2.1 地震波反射法概述 ........................................................... 21 6.2.2 地震波反射法的数据处理与资料解释规定 .................. 22 6.2.3 地震波反射法超前地质预报应编制探测报告 .............. 22 6.2.4 地震波反射法超前地质预报应相关要求....................... 24 6.2.5 资料分析与判释应符合下列要求 ................................... 28

6.3 加深炮孔法 ........................................................................................................... 29

6.3.1 加深炮孔探测法原理 ....................................................... 29 6.3.2 技术要求 ........................................................................... 29

第7章安全保证措施 ..................................................................................... 30 第8章预报重点及方案措施 ......................................................................... 32

8.1断层预报 ................................................................................................................ 32 8.2断层预报工序 ........................................................................................................ 32 8.3临近断层破碎带的前兆标志 ................................................................................ 33

第9章成果资料编制的内容及要求 ............................................................. 34

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第一章工程、地质及水文

1.1工程及地质概况

×××隧道中心里程为DK124+095，起点里程DK123+750，终点里程DK124+440，隧线全长690米。

本隧道位于内蒙古自治区赤峰市元宝山区，所处地貌为低山区，地形起伏较大，地面高程617.86～6.2，相对高差36.34米，植被较发育，基岩埋深潜，局部出露，隧道最大埋深约28.5米。根据内蒙古自治区地震工程研究勘察院所做本线地震安全性评价报告。工点区地震动峰值加速度为0.20g（地震基本烈度为Ⅷ度）。

隧道整体围岩类别为Ⅳ～Ⅴ级，其中Ⅳ级围岩390m，占隧道56.5%；Ⅴ级围岩218m，占隧道31.6%；明洞、洞门共计82m，占隧道11.9%；隧道进出口为浅埋段，围岩风化强烈，稳定性差，工程地质差。隧道存在的施工风险主要包括：有塌方，突水、突泥，大变形，冻害、下穿古长城等。隧道的不良地质条件、环境条件是都是影响工程进度的重要因素。

1.2 地层岩性

隧址区岩性为：第四系上更新统坡洪积层(Q3dl+pl)新黄土、细砂，下伏白垩系下统孙家沟组（K1s)凝灰岩、砂岩、泥岩。

1.2.1第四系上更新统坡洪积层(Q3dl+pl) 1.2.1.1细砂

黄褐色，松散，稍湿，成分以石英、长石为主，含10%黏性土，含植物根系。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 1.2.1.2新黄土

黄褐色，硬塑，表层含植物根系，分布在隧道进出口及附近表层。 1.2.2白垩系下统孙家沟组（K1s) 1.2.2.1凝灰岩

灰黄色、黑灰色，凝灰质结构，层状构造。 全风化：结构构造已破坏，岩芯呈土状，手撕易碎。 弱风化：节理裂隙很发育，岩芯呈碎块状。 1.2.2.2砂岩

棕灰色、灰褐色、灰绿色，粒状结构，层状构造，泥质胶结。 全风化：结构勾结已破坏，岩芯呈土状，手撕易碎。 强风化：节理裂隙很发育，岩芯多呈柱状，锤击易碎。 弱风化：节理裂隙发育，岩芯呈柱状，锤击不易碎。 1.2.2.3泥砂

棕红色、棕灰色，泥质结构，层状构造。

全风化：结构构造已破坏，岩芯呈土状，手撕易碎。 强风化：节理裂隙很发育，岩芯呈柱状，锤击易碎。 弱风化：节理裂隙很发育，岩芯呈柱状，锤击不易碎。 1.3 地质构造

隧址区为白垩系下统孙家沟组（K1s)凝灰岩、砂岩、泥岩，岩层产状58°∠18°。

1.4 水文地质与气象特征

勘测期间未见地表水，地下水类型为基岩裂隙水，勘测期间地下水

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 埋深16.9m（高程633.20）。地下水主要有大气降水补给，水位季节变化幅度2.0～3.0m。地下水对处于化学侵蚀环境、盐类结晶破坏及氯盐环境中铁路混凝土结构，不具侵蚀性。

气象要素表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 城市 项目 历年极端最高气温（℃） 历年极端最低气温（℃） 历年平均气温（℃） 历年最冷月平均气温（℃） 历年平均相对湿度（%） 历年平均降水量（mm） 历年平均蒸发量（mm） 历年平均风速（m/s） 历年最大风速（m/s） 主导风向 历年大风日数 累年雷暴日数 累年雾日数 历年最大积雪深度（cm） 土壤最大冻结深度（m） 赤峰 （00-09年） 40.4 -27.8 8 -10.6 48.58 309.9 1616.3 2.1 18.2 C 11 - - 19 1.49

