隧道超前地质预报专项方案
一、编制依据
⑴隧道设计图纸、设计说明等设计文件； ⑵隧道实施性施工组织设计；
⑶《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）;
⑷《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）；
⑸《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204-2008)；
⑹《铁路隧道超前地质预报技术指南》(铁建设[2008]105号) ； ⑺《铁路隧道超前地质预报技术规程》(Q/CR 9217-2015)； ⑻ 本集团公司拥有的科技成果、工法成果、管理水平、现有的技术装备力量和多年积累的铁路隧道施工经验。
二、工程概况
本标段共新建14座隧道，隧道全长14298m, 张家坡隧道为单线隧道，其余隧道都为双线隧道，各隧道概况详见表1。
表1 隧道概况一览表
三、地质复杂程度等级
根据《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设[2008]105号）附录B 的规定对隧道施工安全的危害程度分为复杂、较复杂、中等复杂、简单四级，根据不同的地质复杂程度，开展超前地质预测预报工作。
四、实施超前地质预报的目的
⑴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，指导工程施工的顺利进行。
⑵降低地质灾害发生的几率和危害程度。 ⑶为优化工程设计提供地质依据。 ⑷为编制竣工文件提供地质资料。 五、超前地质预报方案 1、超前地质预报内容
⑴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；
⑵地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；
⑶不良地质预测预报，特别是对岩溶等发育情况的预测预报； ⑷地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。
2、超前地质预报方法 ⑴预报方法
根据隧道地质条件、风险源及其风险等级、本集团公司现有的设备、工法、科技成果等，本隧道选用地质调查法（地质调查、地质素描、地质作图）、物探法（TSP203、红外探测法）、超前钻探法（加深炮眼、超前钻孔）进行地质超前预报。
同时将各种方法有机结合、综合应用，发挥各自长处，相互补充、相互验证，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系。
⑵分类
地质调查法分为隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描。 物探法根据不同的要求，采取不同的物探措施，见下表说明：
钻探类型及适用办法见下表：
具体施作形式详见附表一. 3、超前地质预报技术要求 ⑴TSP203超前地质预报法
适用于划分地质界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。断层破碎带、活动断裂、褶皱轴、物探V 类异常带、可溶岩段、可溶岩与非可溶岩接触带、煤系地层、浅埋段、软岩大变形和岩爆地段每次预报距离采用130m 。
⑵红外探测法
定性判断探测点前方有无水体存在及其方位，不能定量给出水量大小等参数，每25m 一次，一次范围为30m ，两次重叠长度在5m 以上。
⑶超前地质钻探法
采用单孔水平岩芯钻探法，超前探测20～30m ，验证中近距离物探超前地质探测的异常地段。每25m 一循环，每孔长30m ，钻孔是否取岩芯根据不同地质条件确定。在Ⅴ级围岩时布置4个，上台阶2个，下台阶1个。在Ⅲ、Ⅳ围岩时布置2个，上台阶1个，下台阶1个。具体布置如下图：
台阶法施工Ⅴ围岩超前钻孔布置图
台阶法施工Ⅲ、Ⅳ级围岩加深炮孔布置图
⑷加深炮眼法
利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循环钻设炮眼时布设3～4个钻孔加深3m 作为钻探孔。加深炮孔
在Ⅴ级围岩时布置4个，上台阶2个，下台阶2个。在Ⅲ、Ⅳ围岩时布置3个，上台阶2个，下台阶1个。具体布置如下图：
台阶法施工Ⅴ围岩加深炮孔布置图
台阶法施工Ⅲ、Ⅳ级围岩加深炮孔布置图
⑸地质素描法
将隧道开挖工作面和洞身揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表。
4、超前地质预报计划安排 超前地质预报计划安排见下表：
超前地质预报计划安排表
六、超前地质预报工艺流程及操作要点 1、超前地质预报工艺流程
⑴根据设计上提供的隧道地质资料，进行实地踏勘，现场调查等，及时进行补充地质调查，做好施工复查工作。
