超前地质预报培训资料

超前地质预报数据处理基本理论知识－术语瑞典探地雷达 白雪冰1、三振相三振相指的就是瞬时相位、瞬时频率、瞬时振幅，在做隧道超前地质预报时，这三个指标是必须描述的；图一、单道波形图A、相位：如图一所示，对于一个垂直的单道波形来说，右边的峰尖为波峰，左边的峰尖为波谷，就表述出了波形的相位，对于探地雷达这样利用电磁波的反射原理来进行探测的设备，地下不同介质的接触面都会至少有一个完整的反射信号周期，即至少有一个波峰和波谷；B、振幅：如图一所示，”A”处的红标线的长度表示出了此处信号峰值的大小，即振幅的大小，”A”处的红标线的长度越长，表示此处反射信号越强，波谷的振幅幅值为负值，波峰的振幅幅值为正值，这个振幅幅值没有单位，有时可以用电压值来表示。

C、频率：如图一所示，”B”处的红标线的长度(也即波长宽度)表示出了此处信号的频率的高低，如果越长，则此处的信号频率越低，越短，则此处的信号频率就越高。

2、同相轴雷达图像的时间剖面上记录的各道振动相位相同的极值（即波峰或波谷）的连线称为同相轴。

在解释勘察资料时，常常根据雷达图像的时间剖面上有规律地出现的形状相似能连成线状轴线的振动画出不同的同相轴，它们表示不同界面反射回的电磁波，如图二所示。

图二、同相轴3、波形图与灰度图一般对于超前地质预报的数据来说，因为采集方式为键盘触发，采集的电磁脉冲数比较少，因此雷达图像都是用波列图(wiggle模式)来表述，有些书籍上叫变面图，如图三所示：波形图表述的雷达图像，能够很容易的读出信号的相位，频率，振幅来；用探地雷达进行超前地质预报时，每个掌子面采集的脉冲数不要少于50个脉冲，尽量保证有足够多的脉冲，来确保信号的分辨率和准确性。

图四、灰度图如果探地雷达在进行连续测量时，因为采集的电磁脉冲数非常多，此时再用波列图来表述雷达图像就没法满足分辨率了，那么我就定义了出了灰度图(point 模式)，如图四所示，有些书籍又叫能量堆积图，这个叫法应该是比较形象的，其基础还是由波列图转换为灰度图，具体见图五；图五、波形图转换为灰度图图五所示的波形图转换为灰度图的具体转换原理就是，将没有反射信号的区域描绘为灰色的区域，表示这些区域的反射信号振幅弱，没有有效反射；将反射界面的波谷相位描绘为黑色，波峰相位描绘为白色，即用黑色和白色表述出了信号的相位；对应着右侧的色阶表，黑色和白色的强度，表述出了信号的振幅，即越黑或越白就表示振幅越强，这里的反射信号越强，分别对应着负值或正值越强；将信号频率的高低用黑色和白色方块的厚薄来表述，如果黑色或白色方块越厚，说明此处的信号频率越低，反之亦然。

隧道地质超前预报：
1、通过地质分析、超前探测和钻探等综合方法，对隧道掌子面前方的不良地质体进行预报，主要预报内容有： a)预报开挖掌子面前方的岩性变化或围岩类别；b) 预报掌子面前方可能出现的地质断层及岩石破碎带的情况；c) 预报掌子面前方软岩地段的位置和长度；
d)预报开挖段前方岩体的是否含水及可能的涌水情况；e)预报岩溶发育程度及溶洞位置等。

通过对隧道洞身范围内(特别是掌子面前方)的岩溶发育、地下水发育或岩体破碎地段、断层发育等不良地质的预测和分析，为工程设计及施工提供工程地质资料。

避免工程地质灾害，从而保证施工安全。

2、工作开展时间：根据隧道施工进展以及现场需要，经与业主及监理工程师沟通后合理安排工作开展时间。

3、预报范围：分离式隧道按左右洞全洞预报，连拱隧道含中导洞和左右洞全洞预报。

4、使用的主要仪器：长距离预报仪（如TSP等）、地质雷达、红外探水仪等。

根据现场实际地质情况采用长短距离预报相结合的方法。

当通过地质条件特别复杂地段时，投标人应投入其他预报仪器，如瞬变电磁、陆地声纳等，以实施综合超前地质预报，保证施工安全。

5、单价200（元/米）。

超前地质预报1基本定义：超前地质预报或隧道超前地质预报(Tunnel Geological Prediction/Prospecting)是在隧道开挖时，对掌子面前方的围岩与地层情况做出超前预报2超前地质预报的分类超前地质预报常用的物探方法有很多，分类不尽一样。

