超前地质预报施工作业指导书1 适用范围适用于对新建铁路西安至宝鸡客运专线XBZQ-2标段小村隧道施工掌子面前方和周边围岩情况的探测。

2 设计概况及编制依据2.1 设计概况2.1.1 工程概况小村隧道，位于陕西省宝鸡市陈仓区，渭河南岸三级阶地，属秦岭山前黄土塬区；从310国道小村附近山坡进洞，下穿唐家塬，从马尾河右侧山坡出洞，隧道起讫里程DK627+747～DK628+650，全长903m，其中明挖52m,IV级围岩300m，V级围岩551m。

最小埋深为16.0m最大埋深为46.0m，为双线黄土浅埋隧道；隧道位于R-8000m圆曲线上，洞内纵坡为11‰和3‰的人字坡。

隧道主体结构采用曲墙带仰拱复合式衬砌，衬砌采用C35钢筋混凝土结构。

隧道初期支护由钢拱架，钢筋网、锚杆和喷射混凝土组成。

隧道进口采用台阶式洞门，设置有20m 明洞，洞口段基础采用φ125cm钻孔桩加固地层，并设置钢筋混凝土承台。

隧道出口采用斜切式洞门，设置有32m缓冲结构。

洞口边仰坡采用拱形骨架护坡，拱形骨架的上缘设排水槽，在拱形骨架内植草绿化。

2.1.2工程地质隧道通过地层为第四系上更新统风积黏质黄土及黏质黄土(古土壤)，下部为第四系中更新统风积黏质黄土夹黏质黄土(古土壤)，底部为中更新统冲积砂及圆砾土等。

无断裂构造。

2.1.3水文地质隧道通过地段内地表水及地下水均不发育。

2.1.4方案设计小村隧道属黄土浅埋隧道，其不良地质构造主要是软弱土层及断层，超前地质预报主要对上述隧道开挖面前方一定距离的浅埋段灾害地质的施工探测，对照勘测阶段的地质资料，预测、预报地质条件变化及其对施工的影响。

针对不同地段的工程地质情况采用不同的预报手段，以达到既预报准确又节省有限预报资源的目的。

超前地质预报由超前地质预报组来完成。

2.2 编制依据2.2.1 《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）；2.2.2 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（铁建设【2010】240号）；2.2.3 《铁路隧道超前地质预报技术指南》(铁建设[2008]105号)；2.2.4 《西宝客运专线小村隧道设计图纸》；2.2.5 《西宝客运专线小村隧道勘测报告》；2.2.6 《西宝客运专线小村隧道施工组织设计》。

3 验收标准3.1隧道应在一次开挖后及时进行；3.2采用的超前地质预报方法、预报范围、频次等应符合设计要求规定；3.3超前地质预报施作里程、位置、搭接长度应符合设计要求。

4 作业准备4.1 在施工过程中随时注意收集现场及地表气候、环境变化等调查资料。

4.2 开工前组织相关专家级人员进行隧道施工风险评估，得出指导性意见知道施工。

4.3 编制超前地质预报方案设计。

4.4 对施工及操作人员进行岗前培训。

4.5 施工前必须进行技术交底，实行三级交底制度。

4.6 建立管理机构成立由总工程师为组长、工程部长为副组长，相关专业工程师任成员的地质预报管理机构。

现场建立地质预报检测组，固定专人，负责日常的超前地质预报工作。

4.7 编制实施大纲收集工程范围内的地质资料，分析和掌握存在的主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围等，根据掌握的资料及现场施工组织编制超前地质预报实施细则。

4.8 配置仪器设备按照长距离预报：预报长度100m以上；中长距离预报：预报长度30-100m；短距离预报：预报长度30m内选择预报方法并配置仪器设备。

根据小村隧道地质情况，长距离预报采用重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3 高密度电法测量系统，短距离预报采用不取芯加洛阳铲超前水平钻孔的方法，进行综合预报，以便相互补充、验证，提高准确率。

4.9 建立工作信息反馈制度作为一道工序，每一个循环开挖后现场超前地质预报检测组都应立即前往掌子面，及时观察、描述开挖面地质结构状况，分析主要地质问题，进行地质综合判断，提交地质综合分析报告。

遇不良地质，或地质变化，且已有明显前兆，需要变换预报方法，尽可能提前准备，以减少超前地质预报占用工作面的时间。

4.10 制作检测表格配备计算机、照相机、钢尺、绘图仪等必要的办公设备；制作“施工阶段围岩级别判定卡”、“隧道地质展示图”等表格，为数据及时采集整理奠定基础。

5 技术要求小村隧道属大跨度黄土浅埋隧道，洞身不良地质一是湿陷性黄土，湿陷土层7.5-15.2m；二是膨胀土，厚1-3m不等，判定为弱膨胀土。

根据已掌握的地质资料，小村隧道超前地质预报采用三种方法进行，即：物探法、地质调查法及超前钻孔法。

5.1 物探法以高密度电法超前地质预报方法为主控方法，采用重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3 高密度电法测量系统，其技术要点是：5.1.1该系统由DZD-6A 多功能直流仪和多路电极转换器（Ⅱ）组成，基于常规电阻率法勘探原理并利用多路电极转换器的供电、测量电极的自动转换，配合电阻率成像（CT）等高新技术来进行高分辨、高效率的电法勘探。

