高速鐵路隧道破碎綜合超前地質預測工程作業指導書.doc
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上傳人:職z****i
編號:1079676
2024-09-06
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1、高速鐵路隧道破碎綜合超前地質預測工程作業指導書編 制: 審 核: 批 準: 版 本 號: ESZAQDGF001 編 制: 審 核: 批 準: 發 布: 二XX年X月目 錄1.目的22.編制依據33.適用范圍34.作業準備35.技術要求35.1地質預報分級35.2不同地質風險地段預報方式46 施工程序與工藝流程46.1施工程序46.2工藝流程47.施工要求67.1地質素描67.2地質雷達77.3 TSP地震波法77.4紅外探測法107.5超前地質鉆孔探測107.6加深炮孔探測108.勞動組織109.材料要求1110.設備機具配置1111.安全及環保要求111.目的開展綜合超前地質預測預報,查明2、隧道破碎帶等不良地質情況,確保隧道施工安全。2.編制依據1.1國家及鐵道部現行的客運專線設計暫行規定、施工質量驗收暫行標準、施工技術指南、安全技術規范;高速鐵路隧道工程施工指南、高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準、鐵路隧道監控兩側技術規程。1.2經審核合格的施工設計圖紙、設計文件、設計數據。 1.3建設單位組織的設計技術交底紀要及有關文件、通知。3.適用范圍適用于、級圍巖段隧道工程。4.作業準備隧道圍巖是復雜多變的,不良地層結構會導致隧道坍塌,涌水等事故的發生,為了保證隧道安全施工和工程質量,在設計勘測資料和理論分析的基礎上,應將超前地質預測、預報納入正常施工工序中,作為隧道“信息化”施工的重要3、組成部分,并形成制度,做好預測記錄和分析總結,并根據隧道的長度和地質情況采用適宜的預報方法。5.技術要求根據地質復雜程度分級,對不同地段進行地質預報分級,不同類型和級別的地段采用不同的預報方法。5.1地質預報分級根據地質災害對隧道施工安全的危害程度,將地質預報分為以下四級:A級:存在重大地質災害隱患的地段,如大型暗河系統,可溶巖與非可溶巖接觸帶,軟弱、破碎、富水、導水性良好的地層和大型斷層破碎帶,特殊地質地段,重大物探異常地段,可能產生大型、特大型突水突泥地段,誘發重大環境地質災害的地段,高地應力、瓦斯、天然氣、放射性問題嚴重的地段以及人為坑洞等。B級:中、小型突水突泥地段,較大物探異常地段,4、斷裂帶等。C級:水文地質條件較好的碳酸鹽巖及碎屑巖地段,小型斷層破碎帶,發生突水、突泥可能性較小的地段。D級:非可溶巖地段,發生突水突泥可能性較小的地段。5.2不同地質風險地段預報方式A級:采用地質素描法、地震波反射法、地質雷達探測法、紅外探測法、超前水平鉆探、掌子面地質素描等手段進行綜合預報,首先以地質素描法進行長距離預報,然后采用中長距離地震波反射法和短距離物探法相結合進行預報,同時進行超前水平鉆探檢查。B級:采用地質素描法、地震波反射法輔以地質雷達探測法、紅外探測法、進行必要的超前水平鉆探,當發現局部地質條件復雜時,按A級要求實施。C級:以地質分析法為主,對重要的地質地層界面斷層或物探異5、常地段可采用地震波反射法進行探測,必要時采用紅外探測和超前水平鉆探。D級:采用地質分析法。6 施工程序與工藝流程6.1施工程序根據鐵路隧道超前地質預報技術指南采用地質素描方法、鉆探方法、物探方法相結合,長距離、中長距離、短距離預報相結合的綜合預測預報手段。