隧道地质超前预报技术

北京市水电物探研究所

ccsws@刘云祯

1一. 隧道地质超前预报的作用

二. TGP隧道地震波预报技术

三. 隧道地震波预报仪器

四. 结论

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1、确保施工安全：

当前隧道工程巨大，在高速铁路、公路、地铁、水电、矿山开采及军事等工程中，隧道所占比重越来越大。

施工过程中存在诸多隐患，如突水、突泥、塌方等，这

些隐患严重威胁隧道工程的安全施工。

2、施工勘察延伸：

随着隧道工程的规模、数量、长度和跨度的不断增加，

隧道勘察阶段的工作难度也随之加大，超前预报可以弥补隧

道勘察工作深度的不足。

铁建设[2007]102号文件明确指出：科学地进行隧道地

质超前预报已经列为隧道施工的重要工序。一. 隧道地质超前预报的作用

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隧道工程是高速铁路、公路、水电、国防工程等项目中的重要组成部分

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隧道工程比重超过50%

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别岩槽隧道突水溶腔野三关隧道暗河

掌子面突泥

宜万铁路隧道地质条件复杂，突水、突泥严重影响施工安全。

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宜万铁路隧道构造岩溶高压水突水

7宜万铁路隧道事故警示

别岩槽隧道＋422大突水：

溶腔与导水断层连通，断层长483米，雨季有350米水压差，日最大涌水28.6万立方。

野三关隧道：

溶岩呈大厅，断层连通岩溶构造水，一个半小时内突水15万立方，泥石量5万立方。齐岳山隧道：

构造岩溶溶腔近200处，危及安全的有22处5次大事故，瞬间突水每小时达5.2万方。

马鹿箐隧道突水（录像资料是2008年4月发生突水，十几万方水瞬间涌入，致使5人死亡。）中国铁路建设史上最大涌水隧道，曾8个月内发生5次特大突水，造成多人伤亡。

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做好地质

超前预报

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交通部2008年8月21日（交质监发[2008]274号）发布

执行的《公路水运工程试验检测机构等级标准》及《公

路水运试验检测机构等级评定程序》中将“隧道施工超前地质预报”作为专项列出并明确了其设备配置。

等级序号项目主要试验检测参数设备配置

桥梁隧道工程专项新标准隧道施工超前地质预报前方地质的变化情况，灾害体的分布及性质超前地质预报仪（地震探测仪或地质雷达探测仪）

杭长（沪昆）铁路客专湖南段Ⅱ标段

隧道超前地质预报施工方案

中国中铁

编制： 审核：

审批：

中铁三局集团沪昆客专杭长湖南段第四项目分部

二0一0年七月

目 录

1.工程概况 .................................................................. 1

1.1工程概况 ............................................................. 1

1.2.工程地质 ............................................................ 1

1.3.水文地质 ............................................................ 1

1.4.超前地质预测、预报的重要性 .......................................... 1

2、超前地质预报组织机构及职责 ............................................... 2

3.超前地质预测、预报总体方案 ................................................ 3

3.1预测、预报原则 ....................................................... 3

3.2预测、预报总体方案 ................................................... 3

隧道地质超前预报

建立超前地质预报系统是进行隧道施工组织的重要前提，组建地质超前预报专业小组，进行超前地质预报，提前准备各种可能的不良地质条件的施工预案，超前处理不良地质，是实现长大隧道的安全施工和快速掘进的必要条件，地质预测预报体系见。

施工前预报：根据设计给出的隧道地质条件说明资料，认真分析隧道的地质断面图、平面图，掌握隧道的地质特点和水文特点。进行长距离宏观预报各段隧道可能出现的不良地质情况。

施工阶段地质资料记录：首先对已开挖地段进行地质调查，调查的主要依据为隧道开挖面地质素描、岩石结构面调查和涌水观测记录。

开挖面地质素描内容有：岩性、地质年代、岩层产状、软弱夹层、岩脉穿插情况；断层及破碎带的形态、产状、宽度、填充物特征；主要节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。围岩岩体结构类型、完整性、围岩的物理力学性能。