根据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005），将几种物探方法与其适用围介绍如下：其中地震波法超前预报是当前应用的主流。

机械钻探使用超前地质钻杆在隧道断面的若干个部位进行钻探，依据钻杆岩土结构、构造与水文地质判定前方围岩的性质。

一般取隧道断面的三个点，中上部、左侧、右侧，将钻探出的围岩综合对比分析然后按每两米一个断面记录其围岩状况。

超前钻杆的长度不等，一般以20米为主流产品。

电法直流电法超前探测隧道掌子面和侧帮的含水构造高密度电阻法探测岩溶、洞穴、地质界线电磁法甚低频法①.探测隐伏断层、破碎带；②.探测岩体接触带；③.探测含水构造与地下暗河等地质雷达①.探测隐伏断层、破碎带；②.探测地下岩溶、洞穴；③.探测地层划分地震波法和声波法折射波法①.划分隧道围岩级别；②.测定岩体的纵波值反射波法①.划分地层界线；②.探测隐伏断层、破碎带；③.探测地下洞穴；④.测定含水层分布散射波法①.划分地层界线；②.探测隐伏断层、破碎带；③.探测地下洞穴；④.测定含水层分布；⑤确定围岩速度红外线法红外探水①.探测局部地温异常现象；②.判断地下脉状流、脉状含水带、隐伏含水体等所在的位置3简单介绍地震法超前预报地震法是当前隧道中长期超前预报的主流方法。

它包括：HSP、TSP、TGP、TRT、TST、负视速度等各种方法。

TSP隧道地质超前预报：其工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。

超前地质预报工作介绍(手册)超前地质预报工作介绍（手册）
章节一：背景与目的
1.1 超前地质预报的定义与概念
1.2 超前地质预报的重要性与应用领域
1.3 本手册的编写目的与用户群体
章节二：基本原理与方法
2.1 地质预报的基本原理
2.2 超前地质预报的常用方法与技术
2.3 数据分析与处理的关键技巧
2.4 模型建立与预测效果评估
章节三：超前地质预报的工作流程
3.1 项目准备与需求分析
3.2 地质勘探与数据采集
3.3 数据分析与矿产资源评估
3.4 地质灾害风险评估与预测
3.5 预警发布与应急响应
章节四：案例分析与经验总结
4.1 A矿区超前地质预报工作案例分析
4.2 B矿区超前地质预报工作案例分析
4.3 C矿区超前地质预报工作案例分析
4.4 工作中的经验教训与总结
章节五：推进与发展
5.1 目前存在的问题与挑战
5.2 国内外超前地质预报工作的最新进展
5.3 促进超前地质预报工作的政策与支持措施5.4 未来发展趋势与展望
附件：
附件一：超前地质预报工作数据采集表格范例附件二：超前地质预报工作风险评估模型示意图附件三：超前地质预报工作应急响应流程图
法律名词及注释：
1.地质预报：通过分析地质现象和数据，预测地质事件的发生概率和影响程度的工作。