1.5 不良地质及特殊岩土现象 1.5.1新黄土

根据相邻工点钻孔15-ZD-3005（DK123+400）取样分析结果，新黄土湿陷系数δs为0.033-0.144，依据《铁路工程特殊岩土勘探规程》(TB10038-2012)综合判定，工点范围内④15层新黄土为强烈湿陷性黄土，该工点场地为自重湿陷性场地，湿陷性等级为II级（中等）。

1.5.2膨胀岩

根据相邻工点钻孔15-ZD-3006（DK124+000）取样分析结果，全风化

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 凝灰岩自由膨胀率Fs=42%，蒙脱石含M=51.%，阳离子交换量CEC（NH4+）=472.28mmol/kg；强风化凝灰岩自由膨胀率Fs=31%，蒙脱石含M=17.11%，阳离子交换量CEC（NH4+）=331.65mmol/kg；全风化泥岩自由膨胀率Fs=31%，蒙脱石含M=42.00%，阳离子交换量CEC（NH4+）=395.48mmol/kg；

强风化泥岩自由膨胀率Fs=30%，蒙脱石含M=36.94%，阳离子交换量CEC（NH4+）=278.68mmol/kg；

全风化砂岩自由膨胀率Fs=15%，蒙脱石含M=7.69%，阳离子交换量CEC（NH4+）=95.58mmol/kg；

强风化砂岩自由膨胀率Fs=15-32%，蒙脱石含M=17.32-25.12%，阳离子交换量CEC（NH4+）=171.80-236.11mmol/kg；依据《铁路工程特殊岩土勘探规程》(TB10038-2012)综合判定，全风化凝灰岩及全风化泥岩具有强膨胀性，强风化凝灰岩及强风化泥岩具有中等膨胀性，全风化砂岩及强风化砂岩具有弱膨胀性。

地质综合气候条件，本隧道风险源主要有主要有坍塌冒落、掉块、围岩失稳、大变形、冻害。

1.6 环境工程地质

根据附近工点15-ZD-3007（DK125+000）孔水质分析结果及地形地貌、水文地质条件，按照《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB1005-2010)综合判定：地下水对处于化学侵蚀环境，盐类结晶破坏及氯盐环境中的铁路混凝土结构，不具侵蚀性。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第2章超前地质预测预报目的与设计

2.1超前预报目的

隧道工程设计的基本依据是地质勘察资料，而隧道施工的依据主要是设计文件。大量的隧道工程建设实践表明，由于受地质勘察深度、精度及经费等诸多条件的，根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生，由此而来的隧道洞内塌方、涌水、涌泥、涌砂、岩爆、岩溶、瓦斯爆炸等灾害时有发生，给隧道施工造成极大的危害。随着人们环境保护意识的进一步提高和国家对安全生产的日益重视，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。因此，在隧道施工期间，采用各种技术、手段和方法对隧道开挖工作面前方地质条件（情况）进行及时准确的预测，是提前采取预防措施、避免灾害的发生或在一定程度上减少因灾害造成的损失、保证隧道施工安全的需要，是满足环境生态保护和安全生产的要求，也是质量控制管理中不可缺少的一环。

隧道地质超前预报的目的如下：

（1）进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导×××隧道工程施工的顺利进行；

（2）降低地质灾害发生的机率和危害程度，减少隧道施工风险； （3）为优化工程设计提供地质依据； （4）为编制竣工文件提供地质资料。 2.2超前地质预报设计

根据地质资料和设计要求，隧道施工时，应通过综合超前地质预报手段探明掌子面前方地质条件，以便采取有效的施工措施，避免施工突

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 发灾害的发生。本设计推荐使用以下方法和程序进行超前地质预测：

（1）采用弹性波发射法对掌子面前方100m~150m范围内的不良地质体的位置、规模、性质做长期预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况，当有异常时适当加密。

（3）在弹性波发射法的基础上采用加深炮孔、地质素描进行短期详细确认。结合预测结果判释，采用加深炮孔、地质素描应针对物探异常进行调整。

（4）对多项预测预报手段所得的资料进行综合分析与评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及前兆进行预测、判断，根据超前地质预测预报结果，相互优化调整措施，以确保施工安全及结构安全。

（5）预报预测范围：按施工图设计图纸和合同要求进行超前地质预报。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第3章编制依据

（1）《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】1 20号）

（2）《铁路隧道超前地质预报技术规程》( Q/CR 9217-2015) （3）《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设【2007】200号） （4）《铁路建设工程风险管理技术规范》（Q/CR 9006-2014） （5）《关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的通知》（建技【2010】352号文）

（6）×××隧道施工图

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第4章地质超前预报方法及程序

4.1地质预报方法及要求

本工程采用的超前地质预报的方法为加深炮孔、地质素描、弹性波反射法。

以地质为中枢，加强隧道地质工作，将地质综合分析贯穿到长期、中期、短期和临兆超前地质预报四个阶段中，实行地质、物探、加深炮孔三结合，优化物探组合，综合应用，确保隧道安全、快速、优质施工，不留后患，全面确保隧道施工取得经济效益、社会效益和环境效益三者的最优结合。

