超前地质预报实施细则4-13

一、编制原则

隧道超前地质预报是保证隧道施工安全的重要管理环节和技术手段，通过超前地质预报工作，可以及时掌握和反馈隧道地质信息，为进一步修正、完善隧道设计参数、施工工法、防护措施，优化施工组织、超前制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据，最大限度的规避安全风险。 超前地质预报主要用于隧道开挖过程，探测掌子面前方一定距离的岩溶、岩溶突水(突泥)、断层破碎带、高地应力(可能产生硬岩岩爆和软弱围岩塑性变形)和瓦斯等灾害性地质条件。通过超前地质预测预报，预测可能引发隧道地质灾害的不良地质位置、规模和性质，并根据地质预报成果，提出相应的技术措施与可行性建议，降低地质灾害发生几率，确保隧道施工人员和设备安全，进而提高经济效益。在隧道开工前应根据隧道区域地质资料和施工图设计，结合现场实际情况，制定预报方案，针对不同地段的工程地质情况进行地质预报重要性分级，不同级别的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。

二、编制依据

1）《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设?2008?105号）； 2）《铁路工程地质勘察规范》TB10012-2007；

3）《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设?2007?200号）； 4）“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）；

5）铁道部建设管理司《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）。

三、工程简介

新建张家口至唐山铁路ZTSG-4标段中我公司管段地处丰宁县、

滦平县境内，起讫里程DK249+928（台上隧道进口）～DK257+715（西梁隧道出口）,计7487.26m;与DK262+570（王家沟跨京通铁路特大桥唐山台尾）～DK274+197（标段尾），11552.44m,正线全长19039.7m。

隧道七座16254m，桥梁四座944m（台上隧道1522m、 蔡家沟大桥220m、蔡家沟隧道815 m、四道营隧道1470m、 四福沟大桥244m、西梁隧道2355m、东山隧道2359m、南沟大桥404m、遥岭隧道2444m、烂石窖中桥76m、白土山隧道5289m）。路基为桥、隧间短路基共1841.7 m，最长路基825.26m。涵洞13座。

四、人员组织

组长：罗敏

副组长： 王圆圆、管红亮

组 员： 孙朝阳、张均旺、杨小帅、张帅、郭玉鹏、王圣录、赵良钰等 张均旺 第一组：王圆圆 第二组：管红亮 组长：罗敏 杨小帅 张 帅 孙朝阳 郭玉鹏王圣录 赵良钰 台 上 隧道 蔡家沟隧道 四道营 隧道 西 梁 隧道 2 东 山 隧道 遥岭 隧道 白土山 隧道

