隧道超前地质预报施工方案 - 图文

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

新建乐清湾港区铁路支线工程SG02标

DK2+505～DK11+040

隧道超前地质预报施工专项方案

中铁大桥局集团有限公司 浙江乐清湾铁路SG02标项目经理部 二〇一六年三月

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中铁大桥局集团有限公司 浙江乐清湾铁路SG02标项目经理部 二〇一六年三月

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目录

第一章 编制依据 ................................................... 1 第二章 工程简介 ................................................... 1 2.1官岭山隧道 .................................................... 1 2.2六岙隧道 ...................................................... 2 2.3江北岭隧道 .................................................... 3 第三章 隧道洞口地质概况 ........................................... 4 3.1官岭山隧道 .................................................... 4 3.2六岙隧道 ...................................................... 5 3.3江北岭隧道 .................................................... 5 3.3.1 地层岩性 .................................................. 5 3.3.2地质构造 ................................................... 6 3.3.3水文地质特征 ............................................... 9 3.3.4环境水侵蚀性评价 ........................................... 9 3.3.5涌水量的预测 .............................................. 10 3.3.6不良地质及特殊岩土影响及评价 .............................. 11 3.3.7环境工程地质评价 .......................................... 13 3.3.8隧道工程地质条件的分析评价 ................................ 14 第四章 超前地质预测预报的目的、手段和工作量 ...................... 17 4.1隧道超前地质预报的目的 ....................................... 17 4.2超前地质预报的设计原则 ....................................... 17 第五章 超前地质预报的方案 ........................................ 17 5.1分段预报内容及方法 ........................................... 17 5.1.1官岭山隧道分段预报内容及方法 .............................. 18 第六章 超前地质预报工作流程及操作要点 ............................ 20 6.1超前地质预报工程流程 ......................................... 20 6.2 超前地质预报操作要点 ......................................... 21 6.2.1 常规地质法 ............................................... 21 6.2.2 TSP203超前地质预报系统 ................................... 22 6.2.3地质钻探 .................................................. 24 6.2.4地质雷达 .................................................. 25 6.2.5地应力测试与分析 .......................................... 32 6.2.6隧道洞顶水环境监测方法 .................................... 33 第七章 超前地质预报组织机构及人员、设备 .......................... 34 7.1组织机构及人员 ............................................... 35 7.1.1超前地质预报组织机构 ...................................... 35 7.1.2超前地质预报主要人员配置 .................................. 35 7.2设备及仪器配置 ............................................... 35

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第八章 超前地质预报质量、安全要求 ................................ 36 8.1质量要求 ..................................................... 36 8.2安全要求 ..................................................... 36 8.3 应急预案及救援器材 ........................................... 37 8.3.1应急指挥机构 .............................................. 37 8.3.2 应急救援队伍 ............................................. 37 8.3.3应急救援必备设备和器材 .................................... 38 第九章 成果资料编制内容及要求 .................................... 38 9.1 阶段成果资料 ................................................. 38 9.2 竣工资料 ..................................................... 38 第一〇章 地质预报成果的验证及技术总结 ............................ 39

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第一章 编制依据

1)《铁路隧道施工技术指南》(TZ 204-2008)

2）《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；

3）《时速80km单线隧道（无砟道床）参考图》图号：乐清港隧参02、03； 4）《隧道设计说明》图号：乐清港施（隧）01、02、03； 5）施工图纸、设计要求和环境、地质勘察资料；

6）《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设【2008】105号； 7）《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266－2013）。

第二章 工程简介

2.1官岭山隧道

一、隧道概况

官岭山隧道为单线隧道，位于温州市鹿城区，起讫里程DK2+505～DK4+158.745，全长1653.745m；进出口隧线分界里程分别为：DK2+505、 DK4+158.745，进口轨面标高18.219m,出口轨面标高29.464m,最大海拔高度341m，最大埋深312m，纵坡为单面上坡。

二、隧道洞门设计

本着＂早进晚出、保护环境＂的原则确定隧道进出口位置采用合理的隧道洞门，隧道进口里程为DK2+505，隧道线分界里程为DK2+505，采用8.5m长倒切式明洞门；隧道出口里程DK4+158.745，隧线分界里程为DK4+158.745，采用端墙式洞门；

洞口施工前，先清除表层覆盖的溜坍体，采取控制爆破清除洞口上方危岩、落石、临时边仰坡采用喷锚网防护，永久边坡进口采用锚杆喷砼植生防护、出口采用框架锚杆防护，进口暗洞开挖前先施作一环Φ89mm超前长管棚，管棚长24m，出口暗洞出洞前先施作一环Φ89mm超前长管棚，管棚长20m；本隧道进口下方为G330国道、出口下方为金丽温高速。

三、特殊地段设计 1、危岩落石

隧道进出口洞顶以上山坡存在危岩及孤石，施工前首先采取控制爆破清除

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洞口上方危岩、落石，并进行必要的防护处理。

2、洞口浅埋、偏压地段处理措施

(1)DK2+513.5～+535段属于洞口Ⅴ级围岩浅埋偏压段，采用Φ89洞口长管棚(长24m)＋加强型复合衬砌＋台阶临时仰拱法的综合处理措施，施工中加强洞内及地表时监控量测工作，及时施作支护结构，确保安全。

2.2六岙隧道

一、隧道概况

本隧道位于浙江省温州市永嘉县境内，进口紧邻S333省道，洞口附近房屋密集分布，施工场地狭窄，不具备进洞条件；出口位于温州市永嘉县桥下镇六岙村北侧沟谷，可接便道进洞。

本隧道全长792.535m，为单线隧道，进口里程为DK5+352.465，出口里程DK6+145，进出口隧线分界里程为Dk5+352.465、DK6+150。进口轨面标高32.232m，出口轨面标高26.684m，最大海拔高度99m，最大埋深70m，纵坡为单面下坡。

二、隧道洞门设计

本着＂早进晚出、保护环境＂的原则确定隧道进出口位置采用合理的隧道洞门，隧道进口里程为DK5+352.465，隧道线分界里程为DK2+352.465，采用8.5m长倒切式明洞门；隧道出口里程DK6+145，隧线分界里程为DK6+150，采用单压式明洞门；

洞口施工前，逐一排除崩坍、落石、溜体等安全隐患，临时边仰坡采用喷锚网防护，永久边坡方格式截水骨架护坡；出口洞口开挖前先施作一环Φ89mm超前长管棚，管棚长30m，进口暗洞出洞前先施作一环Φ89mm超前长管棚，管棚长23m；本隧道进口紧邻S333省道、洞口附近房屋密集分布，出口紧邻六岙村、洞口附近房屋分布较多，洞口工程、施工便道等采用控制爆破开挖，按＂浅钻孔、少装药、弱爆破、必要时覆盖＂等措施组织洞口施工。

三、特殊地段设计

1、洞口浅埋、偏压地段处理措施

(1)DK5+360.965～+380段属于洞口浅埋段，设计采用Φ89洞口长管棚(长23m)＋加强型复合衬砌＋台阶临时仰拱法的综合处理措施，施工中加强洞内及地表时监控量测工作，及时施作支护结构，确保安全。

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(2)DK5+380～+390段属于洞口浅埋段，设计采用Φ50超前小导管＋加强复合式衬砌＋台阶临时仰拱法的综合处理措施，施工中加强洞内及地表时监控量测工作，及时施作支护结构。