对地质较简单的地段，以洞内地质素描为主。根据对洞内地层岩性、地质构造、岩体节理裂隙的发育情况、地下水的发育情况等，分析围岩的稳定情况，并据此预报开挖工作面前方围岩的工程地质条件、水文地质条件。

对地质条件比较复杂的地段，如地层分界线、角度不整合接触带、物探异常段、次级断层、富水段等，在洞内地质素描的基础上，采用物探超前地质预报方法（弹性波反射法），对隧道开挖工作面前方的地质条件进行预报；

对地质条件特别复杂的地段，如区域性断层、突涌水段等，在洞内加密地质素描，时刻关注地质变化。

根据设计要求，结合该隧道的工程地质条件、水文地质条件和图纸要求，针对不同的地层、岩性以及围岩级别，进行地质超前预报。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 隧道超前地质预报方法表

预报方法 地质调查及地质素描 弹性波发射法 预报内容 岩性、结构面产状及不良地质现象 划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围 探测和了解隧道开挖前方几米范围内围岩的工程地质情况；了解和释放影响隧道掘进施工的地下水；对隧道开挖前方的不稳定岩层进行准确定位 预报工具 地质罗盘、数码相机等 TSP203 预报频率 5m以下1次，重点地段开挖1-2循环1次 按设计文件要求 加深炮孔 按设计文件要求 4.2预报内容

（1）地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报；

（2）地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；

（3）不良地质预测预报，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、及高地应力等发育情况的预测预报；

（4）预报其它不良地质及特殊地质发育情况； 4.3预期目标

（1）配合隧道施工单位，及时进行跟踪开挖工作面超前地质预报； （2）每次现场测试后及时向施工单位、监理单位、业主提交当次预报简报；

（3）对开挖工作面前方的围岩级别提出建议值，为隧道施工决策提供可靠的地质参考依据，提出相应的施工处理建议；

（4）预报准确率达到80%以上； （5）保障隧道施工安全。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 4.4预报阶段

4.4.1长期超前地质预报

长期超前地质预报是对一座隧道的宏观超前地质预报，目的在于确定整座隧道的难点、疑点，重点地段和不良地质作用类型和分布里程，为施工方编制施工组织设计更有针对性，使防灾、减灾措施更加具体，为科学施工提供地质依据，可有效地避免盲目性；指导中短期超前地质预报的顺利进行，并为选择物探手段和物探方法的优化组合提供依据；为隧道施工监控量测的布置突出重点。建议采用的方法有：

1）地质复查法：通过地表地质复查，确认地勘成果可靠性及存在的问题。

2）地质综合分析法：在综合分析地勘成果、设计文件、地质复查的基础上，找准该隧道的重点、疑点、难点地段。

地质综合分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。

4.4.2中期超前地质预报

中期超前地质预报是指对隧道掌子面前方80～120m范围内做出的超前地质预报，其任务是对长期超前地质预报确定的重点地段进一步确认和完善，以期发现新的地质灾害地段，为短期超前地质预报确定目标。建议采用的方法有：

1）地质调查法。

2）物探法：能够探测100～150m距离的适合隧道内短时间作业的物探手段为主，建议用二种以上物探手段，以便对比校核。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 4.4.3短期超前地质预报

短期超前地质预报是指对隧道掌子面前方30～50m范围内，做出的超前地质预报，它是超前地质预报的攻坚阶段，做好该阶段的预报对于提高超前地质预报的准确率具有决定性意义。建议采用的方法：

地质调查法：掌子面素描、地质编录法、正洞左右幅联合断面法。 通过上述方法的综合应用，确定不良地质地段，确定掌子面前方施工围岩级别，为动态设计提供参数和切实可行的施工建议。

4.4.4临兆预报

地质灾害的发生和发展，都有其特殊的前兆反映。当发现断层破碎带、岩溶、突水突泥、塌方、煤系地层有害气体、瓦斯、硬岩岩爆等的临兆反映时，应及时果断地做出临兆预报，尽可能避免更大地质灾害的发生，确保施工安全。

4.5预报频率

在长期超前地质预报的基础上，中期超前地质预报根据探测仪器等综合确定，随隧道施工的推进对本隧址范围内全部探测预报一次；短期超前地质预报在中期预报的结果基础上，对有问题的地段通过加深炮孔进行预报，具体位置及频率见×××隧道超前地质预报工作量统计表。当有特殊情况，应视现场需要确定。地质素描、地质跟踪编录紧随掘进进行，1-2循环1次，当长、中、短期确定的重点不良地质地段，可能有险情时，应及时赶到现场确认地质情况，做出临兆预报或提出处理建议。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 ×××隧道超前地质预报工作量统计表

