靖西至龙邦高速公路项目工程
隧道超前地质预报方案
编 制：
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靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部
二0一五年八月
中国建筑第八工程局有限公司
靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部
目 录
1、编制依据 . .................................................................................................... 2
2、工程概况 . .................................................................................................... 2
3、超前地质预报的目的 . ................................................................................ 3
4、超前地质预报组织机构 . ............................................................................ 3
5、超前预报的范围 . ........................................................................................ 4
6、综合超前地质预报流程 . ............................................................................ 5
7、超前地质预报的分级与方案设计 . ............................................................ 6
7.1 区域地质和不良地质资料分析 ........................................................ 6
7.2 超前地质预报分级管理 .................................................................... 7
7.3 超前地质预报方案设计................................................................... 9
8、超前地质预报仪器 . ................................................................................ 18
9、超前地质预报周期 . ................................................................................ 18
10、资料交附与质量保证措施 . .................................................................. 19
10.1资料交付 . ...................................................................................... 19
10.2质量保证措施 . .............................................................................. 19
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靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部 1、编制依据
1.1《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
1.2《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）
1.3《物探工程测量规程》（DZ/T0153-95）
1.4《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）
1.5靖西至龙邦高速公路隧道土建工程第五册及隧参图等。
2、工程概况
靖西至龙邦高速公路是《广西高速公路网规划（2010～2020）》“6横7纵8支线”中“纵7”线天峨（黔桂界）至龙邦高速公路的重要组成部分，本项目起于靖西县新靖镇旧州村附近，接靖西至那坡高速公路亮表至旧州连接线终点，终于距龙邦口岸海关大楼约200m ，路线总里程K5+000～YK33+260+0.019589(断链)=28.2796km。全线设置地州、龙邦互通式立交2处，隧道5座，大桥6座，龙邦服务区1处、靖西养护工区1处（与靖西高速管理所合建）。
设计行车速度100Km/h。隧道区属剥蚀中底山及岩溶峰丛洼地地貌，地形起伏较大，山体连绵起伏。隧道所处原地面高程在688m ～936m ，本工点隧道所处位置地表水不发育，水量受大气降水影响明显。地下水主要为第四系覆盖层中的孔隙水及基岩中的裂隙水、岩溶水，灰质岩主要以岩溶水为主，硅质岩主要以裂隙水为主。
隧道区地层主要为表层覆盖第四系残坡积层，地表植被发育一般，局部基岩裸露，自然边坡较陡，粘土混碎石，粉土，泥盆系上统榴江组下段（D311）基岩：硅质岩, 隐晶质结构，薄层状构造为主，局部中厚层状，局部夹薄层灰岩、页岩，根据风化程度不同分为强风化岩、中风化岩；泥盆系中统东岗岭上段（D2d2）基岩：中风化灰岩，灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩质坚硬，岩体较完整，发育少量裂隙，填充方解石，局部岩溶发育，岩性呈短柱状；
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3、超前地质预报的目的
在隧道开挖前及施工过程中对隧道周围及掌子面前方的地质情况进行探测，识别和预测隧道掌子面前方及周围的工程地质、水文地质结构，提供准确的断裂带、含水带及岩体工程类别等地质参数，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，提前做好施工准备，保证施工安全，同时还可节约大量资金。