五、元器件及设备

仪器设备配置：地质雷达、红外线探测、TSP203探测仪、超声波检测仪、地质水平钻机、罗盘仪、数码照相机等。

六、作业内容

1、地质调查：依据隧道区域地质资料和设计施工图纸进行地质核查，初步分析地层岩性、地质构造、不良地质、地下水。

2、识别地质风险等级：依据地质调查资料，对隧道地质风险等级进行初步划分，即按照A、B、C、D四级划分。

3、编制地质预报实施方案：根据隧道地质风险等级，分级制定地质预报工作实施方案。

4、地质预报成果分析：依据地质预报实施方案进行预报，对预报资料进行全面系统分析，判定前方地质状态。

5、调整、优化施工方案：针对不良地质条件与设计进行对比分析，从而优化开挖工法和防护措施。

七、工作准备

1、组建地质预报工作机构：项目部由总工程师总负责，隧道地质工程师负责日常工作，配置隧道施工相关技术人员全面配合。

2、绘制地质剖面图：根据隧道区域围岩地质资料和施工图设计、地质风险等级，绘制隧道地质纵断面剖面图，并标注预报等级方案。

3、编制地质预报工作计划：根据隧道地质剖面图和预报方案，结合隧道施工进度安排，制定超前地质预报工作计划，以满足施工进度要求。

5、编制地质预报作业指导书，对技术人员和施工人员进行培训。

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八、施工工艺流程及工艺要求

1、地质工作管理组织机构

地质工作组织机构图

T 地质组 项目部总工程师 地质雷达预报 地质复查和素描 洞内监测 地表监测 S P 预测 红外探水 超前钻孔

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2、超前地质预报工作流程图

地震波负视速度法 地震波法 水平超前钻孔法、陆地声纳法、瑞利波法、红外探测法 地质调查法 超前钻孔法 地质雷达法 低频法探水 远程50~200m 中程15~60m 近程0~20m 制定预报方案 开始 水平声波剖面法 HSP 判释 不良地质 构造的位 置及影响 进一步采用 分段采用 准确测定断层破碎带、岩溶、采空区、含水构造的位置 有 范围 按不同探测方法相互验证，判断断层破碎、岩溶、采空区、含水构造等的规模及位置 有 无 有 修正、完善施工方案及防治、抢险措施，准备设备、物资 实施施工方案 按原施工组织设 计进行施工

验证中程预报的准确度 信息反馈 验证远程预报的准确度

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3、地质信息系统管理流程

地质信息系统流程图

动态调整 地质信息综合分析 与设计文件是否一致 地质信息采集系统 地质素描 涌水量监测 红外线探测 TSP203 测 其它探测 地质复查 地表观测 物理力学试验 超前地质预报 施工开始 九、地质预报方案实施

1、预报工作技术要求

（1）超前地质预报应实行分级管理，根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，对工程进行地质灾害分级，采取不同地质预报方案。 （2）根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，地质灾害分为四级： A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可岩溶与非可岩溶接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带；可能诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、人为坑洞、放

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射性等问题严重的地段；可能发生特大型、大型突水涌泥地段，特殊地质地段，重大物探异常地段等。

B级：中、小型突水涌泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。 C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩级碎屑地段、小型断层破碎带，发生突水涌泥的可能性较小地段。

D级：非溶岩地段，发生突水涌泥的可能性极小地段。

（3）根据不同的地质风险等级，确定其相应的切实可行的超前地质预报方案和方法。

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，辅以地质雷达、红外探测，并进行必要的超前水平钻孔。

C级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段，可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。在物探后，对前方有疑问和可能造成地质灾害的不良地质宜辅以钻孔法探测，即每循环钻孔作业时可选1～3个钻孔加深4～5m，根据钻孔钻进的速度变化和出浆情况，分析前方地质情况的变化。

D级预报：采用地质分析法，必要时采用超前水平钻孔探测。即隧道爆破后及时查看掌子面地质状况，描绘地质图，通过与设计资料的对比，提供地质情况预报。

（4）复杂隧道超前预报需编制实施细则，内容包括预报实施方案、分段

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预报内容、预报方法及技术要点等。 2、预报方法及操作规程

超前地质预测预报工作一般采用多种手段互相验证，各工作阶段互补，并按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。根据各种探测方法的特点，可分为远程控制预报、中程预报、近程验证预报。综合地质预报主要措施见下表：

综合超前地质预报主要措施表 措 施 地质 素描 洞顶及洞壁 掌子面 TSP（掌子面岩溶，不良地质） 物探 方法 地质雷达（基底岩溶探测） 地质雷达（掌子面岩溶探测） 地震反射波法（基底岩溶探测） 红外探水 超前水平钻探 基底岩溶勘查 位 置 左侧洞壁、右侧洞壁、洞顶 每10m拍摄一张数码相片计算 洞身每次150m 在隧底中心和两侧，各布置一条测线 20m左右一次 在隧底中心和两侧，各布置一条测线 全洞身每30米测量一次 单孔水平钻探（一般钻孔深度30～50灰岩地段每150米计划单孔水平钻探一孔，碎屑米） 岩、花岗岩地段每250米计划单孔水平钻探一孔。 多孔水平钻探 地质雷达和钻探 长期水文观测点（泉、暗河、钻孔、沟谷等） 计划在断层破碎带处 根据要求 管道流、堰流、深孔 洞内断层段、溪谷、岩溶水 按50米计划取样一组 灰岩地段每150米计划取样一组，碎屑岩、花岗岩地段每100米取样一组 测试 试验 水量、水压力测试 软岩物理力学、膨胀性试验 地下水侵蚀性判定取样 远程宏观控制预报：在隧道穿过的灰岩地段以及断层在洞身水平方向上采用TSP203超前地质预测预报系统进行距离50～200m的预报(采用100m的成果)。