岩石结构面调查内容有：围岩的岩石结构产状、物理力学属性、节理的延伸性、粗糙起伏情况、张开程度。地下水出露情况、水量大小等；地下水的分布形态、大小、位置走向等；围岩节理内含水情况。地质素描采用图表形式形象纪录。地下水地质预测：现场技术人员根据以往施工经验对地下水作出经验性预报。

当隧道由弱可溶岩进入强可溶岩的边界部位时，可能发生涌水；突水点的涌水特征：一般有渗、滴水段→线状渗水段→集中涌水段→高压喷水段；当隧洞由渗、滴水段进入线状渗水段时，应作好出现集中涌水的准备，进行超前预报的施工防治能取得较好效果；钻孔内出现浑水，前方可能有涌水；若浑水能喷射5m以上，则前方可能有大于30～50L/s的涌水存在；当超前钻孔能喷水较大时，则前方可能存在涌水；当地温测值出现比前一点低时，可能有涌水；掌子面附近出现铁锰质富集或泥质充填的裂隙，则表明前方有涌水的可能。

施工中将超前地质预报工作作为一道施工工序来进行安排，成立专业超前地质预报室，配置物探、地质及试验专业工程师、测试技工；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，超前地质预报室主任任副组长，各专业工程师任成员的组织机构，并聘请国内知名地质预报和隧道施工专家组成专家组。

隧道施工超前地质预报技术

就地球物理方法与隧道施工特点相结合进行综合预报，以解决隧道超前地质预报的多解性、预报精度及方法缺陷等问题做了较详细的介绍。

摘要：目前隧道施工超前地质预报技术仍处在对单个方法、单一参数的解释研究阶段，由于地质预报的具体方法各有其特点和局限性，很难找到一种适合于各种隧道地质灾害的探测方法，因此，就地球物理方法与隧道施工特点相结合进行综合预报，以解决隧道超前地质预报的多解性、预报精度及方法缺陷等问题做了较详细的介绍。

隧道施工超前地质预报是指对隧道开挖掌子面前方的地质情况及不良地质体的工程性质及位置、产状进行探测、分析解释及预报。隧道超前地质预报从探测位置上可分为（洞外）地面预报与（洞内）掌子面预报；从预报性质上可分为物探方法、地质方法、化探方法；从预报距离上可分为长距离预报（>100m）、短距离预报（<30m）与临近预报（<10m）。

隧道施工过程中常见的地质灾害有：断层破碎带、岩性界面不整合接触带；岩溶、陷落柱及采空区；

岩爆；软岩；地下水等。存在的主要问题有：①利用单一方法、单一参数解决某个具体问题，存在预报精度低、有多解性的现象；②某个具体方法的探测由于与现场装置布置有关，从而存在对某种类型地质体探测有利，对某些形状或不同类别的灾害体探测不利的现象；③目前适合于隧道掌子面的预报方法较少，使得超前地质预报的方法组合受到限制。

1、常见的掌子面超前地质预报方法

隧道地震预报在掌子面附近的排布方法有多种，可分为二维2D（测线）观测系统和三维3D（面积）

观测系统。

1）2D观测系统是震源与接收器沿测线排列。常见的2D观测系统有：将炮点与接收器均设置在侧墙的排布方式（见图1、2），简称TSP（Tunnel Seismic

Prediction）；将炮点设置在掌子面多个接收器在侧墙上的排布方式，简称VSP（Vertical Seismic Profiling）；在隧道的2个侧壁分别布设震源和检波器，按其相对位置固定激发点（或接收点）和激发与接收相交错的排布方式，简称HSP（Horizontal Sound wave Profiling）；把激发点和接收器按一定排列布置在隧道掌子面的排布方式，称为垂直地震波排布（极小极距偏移法）。2D观测系统通常主要预报较为简单的二维地质构造，如断层破碎带、岩性界面等。