2.超前地质预报：在地质预报基础上，通过综合应用现代科学技术和方法，提前预测地质事件，使相关部门和企事业单位能够做出及时决策和有效应对。

3.地质灾害：指地质因素引起的对人类生命财产造成破坏的自然灾害，如滑坡、泥石流、地震等。

地质超前预报的内容及方法地质超前预报，听起来就像是科幻小说里的情节，其实它是我们在地质工作中非常重要的一部分。

想象一下，工地上忙得不可开交，突然传来一阵地面抖动，吓得大家像热锅上的蚂蚁。

这个时候，如果我们能够预先知道地质情况，那可真是救命稻草。

地质超前预报就是在这时候派上用场的。

说到底，这是一种通过各种方法，提前预测地下地质条件的技术，帮我们避免很多意外情况。

大家一定会好奇，怎么来做这种预报呢？咱们可以用不少手段，比如地震波的检测、地下水的测量，甚至是用卫星遥感技术。

听起来高大上吧？简单来说，就是通过各种数据来“窥探”地下的秘密。

就像我们看透了一个人的心思，提前了解他到底在想啥。

这种技术就像是一双透视眼，让我们在施工前就能知道地面下面隐藏着什么宝藏，或者说是隐患。

不过，光有数据可不行，咱们还得分析这些数据。

分析可真是一门大学问，就像拆解一个复杂的拼图。

我们得把各种不同的数据组合在一起，有时候这些数据就像是调皮的孩子，各自想玩自己的游戏。

得让它们乖乖地聚到一起，才能拼出一个完整的地下“地图”。

这就需要专业的人员，得有经验的人来带队。

每个人都得各司其职，像乐队一样，大家配合得好，才能奏出美妙的音乐。

咱们的目标是尽量减少意外的发生，毕竟在工地上，可不是什么人都能从地底下冒出来。

除了技术手段，沟通也非常重要。

工人们要知道地下的情况，以便做出相应的调整。

你想啊，大家都心里有数，工作起来就会得心应手，避免那些不必要的惊慌失措。

比如说，如果知道某个地方有水，工人们就可以提前做好排水的准备，省得到时候手忙脚乱。

还有一点特别重要，就是时效性。

地质情况瞬息万变，就像天气一样，昨天晴空万里，今天却突然下起了大雨。

为了能及时掌握变化的情况，我们得定期更新数据。

定期就像是给地下“体检”，确保我们掌握的信息都是最新鲜的。

否则，万一到了施工现场才发现情况不对，那可就真是“竹篮打水一场空”了。

咱们也不能忽视环境的影响。

地质超前预报的内容其实跟周围的环境也有很大关系。

超前地质预报一、预报内容1.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。

2.地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响体完整性的构造发育情况的预测预报。

3.不良地质，特别是溶洞、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报。

4.地下水，特别是对岩溶管道水、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。

二、预报方法隧道工程超前预报采用地质调查法、地震波反射法、加深炮孔探测法、超前地质钻探法及地质雷达探测法进行综合预报。

在地质调查法的基础上,采用地震波反射法进行中长、长距离探测；采用超前地质钻探进行验证,钻探孔数2个,深度30〜50m；釆用加深炮孔探测法进行短距离预报；并采用地质雷达探测法及物探红外探测法对断层破碎带、软弱岩层变化带及可溶岩地段进行探测。

超前预报工作如下：1.全隧道进行地质素描,隧道岩性变化点、构造发育部位等复杂、重点地段应每循环进行一次素描,其他地段不应超过10m进行一次素描（或每循环一次也可）;2.地震波反射法探测：地震波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上,每次预报距离100〜150m。

隧道区域内软弱破碎地层或岩溶发育区,每次预报距离应为100m左右；岩体完整的硬质岩地层每次可预报150m。

3.超前地质钻探：在随道区内富水软弱断层破碎带,富水岩溶发育区,重大物探异常区等地质条件复杂地段必须使用,确保施工的安全性。

超前水平钻探每循环钻孔长度不应小于30m,连续预报时前后两循环孔应重叠5〜8m。

可能发生突泥涌水的地段,超前地质钻探应设孔口管和止水装置,防止高压水突出。

富水软弱断层破碎带、岩溶发育区、重大物探异常区等地质复杂地段应釆用超前水平钻探为主的综合方法预报前方地质情况。

4.每个循环应采用加深炮孔探测法进行短距离探测的,一般情况布置5个加深炮孔,当出现不同地层分界,断层破碎带或预报可能出现地质隐患时,布置8个加深炮孔；当釆用上半断面开挖时,相应炮孔为3〜5个；炮孔孔径50 mm,孔深5〜8m。

[单选题]1.以下不属于大型岩（江南博哥）溶出现前兆标志的是（）。

A.裂隙、熔隙间出现较多的铁染锈或黏土B.岩层明显软化、湿化C.小溶洞出现的频率降低D.钻孔中的涌水量剧增参考答案：C参考解析：大型岩溶出现前兆标志一般有：裂隙、熔隙间出现较多的铁染锈或黏土、岩层明显软化、湿化或出现淋水现象；小溶洞出现的频率增加，且多有水流、河砂或水流痕迹；钻孔中的涌水量剧增，且夹有泥沙或小砾石；有哗哗的水流声；钻孔中有凉风冒出。