長距離地質預報主要采用地質分析法或地震波反射法,根據設計提供的地層巖性、地質構造、圍巖級別、儲水構造、富水規模、巖溶發育規律及特征、其它不良地質及特殊地質發育情況進行宏觀預測預報,預報距離一般100m,并根據揭示情況進行不斷的修正。中長距離預報是在長距離預報的基礎上采用紅外探測法或超前水平鉆探法等對掌子面前方30100m范圍內的地質情況作進一6、步的預報,如對不良地質體的位置、規模、性質作較為詳細的預報,粗略的預報圍巖級別和地下水情況等。短距離預報是在中長距離預報的基礎上采用地質雷達和加深炮孔探測法等進行預報,探明掌子面前方30m范圍內地層巖性、地質構造、不良地質及地下水出露情況等,對可能有突泥、突水和其它不良地質情況的地段應進行鉆孔驗證。6.2工藝流程根據設計文件分析區域性地質資料地質素描法地震波反射法分段確認進一步判斷確定預測對象及測程長距離100m中長距離30100m短距離30m紅外探測法超前水平鉆探地質雷達探測法加深炮孔初步確定不良地質體的厚度和范圍有無按原施工組織方案進行施工按測程、用不同方法相互驗證:斷層破碎帶、溶洞、膏溶7、角礫、洞穴、突水涌泥、含水構造等規模及位置制定施工方案及搶險預案、準備物資、機械等準確測定斷層破碎帶、膏溶角礫、洞穴、突水涌泥、含水構造等規模及位置、重視側后方的溶洞、涌水實施施工方案檢驗遠程預報的準確性檢驗中程預報的準確性信息反饋有無超前地質預報工藝流程7.施工要求超前地質預報方法表地質超前預報的方法預測預報手段儀器預報內容預報頻率及計劃地質分析法地質素描羅盤儀、地質錘、放大鏡、皮尺等簡單工具主要對開挖面圍巖類別、巖性、圍巖風化變質情況、節理裂隙、產狀、斷層分布和形態、地下水等情況進行觀察和測定后,繪制地質素描圖,通過對洞內圍巖地質特征變化分析,來推測開挖面前方的地質情況。地質素描在每次開挖8、后進行物探法TSP技術TSP203超前預報儀重點探查規模較大破碎帶、裂隙發育帶等。每隔100m用TSP203探測一次探地雷達周邊探測SIR10B型地質雷達重點進行隧道周邊的地質體探測,查找隧道周邊隱伏的地質破碎帶及其它不良地質體,防止開挖通過后,隧道頂板、底板及側壁出現災害性的突水突泥。每隔3040m內紅外探測法紅外探水儀根據構造探測結果,趨近不良地質體和地質異常體時,利用便攜式紅外線探水儀進行含水構造探測。當洞內個別區段滲水量較大時,亦用紅外探水儀探測預報,探明隧道周邊隱伏的含水體。每隔20m30m對掌子面進行一次含水構造探測水平鉆孔法超前地質鉆孔水平超前地質鉆機施工中將超前鉆孔作為主要的探9、測手段,用以驗證超前地質預報的精度,并直接探明涌水壓力及其含量。水平超前鉆深孔孔徑為108mm,中孔孔徑為50mm。每次鉆孔深度3050m,必要時進行取芯分析。加深炮孔探測法長炮孔風鉆可用于各種地質條件下隧道的地質超前探測,尤其適用于巖溶發育區。孔深較爆破孔(或循環進尺)深3m以上根據現有的地質勘測資料,對隧道不良地質段進行補充地質探查。在隧道工作面按照“由遠至近,逐步加密”的方法進行探測。7.1地質素描開挖后通過對圍巖類別、巖性的判斷,圍巖風化程度、節理裂隙、產狀、斷層分布和形態,地下水等工程地質及水文地質情況進行觀察和測定后,繪制剖面、平面地質素描圖,并結合位移量測和超前地質預測、預報資料10、來判斷前方地質情況,據以指導施工。7.2地質雷達探地雷達(Ground Penetrating Radar簡稱GPR)用于淺層地質結構、構造、巖性、物性檢測的新技術。它以超高頻脈沖電磁波為震波,多以自激自收的形式,可采用連續、間斷兩種方式探測地下介質分布的一種地球物理勘探方法。具有快速、無損、連續檢測、實時顯示等特點。用于探測地下十幾米深處內的地層介質分布、目標詳查、缺陷檢測、病害調查等。電磁波通過天線向地下發射,遇到不同阻抗介面時,將產生反射波和透射波。