(3)DK6+080～+108段属于Ⅴ级围岩浅埋偏压段，设计采用Φ89洞口长管棚(长23m)＋加强型复合衬砌＋台阶临时仰拱法的综合处理措施，施工中加强洞内及地表时监控量测工作，及时施作支护结构，确保安全。

2、临近道路、房屋、天然气管线的防护措施

本隧道进口紧邻S333省道、洞口附近房屋密集分布；出口紧邻六岙村、洞口附近房屋分布较多；线路前进方向左侧山体表面敷设有天然气管线，水平距离约100～485m；线路前进方向右侧约100m为六岙村，山体坡脚密集分布房屋及坟墓，山体自然坡度40～60°，坡面基岩裸露、节理发育、存在危岩落石。本隧道施工需要进行控制爆破开挖和必要的施工防护措施。

2.3江北岭隧道

一、隧道概况

本隧道位于浙江省温州市永嘉县境内，隧道进口位于温州市永嘉县六岙村附近，洞口紧邻山坳，地形偏压严重，交通较不便利；出口位于温州市永嘉县上白岩村附近，距温州绕城高速S10较近，交通较便利。进口轨面标高26.216m,出口轨面标高30.829m,最大海拔高度524m,最大埋深400m，纵坡为人字坡。

隧道全长4811m，为单线隧道，隧道进出口里程分别为：DK6+229、DK11+040；隧线分界里程分别为：DK6+229、DK11+045。

二、隧道洞门设计

本着＂早进晚出、保护环境＂的原则，本隧道进口位置DK6+229，采用10.5m长倒切式明洞门；隧道出口DK11+040，采用单压式明洞门。

进口暗洞开挖前，先施作一环Φ89mm超前长管棚，管棚长17m；出口暗洞开挖前先施作一环Φ89mm超前长管棚，管棚长28m。本隧道进口紧邻六岙村、出口附近房屋分布乡村碎石路，洞口工程、施工便道等采用控制爆破开挖，按＂浅钻孔、少装药、弱爆破、必要时覆盖＂等措施组织洞口施工。

三、特殊地段设计 1、危岩落石

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隧道进、出口洞顶以上山坡存在危岩及孤石，施工前采取控制爆破清除洞口上方危岩、落石，并进行必要的防护处理。

2、洞口浅埋、偏压地段

(1)DK6+239.35～+254段属于洞口Ⅴ级围岩浅埋偏压段，设计采用Φ89洞口长管棚(长17m)＋加强型复合衬砌＋台阶临时仰拱法的综合处理措施，施工中加强洞内及地表时监控量测工作，及时施作支护结构，确保安全。

(2)DK11+010～+035段属于Ⅴ级围岩浅埋偏压段，设计采用Φ89洞口长管棚(长28m)＋加强型复合衬砌＋台阶临时仰拱法的综合处理措施，施工中加强洞内及地表时监控量测工作，及时施作支护结构，确保安全。

第三章 隧道洞口地质概况

3.1官岭山隧道

一、地层岩性

（1）1Q el+dl粉质黏土，黄褐色，灰黄色，硬塑，局部夹少量碎石，隧址区零星分布与地表，厚度0～0.5m；

（2）K1C流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，灰色，灰白色，灰紫色，凝灰质结构，块状构造，岩石主要碎屑物为少量晶屑和玻屑，强～弱风化，弱风化岩质坚硬，局部节理裂隙发育，主要节理产状240°∠80°、 135°∠87°、 155°∠36°、165°∠82-85°。其中强风化承载力为σ0=500Kpa，弱风化承载力为σ0=1200Kpa。

二、地质构造

F断层： 断层交线位平面于DK3+320附近，为压性断裂，岩体破碎。物探EH-4揭示为低阻凹陷特征。断层破碎带及影响带宽度约110m。

三、水文地质

DK3+250~+360段为断层破碎带及影响带，地下水为基岩裂隙水，较发育，预测最大涌水量为88.2m3/d，属中等富水区。其他段地下水主要为基岩裂隙水，不发育。地下水无侵蚀性。地表水酸性侵蚀作用等级为H1。

四、物理地质

地震动峰值加速度为0.05g。

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3.2六岙隧道

一、地层岩性

本隧道地处低山丘陵及丘间谷地：低山丘陵地形起伏植被发育多生长树木杂草山体稳定；丘间谷地地形稍有起伏谷地地势低洼。

二、地层岩性

el?dlQ1） 粉质粘土褐灰色硬塑进出口地表零星分布厚度0～0.5m；

2）

K1C流纹质晶屑玻熔结灰岩灰色全风化厚2～3m；

其下为强风化层厚3～

5m；其下为弱风化青灰色凝灰质结构块状构造岩质坚硬。

三、地质构造

隧址区未见断裂构造。 四、水文地质条件

地下水为基岩裂隙水，不发育。 五、不良地质特征

隧道右侧边坡裸露，陡峻，高达100m，节理裂隙发育，可见危岩落石。 六、物理地质

地震动峰值加速度0.05g，地震动反应普特征周期为0.35s。

3.3江北岭隧道

3.3.1 地层岩性

隧址区地层主要为白垩系下统朝川组（K1c）流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩、ξγπ花岗斑岩；此外零星分布有第四系坡残积层。现从新至老分述如下：

1. 第四系（Q）

坡残积层（Qel+dl）：粉质黏土，褐黄色，硬塑，成分以粉黏粒为主，含有少量碎石，进口段零星分布，出口段较厚，约1～5m。

2. 白垩系下统朝川组（K1c）

K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩：进口段未见全风化，强风化厚度3-5m，出口段全、强风化层相对较厚，约3-9m；弱风化岩石多为青灰色，局部夹灰紫色，凝灰质结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙较发育；局部受断裂构造及花岗斑岩侵入接触影响，节理裂隙发育，岩体较破碎或破碎。该层钻孔揭示照

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片如下：

图1 钻孔揭示岩芯照片 3. ξγπ花岗斑岩

ξγπ花岗斑岩：浅肉红色，弱风化，花岗斑状结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙较发育，岩体较完整。主要分布于DK9+820~+960段。

以上各地层在隧址区的分布规律及特征详见隧址工程地质图。 3.3.2地质构造

1. 区域地质背景

测区在大地构造上属华南褶皱系，为加里东期褶皱回旋之年轻地台，中生代岩浆活动强烈。由于基底固结程度高，在陆缘活动阶段，以强烈的块断活动为主，褶皱构造不发育；自印支期及燕山早期，断裂活动十分发育，其承袭基底的北东向断裂，至燕山晚期断裂偏转后，北北东向等断裂也得到发育。

线路位于其次级构造单元—浙东南褶皱带，褶皱构造不明显，断裂构造发育，线路经过区域性大断裂NNE向温州—镇海大断裂、NE向的泰顺～黄岩大断裂和NW向淳安～温州大断裂，受大断裂影响，北西和北东向构造发育。

泰顺～黄岩大断裂④：南起泰顺，往北东经永嘉、黄岩直底三门湾，长260km；断裂发育在上侏罗统和白垩系地层中，常切割燕山晚期的岩体；该断裂推测在瓯江、楠溪江间的低山区与线路小角度相交，在线路附近表现为走向50°的岩