⑵做好开挖揭露面的地质素描，及时进行地质复核、分析，并对前方围岩进行预测判断。
⑶运用TSP-203，进行120～150m 的长距离地质预报，及时分析前方的围岩状况。
超前地质预报预测流程图
⑷运用超前水平钻孔，通过“岩芯”，直观分析、探测前方20～30m 段围岩情况。
⑸综合应用以上探测资料，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系，同时，及时反馈所选用的超前地质预报方法的准确性。
2、超前地质预报操作要点 ⑴TSP 超前地质预报法
TSP203系统在围岩较好地段可测出前方100～200m 范围内的岩层分接口、岩层的物理性质、断层等，围岩完整性较差时，预测范围在120～15m 之间。
TSP203作业流程：准备工作→测量孔位、钻孔→埋设传感器→记录孔位→连线检查→暂停施工→爆破拾波→恢复施工、成果分析。
传感器
开挖面
炮眼 间距1.5m
20米
起爆器
传感器
TSP203系统作业布置图
钻孔：在距离工作面50米处钻深度为1.5m 的孔，布置传感器；自工作面起，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线上。钻孔位置如图“TSP203系统作业布置图”所示。钻孔完毕后，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好纪录。
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，注意此时起爆器与雷管断开。
测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面300米范围内停止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。
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 。
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。
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。
⑵红外探测法
红外探测属非接触探测，在隧道壁上来定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。定好探点后扣动扳机，就可在仪器屏幕上读取探测值。具体做法如下：
进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m 点距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进断面处。
在掘进断面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每迂回到一个顺序号，就站到隧道中央，分别用仪器的激光器打出的红色班使之落到左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器扳机分别读取探测值，并做好记录。然后转入下一序号点，直至全部探完。
探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、两壁探测曲线。
⑶超前地质钻孔
当TSP203系统预报前方有断层、破碎带、岩层层理明显时，采用地质钻机进行超前探孔，对开挖面前方20～30m 范围的含水构造、水量及水压进行预测，在长期长距和其它长期短距预报的基础上，用超前水平钻探法进一步对特别差的地质段取得可靠的资料。
用凿岩台架钻孔探测钻孔深度以30m 为限，30m 以内出现异常情况时，按预定方案实施，钻孔出水，安装压力表及水表，测定地下水的压力和流量。
30m 以内无异常情况时，按正常程序施工，出现异常按预案实施并测定水压和水量。30m 以后的探测则由下一循环钻孔探测完成。
日常的钻孔探测：全隧在上述超前预测、预报的基础上，全隧还应采用常规地质法进行短距离超前地质预报，根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分炮眼加深3m 以上的探测情况，对掌子面进行地质素描，并进行地质做图，综合地表调查情况，掌子面前方一定范围（5～20m ）的地质条件进行预测、预报。
七、超前地质预报组织机构设置及投入的人力、设备资源 1、组织机构设置及职责
中铁十九局集团有限公司南昆铁路增建二线施工五标项目经理部成立超前地质预报领导小组。
组 长: 周宝春 副组长: 杨新民
组 员: 姚虎 张文拯 张学林 王家军 张巨峰以及专业超前地质预报单位负责人。