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中程预报：采用仪器(地质雷达、红外探测仪、HSP水平声波反射法)和超前地质钻孔进行的距离在30m的验证预报。

近程预报：地质素描法和采用加长钻孔进行的距离小于30m的预报。 （1）用工作面地质素描预报

地质素描在隧道施工中全段进行。地质素描内容为：

① 根据对超前地质预报结果，对开挖面和洞身周边综合分析围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，判断开挖面前方围岩的工程地质、水文地质特征。并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。

②根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。

③根据开挖段及开挖面水文地质情况，提出针对性工程方案建议。 （2）TSP超前地质预报系统超前探测

隧道掘进过程中，每开挖50～200m通过TSP203对开挖前进方向进行中长距离预报，对一定规模的断层破碎带和岩溶带进行预报。 （3）工作面超前地质钻孔探测预报

①在隧道施工通过岩溶、断层破碎带段每开挖30m，利用超前水平地质钻孔对开挖前进方向进行30～50m的钻探。

②在可溶岩地段、可溶岩与非可溶岩过渡接触带，以及断层破碎带施工中运用钻具进行长5m的超前钻孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。对超前探测的异常段，需增加钻探。

③钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。

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（4）红外线探水

在隧道施工通过岩溶、岩溶水、断层破碎带可能发生涌水地段每开挖15～30m，对开挖面前方施作一红外线探测技术，对地下水进行预报。 （5）开挖后的周边探测

地质雷达除进行开挖面前方探测以外，在隧道已开挖过的可溶岩地带隧底、断层破碎带洞壁8～15m范围进行连续探测，以发现可能的不良地质体，及时上报设计和监理单位进行变更处理，免除后患。 （6）物探法

物探的方式有很多种，在隧道施工中经常采用的是地震波反射法和声波反射法，目前在我国隧道施工采用的仪器主要是TSP203超前预报（地震波反射法）、HSP超前预报（声波反射法）、红外线探水仪和地质雷达超前探测（电磁波反射法）几种，针对我单位隧道具体情况和隧道地质风险等级划分，计划采用地质雷达进行超前预报。 （7）地质雷达预报

地质雷达预报是用电磁波反射原理进行探测，通过测定与岩溶含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体，含水的断层、岩性界面和溶洞等。

采用地质雷达进行短距离（10～40m）的精细岩性结构变化情况的预报，比如确定异常体的规模、性质、危害等有困难时，采用地质雷达作为补充。同时地质雷达用于隧道底部、边墙、隧顶外或其它部位可能隐伏洞穴的探测，效果较好。 （8）超前水平钻探

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采用超前水平钻探法，对开挖面前方15～30m范围的地质岩层整体性、含水构造、水量及水压进行预测，在地质雷达和地质分析法预报的基础上，用超前水平钻探法进一步对比较差的围岩地段取得可靠的资料。 钻探孔时，根据钻进速度的变化和冲击振动频率，钻孔中出水的清浊及颜色，对开挖面前方围岩整体性进行分析，含水构造进行判断（在开挖钻孔作业时，可将部分眼孔加深8～10m，作为辅助超前探测，辅助超前探孔数量在施工中可根据实际地质情况酌情增减）。超前地质探孔布置见图5-3。

（9）其它地质工作内容及方法 ① 岩溶和断层破碎带形态调查

调查岩溶的形态、规模及其分布位置、高程、延伸方向、涌水量大小、充填物情况。 ② 地表监测

依据提供的工程地质、水文地质图，岩溶隧道中线两侧各1.5公里与居民生活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。监测内容主要为水量、水温、水压、水质的变化以及当地的气象与降水。 监测手段主要为测量、摄影、笔记等。