里程段 长度 地质复杂地质调查地质素描 加深炮孔 弹性波反射 程度分级 法 0.02 0.1 0.02 0.14 228 57 300 57 414 810 DK123+750～95 中等复杂 DK123+845 DK123+845～500 简单 DK124+345 DK124+345～95 中等复杂 DK124+440 合计 690 4.6预报程序

地质超前预报的程序如下：

（1）首先，对待进行超前地质预报的隧道进行详细地质调查，了解隧道区域地质、水文地质条件，初步确定隧道施工超前地质预报的重点和难点段。

（2）然后，在隧道施工过程中，使用TSP203超前地质预报系统进行跟踪地质超前预报，预报距离一般100～150m，根据开挖工作面围岩地质条件可适当调整。

超前地质预报作业的时间和预报次数的安排，主要根据现场施工进度情况而定，一般情况如下：

①开挖工作面地质素描或常规地质工作一般V级围岩开挖5m1次，即开挖4个循环1次，IV级围岩开挖5m1次，即开挖2个循环1次，在围岩地质条件有变化时应加密进行；

②TSP203超前地质预报连续预报时前后两次重叠10m以上。 ③加深炮孔依据设计文件结合长、短距离探测情况实施。 超前地质预报工作程序如下图所示。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 隧道超前地质预报工作程序框图

隧道地质复杂程度分级超前地质预报设计编制超前地质预报实施大纲超前地质预报实施地质综合分析隧道施工方案实施或根据地质预报结论变更设计、施工方案后实施与设计、地质预报结论不符隧道内地质调查与设计、地质预报结论吻合下循环实施编制地质预报月报、年报编制地质预报竣工总报告

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第5章设备及人员组成

5.1投入使用的主要仪器

拟投入使用的主要仪器有：地质罗盘2个，TSP203设备1套，风洞凿岩机3台。

5.2人员组成

超前地质预报工作的产品为文字、图表报告，属技术服务行列，所需人员主要为地质、物探专业技术人员，地质、物探人员可以同时兼顾地质分析、TSP203/TGP206仪器的探测、钻孔岩芯、岩粉的鉴定及孔内情况的监测，但这需要复合型专业人才，一般情况下若几样预报手段同时进行，还需要各负其责。本项目超前地质预报人员组成如下：

设超前地质预报项目负责人1名。

TSP203预报组：负责实施TSP203预报工作，设组长1名，工程师1名，爆破工1名，技工1名。

地质素描组：负责地面调查、隧道地质编录和描述，提出最终预报成果和工程措施建议，地质工程师2名。

加深炮孔：技术指导人员1名，钻工3人。

考虑到资源利用最大化，上述各项工作技术人员可以交叉任职。 施工人员组织安排如下表所示。

人员组成及职责

人 数 工 种 技术 人员 2 工人 无 职 责 地质素描 负责地质素描及地质资料的编制 新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 弹性波反射法 加深炮孔 地质综合判析 2 1 1～2 1名爆破负责TSP203现场数据的采集和室内数据的分析工，1名技及预测报告的编写 工 采集爆破残孔中的数据信息，对地质情况进行钻工3名 描述。 负责对以上预报资料归纳、分析、对比，提出无 预报结论，指导施工，并对以上各预报手段提出下步工作计划。 新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第6章质量管理及保证措施

6.1地质调查法

地质调查法包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描等。 6.1.1隧道地表补充地质调查内容：

（1）对已有地质勘察成果的熟悉、核查和确认；

（2）地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系，特别是对标志层的熟悉和确认；

（3）断层、褶皱、节理密集带等地质构造在隧道地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况；

（4）地表岩溶发育位置、规模及分布规律；

（5）煤层、石膏、膨胀岩、含石油天然气、含放射性物质等特殊地层在地表的出露位置、宽度及其产状变化情况；

（6）人为坑洞位置、走向、高程等，分析其与隧道的空间关系； （7）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，合适和修正超前预报重点区段。

6.1.2隧道内地质素描

是将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，是地质调查法工作的一部分，包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描。隧道内地质素描包括下列主要内容：

6.1.2.1工程地质

（1）地层岩性：描述地层时代、岩性、层间结合程度、风化程度等。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 （2）地质构造：描述褶皱、断层、节理裂隙特征、岩层产状等。断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系、节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征、力学性质，分析组合特征、判断岩体完整程度。

（3）岩溶：岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。

（4）特殊地层：煤层、沥青层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层等应单独描述。

（5）人为坑洞：影响范围内的各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧道的空间关系。

（6）地应力：包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩芯等现象。

（7）塌方：记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。

（8）有害气体及放射性危害源存在情况。 6.1.2.2水文地质

（1）地下水的分布、出露形态及围岩的透水性、水量、水压、水温、颜色、泥砂含量测定，以及地下水活动对围岩稳定的影响，必要时进行长期观测。地下水的出露形态分为：渗水、滴水、滴水成线、股水（涌水）、暗河。