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脉群，宽约3km，主要为酸性岩脉，间距基本等同，走向延伸稳定，较为完整，脉壁一般光滑平直，属压扭性构造。

温州—镇海大断裂⑤：该断裂经温州、临海、宁海，直至镇海，沉没于灰鳖洋水域之下，全长320km，宽5～10km，总体走向25～45°，倾角较陡。在西岙与白石间，发育一系列NNE向断裂，断面光滑，波状起伏，构造痕迹发育，以压扭性为主。在线路以北的白石水库西侧及中雁荡山风景区范围内发育宽度大于100m，走向25°左右的节理、破劈理带，延伸较稳定，推测该大断裂在西岙——道士岩一带通过。该断裂在地形地貌上表现为一系列北东、北北东向长条状、透镜状山包、山脊。断裂南东盘港头、乌牛码道、南白象等地孤立山包呈25～45°延伸，呈串珠状排列。带宽1.5～2.5km，沿断裂方向第四系与基岩呈直线型分界。推测在线路白石镇一带通过，被第四系覆盖，对铁路工程建设影响较小。

淳安～温州大断裂⑦：西北起自淳安，往南经兰溪、金华至温州，全长约300km；线路北侧的西岙断裂为该大断裂的组成部分，断面光滑，略显波状起伏，延伸稳定，同方向节理、劈理带发育，岩石具硅化蚀变，以压扭性为主。地貌上呈NW向大沟谷。在线路附近坭岙一带被第四系覆盖，构造形迹不明显，对铁路工程影响较小。

2. 隧址区地质构造

根据1：5万温州市北半幅《区域地质调查报告》、三维遥感判译成果及野外大面积地质测绘，隧址区主要有2条断层、2处侵入接触带。

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图2 观测点Gc-Ⅱ1309-桥下32

F1断层：（泰顺～黄岩大断裂）

产于K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，岩体较破碎，断层走向北东，倾向大里程，倾角约55°，与隧道洞身相交于DK7+950附近。如图2，在Gc-Ⅱ1309-桥下32该点处可见糜棱化现象。

图3 观测点Gc-Ⅲ1409-10127

F2断层：

产于K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，为压扭性断裂，断层产状30°∠80°，如图3观测点Gc-Ⅲ1409-10127显示破碎带可见宽度2-6m，带内岩体呈角砾状、粉末状，岩体极破碎，与隧道洞身相交于DK10+140附近。

侵入接触带：

隧址地表DK9+820、DK9+960为花岗斑岩与K1c地层侵入接触带，接触带附近节理裂隙发育，岩体较破碎。图4观测点Gc-Ⅲ1409-10125带内花岗斑岩。

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图4 观测点Gc-Ⅲ1409-10125

3.3.3水文地质特征 3.3.3.1地表水

隧址处于中低山区，沟谷深切，冲沟常年有水，呈树枝状分布，径流条件良好，以山脊为分水岭，向两侧洼地冲沟排泄，流量主要受大气降雨影响较大，季节性变化影响显著。线路在DK7+700、DK10+100附近穿越山间溪流，常年有水，水量受季节性变化明显，两处溪流恰好为断层通过处，暴雨季节可能引起隧道瞬间大量涌水。 3.3.3.2地下水

隧道区地下水类型主要为基岩裂隙水和构造裂隙水，受大气降水补给，向低洼处排泄。由于山体切割强烈，沟谷纵横，地下水径流途径较短，受大气降雨影响较大，局部构造带处直接受附近地表溪流短距离补给。 3.3.3.3基岩裂隙水

裂隙水分布于基岩裂隙中，主要赋存于强～弱风化带中，隧址区岩性主要为熔结凝灰岩、花岗斑岩，节理裂隙较发育，基岩裂隙水一般不发育。 3.3.3.4构造裂隙水

隧址区F1、F2断层在地貌上均沿冲沟洼地展布，发育地表径流，节理裂隙发育，岩体较破碎，导水性较好，地下水较丰富。 3.3.4环境水侵蚀性评价

隧址区DK10+940～隧道出口段地表水有二氧化碳侵蚀，侵蚀性等级为H1；地下水有硫酸盐侵蚀，侵蚀性等级为H1，有盐类结晶侵蚀，侵蚀性等级为Y2。详

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见表4.1。

环境水侵蚀性判定成果表 表4.1

序号 根据耐久性规范确定的化学侵蚀环境等级 硫酸盐侵酸性侵二氧化氯盐侵盐类结蚀 蚀 碳侵蚀 蚀 晶侵蚀 无 H1 无 无 H1 无 无 无 无 Y2 钻孔编号 备注 地表水 地下水 1 Jz-Ⅲ1409-11025 2 Jz-Ⅲ1409-11025 3.3.5涌水量的预测 3.3.5.1涌水量的计算

地下水的补给来源主要为大气降水，其补给量的多少受降水强度、降水持续时间、地形及地表节理裂隙的发育程度控制。根据当地自然地理环境，按照工作经验，按照《铁路工程水文地质勘察规程》附录B结合工作经验，现采用降水入渗法、地下径流模数法分别求取各富水地段涌水量：

①降水入渗法

降水入渗法计算公式：Q?2.74?a?W?A

式中：Q－隧道通过含水体地段的涌水量（m3/d），正常涌水量Qs，最大涌水量Q0；

2.74－换算系数； a－降水入渗系数，可取0.15～0.30； W－年降水量 （mm）；

A－隧道通过含水体地段的集水面积 （km2）； L：隧道通过含水体长度（m）。 最大单位涌水量q0= Q0 / L；

表4.1 隧道洞身涌水量计算表（降水入渗法）

估算涌水量范围 F1断层破碎带及影响带 宽度L m 100 α 0.15 集水面积 km 1.2 2年降雨量 mm 1100 最大降雨量 mm 2300 10

正常涌水量 m/d 542.5 3最大涌水量 m/d 1134.4 3单位长度最大涌水量 m/(d*m) 11.34 3富水程度分级 强富水 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

F2断层破碎带及影响带 40 0.15 0.6 1100 2300 271.3 567.2 14.18 强富水 ②地下径流模数法

(1) 计算隧道正常涌水量（Qs）

QS?M年?A?2.70M枯?A

式中：Qs－隧道通过含水体地段的正常涌水量〔m3/d〕； M年－年平均地下径流模数〔l/（s·km2）〕； M枯－枯季地下径流模数〔l/（s·km2）〕； A－隧道通过含水体地段的集水面积〔km2〕。 (2) 计算隧道最大涌水量（Q0）

Q0＝??M年?A?2.1?QS

式中：Q0－隧道通过含水体地段的最大涌水量〔m3/d〕； λ － 模比系数，??多年最大降雨量，经计算得λ约等于2.1。

多年平均降雨量(3) 根据区域水文地质资料，本隧道穿过的岩层地下径流模数取值如下： 熔结凝灰岩地层中，M年＝0.0028〔m3/（s·km2）〕；

表4.2 隧道洞身涌水量计算表（地下径流模数法）

地段 F1断层破碎带及影响带 F2断层破碎带及影响带 长度L（m） 100 40 M 汇水面积Qs Q0 q0 富水程度分级 强富水 强富水 A（Km2） （m3/d） 1.20 0.60 （m3/d） m3（/d·m） 609.64 304.82 6.10 7.62 0.0028 0.0028 290.30 145.15 综合考虑，建议采用降水法计算结果。江北岭隧道F1预测最大涌水量为1134.4m3/d，强富水区；F2预测最大涌水量为567.2m3/d，强富水区。隧道设计与施工应加强止排水措施。