③ 必要时采用超前导坑法进行开挖揭示地质情况。 （10）地质信息收集与处理

超前地质预报建立一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，进行综合分析、判断，编制信息预报成果由主管技术人员予以复核，并报设计、监理。为变更设计和施工提供决策依据，及时调整施工方法和支

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护参数。经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。

采用新的施工方法和支护参数后，有从施工过程中获取新的地质信息，更新地质信息系统，经处理后，再一次反馈给施工，如此往复，形成地质信息系统化。

十、预报成果报告

1、超前地质预报实施方案的编制 按照每座隧道编制，内容包括：

（1）隧道工程地质条件，可能存在的施工风险，超前地质预报工作要达到的目的和技术方案。

（2）建立的超前地质预报工作机构，需要投入的人力、设备资源。 （3）超前地质预报实施方案的工作程序、预报内容、具体的预报方法、技术要点，并编制气象、重要泉点和洞内主要出水点（流量大于1升/秒的出水点）等观测计划和观测技术要点。

（4）超前地质预报工作制度，包括地质预报工作与设计、监理、业主的联系制度，地质预报成果报告提交的时限、信息传递的方式等。 2、地质预报相关记录

（1）超前地质预报主要项目、内容规划表

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超前地质预报主要项目、内容

项目 岩层倾向、倾角、走向地下水的来源、工作面埋深等 围岩等级 地下水赋存状态 断层带 预测预报主要内容 主要方法/仪器 重点预报地段 超前预测 预测岩层相同特征向施工方向延伸的长度、地下水源头、地质分析法 隧道埋深、断层延伸长度、裂隙发育和岩体结构特征 软弱围岩地段、断层破碎带、每个循环记录 常规预报 岩性特征，节理、裂隙发育特征和岩体结构特征 涌水量大小、水压力、变化规律，环境水文地质特征 位置、规模、破碎程度及宽度、充填情况 地质分析法（地质罗断层破碎带、软弱围盘、地质锤、卷尺、地岩地段、渗滴水地段 表观察、工作面观察） 地质雷达，超前钻探孔，测流计 超前钻探孔，地质分析法 岩溶地带、高水压地段 断层破碎带 异常预报

岩溶 地质雷达，超前地 大小、位置，充填情况 质钻探孔、地表观察。岩溶发育地段 与水关系 必要时增加声波反射法 13

（2）超前地质预报等级划分表 超前地质预测预报等级划分表 地质风序 险等级号 划分 地质条件描述 预测预报符合性隧道划分 方案、方法 采用地质分析法、地震波反射法、声波反射法、地质雷达、红外线探测、超前水平钻探交叉结合 备注 1 A 存在重大地质灾害隐患（如暗河、可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地质和大型断层破碎带）；可能诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力、瓦斯、人为坑洞、放射性等问题地段；可能发生特大型、大型突水、突泥地段，特殊地质及重大物探异常地段。 XXX隧道 2 B 中、小型突水突泥地段、较大物探异常地段，断裂带 采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法和XXX隧道 地质雷达、红外探测、必要的超前水平钻探 采用地质分析法为主，重要特殊的地质界面、断层或物探异常地段可XXX隧道 采用地震波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔 采用地质分析法 XXX隧道 计划采用地质分析法和地质雷达、超前钻孔探测 3 C 水文地质条件较好的碳酸岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小 采用地质分析法结合局部地质雷达或超前水平钻孔进行探测 4 D 非可溶岩地段，发生突水、突泥的可能性极小 采用地质分析法 14

（3）地质预报计划安排表 地质超前预报计划安排表 地质预报项目 单位 工作面地质情况 岩层破碎、设计地质物探异常、有渗水现象 岩层破碎、岩溶发育、有渗滴水现象、地表有天坑、水塘 物探比较异常、地质条件较差 全部地段 测量频率 有异常时每30m左右进行探测一次 有异常时进行（2～3）孔 地质雷达 次 超前水平地质探孔 次 声波反射法 地质素描 次 隧道延米 每次开挖后进行 （4）地质预测预报主要设备及人员 超前地质预报主要设备配置表 序号 1 2 3 4 5 6 设备名称 TSP探测仪 地质雷达 红外探水仪 超声波检测仪 地质钻机 数码相机 型号 TSP203 SIR-10H HY-303 CSB-3 MK-5 尼康 超前地质预测、 预报人员名单 序号 1 2 3 4 5 6 7