本标段隧道大部分岩性主要为粘土混碎石、中风化硅质岩、中风化灰岩，岩层缓倾节理较发育，对隧道的掘进将造成很大的困难，最显著的特点就是不良地质会造成隧道的塌方或者拱顶掉块，造成人员伤亡和设备损坏，以及其所带来的次生灾害更加重了生态环境污染和破坏。因此，为避免不良地质给隧道施工造成危害，在隧道施工前，必须充分认识和了解围岩，进行超前地质预报。
4、超前地质预报组织机构
施工中将超前地质预报工作作为一个工序来进行安排，成立专业超前地质预报室，配备先进的预测与预报设备和仪器，建立地质预报管理组织机构，由总工程师任组长，工程部长、地质工程师任副组长，各专业工程师任成员的组织机构，配备TSP203地质超前预报仪、HSP 水平声波反射仪、地质雷达、红外探水仪、超前水平地质钻机、数码相机、数码摄像机等先进仪器以组成完善的超前地质预测预报体系，全面实施本隧道的超前地质预测预报工作。组织机构见：图1。
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总工程师任组长：全面负责综合测试与超前地质预报工作，直接向项目经理负责；工程部长、地质工程师任副组长：组织工程地质、水文地质、物探及试验等专业组成人员进行超前地质预报日常工作；
地质工程师：负责隧道工程的地质超前预报和调绘、监测以及测试、试验资料的分析、研究，提出施工工程措施建议；
水文工程师：负责水文地质调绘、测试及隧道涌水量的预测与环境水文地质评价；
物探专业工程师：负责物探测试工作；
试验专业工程师：负责岩、土、水样的测试、试验工作。
5、超前预报的范围
本段施工范围内共有隧道5座，在施工前和施工过程中对每座隧道的正洞进行超前地质预报。
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隧道工程数量一览表
综合超前地质预报是采用以地质分析法为基础，以TSP 法、地质雷达法和地震波反射映像法三种方法为辅助手段的综合预报方法，对隧道的不良地质进行了预报分析，可准确得到开挖掌子面前方岩性变化和构造分布的详细地质信息。
综合超前地质预报流程见：图2
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7、超前地质预报的分级与方案设计
7.1 区域地质和不良地质资料分析
7.1.1 区域地质分析
本标段隧道区域地质分析是宏观预报的基础之一。区域地质资料，主要包括：
⑴隧道所在地区大地构造环境、构造体系、构造复合与构造演化； ⑵沉积建造环境、建造特征、建造演化；
⑶岩浆侵入、喷溢的地质环境、岩浆活动的特征。
还包括它们与区域地壳运动的关系，等等。
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上述资料主要从本标段隧道所在地区的各种比例尺区域地质图、区域构造体系图及其施工图纸资料中获取。区域地质分析，则是应用大地构造学、构造地质学、特别是地质力学的理论，应用沉积岩石学和沉积建造理论，应用岩浆岩石学和岩浆建造理论分析所收集的区域地质资料，初步了解隧道所在地区：
⑴主要构造方位、力学性质和构造多期活动特征及其不同方位构造对隧道围岩稳定性的影响程度；
⑵主要地层类型（如煤系地层、灰岩等可溶岩地层等等）特征及其隧道围岩稳定性的影响程度；
⑶主要岩浆岩的类型（如侵入岩、喷出岩）特征、空间分布特征及其隧道围岩稳定性的影响程度。
7.1.2不良地质条件分析
不良地质条件分析是隧道所在地区不良地质宏观预报的依据。因为：大多数隧道不良地质体本身就是区域地层、地质构造或岩溶地质体的一部分。
主要包括：依据地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析，溶洞、暗河、泥石流、岩溶陷落柱和岩溶淤泥带成生条件和展布规律分析，煤系地层中的煤层和瓦斯地质分析等等。
7.2 超前地质预报分级管理
根据设计图和本管段隧道的地质情况，结合目前国内外超前地质预报设备、技术和手段发展的现状和水平，拟采用以施工掌子面地质素描法、超前水平钻孔(30～120 m超前水平钻探和5 m加深风钻) 、TSP203超前地质预报系统、HY 一303红外探测等为主要手段的综合预报技术，对超前地质预报实行分级管理。
7.2.1 超前地质预报分级
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根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，超前地质预报分级分为以下四级。
A 级：存在重大地质灾害的地段，如软弱、破碎、富水、导水性良好的断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯灾害严重的地段以及人为坑洞等。
B 级：主要针对中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。
C 级：主要针对水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段，发生突水突泥的可能性较小。
D 级：非可溶岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性极小。 地质预测预报坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、地球物理方法与超前水平钻探相结合，辅助导坑与主洞探测相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。
7.2.2 分级预报方式
A 级预报：采用地质分析法、地震波反射法、声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。
B 级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质复杂时，则按A 级要求实施。
C 级预报：以地质分析法为主，对重要的地质(层) 界面、断层或物探常地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时红外探水和超前水平钻孔。
D 级预报：采用地质分析法。
结合本标段隧道实际地质情况，将隧道分级预测定为C 级。在施工过