3.3.6不良地质及特殊岩土影响及评价 3.3.6.1不良地质

1、隧道进口坡体见危岩危石，应注意采取清除或加固措施。

2、隧址区未发现滑坡、地陷、岩溶、采空区等不良地质现象，但隧址区内

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断裂发育，对工程建设有一定影响。 3.3.6.2特殊岩土

隧址区未发现特殊岩土。

3.3.6.3地温、地应力及大变形的预测与评价

隧址区内未见有热泉点及地温异常点出露。 （1）隧道恒温层温度的推算

根据如下公式计算各 求算点的恒定温度: Ts= T站－Δh×Kt

Ts—隧道所在地区各求算点的恒温层温度（℃）；

T站—气象站恒温层温度（以温州市城区平均气温取值17.90℃）； Δh— 求算地点与气象站高差（温州市气象站标高60.8m）； Kt— 气温梯度(根据温州市的观测数值，取0.6℃/100m)； Ts＝17.9－（440－60.8）×0.6/100=15.62°C （2）隧道地温计算

地温增温梯度按埋深3℃/100m计。拟建隧道最大埋深约408m，隧道深处地温根据以下公式进行估算：

T?Ts?(H?h)?g?

式中： T：H深度处隧道原岩温度（℃） H：隧道最大埋藏深度408（m） h：恒温层距地面厚度，本区约30m

gγ：本区地温梯度3 ℃/100m Ts：本地区恒温层温度

年平均H深度隧道原岩温度T=15.62+（408－30）×3/100＝26.96℃ 按我国现行国家法规规定的保证工人的身心健康和工作效率的上限温度值28℃进行反算：根据上述估算，预测本隧道区地温均≤28℃，不存在地温危害。 3.3.6.4 地应力的预测

（1）地应力水平

根据甬台温铁路凤凰山隧道深孔地应力测试成果，侧压系数λσZ＝1.21～1.42；熔结凝灰岩容重γ＝26kN/m3。

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H＝σHmax/

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隧道最大埋深H＝436m，自重应力σ10.61MPa。

最大水平主应力σHmax＝λ1.32）。

（2）岩爆预测

Z＝γ

*H＝26*408＝10608kPa＝

H*σZ＝10.61*1.32＝14.0MPa（λH

取平均值

隧道洞身围岩大部分岩性为白垩系下统朝川组熔结凝灰岩，最大埋深为408m，为极硬岩。根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）附表7.3，对隧址区的岩爆强度进行预测：

表6.1 高初始应力地区岩体在开挖过程中出现的主要现象

应力 状况 主 要 现 象 Rc／?max 硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生极 剥离，新生裂缝多，成洞性差；基坑有剥离现象，成形性差。 高 软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移应 极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞；基坑发生显著隆力 起或剥离，不易成形。 硬质岩：开挖过程中可能发生岩爆洞壁岩体有剥离和掉块现象，高 新生裂缝较多，成洞性差；基坑时有剥离现象，成行性一般尚好； 应 软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持力 续时间长，成洞性差；基坑有隆起现象，成形性较差。 <4 4～7 熔结凝灰岩岩体容重γ取26 kN/m3，根据初测岩石抗压试验统计结果，饱和单轴抗压强度Rc取79.7~130 Mpa，预测时取79.7MPa。H为隧道埋深。

隧道最大埋深处σHmax＝14.0MPa

Rc／σmax＝79.7÷14.97＝5.7属于高应力区。

经反算，当隧道埋深408m≥H≥331.75m时，4≤Rc／σmax≤7，存在高应力区，即DK8+095～+690、DK8+805～+920、DK9+040～+300段为高应力区。开挖过程中局部地段可能有弱岩爆发生，可能有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离、新生裂缝多等现象。 3.3.7环境工程地质评价

3.3.7.1环境水对工程耐久性的评价

本次勘察取址区Jz-Ⅲ1409-11025（DK11+024.99）孔地表水、地下水水质分析结果，按照《铁路混凝土结构耐久性设计》（TB 10005-2010）进行判定：隧址

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区DK10+940～隧道出口段地表水有二氧化碳侵蚀，侵蚀性等级为H1；地下水有硫酸盐侵蚀，侵蚀性等级为H1，有盐类结晶侵蚀，侵蚀性等级为Y2。 3.3.7.2 修建工程引发的次生地质灾害和水资源流失

隧道洞身所处山体地形起伏，自然边坡较稳定，无不良地质现象；在隧道施工过程中应注意废碴、废料、废水的不恰当排放和堆积对环境造成污染，同时应注意便道和基坑开挖引起的次生地质灾害。隧道进出口及附近严禁采石、采矿及堆放弃渣，保护隧道的稳定；隧道进出口浅埋段爆破开挖时应注意施工方法，做好安全措施，以免对道路、人身等安全造成危害，避免引起滑坡、塌陷等；隧道施工可能引起地下水及地表水流失，应加强止水措施。 3.3.8隧道工程地质条件的分析评价 3.3.8.1 场地总体评价

本隧道属中低山区，未发现活动性断裂，近代无强地震记录，地震动峰值加速度值为0.05g，属相对稳定地块，隧址区无滑坡、泥石流等不良地质分布。隧道围岩级别总体以Ⅱ、Ⅲ级为主，隧道进出口及断层发育地段为Ⅳ、Ⅴ级，总体稳定性较好，场地较适宜拟建隧道工程建设。 3.3.8.2岩土施工工程等级及力学参数

原则上，隧道设计应遵循“无仰坡”进出洞的原则，进口段：限高6m，边坡坡率1：1.25～1:1.5；出口段：限高6m，边坡坡率1：1.25～1:1.5。

表8.1 岩土层施工工程等级及力学参数建议值

综合内时代 成因 地层土名 代号 （°） Q el+dl （1）1 （2）1 K1c （2）2 （2）3 ξγπ （3）3 粉质黏土 熔结凝灰岩 熔结凝灰岩 熔结凝灰岩 花岗斑岩 硬塑 全风化 强风化 弱风化 弱风化 35 35 45 55 55 0.30 0.35 0.45 0.5 0.5 Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅴ 状态 摩擦角f 工程等级 σ0（KPa） 180 250 500 1000 1000 料分组 C C B A A 岩土施工 基本承载力 弃碴填 14

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3.3.8.3隧道围岩评价和分级

据相关的技术标准，在考虑岩体质量等级、岩石力学性质基础上，综合自然风化、地质构造运动、埋藏深度、地下水、节理裂隙发育程度等各类因素，同时参照物探所揭示的电阻率，综合判定隧道围岩分级，详见表8.2。