接收機利用分時采樣原理和數據組合方式,把天線接收的信號轉化為數字信號,主機系統再將數字信號轉化為模擬信號或彩色線跡信號,并以時間剖面的形式顯11、示出來,供人判釋。它主要配合地震反射法,通過測定與巖溶含水性有關的介電常數的變化探測充水的地質體,如含水的斷層、巖性界面和溶洞等。它對隧道底板、邊墻、隧頂外圍巖的不良地質探測效果最好。隧道襯砌檢測時雷達天線緊貼隧道襯砌表面,按所需測線連續滑動,可采用打標和測距兩種方式進行定位,空間采樣率由系統設置和天線滑行速度確定,雷達主機實時記錄每個測點的時距曲線,即時間深度和振幅值,匯集不同測定的時距曲線就構成了一條雷達剖面。 7.3 TSP地震波法TSP(Tunnel Seimic Prediction)其原理是通過小藥量爆破所產生的地震波信號沿隧道左側或右側以球面波的形式傳播,巖層中存在的斷層或性質不12、同的巖層界面將使波的傳播發生某些變化:一部分信號在其處發生反射,反射回的信號被高精度的接收器接收,而其它信號繼續向前傳播。若聲波在巖石中的傳播速度已知,通過分析反射聲波所需的時間,就可以計算出不連續界面的具體位置。最終顯示屏上會顯示出斷層與隧道軸線相交所呈現的角度及距掌子面的距離。施工準備確定TSP測量剖面:從已開挖的隧道斷面確定巖層走向,一般炮孔布置在斷層與側幫首先相交的一側;若地質情況特別復雜,最好兩側幫都布置炮孔。測量剖面坐標系的確定:接收器距掌子面的距離一般為55m,X方向與隧道軸線平行,三維坐標以左手法則確定,可將零點固定在接收器位置,基準面高出底板11.5m。孔位標定:接收器距第一13、個炮孔1520m;各炮孔相距1.52.0m,距離可小不能大。炮孔一般為24個,最少不得少于18個。X軸與炮孔同側。鉆孔20m231.5m下傾1020上仰510接收器孔炮孔1m隧道平面接收器鉆孔:數量2個,兩幫對稱布置,離地1m,孔徑4345mm,孔深2m。用環氧樹脂固結時上仰510,用水泥固結時下傾10。爆破鉆孔:數量24個,特殊情況下不得少于18個,離地1m,孔徑2045mm,孔深0.82.0m,一般為1.5m,下傾1020。孔位標定:鉆孔完成后,用附件箱中的水平測量儀和鋼卷尺量取孔口與隧道軸線、里程的相對位置,鉆孔的斜度、深度,并換算成三維坐標值輸入電腦中。安裝套管試孔:將沒有拆封的四方圓14、角鋼管(見圖)插入孔內,以能自由轉動為準,否則需擴孔。25mm29.8mm35mm插管:準備好適配器,適配器一端為六棱孔,另一端為四方形孔與通用釬尾焊為一體,長度不大于0.7m。孔內裝入錨固劑(樹脂或砂漿),插入套管(有字的方口朝外)。揭開管口護蓋,依次安裝連接器(一端為六棱柱,另一端為四方柱)、適配器、風鉆。用風鉆旋轉推進套管并攪拌錨固劑,套管頂到孔底(外露10cm)后卸去適配器、風鉆。錨固:迅速用連接器的手柄調整套管,使管口的“V”形槽口連線呈水平線,標“groove”朝向掌子面,蓋好管口護蓋,在此期間不得擾動套管。標定;約510min后錨固劑凝固,用水平測量儀和鋼卷尺測出套管的斜度(上仰15、為,下傾為)、孔口三維坐標,將各參數輸入電腦。安裝接收器檫洗套管:揭開管口護蓋,在清潔桿或測試器桿的墊圈上噴涂清潔液,捅入套管內檫洗干凈。連接接收器:整個操作過程要小心、謹慎。打開包裝箱,接收器由三節長670mm的桿體組成,可以邊插邊連接。傳感器似四棱紡錘形,與套管內壁密貼,插入套管時圓形(黑色)磁鐵朝向掌子面。推入一定深度后,輕輕連接延長節,先連電纜芯,后擰連接套。同樣連好后座部分。7.3.5系統安裝在接收器附近選擇合適的操作地點,用配套電纜將記錄單元與接收器連接;記錄單元與觸發盒連接;觸發盒與起爆器連接;從起爆器牽出兩根帶線夾的引爆導線。啟動記錄單元:按下控制面板上標有“電源”的黑色按鈕,16、電源指示燈亮;橙色控制燈“Bucy”也亮一會兒,表示整個裝置運行狀態正常。