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靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部 程中根据实际情况调整。
7.3 超前地质预报方案设计
7.3.1 TSP长距离超前预报
7.3.1.1简介
TSP 设备是由瑞士安伯格公司开发、生产的，是当前国内外最先进的隧道长期超前地质预报设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要手段。它与其它超前地质预报的设备相比，最大优点是：探测距离远（可达隧道掌子面前方300～500米, 有效预报距离100～150米），分辨率高（最高分辨率为1米），抗干扰能力强（基本不受干扰），影响施工很少（钻孔和测试在侧壁进行，洞内探测时间仅用45分钟）。
该设备主要用于超前预报隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模，最大探测距离为掌子面前方300～500m ，设备限定的有效预报距离为掌子面前方100m ，最高分辨率为≥1m 地质体。
7.3.1.2 操作要点
⑴准备工作：操作人员4人，其中电工、爆破工各1人，配合人员2人；瞬发雷管约30个，引爆电线约60m ，炸药600g/次，每孔装20～30g 。
⑵钻孔接收器钻孔位置距工作面约55m ，与爆破孔同侧壁，数量1个，直径38mm ，深度2.4m ，方向垂直于隧道轴线或向底面倾斜10o ，向洞口回斜10o ，高度约在地面以上1.0m 。第一个爆破孔距离接收器20m ，而后所有向前至工作面的爆破孔间距约1.5m ，爆破孔数量根据隧道工作面的实际位置而定，但应大于18个；直径38mm ，深度1.5m ，线向垂直于隧道轴向，或向上与工作面成10o 夹角，向地面倾斜10o ～20o ，高度约在地面以上1.0m 。
⑶接收器套管的埋置与爆破孔的保护，接收器套管的埋置关系到接收器所收集震波信息的准确性。在接收器钻孔钻好后，用不收缩的快干砂浆或锚固剂注满钻孔，然后将套管插入孔中，24h 后固化备用，整个过程小心操作，确保套管与围岩无孔缝存在。爆破孔钻好后，为防止钻孔
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靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部 在不稳定围岩中坍塌，可用塑料管（直径30mm ，长约1.5m ）插入孔中备用，实测时取出装药。
⑷仪器调试包括基本工程数据的输入，测量几何图形参数的输入，地震波参数的输入。
⑸现场测试在接收器套管埋设24h 后，即可进行现场测试，探测断层产状及有无设计遗漏断层。
7.3.1.3 TSP能解决的主要技术问题
⑴预报掌子面前方的断层破碎带、软岩、岩溶陷落柱等不良地质体的性质、位置和规模；
⑵预报涌水量大于5米3/h以上的富水地质体和老窑、老崆等采空区的存在、位置和规模；
⑶预报煤系地层的边界和其中的煤层、富水砂岩；
⑷粗略地预报围岩级别（类别）；
⑸定性地预报发生塌方、突泥突水等施工地质灾害的危险性。
7.3.1.4 TSP的主要技术指标
⑴探测距离一般为掌子面前方300～500米，最大可达1500米；有效预报距离为掌子面前方100～150米。
⑵最高分辨率为1米地质体；
⑶预报不良地质体位置的精度可达90%以上；
⑷预报不良地质体规模的精度可达85%以上。
7.3.2 TEM地质雷达短距离精确探测（20-60米）
当开挖揭露的地质情况与前期工程地质勘察资料有较大的出入，预计开挖前方可能遇到软弱层带、含有害气体的地层、突泥、突水等；当出现围岩不断掉块，洞内灰尘突然增多，支撑变形或连续发出响声；出现片帮或严重鼓胀变形。出现以上情况时，应对其产生原因、性质和可能的危害作出科学的分析判断，并及时进行地质雷达超前探测预报。
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7.3.2.1地质雷达超前预报原理
地质雷达属于电磁波物探技术。电磁波通过天线向地下发射，遇到不同阻抗介面时，将产生反射波和透射波。接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析。
地质雷达是一种无损探测仪器。它依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作，电磁波脉冲由发射天线发出，被地下介质介面（或埋藏物）反射，由接收天线接收然后将这些信号记录下来，成图显示出来。被反射脉冲旅行时间在单置式天线情况下为
Δt 2h /v
式中h 为反射界面的深度(m)；v 为波速(m/ns)；Δt 为脉冲双程旅行时间(ns)。
图4 地质雷达电磁波脉冲传播示意图
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图5 地质雷达工作原理图
图6 电磁波在介质分介面上的反射和折射
每发射一次脉冲，就接收到一串反射讯号，称为时间系列或扫描记录。随着天线在介质面上方平行移动，得到无数扫描记录（大约200次/秒），合成一张完整的地下透视图像。
对于地质雷达所使用的频段来说，地下媒质一般可视为准电介质，波速可由下式近似求出
v c /r
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式中c 为真空中光速(0.3m/ns)；εr 为地下介质的相对介电常数。
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研究表明，引起雷达脉冲反射的主要原因是各种介质的介电常数不同。这是由于各介质的物质结构不同而造成的。如灰岩的介电常数通常在7~8之间。根据电磁波理论，当电磁波穿过层状介质时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。
7.3.2.2工作方法
本隧道超前预报采用美国劳雷公司(GSSI)研制生产的SIR-20型地质雷达。天线的中心频率为100MHz 和40MHz ，有效采样视窗为600～1000ns ，每根扫描的样点数选用512-1024，每0.5m 打一个点，探测深度达30～60m 。根据掌子面的情况，沿水平、竖直方向各布置了2条测试剖面，具体测线位置及方向见。由于掌子面不平整，为提高测试的准确性, 测试过程中每条剖面均进行了重复测试。
图7 测线位置及方向示意图