表8.2 隧道洞身围岩级别划分一览表

序号 里程 长度围岩（m） 级别 工程地质条件 隧道进口段，表层零星覆盖el+dlQ粉质黏土，褐灰色，硬塑，厚0-0.5m，下伏基岩为K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，灰色，强风化，层厚3-5m；其下为弱风化，青灰色，凝灰质结构，块状构造，岩质坚硬；地下水为基岩裂隙水，不发育；进口段右侧偏压，设计与施工应加强支护。 洞身围岩为K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，青灰色，弱风化，凝灰质结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙较发育；局部发育花岗斑岩侵入体；地下水为基岩裂隙水，不发育。 F1断层破碎带及影响带，为压扭性断裂，岩体较破碎。地下水为构造裂隙水，较发育，预测最大涌水量为31134.4m/d，属强富水区。施工期间应加强支护和防排水措施。 洞身围岩为K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，青灰色，弱风化，凝灰质结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙较发育，岩体较完整；其中DK8+095～+690、DK8+805～+920、DK9+040～+300段为高地应力区，开挖过程中局部地段可能有弱岩爆发生，可能有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离、新生裂缝多等现象；施工过程中应加强监测，及时调整支护参数，确保安全。地下水为基岩裂隙水，不发育。 ξγπ花岗斑岩侵入接触带，节理裂隙发育，岩体较破碎。 1 DK6+229 ～ DK6+254 25 Ⅴ 2 DK6+254 ～ DK6+284 30 Ⅳ 3 DK6+284 ～ DK6+314 30 Ⅲ 4 DK6+314 ～ DK7+900 1586 Ⅱ 5 6 7 DK7+900 DK7+930 DK7+970 ～ DK7+930 ～ DK7+970 ～ DK8+000 30 40 30 Ⅲ Ⅳ Ⅲ 8 DK8+000 ～ DK9+710 1710 Ⅱ 9 10 11 DK9+710 DK9+740 DK9+760 ～ DK9+740 ～ DK9+760 ～ DK9+790 30 20 30 Ⅲ Ⅳ Ⅲ 15

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序号 里程 长度围岩（m） 级别 工程地质条件 洞身围岩为ξγπ花岗斑岩，浅肉红色，弱风化，花岗斑状结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙较发育；地下水为基岩裂隙水，不发育。 ξγπ花岗斑岩侵入接触带，节理裂隙发育，岩体较破碎。 洞身围岩为K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，青灰色，弱风化，凝灰质结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙较发育；局部节理裂隙发育，岩体较破碎；地下水为基岩裂隙水，不发育。 F2断层破碎带及影响带，为压扭性断裂，测绘成果显示破碎带可见宽度2-6m，带内岩体呈角砾状、粉末状，岩体极破碎。地下水为构造裂隙水，发育，3预测最大涌水量为567.2m/d，属强富水区。施工期间应加强支护和防排水措施。 洞身围岩为K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，青灰色，弱风化，凝灰质结构，块状构造，岩质坚硬，节理裂隙较发育，岩体较完整；局部节理裂隙发育，岩体较破碎；地下水为基岩裂隙水，不发育。 隧道出口段，表层覆盖el+dlQ粉质黏土，褐黄色，硬塑，厚1-5m，下伏基岩为K1c流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，灰黄色，全至强风化，层厚3-9m；其下为弱风化，青灰色，凝灰质结构，块状构造，岩质坚硬；地下水为基岩裂隙水，不发育。 12 DK9+790 ～ DK9+990 200 Ⅱ 13 DK9+990 ～ DK10+020 30 20 Ⅲ Ⅳ 14 DK10+020 ～ DK10+040 15 DK10+040 ～ DK10+120 80 Ⅲ 16 DK10+120 ～ DK10+160 40 Ⅳ 17 DK10+160 ～ DK10+230 18 DK10+230 ～ DK10+490 19 DK10+490 ～ DK10+990 20 DK10+990 ～ DK11+010 70 260 500 20 Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 21 DK11+010 ～ DK11+040 30 Ⅴ

3.3.8.4 不良地质及特殊岩土的工程地质分析评价

1、隧道进口坡体见危岩危石，应注意采取清除或加固措施。

2、洞身围岩主要为弱风化的熔结凝灰岩、花岗斑岩，属极硬岩，除进出口、断层、侵入接触带划为Ⅳ～Ⅴ级围岩外，其余围岩级别为Ⅱ、Ⅲ级，总体稳定性较好。

3、DK8+095～+690、DK8+805～+920、DK9+040～+300段为高应力区。开

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挖过程中局部地段可能有弱岩爆发生，可能有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离、新生裂缝多等现象。建议在施工时期应加强超前地质预报并采取有效的安全防范和支护措施。

第四章 超前地质预测预报的目的、手段和工作量

4.1隧道超前地质预报的目的

隧道超前地质预报是确定隧道施工掌子面前方突（涌）水（泥）、塌方、瓦斯等地质灾害风险源的位置、规模、性质等工程地质及水文地质条件，为隧道工程设计和施工方案的制订与风险防范提供依据。

4.2超前地质预报的设计原则

（1）按照铁建设〔2008〕105号《铁路隧道超前地质预报指南》（以下简称“指南”）的相关要求，开展隧道超前地质预报设计工作。

（2）根据隧道工程不同段落的地质复杂程度分级和不同类型的地质问题，采用地质调查与勘探相结合、物探与钻探相结合、长距离与短距离相结合、地面与地下相结合、超前导洞与主洞相结合的方法确定掌子面前方及周边一定范围的地质情况。

（3）超前地质预报的方法

常用的超前地质预报方法有：地质调查法、地震反射波法（TSP203、掌子面单点反射、TGP12）、地质雷达、超前钻探、加深炮孔等。

（4）超前地质预报工作量、占用工作面时间

根据超前地质预报的目的和原则，结合本隧道地质情况，对本隧道进行了超前地质预报工作。

第五章 超前地质预报的方案

5.1分段预报内容及方法

管段超前地质预报的重点段落为：官岭山隧道DK3+250～DK3+360；江北岭隧道DK7+900～DK8+000、DK10+120～DK10+160。

超前地质预报重点内容为：

（1）不同岩性接触带的位置，接触带岩体破碎程度、地下水赋存情况； （2）断层及其影响接触带，富水地段；

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（3）隧道内围岩级别变化趋势。 5.1.1官岭山隧道分段预报内容及方法 5.1.1.1 超前地质预报段落及内容

为保证隧道施工安全、优化设计、实现信息化施工，施工期间施工单位应加强施工地质工作，并实施全隧超前地质预测预报，将其纳入正常施工工序进行管理。通过超前地质预测预报工作，核实和预测掌子面前方的地质条件，以便及时调整工程措施，确保施工及结构安全。结合隧道工程特点以及工程地质、水文地质条件，开展超前地质预测预报工作。全隧道采用以地质调查法为基础，并采用综合物探手段及钻孔为主进行综合超前地质预报。 其重点预报的段落及内容如下表5.1－1~5.1－3。

附表5.1－1 官岭山隧道超前地质预报工作量 长度 超前地质预报计划工作量 弹性波反地质素描 射法 TSP203或TGP12 序号 范围 地质复杂程度分级 m 中等复杂 中等复杂 简单 简单 简单 较复杂 地质雷达 m 超前钻探 m 加深 炮孔 m 洞内外水文监测 m 1 DK2+505 ～ DK2+535 DK2+535 ～ DK2+565 30.00 30.00 95.00 560.00 30.00 30.00 30.00 30.00 30.00 3.00 30.00 112.50 3.00 30.00 112.50 95.00 560.00 30.00 2 3 DK2+565 ～ DK2+660 4 DK2+660 ～ DK3+220 5 DK3+220 ～ DK3+250 DK3+250 ～ DK3+280 6 DK3+280 ～ DK3+330 较复杂 50.00 每天不9.00 36.00 112.50 间断监测 7 DK3+330 ～ DK3+360 较复杂 简单 简单 简单 中等复杂 30.00 30.00 590.00 60.00 30.00 18