超前地质预报领导小组负责管段内隧道超前预报组织管理工作。领导小组下设办公室，办公室设在工程管理部，对口管理超前地质预报工作。领导小组人员分工见下表：
超前地质预报领导小组成员表
11
⑴项目经理部职责
项目经理部负责管理、组织开展超前地质预报工作，并对超前地质预报资料的真实性、准确性监督管理。
⑵分部职责
①分部对管内隧道的超前地质预报负责管理，并对地质素描、超前水平钻孔和加深炮孔真实性、准确性负责。
②负责按要求提交超前地质预报水平钻探部分的原始资料和成果分析、判释意见，做好原始记录和资料整理，建立管理台账。
③负责制定隧道施工安全应急预案，积极运用超前地质预报成果。 ⑶专业超前地质预报单位职责
①负责隧道超前地质预报物探部分的实施，负责超前地质预报物探成果的分析和运用，对结论的真实性、准确性负责。
②负责隧道超前地质预报的技术指导工作。
③参与审查超前地质预报设计方案和超前地质预报实施细则编写。 ④对项目分部的地质素描和钻探资料进行检查指导。 2、主要设备资源
超前地质预报主要设备配置见下表：
12
八、保证措施
1、超前地质预报作为一个重要施工工序，在未作地质超前预报前，不得进行开挖施工。
2、设备、人员的保证是超前地质预报保证实施的基础，目前，我项目部超前地质预报仪及操作人员均已到位，项目经理部、分部领导必须高度重视，尽快形成正常的超前地质预报工序。
3、现场操作要严格按照施工工艺及规范要求施工，不得擅自降低工艺标准。
4、各级技术、质检人员要经常深入施工现场监督，从现场抓起，使超前地质预报始终处于受控状态。
九、成果资料编制的内容与要求 1、分段地质预报成果表
根据施工进展情况，结合地质条件，分段提出预报成果。在预报完成24小时内，将预报成果报监理单位。
2、隧道贯通后提供的资料 ⑴原始资料
地质素描，现场各种观测调绘记录，岩石物理力学试验图表，岩性鉴定、水质分析报告等，每次预报原始通知书，效果检查报告，并整理成册。
⑵正式成果
13
全隧道地质素描图册和实际地质纵断面图及成果报告 ⑶重大预报次数和预报效果统计表
对施工影响大的地质问题进行预报应提出预报根据和对施工的影响程度，开挖后进行总结。预报效果统计表是对每次预报成功和失败的评价，以此作为检查超前地质预报准确度的根据。
14
隧道超前地质预报专项方案
一、编制依据
⑴隧道设计图纸、设计说明等设计文件； ⑵隧道实施性施工组织设计；
⑶《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）;
⑷《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）；
⑸《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204-2008)；
⑹《铁路隧道超前地质预报技术指南》(铁建设[2008]105号) ； ⑺《铁路隧道超前地质预报技术规程》(Q/CR 9217-2015)； ⑻ 本集团公司拥有的科技成果、工法成果、管理水平、现有的技术装备力量和多年积累的铁路隧道施工经验。
二、工程概况
本标段共新建14座隧道，隧道全长14298m, 张家坡隧道为单线隧道，其余隧道都为双线隧道，各隧道概况详见表1。
表1 隧道概况一览表
三、地质复杂程度等级
根据《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设[2008]105号）附录B 的规定对隧道施工安全的危害程度分为复杂、较复杂、中等复杂、简单四级，根据不同的地质复杂程度，开展超前地质预测预报工作。
四、实施超前地质预报的目的
⑴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，指导工程施工的顺利进行。
⑵降低地质灾害发生的几率和危害程度。 ⑶为优化工程设计提供地质依据。 ⑷为编制竣工文件提供地质资料。 五、超前地质预报方案 1、超前地质预报内容
⑴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；
⑵地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；
⑶不良地质预测预报，特别是对岩溶等发育情况的预测预报； ⑷地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。
2、超前地质预报方法 ⑴预报方法
根据隧道地质条件、风险源及其风险等级、本集团公司现有的设备、工法、科技成果等，本隧道选用地质调查法（地质调查、地质素描、地质作图）、物探法（TSP203、红外探测法）、超前钻探法（加深炮眼、超前钻孔）进行地质超前预报。