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图8 地质雷达探测图像
7.3.2.3雷达超前预报操作流程
为保证本标段隧道检测工作能够及时准确地完成，我部组建检测组，特针对雷达检测施工工作做出以下细则，本细则自即日期开始实施，要求全部检测人员认真、严格执行。
A 前期准备工作
⑴雷达检测组技术负责人制定雷达检测工作进度表，下发全体技术人员，要求技术人员按此进度表制定详细工作计划，以便于雷达检测组能及时地向施工方提前发出雷达检测通知，便于施工队伍提前做好雷达检测的必要准备工作，以保证施工队伍调整施工进度，且利于我队检测组及时、高效地完成雷达检测工作。
⑵雷达检测组技术负责人要根据检测目的计算好仪器的参数设置，以保证能在现场采集到全面、高效的数据记录；布线方式可根据掌子面地质情况及施工条件，现场设计合理的采集测线。
⑶雷达检测组技术负责人在出发前进行仪器的全面检查，避免由人为因素造成工地采集过程中出现采集中断。
B 现场采集工作
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⑴雷达采集过程中要求有至少两名专业技术人员在场，以保证仪器操作、天线布设及仪器采集过程中的维护工作，同时在采集过程中要做好仪器的保护工作，防止人为或落石等造成仪器的损坏情况发生
⑵雷达检测数据采集现场保证至少一人为专业地质描述人员，按要求做好掌子面及周边围岩的描述。
C 雷达检测组描述人员管理
⑴雷达检测组描述人员做好现场记录，以便准确记录现场地质情况，同时配备必要的工具（地质锤、罗盘、放大镜、皮尺、花杆）。
⑵描述人员要对周边围岩进行详细的描述，对于大于25cm 的裂隙或节理一定要进行详细描述(包括长度、走向、宽度、数量) ，对其可能的延伸方向要进行三维推断描述。要求描述信息准确、有效，并在野外做出描述草图，以备后期的资料整理与存档。
⑶雷达检测描述人员要对记录进行全面记载，包括：
①断面号，要求为简单易记，能反映断面所处隧道的准确位置。 ②里程号，要求精确到0.1m （如XX 检测的位置为DK722+000.3）。 ③面积，要求有整体的把握，并对其做出准备合理的描述，包括影响深度、范围、影响消失边界。
⑷雷达检测描述人员也要准确记录已支护拱顶及周边变形及渗水情况，做好野外描述，要求描述语言要严格按规范中语言对地质情况进行客观描述，对有疑义处必须进行必要的咨询，对确难定义处要求争取多人意见，最终得出结论，并做好记录。
⑸雷达检测采集人员在现场采集过程中要及时做好雷达记录与现场地质情况的对比，以便于为后期的资料处理过程中提供参考。
⑹雷达检测采集人员要做好现场的班报记录（包括检测位置、文件名、仪器参数设置），保证数据记录格式的统一和准确性。
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⑺在检测中出现较大数据误差，技术人员进行诊断处理，无法达到检测目的的，得出处理意见，经雷达检测组技术负责人审核后，雷达检测组及时修改检测方案，对该次雷达检测进行必要的补充检测。
7.3.3 超前钻孔
当通过TSP 长距离超前预报和TEM 地质雷达短距离探测（瞬变电磁仪法探测）初步判断前方有不良地质时，如区域性断层、岩溶发育段、突涌水段等，应采用钻孔检查验证，探孔长度20～30米，保护段长度不小于10米。根据不良地质地空间规模，确定钻孔的施作位置、方位、孔数，一般一个断面钻孔不对于3个，钻进时应对钻进速度、取芯情况、出水点位置、流量、水压、水温及出水状态等作详细记录。瓦斯段超前钻孔应符合《煤矿安全规程》的有关要求。
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通过地质超前预报和探孔，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水量情况及围岩结构的完整性，从而为优化施工隧道方案提供依据，为预防隧道突水、突泥、有害气体溢出等可能形成的灾害性事故及时提供信息
7.3.4 有毒有害气体监测
当隧道穿过煤层或其它赋存有毒有害气体的地层时，有毒有害气体会突然释放出来，威胁施工人员的生命安全。因此，必需对隧道施工过程中的有毒有害气体进行监测。
本项目采用移动式复合气体检测仪，对隧道中空气进行实时监测。该议器有四个检测通道，最多可同时检测1－5种气体，一种可燃气体及四种毒气，即插即用。360度光报警及103dB 声报警。
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8、超前地质预报仪器
⑴、地质罗盘
⑵、TSP203；
⑶、SIR20地质雷达；
⑷、地质钻孔机；
⑸、移动式复合气体检测仪（瓦斯探测）。
9、超前地质预报周期
⑴、隧道每掘进100米使用TSP 进行一次长距离超前地质预报； ⑵、每60米使用SIR20地质雷达结合40MHz 天线进行一次超前地质预报；
⑶、每20米使用SIR20地质雷达结合100MHz 天线进行一次超前地质预报；
⑷、超前钻孔，不良地质带平均每20～30m 一次。
⑸、地质雷达探测的同时进行有毒有害气体检测。当进入瓦斯设防地段时严格按照《煤矿安全规程》的有关要求进行瓦斯检测。
对各种分析方法的预报结果进行综合分析后提交报告，根据报告合
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10、资料交附与质量保证措施
10.1资料交付
超前预报成果资料采取分报告与总报告相结合的交付方式。每天将现场采集的资料进行分析和汇总，并向施工和技术负责人进行汇报；每周进行一次归纳汇总。
每200m 分段提供报告，分段预报完成后，在3天内向监理提供说明和图件，5天之内提供分段成果报告。对地质条件与设计变化较大、影响隧道施工安全，可能产生地质灾害的重点地段（富水地带、不同岩性接触带、节理密集带等）所做的地质超前预报，及时交付监理、业主、设计单位进行动态设计；情况紧急时，先及时采取防范措施，有条件时邀请有关方进行现场会勘，再以书面形式报告监理、业主、设计单位，以保证施工安全。
10.2质量保证措施
为了保证地质测试与超前预报质量，成立QC 小组，实行全面质量管理，按ISO9001质量体系的要求，建立内部质量管理机制，制定岗位责任制，保证预报工作按计划运行，全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和连续性。预报人员要根据现场实际每天或经常、主动地深入施工现场，及时了解施工动态，进行地质测绘与编录，同时对一些地质条件复杂的地段，设置质量控制点，进行重点测试预报，确保地质超前预报工作的质量。同时为了地质超前预报和施工的顺利进行，实行定期会议制度，每天进行一次调度会，每周召开周例会，每月进行一次汇总和分析，若遇特殊情况，根据需要随时召开，适时邀请监理、业主和设计单位参加，及时解决存在的问题，保证地质超前预报和施工的顺利进行。