隧道名称 台上隧道 蔡家沟隧道 四道营隧道 西凉隧道 东山隧道 遥岭隧道 白土山隧道 姓名 张均旺 杨小帅 张帅 孙朝阳 郭玉鹏 王圣录 赵良钰 专业 预测、预报 预测、预报 预测、预报 预测、预报 预测、预报 预测、预报 预测、预报 负责人 王圆圆 王圆圆 王圆圆 王圆圆 管红亮 管红亮 管红亮 联系电话 18631411616 18631411616 18631411616 18631411616 18631415675 18631415675 18631415675 数量 1套 1套 1套 1台 2台 2台

（5）其他预报记录附表

附表一：XXX隧道施工地质预测预报成果表 附表二：工作面地质素描记录表 附表三：施工阶段围岩级别判定卡 ·

附表一： XXX隧道施工地质预测预报成果表

施工单位： 年 月 日 序号 预报预测地点 预报方法 超前预报结论 评价及建议 预报 负责人 备注 1 地质分析 地质素描和施工阶段围岩级别判定卡 2 工作面地质雷达 3 超前地质钻探 附件 地质雷达探测图象

附表二：工作面地质素描记录表

张唐线 **标段 ** 隧道 DKxxx+xxx-DKXXX+XXX 里程 掌子面地质素描记录表

工程名称： 施工里程： 编项 目 号 名 称 1 掌子面 尺 寸 掌子面 状 态 毛开挖 面状态 岩石强度 (MPa) 风化程度 裂隙宽度 (mm ) 裂隙形态 涌水状态 围岩级 别划分 状 态 描 述 开挖 宽度 (m) 稳定 自稳 30～60 微风化 ＞5 密集 无水 开挖 高度 (m) 开挖 面积 (m2) 正面挤出 自稳困难、要及时支护 5～15 强风化 1～3 开口 整体湿润 开挖 方式 其它 2 3 4 5 6 7 8 9 正面掉块 随时间松弛、掉块 15～30 弱风化 3～5 部分张开 渗水 正面不能自稳 要超前支护 ＜5 全风化 ＜1 夹有粘土 涌出或喷出 其它： 其它： 其它： 其它： 其它： 其它： 特别大 附图 制表： 复核：

附表三：施工阶段围岩级别判定卡 工程 名称 里程 岩石类型（名称） 单轴抗压极限强度Rc= Mpa 岩性 指标 变形模量E= Mpa 天然重度γ= kN/m3 地质构造影响程度 间距（m） 延伸性 岩体完整状态 地质结构面 粗糙度 >1.5 极差 位置 距洞口距离（m） 极硬岩 硬岩 中硬岩 较软岩 软岩 极软岩 土 极严重 <0.06 极好 平整光滑 黏土充填 风化 极严重 <10 10～25 25～干燥或湿润 干燥或偶有渗125经偶有渗水 湿润 水 常渗水 经常渗水 地质构造应力状态 Ⅰ Ⅱ 其他 Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 黏聚力C= Mpa；ф= 点荷载强度Ix= Mpa 泊松比ν= 其他 轻微 0.6～1.5 差 较重 0.2～0.6 中等 粗糙波纹状 张开0.5～1.0 风化颇重 严重 0.06～0.2 好 平整光滑有擦痕 无充填张开>1.0 风化严重 评定 明显台阶状 张开性密闭 （mm） <0.1 风化程度 简要说明 未风化 部分张开0.1～0.05 风化轻微 地下水状态 初始应力状态 渗水量【L/(min.10m)】 埋深H= m 围岩级别 备注 记录者:

复核者: 日期:

十一、超前地质预报制度

依据超前地质预报的技术要求，针对管段内隧道分进出口完善相

应的工作，明确责任人，各队应严格按本指导书内容实施，并建立单独建立超前地质预报台账，留存相关影像图片资料，每周汇报各隧道超前地质预报情况。

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