同时将各种方法有机结合、综合应用，发挥各自长处，相互补充、相互验证，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系。
⑵分类
地质调查法分为隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描。 物探法根据不同的要求，采取不同的物探措施，见下表说明：
钻探类型及适用办法见下表：
具体施作形式详见附表一. 3、超前地质预报技术要求 ⑴TSP203超前地质预报法
适用于划分地质界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。断层破碎带、活动断裂、褶皱轴、物探V 类异常带、可溶岩段、可溶岩与非可溶岩接触带、煤系地层、浅埋段、软岩大变形和岩爆地段每次预报距离采用130m 。
⑵红外探测法
定性判断探测点前方有无水体存在及其方位，不能定量给出水量大小等参数，每25m 一次，一次范围为30m ，两次重叠长度在5m 以上。
⑶超前地质钻探法
采用单孔水平岩芯钻探法，超前探测20～30m ，验证中近距离物探超前地质探测的异常地段。每25m 一循环，每孔长30m ，钻孔是否取岩芯根据不同地质条件确定。在Ⅴ级围岩时布置4个，上台阶2个，下台阶1个。在Ⅲ、Ⅳ围岩时布置2个，上台阶1个，下台阶1个。具体布置如下图：
台阶法施工Ⅴ围岩超前钻孔布置图
台阶法施工Ⅲ、Ⅳ级围岩加深炮孔布置图
⑷加深炮眼法
利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循环钻设炮眼时布设3～4个钻孔加深3m 作为钻探孔。加深炮孔
在Ⅴ级围岩时布置4个，上台阶2个，下台阶2个。在Ⅲ、Ⅳ围岩时布置3个，上台阶2个，下台阶1个。具体布置如下图：
台阶法施工Ⅴ围岩加深炮孔布置图
台阶法施工Ⅲ、Ⅳ级围岩加深炮孔布置图
⑸地质素描法
将隧道开挖工作面和洞身揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表。
4、超前地质预报计划安排 超前地质预报计划安排见下表：
超前地质预报计划安排表
六、超前地质预报工艺流程及操作要点 1、超前地质预报工艺流程
⑴根据设计上提供的隧道地质资料，进行实地踏勘，现场调查等，及时进行补充地质调查，做好施工复查工作。
⑵做好开挖揭露面的地质素描，及时进行地质复核、分析，并对前方围岩进行预测判断。
⑶运用TSP-203，进行120～150m 的长距离地质预报，及时分析前方的围岩状况。
超前地质预报预测流程图
⑷运用超前水平钻孔，通过“岩芯”，直观分析、探测前方20～30m 段围岩情况。
⑸综合应用以上探测资料，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系，同时，及时反馈所选用的超前地质预报方法的准确性。
2、超前地质预报操作要点 ⑴TSP 超前地质预报法
TSP203系统在围岩较好地段可测出前方100～200m 范围内的岩层分接口、岩层的物理性质、断层等，围岩完整性较差时，预测范围在120～15m 之间。
TSP203作业流程：准备工作→测量孔位、钻孔→埋设传感器→记录孔位→连线检查→暂停施工→爆破拾波→恢复施工、成果分析。
传感器
开挖面
炮眼 间距1.5m
20米
起爆器
传感器
TSP203系统作业布置图
钻孔：在距离工作面50米处钻深度为1.5m 的孔，布置传感器；自工作面起，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线上。钻孔位置如图“TSP203系统作业布置图”所示。钻孔完毕后，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好纪录。
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，注意此时起爆器与雷管断开。
测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面300米范围内停止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。
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 。
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。
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。
⑵红外探测法
红外探测属非接触探测，在隧道壁上来定探点，是用仪器的激光器在壁上打出一个红色斑点。定好探点后扣动扳机，就可在仪器屏幕上读取探测值。具体做法如下：