（2）水质分析，判定地下水对结构材料的腐蚀性。

（3）出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等的关系分析。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 （4）必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系。

（5）必要时应建立涌突水点地质档案。 （6）围岩稳定性特征及支护情况

记录不同工程地质、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式以及初期支护后的变形情况。发生围岩失稳或变形较大的地段，详细分析、描述围岩失稳或变形发生的原因、过程、结果等。

（7）进行隧道施工围岩分级。 （8）影像

隧道内重要的和具代表性的地质现象应进行摄影或录像。 6.1.2.3地质调查法技术要求

（1）隧道地表补充地质调查应在实施洞内超前地质预报前进行，并在洞内超前地质预报实施过程中根据需要随时补充，现场应做好记录，并于当天及时整理。

（2）地质素描图应采用现场绘制草图、室内及时眷清的方式完成，必须在现场根据实际情况记录，不得回忆编制或室内制作。地质素描原始记录、图、表应当天整理。

（3）隧道地表补充地质调查和洞内地质素描资料应及时反映在隧道工程地质平面图和纵断面图上，并应分段完善、总结。

（4）标本应按要求采集，并及时整理。 6.1.2.4地质素描技术要求

（1）开挖工作面地质素描，主要描述工作面立面围岩状况，应使用

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 统一格式，并统一编号。

（2）洞身地质素描是对隧道拱顶、左右边墙进行地质素描，直观反映隧道周边地层岩性及不良地质体的发育规模、在空间上对隧道的影响程度等，通过隧道地质展现视图形式表示。

（3）地质素描应随隧道开挖及时进行，对地层性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近等复杂、重点地段应每开挖1-2循环进行一次素描，其他一般地段不应超过5m进行一次素描。

6.1.2.5地质调查法编制资料要求 （1）地质调查法预报报告；

（2）开挖工作面地质素描图，比例尺根据需要确定； （3）隧道洞身地质展视图，比例为1：100~1：500；

（4）地层分界线及构造线隧道内和地表相关性分析预报图（必要时作），比例尺根据需要确定；

（5）地质复杂地段纵、横断面图，比例为1：100~1：500； （6）地质预报与测试资料； （7）有关影像资料。 6.2弹性波反射法（TSP） 6.2.1地震波反射法概述

（1）地震波反射法是利用人工激发地震波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面前方地质情况的一种物探方法。

（2）地震波反射法适用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围，并应符合下列要求：

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 1）测对象与相邻介质应存在明显的波阻抗差异并具有足以被探测的规模；

2）或岩性界面的倾角应大于35°，构造走向与隧道轴线的夹角应大于45°。

（3）地震记录应符合下列规定：

1）背景不应影响初至时间的读取和波形的对比； 2）波同相轴必须清晰；

3）反射法质量检查记录与原观测记录的同相轴应有较好的重复性和波形相似性。

（4）数据采集时应尽可能减少隧道内其他震源震动产生的地震波的干扰，并应采取压制地震波干扰的措施。

（5）地震波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上，预报距离应符合下列要求：

1）在软弱破碎地层或岩溶发育区，一般每次预报距离应为100m左右，不宜超过150m；

2）在岩体完整的硬质岩地层每次可预报120~180m，但不宜超过200m。 6.2.2地震波反射法的施工工艺

（1）爆破孔布置：TSP203超前地质预报系统洞内布置的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，一般情况下，它是由两个接收器孔和24个爆坡孔组成。接收器距掌子面约55m,在隧道两侧对称布置，最后一个爆破孔距掌子面约0.5m。爆破孔间距1.5m，孔深1.5m，孔径35～38mm，孔口距隧底约1.0m，向下倾斜10°～20°，接收

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 器与第一个爆破孔间距20m，接收器孔深2.0m，孔径43～45mm，孔口距隧底1.0m，向下倾斜5°～10°。

（2）埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌。待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面。

检测孔 检测孔 20m 爆破孔 掘进方向 检测方向

1# ######## 2#～16# 17181920 212223240.5m 23×1.5m TSP203检测钻孔平面布置示意图 （3）连线检查：把传感器、检波器（电脑）、起爆器、同步器连接起来，并检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连。

（4）测量时间：测量时间选在施工交时间，要求工作面800m范围内不得有机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等。

（5）装药爆破：由最里边炮孔开始，逐个依次装药联线，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在10～40g左右。

（6）成果分析

1）采用TSP203自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前方围岩的物理特性，岩层分界线、

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 软弱带、断层的位置等信息。

2）依据时间剖面图、瞬时振幅图结合地质资料进行分析，对比和追踪波组的相似性、波振幅的衰减程度、振动的同相性和连续性等特征，判释和确定反射波组对应的层位、被测地质体的接触关系、构造形态等；

