新建铁路温州乐清湾港区铁路支线工程SG02标超前地质预报施工专项方案
（2）构造
隧道开挖段围岩受地质构造影响程度、延伸性、表面粗糙度、张开性、风化、破碎程度等进行描述，特别是岩体范围内出现的断层、节理、裂隙、软弱夹层等重点进行地质描述。断层应对其位置、产状、性质、破碎特性、宽度等一一进行观测和描述；节理裂隙，特别是贯通性节理的产状密度、延伸情况、节理面现状等也要仔细量测和统计。使用地质罗盘仪对岩层产状要素（包括岩层的走向、倾向和倾角）的测量。
（3）地下水
围岩的含水状态、涌水部位、水量、水压、水温、水质等描述并长期跟踪调查是否受季节性影响，特别是大、暴雨后观察涌水部位涌水量有无增减以及该段地表一定范围内是否有水源补给情况并作好记录。
（4）围岩变形破坏情况
开挖段围岩发生坍方、掉块、岩爆等现象的位置、性质、形态、规模作详细记录，必要时附上工程处理措施。
（5）有害气体及危害源存在情况
有条件时使用数码相机、摄影等工程地质数据采集和编录系统，做到图文并茂。
不良地质体在被揭露之前往往表现一些明显或不明显前兆标志，预示着隧洞即将临近不良地质体，因此，仔细观察、描述开挖石渣、洞壁结构面及岩层形态、量测结构面及岩层特征参数，是正确进行超前地质预报的关键。 6.2.2 TSP203超前地质预报系统
1）超前地质预报系统
TSP与超前地质钻探（1孔）组合：适用于在工程地质复杂地段，仅采用TSP超前地质预报系统不能满足需要时，用补充超前地质钻孔对TSP预报成果加以核查与确认。
2）施工流程 施工流程图如下所示
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施工开超前地质预报 信息综合处理 调整施工方法和支护参数 始 是否与 设计一致 按设计施工 图6.2－1 TSP超前地质预报施工流程图 TSP203系统在围岩较好的地段可测出前方100～200m范围内的岩层分接口、岩层的物理性质、断层破碎带、洞穴、隐伏含水体等；围岩完整性较差时，预测范围在50～100m之间，需连续预报时前后两次应重叠10m以上。根据局项目部安排，此项物探方法委外，由专业探测人员现场具体操作，各作业队积极配合。
原理：通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其接口处被反射，并被高精度的接收器接受。通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围岩结构面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。但仪器在作业过程中对环境的要求较高，若噪声过大则会影响采集数据的准确性。探测方法为：
①钻孔：在距离掌子面50m处钻深度为1.5m的孔，布置传感器；自掌子面起，每隔1.5m钻孔一个，钻孔深度为1.5m，最后一个孔与传感器的距离大于20m。所有钻孔的高度尽可能的在同一标高在线。钻孔完毕后，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好记录。
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联机检查：把传感器、检波器（计算机）、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接班时间，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
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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50～80g左右，围岩较差时，可加大，但不能超过100g。
⑥恢复施工：爆破一结束，马上可以恢复施工，一般停工时间在45min左右。 ⑦成果分析：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、软弱带、断层的位置等信息。 6.2.3地质钻探 6.2.3.1超前水平钻
由于物理探测判释成果的多解性，需对重点怀疑地段，采用多种方法探测，进行综合判释，就需用一定数量的地质钻孔验证。钻探法是最直观、可靠的超前预报手段，通过对钻孔取样的分析，判断地层变化、岩性差异、地层含水量、隧底岩溶等不良地质情况。根据需预报距离（深度）的远近可采用不同型号的钻机，可探测前方（深度）30～50m范围内的地质情况，连续预报时前后两循环钻孔重叠5~8m左右。
本管段隧道采用CM358A(D)履带式液压潜孔钻机，每次钻进30～40m，前后两循环钻孔重叠5~8m左右。每循环钻孔1个（如遇岩溶发育区，布设3个探孔，分别位于拱顶及两侧拱腰），位于隧道上拱部，孔径Φ80mm，超前钻孔施工工艺流程图如下图所示。
图6.2－1 超前钻孔工艺流程图
钻进方法：
1）布孔：施钻前测量组用红漆在开挖面标注好姑孔位。 2）设备就位：孔位布好后，设备就位，接通供风供水管路。
3）对正孔位，固定钻机：将钻具前前端对准开挖工作面上的孔位，调整钻机方位，在钻进过程中定期检查机器位移情况，及时调整钻机方。
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4）成孔验收：施钻满足要求，经现场技术人员确认签收后方可停钻终孔。 6.2.3.2加深炮孔
在施工中采用加深炮孔超前钻探，在每次开挖钻孔过程中，指定在拱顶1处，两侧拱腰各1处，共计3个辅助眼，孔深3～5m，依靠对钻进速度的变化以及钻孔地下水涌水状况、水压、水量、颜色、水质等预测前方围岩、地下水的变化。它具有设备简单、操作方便、费用低、占用隧道施工时间短的特点，因此将加深炮孔钻探作为日常的预测、预报手段；充分利用隧道超前支护、初期支护体系中长管棚、超前小导管、超前锚杆、径向锚杆的钻孔作为探测隧道前方、环向四周围岩状况的辅助手段，依靠对钻孔速度变化的直觉以及钻孔地下水涌水状况、水压、水量、颜色、水质等预测前方围岩、地下水的变化。
在综合地质超前预报中的各种方法中，TSP203及探测作业快，测距长，干扰相对少，可以与多种预测法结合应用，但精度不高，解释难度大，适于作长距离预测；地质钻探基本可以揭示地下水及围岩物理力学性能，但干扰大，用时长，费用高。而加长炮孔钻探设备简单、操作方便、费用低、占用隧道施工时间短，在涌水地段效果较好。因此施工中应采取多种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证，确保地质预测、预报的准确性。 6.2.4地质雷达
1、基本原理
采用地质雷达方法对施工隧道掌子面前方进行超前地质预报时，由发射天线向掌子面前方的岩体内发射电磁波，当电磁波传至两种不同介质的分界面（如：断层、洞穴和岩层分界面等）时，由于两种介质的介电常数存在差异而使电磁波在界面处会发生反射、折射和透视等现象，入射波、反射波和折射波的传播遵循反射定律和折射定律，反射波返回被接收天线所接收，形成雷达图像。
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图6.2－2 电磁波在空洞和岩层分界面处反射示意图
如图6.2－2所示，由发射天线（T）将电磁波送入掌子面前方岩体内，电磁波在传播过程中遇到洞穴后，一部分波反射后返回掌子面被接收天线（R）接收，电磁波旅行时间为：
在上式中，X为发射天线与接收天线之间的距离，h为掌子面前方洞穴的埋深，t 为电磁波从掌子面传播至洞穴反射回来的双程时间，v 为电磁波在掌子面前方介质中的传播速度。对于自发自收天线，发射天线（T）与接收天线（R）间的距离很小，相对探测深度而言，可以认为天线距x →0，则有： t=2h / v，即：
由上式可以计算掌子面前方洞穴的深度。 2、探地雷达法在隧道掌子面上的工作特点
异常图像直观、工作效率和分辨率高→广泛应用到隧道超前地质预报探测
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