[单选题]2.下列不属于煤层瓦斯出现的前兆标志的是（）。

A.开挖掌子面地层压力增大B.掌子面温度增高C.煤层结构变化明显D.掌子面有移动感参考答案：B参考解析：煤层瓦斯出现的前兆标志一般是：开挖掌子面地层压力增大，鼓壁、深部岩层或煤层的破裂声明显，响煤炮，掉渣，支护严重变形；瓦斯浓度突然增大或忽高忽低，掌子面温度降低，憋闷、有异味等；煤层结构变化明显，层理紊乱，由硬变软，厚度与倾角发生变化，煤由湿变干，光泽暗淡，煤层顶、底板出现断裂、波状起伏等；钻孔时有顶钻、夹钻、顶水、喷孔等动力现象；掌子面发出瓦斯强涌出的嘶嘶声，同时带有粉尘；掌子面有移动感。

[单选题]3.采用瞬变电磁法时，应将开挖台车、喷浆机等金属物体向掌子面后移至（）。

A.20mB.30mC.40mD.50m参考答案：A参考解析：瞬变电磁法的探测时间应选择在爆破及出渣完成之后将开挖台车、喷浆机等金属物体向掌子面后移至20m以外进行，且避免电磁信号干。

[单选题]4.岩溶预报应以（）为主。

A.地质调查法B.超前钻探法C.瞬变电磁法D.红外探测法参考答案：B参考解析：岩溶预报应以地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报。

[单选题]5.在岩溶预报中，采用（）进行短距离探测。

A.弹性波发射法B.高分辨率直流电法C.红外探测法D.地质雷达法参考答案：D参考解析：根据岩溶发育条件，可采用弹性波反射法进行长、中长距离探测，以探明断层等结构面和规模较大、可足以被探测的岩溶形态；采用高分辨率直流电法、红外探测进行中长、短距离探测，可定性探测岩溶水；采用地质雷达进行短距离探测，以查明岩溶位置、规模和形态。

隧道超前地质预报（地质雷达）目录1 概况............................. - 1 -2物探方法基本原理 ................. - 1 -2.1 基本原理............................................ - 1 -2.2 探地雷达在勘查中的基本参数........ - 2 -2.2.1 电磁脉冲波旅行时............... - 2 -2.2.2 电磁波在介质中的传播速度- 3 -2.2.3 电磁波的反射系数............... - 3 - 2.3 数据处理方法................... - 3 -2.3.1 距离归一化................................... - 3 -2.3.2确定波速........................................ - 3 -2.3.3 水平和垂直滤波........................... - 4 -3 设计文件描述的预报段地质条件..... -4 -4 掌子面地质编录及地质分析......... - 4 -5 探底雷达测试与结果分析........... -6 -5.1 测线的布置................. - 6 -5.2 数据处理结果............... - 7 -5.3解译分析................... - 8 -6.结论和建议....................... - 9 -附件一：掌子面地质编录表.......... - 10 -1 概况###隧道为@@@@高速公路G7标段的在建隧道。

隧道位于@@市@@县@@村@@沟右岸。

隧址区属后龙门山推覆构造带，围岩岩性主要为钙质千枚岩、凝灰千枚岩、石英千枚岩。

因受构造影响，岩体局部（一般为不同岩性接触带）片（劈）理极发育，岩石呈薄片状、碎片状结构，岩质极软，破碎。

超前地质预报一、概述1、超前地质预报的目的（1）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。

（2）降低地质灾害发生的几率和危害程度。

（3）为优化工程设计提供地质资料。

（4）为编制竣工文件提供地质资料。

2、超前地质预报的内容（1）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。

（2）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必的构造发育情况的预测预报。

（3）不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况进行预测预报。

（4）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。

2、超前地质预报的方法地质调查法：包括补充地质调查、洞内开挖工作顾地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关必分析、地质作图等。

超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。

物探法：包括弹性波反射法（地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和陆地声呐法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测、高分辨率直流电法等。