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1、编制依据 . .................................................................................................... 2
2、工程概况 . .................................................................................................... 2
3、超前地质预报的目的 . ................................................................................ 3
4、超前地质预报组织机构 . ............................................................................ 3
5、超前预报的范围 . ........................................................................................ 4
6、综合超前地质预报流程 . ............................................................................ 5
7、超前地质预报的分级与方案设计 . ............................................................ 6
7.1 区域地质和不良地质资料分析 ........................................................ 6
7.2 超前地质预报分级管理 .................................................................... 7
7.3 超前地质预报方案设计................................................................... 9
8、超前地质预报仪器 . ................................................................................ 18
9、超前地质预报周期 . ................................................................................ 18
10、资料交附与质量保证措施 . .................................................................. 19
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10.2质量保证措施 . .............................................................................. 19
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1.1《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
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2、工程概况
靖西至龙邦高速公路是《广西高速公路网规划（2010～2020）》“6横7纵8支线”中“纵7”线天峨（黔桂界）至龙邦高速公路的重要组成部分，本项目起于靖西县新靖镇旧州村附近，接靖西至那坡高速公路亮表至旧州连接线终点，终于距龙邦口岸海关大楼约200m ，路线总里程K5+000～YK33+260+0.019589(断链)=28.2796km。全线设置地州、龙邦互通式立交2处，隧道5座，大桥6座，龙邦服务区1处、靖西养护工区1处（与靖西高速管理所合建）。
设计行车速度100Km/h。隧道区属剥蚀中底山及岩溶峰丛洼地地貌，地形起伏较大，山体连绵起伏。隧道所处原地面高程在688m ～936m ，本工点隧道所处位置地表水不发育，水量受大气降水影响明显。地下水主要为第四系覆盖层中的孔隙水及基岩中的裂隙水、岩溶水，灰质岩主要以岩溶水为主，硅质岩主要以裂隙水为主。
隧道区地层主要为表层覆盖第四系残坡积层，地表植被发育一般，局部基岩裸露，自然边坡较陡，粘土混碎石，粉土，泥盆系上统榴江组下段（D311）基岩：硅质岩, 隐晶质结构，薄层状构造为主，局部中厚层状，局部夹薄层灰岩、页岩，根据风化程度不同分为强风化岩、中风化岩；泥盆系中统东岗岭上段（D2d2）基岩：中风化灰岩，灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩质坚硬，岩体较完整，发育少量裂隙，填充方解石，局部岩溶发育，岩性呈短柱状；
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3、超前地质预报的目的
在隧道开挖前及施工过程中对隧道周围及掌子面前方的地质情况进行探测，识别和预测隧道掌子面前方及周围的工程地质、水文地质结构，提供准确的断裂带、含水带及岩体工程类别等地质参数，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，提前做好施工准备，保证施工安全，同时还可节约大量资金。
本标段隧道大部分岩性主要为粘土混碎石、中风化硅质岩、中风化灰岩，岩层缓倾节理较发育，对隧道的掘进将造成很大的困难，最显著的特点就是不良地质会造成隧道的塌方或者拱顶掉块，造成人员伤亡和设备损坏，以及其所带来的次生灾害更加重了生态环境污染和破坏。因此，为避免不良地质给隧道施工造成危害，在隧道施工前，必须充分认识和了解围岩，进行超前地质预报。
4、超前地质预报组织机构