每天不50.00 15.00 60.00 187.50 间断监测 30.00 30.00 每天不9.00 36.00 112.50 间断监测 30.00 590.00 60.00 8 9 DK3+360 ～ DK3+390 10 DK3+390 ～ DK3+980 11 DK3+980 ～ DK4+040 12 DK4+040 ～ DK4+070 3.00 30.00 112.50 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

13 DK4+070 ～ DK4+160 中等复杂 90.00 90.00 9.00 90.00 337.50 1655.0 290.0 51.0 312.0 2452.5

表5.1－2 六岙隧道超前地质预报计划工作量一览表

序号 范围 地质复杂程度分级 长度 正洞 m 1 2 3 4 5 6 7 DK5+351.965 ～ DK05+390 DK05+425 DK05+790 DK05+980 DK06+050 DK06+080 ～ ～ ～ ～ ～ ～ DK05+390 DK05+425 DK05+790 DK05+980 DK06+050 DK06+080 DK06+145 中等复杂 中等复杂 简单 简单 简单 中等复杂 中等复杂 38 35 365 190 70 30 65 超前地质预报计划工作量 地质素描 m 38 35 365 190 70 30 65 弹性波反射法 加深炮孔 TSP203或TGP12 m m 143 131 365 190 70 113 244 表5.1－3 江北岭隧道超前地质预报计划工作量一览表

长度 序号 范围 地质复杂程度分级 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 DK6+229 DK6+284 DK7+900 DK8+000 DK9+710 DK9+790 DK9+990 DK10+040 DK10+120 ~ ~ ~ ~ ~ ~ DK6+284 DK7+900 DK8+000 DK9+710 DK9+790 DK9+990 中等复杂 简单 较复杂 简单 中等复杂 简单 中等复杂 简单 55 m 55 正洞 地质素描 超前地质预报计划工作量 弹性波反射法 TSP203或TGP12 m 0 0 100 0 100 0 100 0 100 m 60 0 120 0 90 0 60 0 50 超前钻探 地应力测试 次 2 洞内外水文监测 每天不100 100 间断监测 1710 1710 80 200 50 80 40 80 200 50 80 40 每天不~ DK10+160 较复杂 间断监测 19

1616 1616 ~ DK10+040 ~ DK10+120 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

10 11 DK10+160 DK10+990 ~ DK10+990 ~ DK11+040 简单 中等复杂 合计 830 50 830 50 0 0 400 0 60 440 2 4811 4811 5.1.1.2 超前地质预报类型

表3 超前地质预报类型表

项目 类型 地质调查 地质调查法 地质素描 地质作图 物探法 钻探类型 ZT-2 超前钻孔（1孔）+加深炮眼（2孔） 备注：超前钻孔采用孔径Φ80mm，长度30～50m，搭接长度5～8m，加深炮眼3～5m。

WT-1 ZT-1 主要手段及方法 地质调查 地质素描 地质作图 弹性反射波法（TSP203） 加深炮眼（3孔） 第六章 超前地质预报工作流程及操作要点

6.1超前地质预报工程流程

超前地质预报工作程序流程图如下：

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图1 超前地质预报工作程序流程图

6.2 超前地质预报操作要点

6.2.1 常规地质法

隧道开挖爆破后通过地质素描手段，及时查看掌子面地质情况，修正设计时间的地质信息，经工程地质模拟预测隧道前方小于10m的地质状况并为其它超前地质预报方法提供基础数据。进行地质素描前，先搜集隧道前期的勘察设计地质数据，初步了解区域地质和附近大地构造单元及其特征，以及工程范围内的地层岩性、围岩类别、地下水发育特征等。地质素描，应在隧道作业每一开挖循环后立即进行，观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后及时绘制开挖工作面地质素描图（附表4）。 地质素描的具体内容主要包括以下几个方面： （1）岩性

应根据隧道说明围岩岩石的名称、颜色、矿物成分、坚硬程度等，各类岩脉也应对其岩性、出露位置、宽度、接触关系、破碎、风化程度进行描述。

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（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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中。

分辨率高→对异常探测准确。 天线→一般采用100MHz屏蔽天线。

掌子面的工作范围小→测线长度短、条数少。 掌子面平整度差→天线与掌子面耦合不理想。

探测深度有限→一般探测15～20米，岩层好的硬质岩可达30米。 3、测线布置

由于掌子面空间有限，在掌子面上分别沿水平方向和竖直方向各布2～3条测线（如图6.2－3所示）。一般采用连续测量方式，不能连续测量的可采用点测方式。

图6.2－3 掌子面上测线布置示意图

4、采集参数设置

A/D转换、扫描样点数、扫描率。（省略）

设置时窗：目前，主要采用主频为100MHz屏蔽天线，探测深度设计为15～30米。结合探测深度和分辨率，设置时窗时可参照下列公式：

式中：t 为时窗长度（ns），h 为探测目标体深度或距离（m），E r为介质的相对介电常数，a 为时窗调整系数，一般取1.5～2.0。

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设置滤波参数：设置滤波参数是为了改善记录质量。滤波分为垂向滤波和水平滤波。垂向滤波分高通和低通。

美国的SIR系列天线，在设置高通滤波参数时，应选天线中心频率的1/4；在设置低通滤波参数时，应选天线中心频率的2倍。

瑞典的RAMAC系列天线, 在设置高通滤波参数时，应选天线中心频率的1/6；在设置低通滤波参数时，应选天线中心频率的3倍。

5、在掌子面上进行数据采集

为了避免测线编号和采集方向记录的混乱，建议在雷达数据采集时，按照事先设计的顺序依次进行。比如：先水平测线后竖向测线（或先竖向测线后水平测线）；在水平测线采集时，各测线从上至下依次进行，天线移动最好都从左向右；在竖向测线采集时，各测线从左至右依次进行，天线移动最好都从上向下。

在天线移动过程中，尽量保持天线与掌子面紧密接触，匀速移动。记录下测线布置示意图和干扰异常位置。

对掌子面及其附近的特征做好记录或照相。 6、数据（图像）处理技术

目前，地质雷达的数据处理主要借助地震勘探数据处理方法进行，数据处理技术可以参考地震勘探数据处理方法原理的相关内容。我们应该根据不同的探测目的采用不同的处理方式。其主要处理流程为：将原始数据→调整测量方向→核定测量标记→切除废段记录→水平距离均衡→零点效正→数字滤波→偏移处理→能量均衡→文件标注→时深转换→输出雷达深度剖面图。雷达深度剖面图便是资料解释的基本图件。（省略）