噪聲檢測:在每組爆破記錄開始時,啟動電腦進入MS WindowsNT環境,雙擊TSPwin圖標即啟動TSPwin程序,噪聲檢測會自動進行。裝藥和封孔測試正常后開始裝藥,每孔裝硝銨乳化炸藥100g,8瞬發電雷管引爆。裝藥后向炮孔內灌水密封,發出警戒命令,連接雷管引線與起爆導線。起爆與數據采集啟動筆記本電腦進入TSPwin界面的噪聲檢測對話框,控制面板上 “準備爆破” 的綠色信號燈發亮,同時觸發盒和起爆器上的綠色信號燈也發亮。逆時針轉動起爆開關充電,待紅燈亮時再次發出警戒命令,爆破點有回應 “好”時,順時針轉動起爆開關,炸藥17、爆炸,記錄單元立即啟動,綠燈熄滅。地質數據從記錄單元的存貯器輸入到筆記本電腦的存貯器中,在這個過程中,控制面板上的橙色控制燈一直亮著,所記錄的數據將以地質軌跡線顯示。爆破從靠近接收器的第一個炮孔向掌子面逐孔進行,24炮全部爆完和采集數據共需3045分鐘,期間掌子面必須停止一切有聲響的作業。起爆與數據采集完成后,拆除連接電纜,小心、謹慎地逐節抽出接收器,并隨手蓋好護蓋、裝箱。數據分析及成圖判釋此項工作在室內進行。TSPwin軟件可同時打開多個文檔,按其軟件手冊的操作程序,以人機對話方式進行,從工具欄或菜單欄發出命令,即可得到距掌子面100m以內不同界面的剖面圖及有關參數,并可演示動畫三維圖,以此18、判釋掌子面前方的地質狀況。預報效果檢查通過TSP203超前地質預報系統,只能概略判釋與隧道軸線基本正交的不同介質(巖性、含水量等)的分界面,但隧道不同、圍巖不同,會有不同的結果,不可一概而論。這就要求地質預報人員,對開挖后的隧道作地質素描,與TSP203的成圖對比,分析差異、總結經驗,才能提高超前地質預報的準確率。7.4紅外探測法地下水的活動引起巖體紅外輻射場強的變化,探測掌子面或洞壁四周的這種變化,可以推測是否有隱伏的含水體。該法測量快速,施工干擾小,但無法預報水量和含水體的具體位置。7.5超前地質鉆孔探測在以上手段預報的基礎上,為保證施工安全,采用超前地質鉆孔對不良地質體發育范圍與形態進行19、勘測,以便為制定合理的施工措施提供準確的依據。超前鉆孔在開挖面布設,共布設4個,其中2個位于上部拱腰,另2個位于邊墻部位。超前鉆孔采用地質鉆機施做,鉆孔直徑為75mm,外插角35。鉆孔長度控制在3050m范圍,每循環搭接長度不5m。7.6加深炮孔探測鉆孔在開挖面布設,孔數和孔位根據開挖斷面大小和地質復雜程度確定。鉆孔采用風鉆施做,鉆孔直徑32mm,垂直巖面打入。鉆孔長度控制在35m范圍。8.勞動組織勞動力組織方式:采用架子隊組織模式。施工人員根據施工方案、機械、人員組合、工期要求合理配置。單工作面人員配備表負責人1人技術主管1人專兼職安全員1人工班長1人開挖工3人技術、質檢、測量及試驗人員2420、人機械工、普工6人9.材料要求檢測所需材料符合設計及規范要求。10.設備機具配置單工作面主要施工機械設備配置表地質羅盤1個TSP203地質預報系統1套SIR10B地質雷達1臺HY300紅外探水儀1臺KQJ100水平超前地質鉆機1臺風鉆4臺11.安全及環保要求根據綜合地質預報手段獲得的地質信息,經綜合分析,及時提出地質預報資料,作為制定或修改施工方案的依據。超前的地質情況與預報結果進行對比分析,及時總結經驗,指導和改進地地質預報的結果應體現出及時性,有異常情況時應及時通知決策部門和設計單位,及時采取措施,使不良地質體始終處于可控狀態;在預報前方地質情況正常的情況下,亦應將預報結果及時通知決策部門和施工單位,使其安排正常施工工序,組織正常施工生產。地質預報結論應有書面報告,并及時交由決策部門和施工單位,對所有預報資料應存檔備查。施工過程中應將實際開挖納入地質預報工作。