施工中将超前地质预报工作作为一个工序来进行安排，成立专业超前地质预报室，配备先进的预测与预报设备和仪器，建立地质预报管理组织机构，由总工程师任组长，工程部长、地质工程师任副组长，各专业工程师任成员的组织机构，配备TSP203地质超前预报仪、HSP 水平声波反射仪、地质雷达、红外探水仪、超前水平地质钻机、数码相机、数码摄像机等先进仪器以组成完善的超前地质预测预报体系，全面实施本隧道的超前地质预测预报工作。组织机构见：图1。
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总工程师任组长：全面负责综合测试与超前地质预报工作，直接向项目经理负责；工程部长、地质工程师任副组长：组织工程地质、水文地质、物探及试验等专业组成人员进行超前地质预报日常工作；
地质工程师：负责隧道工程的地质超前预报和调绘、监测以及测试、试验资料的分析、研究，提出施工工程措施建议；
水文工程师：负责水文地质调绘、测试及隧道涌水量的预测与环境水文地质评价；
物探专业工程师：负责物探测试工作；
试验专业工程师：负责岩、土、水样的测试、试验工作。
5、超前预报的范围
本段施工范围内共有隧道5座，在施工前和施工过程中对每座隧道的正洞进行超前地质预报。
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隧道工程数量一览表
综合超前地质预报是采用以地质分析法为基础，以TSP 法、地质雷达法和地震波反射映像法三种方法为辅助手段的综合预报方法，对隧道的不良地质进行了预报分析，可准确得到开挖掌子面前方岩性变化和构造分布的详细地质信息。
综合超前地质预报流程见：图2
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7、超前地质预报的分级与方案设计
7.1 区域地质和不良地质资料分析
7.1.1 区域地质分析
本标段隧道区域地质分析是宏观预报的基础之一。区域地质资料，主要包括：
⑴隧道所在地区大地构造环境、构造体系、构造复合与构造演化； ⑵沉积建造环境、建造特征、建造演化；
⑶岩浆侵入、喷溢的地质环境、岩浆活动的特征。
还包括它们与区域地壳运动的关系，等等。
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上述资料主要从本标段隧道所在地区的各种比例尺区域地质图、区域构造体系图及其施工图纸资料中获取。区域地质分析，则是应用大地构造学、构造地质学、特别是地质力学的理论，应用沉积岩石学和沉积建造理论，应用岩浆岩石学和岩浆建造理论分析所收集的区域地质资料，初步了解隧道所在地区：
⑴主要构造方位、力学性质和构造多期活动特征及其不同方位构造对隧道围岩稳定性的影响程度；
⑵主要地层类型（如煤系地层、灰岩等可溶岩地层等等）特征及其隧道围岩稳定性的影响程度；
⑶主要岩浆岩的类型（如侵入岩、喷出岩）特征、空间分布特征及其隧道围岩稳定性的影响程度。
7.1.2不良地质条件分析
不良地质条件分析是隧道所在地区不良地质宏观预报的依据。因为：大多数隧道不良地质体本身就是区域地层、地质构造或岩溶地质体的一部分。
主要包括：依据地层层序和特殊岩层分析，构造体系、构造型式和构造分布规律分析，地应力状态分析，岩浆岩侵入体成因、产状分析，溶洞、暗河、泥石流、岩溶陷落柱和岩溶淤泥带成生条件和展布规律分析，煤系地层中的煤层和瓦斯地质分析等等。
7.2 超前地质预报分级管理
根据设计图和本管段隧道的地质情况，结合目前国内外超前地质预报设备、技术和手段发展的现状和水平，拟采用以施工掌子面地质素描法、超前水平钻孔(30～120 m超前水平钻探和5 m加深风钻) 、TSP203超前地质预报系统、HY 一303红外探测等为主要手段的综合预报技术，对超前地质预报实行分级管理。
7.2.1 超前地质预报分级
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根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，超前地质预报分级分为以下四级。
A 级：存在重大地质灾害的地段，如软弱、破碎、富水、导水性良好的断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯灾害严重的地段以及人为坑洞等。
B 级：主要针对中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。
C 级：主要针对水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段，发生突水突泥的可能性较小。
D 级：非可溶岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性极小。 地质预测预报坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、地球物理方法与超前水平钻探相结合，辅助导坑与主洞探测相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。
7.2.2 分级预报方式
A 级预报：采用地质分析法、地震波反射法、声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。
B 级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质复杂时，则按A 级要求实施。
C 级预报：以地质分析法为主，对重要的地质(层) 界面、断层或物探常地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时红外探水和超前水平钻孔。
D 级预报：采用地质分析法。
结合本标段隧道实际地质情况，将隧道分级预测定为C 级。在施工过
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靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部 程中根据实际情况调整。
7.3 超前地质预报方案设计
7.3.1 TSP长距离超前预报
7.3.1.1简介