3）根据上行波和下行波视速度的差异，确定反射界面在隧道轴向前方的距离、反射界面与洞轴方向的夹角。

6.2.3地震波反射法超前地质预报应编制探测报告 （1）概况：隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等； （2）方法原理及仪器设备：方法原理及采用的仪器型号等； （3）野外数据采集：观测系统、采集方法、数据质量等； （4）数据处理：采用的软件及处理流程、参数选择说明、处理成果及质量等；

（5）资料分析与判释：采用地震波反射法时，应附上反射波分析成果显示图、物探成果地质解释剖面或平面图，必要时可附上分析处理波形图、频谱图、深度偏移剖面图及岩体物理力学参数表，以及地质判释、推断的地球物理准则；

（6）结论及建议：提出隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，特别是影响施工方案调整、具有安全隐患的地质条件，以及施工过程中应采取的措施等结论和进一步开展地质预报工作的建议；

（7）其他需要说明的问题。

6.2.4地震波反射法超前地质预报应相关要求 （1）观测系统设计应包括下列内容：

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 1）隧道相关地质勘察和设计资料；

2）隧道施工情况及地质条件，确定接收器和炮点在隧道左右边墙的位置。

3）仪器和炮点位置应在同一平面和高度上；

4）情况特殊或需要探测复杂地质隐患时，观测系统设计要灵活应用，但必须根据相关理论来设计观测系统。

（2）现场数据采集应符合下列规定：

1）隧道现场，根据设计的观测系统，确定所有接收点和炮点的位置，并做出相应的标识；

2）钻孔

①爆破孔布置：TSP203超前地质预报系统洞内布置的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，一般情况下，钻孔的位置不应偏离设定的位置；特殊情况下，以设定的位置为圆心，可在半径0.2m的范围内移位；

孔身应平直顺畅，能确保耦合剂、套管或炸药放置到位； 在不稳定的岩层中钻炮孔时，可采用外径与孔径相匹配的薄壁塑料管或PVC管插入钻孔，防止坍孔。

②埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌。待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面。

3）安装套管

①用环氧树脂、锚固剂或加特殊成分的不收缩水泥砂浆作为耦合剂，

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 安装接收器套管；

②用电子倾角测量仪测量接收器孔的几何参数，并作好记录。 4）装填炸药

①装填炸药前，用电子倾角测量仪和管卷尺测定炮孔的倾角和深度，并作好记录；

②炸药量的大小应通过试验确定； ③用装药杆将炸药卷装入炮孔的最低部；

④在激发前，炮孔应用水或其他介质充填，封住炮口，确保激发能量绝大部分在地层中传播。

5）仪器安装与测试 ①用清洁杆清洗套管内部；

②将接收单元插入套管，并应确保接收器的方向正确； ③采集信号前应对接收器和记录单元的噪音进行测试。 6）数据采集

①设置采集参数：采集参数主要包括采样间隔、采样数、传感器分量（应用X、Y、Z三分量接收）以及接收器。

②噪音检查：数据采集前，应对仪器本身及环境的噪音进行检测。仪器工作正常，噪音振幅峰值小于-78db时，方可引爆雷管炸药接收记录。

③数据记录：放炮时，准确填写隧道内记录，在放炮过程中应采用炮序号递增或递减的方式进行，确保炮点号正确。

7）质量控制应符合下列要求：

通过检查显示地震道的特征进行数据质量控制。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 ①在每一炮数据记录后，应显示所记录的地震道，据此对记录的质量进行控制。

②用直达波的传播时间来检查放炮点的位置是否正确，以及使用的雷管是否合适。

③根据信号能量，检查信号是否过强或过弱。若直达波信号过强或过弱，应将炸药量适当减少或增加。

④根据初至波信号特性，对信号波形进行质量控制。若初至后出现鸣振，表明接收器单元没有与围岩耦合好或可能是由于套管内污染严重造成。这样，应清洁套管和重新插入接收单元，直至信号改善为止。

⑤根据每一炮记录特征，了解存在的噪音干扰，必要时应切断干扰源，同时也可检查封堵炮孔的效果。

⑥对记录质量不合格的炮，应重新装炸药补炮，接收和记录合格的地震道。

（3）采集信号的评价应符合下列要求：

1）单炮记录质量评价。单炮记录质量评价分为合格、不合格两种。凡是下列缺陷之一的记录，应为不合格记录。

①X、Y、Z三分量接收器接收时，存在某一分量不工作或工作不正常； ②初至波时间不准或无法分辨；

③信噪比低，干扰波严重影响到预报范围的反射波； ④记录序号（放炮序号）与炮孔号对应关系错误。 除上述规定的不合格记录外的记录为合格记录。

2）总体质量评价。总体质量评价依据所有的单炮记录，按偏移距大

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 小重排显示（地震显示）进行。总体质量评价分为合格、不合格两种。当符合下列要求时为总体合格：