进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m 点距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进断面处。
在掘进断面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每迂回到一个顺序号，就站到隧道中央，分别用仪器的激光器打出的红色班使之落到左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器扳机分别读取探测值，并做好记录。然后转入下一序号点，直至全部探完。
探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、两壁探测曲线。
⑶超前地质钻孔
当TSP203系统预报前方有断层、破碎带、岩层层理明显时，采用地质钻机进行超前探孔，对开挖面前方20～30m 范围的含水构造、水量及水压进行预测，在长期长距和其它长期短距预报的基础上，用超前水平钻探法进一步对特别差的地质段取得可靠的资料。
用凿岩台架钻孔探测钻孔深度以30m 为限，30m 以内出现异常情况时，按预定方案实施，钻孔出水，安装压力表及水表，测定地下水的压力和流量。
30m 以内无异常情况时，按正常程序施工，出现异常按预案实施并测定水压和水量。30m 以后的探测则由下一循环钻孔探测完成。
日常的钻孔探测：全隧在上述超前预测、预报的基础上，全隧还应采用常规地质法进行短距离超前地质预报，根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分炮眼加深3m 以上的探测情况，对掌子面进行地质素描，并进行地质做图，综合地表调查情况，掌子面前方一定范围（5～20m ）的地质条件进行预测、预报。
七、超前地质预报组织机构设置及投入的人力、设备资源 1、组织机构设置及职责
中铁十九局集团有限公司南昆铁路增建二线施工五标项目经理部成立超前地质预报领导小组。
组 长: 周宝春 副组长: 杨新民
组 员: 姚虎 张文拯 张学林 王家军 张巨峰以及专业超前地质预报单位负责人。
超前地质预报领导小组负责管段内隧道超前预报组织管理工作。领导小组下设办公室，办公室设在工程管理部，对口管理超前地质预报工作。领导小组人员分工见下表：
超前地质预报领导小组成员表
11
⑴项目经理部职责
项目经理部负责管理、组织开展超前地质预报工作，并对超前地质预报资料的真实性、准确性监督管理。
⑵分部职责
①分部对管内隧道的超前地质预报负责管理，并对地质素描、超前水平钻孔和加深炮孔真实性、准确性负责。
②负责按要求提交超前地质预报水平钻探部分的原始资料和成果分析、判释意见，做好原始记录和资料整理，建立管理台账。
③负责制定隧道施工安全应急预案，积极运用超前地质预报成果。 ⑶专业超前地质预报单位职责
①负责隧道超前地质预报物探部分的实施，负责超前地质预报物探成果的分析和运用，对结论的真实性、准确性负责。
②负责隧道超前地质预报的技术指导工作。
③参与审查超前地质预报设计方案和超前地质预报实施细则编写。 ④对项目分部的地质素描和钻探资料进行检查指导。 2、主要设备资源
超前地质预报主要设备配置见下表：
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八、保证措施
1、超前地质预报作为一个重要施工工序，在未作地质超前预报前，不得进行开挖施工。
2、设备、人员的保证是超前地质预报保证实施的基础，目前，我项目部超前地质预报仪及操作人员均已到位，项目经理部、分部领导必须高度重视，尽快形成正常的超前地质预报工序。
3、现场操作要严格按照施工工艺及规范要求施工，不得擅自降低工艺标准。
4、各级技术、质检人员要经常深入施工现场监督，从现场抓起，使超前地质预报始终处于受控状态。
九、成果资料编制的内容与要求 1、分段地质预报成果表
根据施工进展情况，结合地质条件，分段提出预报成果。在预报完成24小时内，将预报成果报监理单位。
2、隧道贯通后提供的资料 ⑴原始资料
地质素描，现场各种观测调绘记录，岩石物理力学试验图表，岩性鉴定、水质分析报告等，每次预报原始通知书，效果检查报告，并整理成册。
⑵正式成果
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全隧道地质素描图册和实际地质纵断面图及成果报告 ⑶重大预报次数和预报效果统计表
对施工影响大的地质问题进行预报应提出预报根据和对施工的影响程度，开挖后进行总结。预报效果统计表是对每次预报成功和失败的评价，以此作为检查超前地质预报准确度的根据。
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