TSP 设备是由瑞士安伯格公司开发、生产的，是当前国内外最先进的隧道长期超前地质预报设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要手段。它与其它超前地质预报的设备相比，最大优点是：探测距离远（可达隧道掌子面前方300～500米, 有效预报距离100～150米），分辨率高（最高分辨率为1米），抗干扰能力强（基本不受干扰），影响施工很少（钻孔和测试在侧壁进行，洞内探测时间仅用45分钟）。
该设备主要用于超前预报隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模，最大探测距离为掌子面前方300～500m ，设备限定的有效预报距离为掌子面前方100m ，最高分辨率为≥1m 地质体。
7.3.1.2 操作要点
⑴准备工作：操作人员4人，其中电工、爆破工各1人，配合人员2人；瞬发雷管约30个，引爆电线约60m ，炸药600g/次，每孔装20～30g 。
⑵钻孔接收器钻孔位置距工作面约55m ，与爆破孔同侧壁，数量1个，直径38mm ，深度2.4m ，方向垂直于隧道轴线或向底面倾斜10o ，向洞口回斜10o ，高度约在地面以上1.0m 。第一个爆破孔距离接收器20m ，而后所有向前至工作面的爆破孔间距约1.5m ，爆破孔数量根据隧道工作面的实际位置而定，但应大于18个；直径38mm ，深度1.5m ，线向垂直于隧道轴向，或向上与工作面成10o 夹角，向地面倾斜10o ～20o ，高度约在地面以上1.0m 。
⑶接收器套管的埋置与爆破孔的保护，接收器套管的埋置关系到接收器所收集震波信息的准确性。在接收器钻孔钻好后，用不收缩的快干砂浆或锚固剂注满钻孔，然后将套管插入孔中，24h 后固化备用，整个过程小心操作，确保套管与围岩无孔缝存在。爆破孔钻好后，为防止钻孔
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靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部 在不稳定围岩中坍塌，可用塑料管（直径30mm ，长约1.5m ）插入孔中备用，实测时取出装药。
⑷仪器调试包括基本工程数据的输入，测量几何图形参数的输入，地震波参数的输入。
⑸现场测试在接收器套管埋设24h 后，即可进行现场测试，探测断层产状及有无设计遗漏断层。
7.3.1.3 TSP能解决的主要技术问题
⑴预报掌子面前方的断层破碎带、软岩、岩溶陷落柱等不良地质体的性质、位置和规模；
⑵预报涌水量大于5米3/h以上的富水地质体和老窑、老崆等采空区的存在、位置和规模；
⑶预报煤系地层的边界和其中的煤层、富水砂岩；
⑷粗略地预报围岩级别（类别）；
⑸定性地预报发生塌方、突泥突水等施工地质灾害的危险性。
7.3.1.4 TSP的主要技术指标
⑴探测距离一般为掌子面前方300～500米，最大可达1500米；有效预报距离为掌子面前方100～150米。
⑵最高分辨率为1米地质体；
⑶预报不良地质体位置的精度可达90%以上；
⑷预报不良地质体规模的精度可达85%以上。
7.3.2 TEM地质雷达短距离精确探测（20-60米）
当开挖揭露的地质情况与前期工程地质勘察资料有较大的出入，预计开挖前方可能遇到软弱层带、含有害气体的地层、突泥、突水等；当出现围岩不断掉块，洞内灰尘突然增多，支撑变形或连续发出响声；出现片帮或严重鼓胀变形。出现以上情况时，应对其产生原因、性质和可能的危害作出科学的分析判断，并及时进行地质雷达超前探测预报。
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7.3.2.1地质雷达超前预报原理
地质雷达属于电磁波物探技术。电磁波通过天线向地下发射，遇到不同阻抗介面时，将产生反射波和透射波。接收机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析。
地质雷达是一种无损探测仪器。它依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作，电磁波脉冲由发射天线发出，被地下介质介面（或埋藏物）反射，由接收天线接收然后将这些信号记录下来，成图显示出来。被反射脉冲旅行时间在单置式天线情况下为
Δt 2h /v
式中h 为反射界面的深度(m)；v 为波速(m/ns)；Δt 为脉冲双程旅行时间(ns)。
图4 地质雷达电磁波脉冲传播示意图
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图5 地质雷达工作原理图
图6 电磁波在介质分介面上的反射和折射
每发射一次脉冲，就接收到一串反射讯号，称为时间系列或扫描记录。随着天线在介质面上方平行移动，得到无数扫描记录（大约200次/秒），合成一张完整的地下透视图像。
对于地质雷达所使用的频段来说，地下媒质一般可视为准电介质，波速可由下式近似求出
v c /r
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式中c 为真空中光速(0.3m/ns)；εr 为地下介质的相对介电常数。
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研究表明，引起雷达脉冲反射的主要原因是各种介质的介电常数不同。这是由于各介质的物质结构不同而造成的。如灰岩的介电常数通常在7~8之间。根据电磁波理论，当电磁波穿过层状介质时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。
7.3.2.2工作方法
本隧道超前预报采用美国劳雷公司(GSSI)研制生产的SIR-20型地质雷达。天线的中心频率为100MHz 和40MHz ，有效采样视窗为600～1000ns ，每根扫描的样点数选用512-1024，每0.5m 打一个点，探测深度达30～60m 。根据掌子面的情况，沿水平、竖直方向各布置了2条测试剖面，具体测线位置及方向见。由于掌子面不平整，为提高测试的准确性, 测试过程中每条剖面均进行了重复测试。
图7 测线位置及方向示意图
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图8 地质雷达探测图像
7.3.2.3雷达超前预报操作流程
为保证本标段隧道检测工作能够及时准确地完成，我部组建检测组，特针对雷达检测施工工作做出以下细则，本细则自即日期开始实施，要求全部检测人员认真、严格执行。
A 前期准备工作
⑴雷达检测组技术负责人制定雷达检测工作进度表，下发全体技术人员，要求技术人员按此进度表制定详细工作计划，以便于雷达检测组能及时地向施工方提前发出雷达检测通知，便于施工队伍提前做好雷达检测的必要准备工作，以保证施工队伍调整施工进度，且利于我队检测组及时、高效地完成雷达检测工作。