①观测系统（炮点、接收点等设计）正确，采集方法正确； ②记录信噪比高，初至波清晰； ③单炮记录合格率大于80%。

当有下列缺陷之一时，为总体不合格：

①隧道内记录填写混乱，记录序号（放炮序号）与炮孔号对应关系不清；

②采用非瞬时电雷管激发，或者初至波时间出现无规律波动（延迟）； ③连续2炮以上（含2炮）记录不合格或空炮，或者存在相邻的不合格记录和空炮；

④空炮率大于15%。

6.2.5资料分析与判释应符合下列要求 ①采用仪器配套的处理软件进行分析。 ②总体质量不合格的资料不得用于成果分析。

③准确输入野外采集参数，包括隧道、接收器和炮点的几何参数等。 ④剔除不合格的地震道，只有合格的才能参与出理。

⑤应根据预报长度选择合适的用于处理的时间长度；带通滤波参数合理，避免波形发生畸变；提取的反射波，应确保波至能量足够；速度分析时，建立与预报距离相适应的模型；反射层提取时，根据地质情况和分辨率选择提取的反射层数目。

⑥资料判释应结合隧道地质勘察资料、设计资料、施工地质资料、

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 反射波分析成果显示图及岩体物理力学参数等进行。综合上述成果资料，推断隧道开挖工作面前方围岩等的工程地质与水文地质条件，如软弱夹层、断层破碎带、节理裂隙发育情况等资料，参照有关规范可对围岩级别进行初步评估。

6.3加深炮孔法

6.3.1加深炮孔探测法原理

加深炮孔探测法是在掌子面钻眼的时候，为了确定下一循环的围岩情况而加深炮眼（一般孔深5-8m，该孔既作为探测孔，又可作为爆破孔），来探测掌子面前方的溶洞、泥槽、涌水、流沙等的一种超前地质预报方法。在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质资料，综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定不良地质体的规模。

6.3.2技术要求

（1）孔深：较爆破孔深3m以上。 （2）孔径：与爆破孔径相同。

（3）数量：一般地段每断面拱部1点、两侧边墙各1点。特殊地质地段加密。

（4）钻孔过程中发现富水或溶洞等异常情况应及时反馈信息，并采用其他预报手段进行综合预报，查明情况确保施工安全为变更设计提供依据，严谨盲目装药放炮。

（5）加深炮孔探测严禁在爆破残眼中实施。 （6）揭示异常情况的钻孔资料应作为技术资料保存。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第7章安全保证措施

认真贯彻执行党和国家的安全生产方针、，严格执行铁道部颁发有关施工规范和安全技术规则，对预报人员进行岗前安全教育培训，牢固树立“安全第一、预防为主”和“管生产必须管安全”的思想意识。建立健全安全保证体系，领导挂帅，全员参加，使安全工作制度化、经常化，并贯穿预报全过程。具体的安全保证措施如下：

1. 超前地质预报人员应认真学习执行隧道施工安全规程和钻探安全技术操作规程。

2. 地质预报工作必须在现场进行完凿顶作业后进行，操作空间上方、周围应无安全隐患，特别是钻探掌子面附近应无危石存在，确保预报人员的安全。

3. 进洞应带好安全帽、穿防高压电的雨靴，注意操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探掌子面附近是否还有危石存在。

4. 钻机使用高压风、高压水，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂，高压风水伤人；高压电路接线应由专业电工操作，一般人员不得操作

5. TSP203现场采集数据使用灵敏度很高的高爆速炸药，危险性较大，应由专业爆破工操作。

6. 若岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物，应采用水循环钻，且勿干钻，电机、照明设备、开关及其他机械设备也应采用防爆型，且不得携带烟火进洞。

7. 为便于控制超前钻孔揭露岩溶水时的水流及采取措施，孔口应安

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 设孔口管和闸阀，但孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。

8. 钻孔时，钻机前方安设挡板，防止泥沙冲出伤人。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第8章预报重点及方案措施

重点、难点工程的预报如：断层破碎带、节理密集带、岩性接触带、地下水富集带、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调绘出入较大等重点地段进行核对和详细的调查与分析评价。具体说明如下：

8.1断层预报

1. 断层预报应探明断层的性质、产状、富水情况、在隧道中分布位置、断层破碎带的规模、物质组成等，并分析其对隧道的危害程度。

2. 断层预报应以地质调查法为基础，以弹性波反射法探测为主，必要时采用红外探测、高分辨率直流电法探测断层带地下水的发育情况及超前钻探法验证。

3. 当隧道施工接近规模较大的断层时，多具有明显的前兆，可通过地表补充地质调查、洞内地质调查、地表与地下构造相关性分析、断层趋势分析等手段预报断层的分布位置。

4. 断层破碎带与周围介质多存在明显的物性差异，可采用弹性波反射探测破碎带的位置及分布范围。

5. 断层为面状结构面，可采用超前钻探法较准确预报其位置、宽度、物质组成及地下水发育情况等。

8.2断层预报工序

1. 根据区域地质资料、工程地质平面图与纵断面图以及必要的地表补充地质调查，进一步核实断层的性质、产状、位置与规模等。

2. 采用弹性波发射法确定断层在隧道内的大致位置和宽度。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 3. 必要时采用红外探测、高分辨直流电法探测断层带地下水的发育情况。