7、资料（图像）解释

根据雷达时间（或深度）剖面图上的反射波组、能量分布差异和双曲线等特征，结合地质资料，对掌子面前方的地质情况做出判断。分述如下：

均匀岩体：在雷达时间（或深度）剖面图上，不会出现反射波组和其它反射信号，能量分布均匀，图6.2－4所示。

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图6.2－4 均匀岩体的雷达图像

岩体分界：在两种岩体分界面出会出现强反射波组特征，见图6.2－5所示。

图6.2－5 岩体分界的雷达图像

岩体内存在空洞：在雷达时间（或深度）剖面图上，会出现双曲线或强能量团特征，见图6.2－6所示。

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图6.2－6 空洞的雷达图像

岩体内存在充填洞穴：充填溶洞的充填物大多数为粘土或土夹石，且含水丰富，电磁波的能量在充填溶洞内被大量吸收而损耗，因此，在雷达图像中，溶洞区域内的图像色彩明显偏暗，类似光学中的黑洞现象，看不见洞底反射。但充填

溶洞的顶板会出现双曲线或绕射弧特征，见图6.2－7所示。

图6.2－7 充填洞穴的雷达图像

岩体内存在局部破碎带：破碎带在探地雷达图像中常常呈现强能量反射特征，就是说在均匀的背景场中出现强反射能量团，见图6.2－8所示。

图6.2－8 破碎带与裂隙的雷达图像

岩体内存在裂隙：一般沿裂隙发育方向形成线状强反射信号，一般情况下，

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裂隙的发育方向与岩层的倾向一致，见图6.2－9所示。

断层：在雷达时间（或深度）剖面图上，断层破碎带的反射能量比较强，强能量的宽度反映了断层破碎带的大致宽度，强能量团的延伸方向反映了断层的倾向，见图6.2－9所示。

图6.2－9 断层的雷达图像

岩体内含水：在隧道开挖中，含水带往往引起岩体塌方，造成工程事故。一般情况下岩体中的含水带是不均匀的，岩体中水与岩体的介电常数具有较大的差异，因此，含水岩体在雷达图像中最为显著的特点是呈现一系列杂乱的强反射，波形没有明显的同相轴。此外，含水带的反射与空洞的反射不同，它是以低频成分为主，没有多次波，见图6.2－10所示。

图6.2－10 含水带的雷达图像

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6.2.5地应力测试与分析

根据《工程岩体试验方法标准》地应力测量的常用方法有二维水压致裂和三维应力解除法，相对三维应力解除法而言，水压致裂法直接测量钻孔横断面的主应力量值，操作也更简单快捷，鉴于本管段隧道施工紧张，从技术和工期两方面综合考虑，选择水压致裂法在本管段江北岭隧道内部进行测试。 6.2.5.1钻孔水压致裂法测试

根据掌子面揭围岩地质条件，选择岩石比较完整的断面，布置两个浅钻孔（一水平孔，一铅直孔，深度同为40cm），用水压致裂法同时测量围岩初始应力状态和开挖扰动区的应力分布趋势。

每个钻孔内，根据钻孔岩芯柱状图，选择岩石比较完的深度区间，完成6~8点常规水压致裂法测试，并进行压裂缝方向印模（每孔至少2点），以获得各测孔横断面内主应力大小及方向。

6.2.5.2地应力场有限元模拟分析及岩爆评价

为了从单断面测试结果获得整个隧道大埋深区间的岩体应力分布、评价施工期岩爆和围岩稳定性，拟结合岩体地质力学条件、地形地貌条件和地应力实测资料，进行应力场数值模拟与回归分析，获得地应力的空间分布，给出地应力分布剖面。

基于隧道沿线地应力分布，应用岩石力学原理和有关技术规范，评价隧道施工期间发生岩爆的可能性及等级，并对隧道开挖与支护方案提出相应的建议。 6.2.5.3测试的技术标准与测试步骤

执行技术标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-2013）及相关规范。 水压致裂法测试步骤：

1、根据钻孔岩芯等资料，与地质负责人共同选择试验段尝试。 2、对钻杆进行密封及高压试验。

3、将橡胶封隔器定位于选定的压裂段，并注水加压，检验岩石的不透水性。 4、对试验段注水加压进行试验，并全程采集压力和流量与时间的关系曲线。 5、当泵压上升至某一临界（破裂压力）时，岩石破裂。当曲线开始出现捌点并出现下滑时，关闭压力泵，获得破裂面的瞬间关闭压力。

6、重复4~5步骤的加压循环（3次以上）。

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7、用特制印模器进行破裂缝方向的记录。 6.2.6隧道洞顶水环境监测方法 6.2.6.1洞内涌水量监测

洞内涌水量监测主要是为了监测隧道施工过程中突涌水量的变化情况。 （1）监测方案

在官岭山和江北岭隧道洞口布置一处水量监测总控制断面。在隧道内从洞口开始每隔1km布置一处水量监测分段控制断面，两处隧道共计2处，采取驻测方式进行实时监测。 （2）实施方法

首先对监测断面进行必要的整修，适当布设渠化段，以达到稳定流速流向和适宜流速仪施测流量为准。监测断面布设好后，每次用流速仪施测相应测速垂线的流速，再计算相邻垂线间断面部分流量，最后进行全断面流量计算。每次施测要准确记录测时水位和合理规范的布设测速垂线。 6.2.6.2洞内涌水水质监测

洞内涌水水质监测主要是为了监测隧道施工过程中涌水水质变化情况。 （1）监测方案

在官岭山和江北岭隧道洞口各布置一处水质监测断面，共计2处。采取巡测方式进行取样监测。 （2）实施方法

根据现场布设的水质监测断面，巡测人员按相关规范取样后，送交水质分析机构进行分析。水质分析机构依据相关技术规范按地表水排放、混凝土施工等相关要求对水样分析指标情况，判定水质类别，并通过系列对比，判定水质变化情况。

6.2.6.3洞内涌水水压监测

洞内涌水水压监测主要是为了监测隧道施工过程中突涌水的水压变化情况。

（1）监测方案

若为孔隙水，在隧道每个洞较大孔隙水渗漏处设置刻槽，布设孔隙水压计进行测量。若为孔口水，在隧道每个洞较大涌水孔口处，进行适当修孔，并安插孔

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口管，管口装水压计进行测量。在隧道断层涌水段附近布置一处水压监测孔，作为基本水压测试点，本管段共3处，遇较大涌水处，应适当加密布设。采取驻测方式进行实时监测。

（2）实施方法

孔隙水压计应埋入带刻槽的测点位置，采取措施确保水压计直接与水接触。通过数据采集设备获得各测点读数，并换算出相应孔隙水压力值。孔口管安插的水压计，进行直接读数。

（3）质量保证措施

水文监测严格按照有关标准、规范和施工设计文件进行，从而确保隧道工程施工安全进行，并根据量测信息进行及时反馈。具体保证隧洞施工监控质量的技术措施包括：

1）施工前应对洞外环境进行调查，并做详细记录，配合拍照、摄影，将这些资料存档，从而掌握施工前的现状，为后继的比对分析提供资料。

2）各种仪器使用前应进行检验、校正；在安装过程中应对仪器、传感器、材料、传输导线进行连续性检验，以保证仪器质量的稳定性；记录好仪器原始安装过程和监测设施建设过程。

3）监测工作应在采用相同的监测方法和技术路线进行；在整个施工期内，采取有效保护措施，确保各项仪器设备和水文监测设施在整个施工期间正常使用。

4）在具体监测过程中，应按相关测验规范进行量测。

5）监测数据应记录在相应的表格中，与上次观测的数据进行对比分析；当出现测验数据异常或可疑现象时，应进行重测，并检查设施、仪器是否不满足测验要求，当确定无误后再进行监测，并和上次观测数据同时记录下来。