⑵雷达检测组技术负责人要根据检测目的计算好仪器的参数设置，以保证能在现场采集到全面、高效的数据记录；布线方式可根据掌子面地质情况及施工条件，现场设计合理的采集测线。
⑶雷达检测组技术负责人在出发前进行仪器的全面检查，避免由人为因素造成工地采集过程中出现采集中断。
B 现场采集工作
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⑴雷达采集过程中要求有至少两名专业技术人员在场，以保证仪器操作、天线布设及仪器采集过程中的维护工作，同时在采集过程中要做好仪器的保护工作，防止人为或落石等造成仪器的损坏情况发生
⑵雷达检测数据采集现场保证至少一人为专业地质描述人员，按要求做好掌子面及周边围岩的描述。
C 雷达检测组描述人员管理
⑴雷达检测组描述人员做好现场记录，以便准确记录现场地质情况，同时配备必要的工具（地质锤、罗盘、放大镜、皮尺、花杆）。
⑵描述人员要对周边围岩进行详细的描述，对于大于25cm 的裂隙或节理一定要进行详细描述(包括长度、走向、宽度、数量) ，对其可能的延伸方向要进行三维推断描述。要求描述信息准确、有效，并在野外做出描述草图，以备后期的资料整理与存档。
⑶雷达检测描述人员要对记录进行全面记载，包括：
①断面号，要求为简单易记，能反映断面所处隧道的准确位置。 ②里程号，要求精确到0.1m （如XX 检测的位置为DK722+000.3）。 ③面积，要求有整体的把握，并对其做出准备合理的描述，包括影响深度、范围、影响消失边界。
⑷雷达检测描述人员也要准确记录已支护拱顶及周边变形及渗水情况，做好野外描述，要求描述语言要严格按规范中语言对地质情况进行客观描述，对有疑义处必须进行必要的咨询，对确难定义处要求争取多人意见，最终得出结论，并做好记录。
⑸雷达检测采集人员在现场采集过程中要及时做好雷达记录与现场地质情况的对比，以便于为后期的资料处理过程中提供参考。
⑹雷达检测采集人员要做好现场的班报记录（包括检测位置、文件名、仪器参数设置），保证数据记录格式的统一和准确性。
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⑺在检测中出现较大数据误差，技术人员进行诊断处理，无法达到检测目的的，得出处理意见，经雷达检测组技术负责人审核后，雷达检测组及时修改检测方案，对该次雷达检测进行必要的补充检测。
7.3.3 超前钻孔
当通过TSP 长距离超前预报和TEM 地质雷达短距离探测（瞬变电磁仪法探测）初步判断前方有不良地质时，如区域性断层、岩溶发育段、突涌水段等，应采用钻孔检查验证，探孔长度20～30米，保护段长度不小于10米。根据不良地质地空间规模，确定钻孔的施作位置、方位、孔数，一般一个断面钻孔不对于3个，钻进时应对钻进速度、取芯情况、出水点位置、流量、水压、水温及出水状态等作详细记录。瓦斯段超前钻孔应符合《煤矿安全规程》的有关要求。
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通过地质超前预报和探孔，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水量情况及围岩结构的完整性，从而为优化施工隧道方案提供依据，为预防隧道突水、突泥、有害气体溢出等可能形成的灾害性事故及时提供信息
7.3.4 有毒有害气体监测
当隧道穿过煤层或其它赋存有毒有害气体的地层时，有毒有害气体会突然释放出来，威胁施工人员的生命安全。因此，必需对隧道施工过程中的有毒有害气体进行监测。
本项目采用移动式复合气体检测仪，对隧道中空气进行实时监测。该议器有四个检测通道，最多可同时检测1－5种气体，一种可燃气体及四种毒气，即插即用。360度光报警及103dB 声报警。
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8、超前地质预报仪器
⑴、地质罗盘
⑵、TSP203；
⑶、SIR20地质雷达；
⑷、地质钻孔机；
⑸、移动式复合气体检测仪（瓦斯探测）。
9、超前地质预报周期
⑴、隧道每掘进100米使用TSP 进行一次长距离超前地质预报； ⑵、每60米使用SIR20地质雷达结合40MHz 天线进行一次超前地质预报；
⑶、每20米使用SIR20地质雷达结合100MHz 天线进行一次超前地质预报；
⑷、超前钻孔，不良地质带平均每20～30m 一次。
⑸、地质雷达探测的同时进行有毒有害气体检测。当进入瓦斯设防地段时严格按照《煤矿安全规程》的有关要求进行瓦斯检测。
对各种分析方法的预报结果进行综合分析后提交报告，根据报告合
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靖西至龙邦高速公路项目工程总承包项目经理部 理制定施工方案，安全顺利通过不良地质地段，为隧道施工提供有利保障。
10、资料交附与质量保证措施
10.1资料交付
超前预报成果资料采取分报告与总报告相结合的交付方式。每天将现场采集的资料进行分析和汇总，并向施工和技术负责人进行汇报；每周进行一次归纳汇总。
每200m 分段提供报告，分段预报完成后，在3天内向监理提供说明和图件，5天之内提供分段成果报告。对地质条件与设计变化较大、影响隧道施工安全，可能产生地质灾害的重点地段（富水地带、不同岩性接触带、节理密集带等）所做的地质超前预报，及时交付监理、业主、设计单位进行动态设计；情况紧急时，先及时采取防范措施，有条件时邀请有关方进行现场会勘，再以书面形式报告监理、业主、设计单位，以保证施工安全。
10.2质量保证措施
为了保证地质测试与超前预报质量，成立QC 小组，实行全面质量管理，按ISO9001质量体系的要求，建立内部质量管理机制，制定岗位责任制，保证预报工作按计划运行，全部地质资料实行计算机管理，保证资料的完整性和连续性。预报人员要根据现场实际每天或经常、主动地深入施工现场，及时了解施工动态，进行地质测绘与编录，同时对一些地质条件复杂的地段，设置质量控制点，进行重点测试预报，确保地质超前预报工作的质量。同时为了地质超前预报和施工的顺利进行，实行定期会议制度，每天进行一次调度会，每周召开周例会，每月进行一次汇总和分析，若遇特殊情况，根据需要随时召开，适时邀请监理、业主和设计单位参加，及时解决存在的问题，保证地质超前预报和施工的顺利进行。
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