超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。

超前地质预报长度的划分和预报方法的选择可执行以下规定。

长距离预报：预报长度100m以上。

可采用地质调查法、地震波反射法及100m以上的超前钻探法等。

中长距离预报：预报长度30~100m。

可采用地质调查法、弹性波反射法及30~100m的超前钻探法等。

短距离预报：预报长度30m以内。

可采用地质调查法、弹性波反射法、电磁波反射法、红外探测及小于30m的超前钻探法等。

二、超前地质预报实施1、断层预报断面预报可按以下步骤进行：（1）根据区域地质资料、工程地质平面图与纵断面图以及必要的补充地质调查，进一步核实断层的性质、产状、位置与规模等。

（2）采用弹性波反射法确定断层在隧道内的大致位置和宽度。

（3）必要时采用红外探测法、高分辨率直流电法探测断层带地下水的发育情况。

TSP超前地质预报QB/ZTYJGYGF-SD-0204—2011广州分公司任晓锋屈强1 前言1.1 TSP超前地质预报概况TSP地质超前预报是勘察设计阶段以后工程地质工作的继续，主要目的为探测或预测开挖工作面前方围岩工程地质和水文地质情况，获取详细可靠的地质信息,如围岩类别、断层带和破碎带位置、性质、规模、富水等，进行信息反馈.并对探测到的地质情况进行综合分析，做出判断，提出地质预报成果，作为指导施工和优化支护参数、围岩类别变更等动态设计的依据。

1.2 TSP超前地质预报原理隧道地震波法（简称TSP)，其原理是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，在其界面处被反射,并被高精度的接收器接收。

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构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及掌子面的距离，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.2 工艺工法特点地质超前预报工作可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，根据掌握的地质灾害前兆和超前预测预报地质灾害,及时改进施工方法,调整施工工艺,确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行；施工地质工作可降低地质灾害发生的机率,在隧道施工阶段,TSP超前地质预报技术是保证隧道顺利安全施工的重要地质预报手段，但需辅以其它地质预报手段，才能保证其精度。

3 适用范围该法适用于复杂地质的公路、铁路等隧道工程施工,用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围，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。

4 主要引用标准4.1《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设【2008】105号）、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005］160号)、《铁路隧道施工规范》（TB10204) 、《公路隧道工程施工技术规范》（JTG F60）。

一、超前地质预报1、利用工作面地质素描预报：利用地质素描判定工作面前方短距离范围内的地质状况。

隧道开挖施工时，每个开挖面派有经验的地质工程师24小时值班。

每茬炮后对工作面进行地质素描，必要时照相摄影，并绘制地质素描图。

地质素描内容主要包括地下水状态（出水点、出水量、水压力、突水情况等），地层岩性（产状、结构、地质构造影响程度等），岩石特征（岩石名称、风化状况、岩石结构、质地、强度），地质结构面（间距、延伸性、粗糙度、张开性等），软弱夹层，贯穿性强的大节理、断层（填充情况、风化程度、开度、渗漏）等。

根据地质素描（图）的内容，作出开挖面前方较短距离内的岩体稳定性分析，通过综合分析判断，提出地质预测报告。

2、其它预报方法：(1)物探法：利用地质雷达，其现场工作相对简单，针对断层破碎带进行超前50米以内的超前探测。

(2)超前水平勘探：利用水平钻机，通过观测记录钻速、冲洗液及岩屑、岩粉的变化，以及气体含量的变化，进行分析判断，预报短距离的地质灾害问题。

3、超前地质预报主要项目超前地质预报主要项目见表8-1：4、信息收集与整理：(1)超前预报由专门的地质专业工程师负责，设专职地质组，其它施工、质检人员予以配合，进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果，由主管技术人员予以复核，并报设计、监理单位。

为变更设计、修改施工方法提供依据。

(2)不断总结经验，对已披露的实际地质情况与前期地质预报内容相比较，评估预报的准确性，为以后的超前预报工作积累经验。

(3)经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。

7.2.5.4 隧道地质预测、预报针对隧道地质特性，施工中采用以下手段，保证隧道开挖安全顺利。

⑴地质预报(由地质工程师实施)A.对照勘测阶段的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度，随工作面素描地质结构状态。

B.可能出现坍塌、涌水影响施工时，预报其部位、形式、规模及发展趋势，并提出处理措施。

C.隧道将穿越断层及其影响破碎带，需改变施工方法或作应急措施时的预报。