6）在现场对监测数据进行初步计算和分析，发现监测数据异常，应当及时通知现场施工负责人；对所有可疑现象均应有记录。

第七章 超前地质预报组织机构及人员、设备

根据超前地质预报实施方案，成立超前预报组织机构，配备专业预报人员和预报仪器设备，预报仪器设备的性能、精度及效率应能满足预报和工期的要求。

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7.1组织机构及人员

7.1.1超前地质预报组织机构

成立以施工超前地质预报组长为责任人的超前地质预报工作机构，该组织机构在项目部的直接领导下，切实抓好施工超前地质预报工作。

超前地质预报组织机构图如下图所示：

预地质雷达报水文监测洞内监测地表 监测地质组 工程技术部 TSP 预测 地应力测式超前、加深炮孔钻孔 7.1.2超前地质预报主要人员配置

组 长：李森 副组长：涂懿

组 员：钟颖伟、钟文豪、邓锐、项目部地质工程师及各队技术负责人、技术主管

7.2设备及仪器配置

隧道超前地质预报设备及仪器配置如下表：

表7.2－1 超前地质预报设备仪器配置表

序号 1 2 2 3 仪器设备 地质罗盘仪 数码相机 TSP203 地质雷达 数量 4台 地质素描、观察 4台 1台 外委 1台 35

图7.1－1超前地质预报组织机构图

方法 备注 可形成隧道地质基础数据 可远距离探测破碎带、岩层分接口、隧道涌水突泥 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

4 原位岩石水压致裂测试仪 地质钻机 YT-28风钻 孔隙水压计 1台 可分析岩爆等级 诊断隧道断层、涌水、瓦斯、5 6 7 1台 8台 1台 超前水平钻探 重大物探异常段等 加深炮孔 水文监测 可探测前方地质情况 洞内水文监测 第八章 超前地质预报质量、安全要求

8.1质量要求

（1）现场严格按各预报方法要求进行超前预报，保证各方法操作的准确性。 （2）资料整理规范、齐全、及时、准确。 （3）注意各预报段落的前后搭接过渡长度。

8.2安全要求

（1）超前地质预报人员应认真学习、执行隧道施工安全规程，超前钻探人员还应认真学习、执行钻探安全技术操作规程。新参加人员（含临时工）上岗前，必须经过安全生产教育，具有安全生产的知识，并应在班长或技术熟练人员的指导下工作。

（2）隧道超前地质预报实施过程中应积极识别各种安全危险源，保障人员和机械设备的安全。

（3）进入隧道工作必须穿戴合体的工作服、防护靴、安全帽和防尘（防毒）口罩等防护用品。

（4）严禁上班前和工作中饮酒。

（5）地质预报工作必须在现场找顶作业结束（必要时初期支护）后进行，开始工作前应观察操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探开挖工作面附近是否还有危石存在，确保预报人员的安全。

（6）高处作业时作业台架必须安设牢固，台架周围应设置防护栏，凡患有高血压、心脏病等不适应高处作业者不得上架作业。

（7）当隧道岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物时，必须严格执行国家现行的《煤矿安全规程》、《铁路瓦斯隧道技术规范》等的有关规定。超前地质预报工作应采用防爆型的仪器、设备。当采用非防爆型时，在仪器设备及操

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作空间20m范围内瓦斯浓度必须小于0.5%。超前钻探必须采用水循环钻或湿式钻孔，严禁携带火源进洞。

（8）弹性波反射法超前地质预报现场采集数据使用的炸药和雷管必须由持有爆破证的专人领用，爆破作业必须由专业爆破工操作。非专业人员严禁从事爆破作业。

（9）钻机使用的高压风、高压水的各连接部件均应采用符合要求的高压配件，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂高压风、水伤人；高压电路接线应由专业电工操作。

（10）钻孔时，钻机前方应安设挡板，严禁在钻孔的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的岩屑、泥沙等伤人。

（11）为便于控制超前钻孔揭露大量地下水时的水流及采取措施，孔口应安设孔口管和闸阀，且孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。

8.3 应急预案及救援器材

8.3.1应急指挥机构

成立应急救援指挥中心。事故应急救援工作指挥中心，负责对事故的上报；负责抢险方案的制定；事故调查处理及上报。 指挥中心主任：项目经理 指挥中心副主任：安全总监

指挥中心组员：副经理、各部门负责人 8.3.2 应急救援队伍

成立应急救援小组，应急救援小组人员要具有丰富的施工及抢险经验，具有两项以上特技的工人。 （1）急救小组：

职责：急救小组负责现场医疗救护，对事故中的轻伤人员，现场及时进行包扎救治，伤情严重的，专人负责送至附近医院紧急抢救。人员组成： 组长：工区安质部长 组员：工区有关部门人员。 （2）现场抢救小组：

职责：事故发生后，现场抢救小组负责事故现场的处置，根据事故发生的实

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际情况，分析事故原因，及时制定处理方案，采用加固、抢修或排除事故隐患等措施，有效地遏制事故的蔓延。将事故的损失降到最小，同时避免事故范围的扩大和再发生。

人员组成： 组 长：项目经理 副组长：副经理

组 员：架子队队长、架子队有关部门和人员 （3）后勤保障组

职责：为了确保事故预案的顺利开启、实施，由后勤保障组对事故 上报、事故处理的通讯联系和安全处理应急资金提供保证。

人员组成：

组 长：项目部党工委书记 副组长：副经理

组 员：及架子队队长及架子队有关部门人员 8.3.3应急救援必备设备和器材

发电照明器材、抢险工程车、挖掘机，简单医疗急救设备篷布、担架、铁锹。

第九章 成果资料编制内容及要求

9.1 阶段成果资料

①、即时报告当地质工程师发现地质情况发生变化时，即刻以口头或书面的形式向工区和项目部报告，并积极参与不良地质地段工程措施的研究，并从地质角度提出意见。

②、日常报告当每次完成地质预报工作后，应在规定时间向工区和项目部提供相应资料。

9.2 竣工资料

在全部超前预报工作完成后三个月内编写《隧道施工超前地质预报总体报告》并提交给建设单位和施工单位。《隧道施工超前地质预报总体报告》包括以下内容。

①、 地质纵断面图

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②、 地质展示图（1：200）； ③、 TSP203超前地质探测报告； ④、 地应力分析报告； ④、 水文分析报告；

⑤、 利用其他手段进行超前探测的报告。

第一〇章 地质预报成果的验证及技术总结

（1）地质预报成果验证：

每一阶段性地质预报工作结束后，必须认真编写《隧道超前地质预报阶段性报告》，在隧道掘进过程中，由地质工程师与之核对，以检验实际效果，用以指导下一阶段的实施。

（2）地质预报技术总结

要求地质预报技术总结要求地质预报技术总结要求地质预报技术总结要求必须根据规范、规程等要求，在阶段性报告的基础上，对地质预报工作进行技术总结，以便指导下一阶段施工及以后的工程施工。 总结分为阶段性（《隧道超前地质预报阶段性报告》）和完工总结。 技术总结由地质预报项目负责人负责。

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