4. 必要时采用超前钻探预报断层的确切位置和规模、破碎带的物质组成及地下水的发育情况等。

5. 采用隧道内地质素描、断层趋势分析等手段预报断层的分布位置。 6. 地质综合判析，提交地质综合分析成果报告。 8.3临近断层破碎带的前兆标志 1. 节理组数急剧增加； 2. 岩层牵引褶曲的出现； 3. 岩石强度的明显降低；

4. 压碎岩、破碎岩、断层角砾等的出现；

5. 临近富水断层前下盘泥岩、页岩等隔水层明显湿化、软化，或出现淋水和其他涌水突水现象。

新建铁路工程×××隧道超前地质预报专项方案 第9章成果资料编制的内容及要求

按照《铁路隧道超前地质预报技术指南》要求，及时填写各种施工记录和质量记录。

1.地质素描：每次地质素描应填写施工阶段围岩级别判定卡（《指南》中附录E.2.2）和隧道地质展示图（《指南》中附录F），按照表格内容认真填写、描绘；影像资料做好备份。

2.TSP法探测：按6.2中的要求执行。 3.各种探测方法的原始记录保存完整。

4.外委的超前地质预报报告电子版应在24小时内提交，最迟不得超过36小时，1周内向各方书面报送超前地质预报分析报告；必要时提交临兆预报。

6. 按时提交超前地质预报月报、年报、超前地质预报竣工总结报告。

目 录

第一章工程、地质及水文 ............................................................................... 1

1.1工程及地质概况 ...................................................................................................... 3 1.2 地层岩性 ................................................................................................................. 3

1.2.1第四系上更新统坡洪积层(Q3dl+pl).................................. 3 1.2.2白垩系下统孙家沟组（K1s) ............................................... 4

1.3 地质构造 ................................................................................................................. 4

1.4 水文地质与气象特征 ............................................................................................. 4 1.5 不良地质及特殊岩土现象 ..................................................................................... 5

1.5.1新黄土 .................................................................................. 5 1.5.2膨胀岩 .................................................................................. 5

1.6 环境工程地质 ......................................................................................................... 6

第2章超前地质预测预报目的与设计 ........................................................... 7

2.1超前预报目的 .......................................................................................................... 7 2.2超前地质预报设计 .................................................................................................. 7

第3章编制依据 ............................................................................................... 9 第4章地质超前预报方法及程序 ................................................................. 10

4.1地质预报方法及要求 ............................................................................................ 10 4.2预报内容 ................................................................................................................ 11 4.3预期目标 ................................................................................................................ 11 4.4预报阶段 ................................................................................................................ 12

4.4.1长期超前地质预报 ............................................................ 12 4.4.2中期超前地质预报 ............................................................ 12 4.4.3短期超前地质预报 ............................................................ 13 4.4.4临兆预报 ............................................................................ 13

4.5预报频率 ................................................................................................................ 13 4.6预报程序 ................................................................................................................ 14

第5章设备及人员组成 ................................................................................. 16

5.1投入使用的主要仪器 ............................................................................................ 16 5.2人员组成 ................................................................................................................ 16

第6章质量管理及保证措施 ......................................................................... 18

6.1地质调查法 ............................................................................................................ 18

6.1.1 隧道地表补充地质调查包括下列内容：....................... 18 6.1.2隧道内地质素描 ................................................................ 18

6.2弹性波反射法（TSP） ......................................................................................... 21

6.2.1地震波反射法概述 ............................................................ 21 6.2.2地震波反射法的数据处理与资料解释规定 ................... 22 6.2.3地震波反射法超前地质预报应编制探测报告 ............... 22 6.2.4地震波反射法超前地质预报应相关要求........................ 24 6.2.5资料分析与判释应符合下列要求 .................................... 28

6.3 加深炮孔法 ........................................................................................................... 29

6.3.1加深炮孔探测法原理 ........................................................ 29 6.3.2技术要求 ............................................................................ 29

第7章安全保证措施 ..................................................................................... 30 第8章预报重点及方案措施 ......................................................................... 32

8.1断层预报 ................................................................................................................ 32 8.2断层预报工序 ........................................................................................................ 32 8.3临近断层破碎带的前兆标志 ................................................................................ 33

第9章成果资料编制的内容及要求 ............................................................. 34

新建赤峰至京沈高速喀左站铁路工程CFSG-5标

×××隧道超前地质预报专项方案

中铁十八局集团有限公司

赤峰至喀左客运专线CFSG-5标项目经理部

2016年8月