这套系统能够完成温纳四极、施贝1、施贝2、偶极—偶极、联合剖面、微分、二极电阻率成像CT 法、三极滚动连续测深法及单边三极滚动连续测深等装置形式的高密度电阻率法数据采集、显示工作。

与其配套的软件具有数据采集、数据文件存盘、数据文件回放调用等功能。

实测数据的定量解释是采用RES2DINV电阻率成像软件进行。

5.1.2 勘探工作采用的测量装置是温纳（WN）和单边三极装置（P-Dpole）。

如图所示，温纳装置电极位置示意图温纳装置的电极排列规律是A，M，N，B（A，B 是供电电极，M，N 是测量电极），装置系数K=2πa，其中a 为电极间距，AM=MN=NB=na，随着电极隔离系数n 由1逐渐增大到nmax，四个电极之间的间距也均匀拉开。

该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形，如图3 所示。

探测深度随着供电电极AB 距离的增加而增大，当隔离系数n 逐次增大时, AB 电极距也逐次增大，对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。

探测深度一般为AB 间距的1/3，所以测线长度至少要达到目标勘探深度的3 倍。

单边三极装置是将供电B 置于无穷远，仅通过加大供电电极距AO 来达到测深的目的，如图4 所示。

三极测深为非对称装置，它对地下地电异常体的电性响应更强，异常分辨能力比对称装置高。

5.1.3 以下为根据实测原始视电阻率反演获得的岩层真电阻率断面色块图图例。

温纳装置数据采集图形单边三极装置电极位置示意图小村隧道高密度电法地质超前预报成像示意图温纳装置断面成像图例5.1.4 WGMD-3 高密度电法测量系统有效探测深度﹥60.0m, 探测长度可一次性完成900 m测距。

5.2 地质调查法隧道掌子面每进行一次循环都应进行掌子面地质素描和洞身地质素描，通过掌子面和洞身的地质变化情况对掌子面前方近距离范围可能揭示的地质情况进行预测预报。

其技术要求：5.2.1 开挖工作面地质素描，主要描述工作面立面围岩状况，应使用同一格式，并统一编号，其格式和内容参见“施工阶段围岩级别判定卡”。

施工阶段围岩级别判定卡编号工程名称位置施工里程评定距洞口里程（m）岩性指标岩石类型（名称）黏结力C= Mpa；Φ= 极硬岩硬岩较软岩软岩极软岩单轴饱和抗压强度Rc= MPa 点荷载强度极限Ix = MPa变形模量E= GPa 泊松比V =天然重度r= KN/m³其他岩体完整状态地质构造影响程度轻微较重较重极严重完整较完整较破碎破碎极破碎地质结构面间距（m）＞1.5 0.6-1.5 0.2-0.6 0.06-0.2 ＜0.06延伸性极差差中等好极好粗糙度明显台阶状粗糙波纹状平整光滑有痕迹平整光滑张开性（mm）密闭＜0.1部分张开0.1-0.5张开0.1-1.0无充填张开＞1.0黏土充填风化程度未风化微风化弱风化强风化全风化简要说明地下水状态渗水量［/（min．10m)］＜10干燥或湿润10-25偶有渗水25-125经常渗水干燥或湿润偶有渗水经常渗水初始地应力状态埋深H= m地质构造应力状态其他围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ开挖工作面素描图及地质简要描述开挖工作面简要描述开挖工作面素描图记录者：复核者：日期：备注：岩性指标栏岩石力学强度指标必要时做。

5.2.2 洞身地质素描是对隧道拱顶、左右边墙进行的地质素描，直观反映隧道周边地层岩性及不良地质的发育规模、在空间上对隧道的影响程度等。

其格式及内容见“小村隧道地质展示图”。

小村隧道地质展视图隧道方位：比例：作图日期：展视图左边墙拱部右边墙里程设计工程地质水文地质条件设计围岩分类施工围岩分级施工揭示地层岩性特征施工揭示构造特征施工揭示水文地质特征施工围岩稳定性及初期支护绘制：复核：5.2.3 地质素描应随隧道开挖及时进行，对地层岩性变化点等重点地段应每开挖进行一次素描，其他一般地段不应1超过10m进行一次素描。

5.3 超前钻探法在进行高密度电法超前地质预报后发现隧道掌子面前方存在重大地质灾害隐患的地段和超前预报的范围提及的重点地段，采用超前地质钻孔验证高密度电法超前地质预报结果和进一步查清重点地段的地质情况。

采用不取芯加洛阳铲钻孔法进行，超前地质钻探应符合下列技术要求：5.3.1孔数不良地质地段每循环宜钻3-5个孔。

5.3.2孔深不同地段不同目的应采用不同的钻孔深度。

Ⅳ级围岩一般孔深2～3m；Ⅴ级围岩一般孔深4～5m。

5.3.3孔径钻孔直径应满足钻芯、取样和孔内测试的要求。

5.3.4连续预报时前后两循环钻孔应重叠50cm。

6 施工程序与工艺流程6.1 高密度电法超前地质预报方法为主控方法，即从隧道进口至出口，全隧贯通一次完成；6.2 隧道掌子面每前进一次都应进行掌子面地质素描和洞身地质素描，通过掌子面和洞身的地质变化情况对掌子面前方近距离范围可能揭示的地质情况进行预测预报；超前探孔6.3 在进行高密度电法超前地质预报后发现隧道掌子面前方存在重大地质灾害隐患的地段和超前预报的范围提及的重点地段，采用超前地质钻孔验证高密度电法超前地质预报结果和进一步查清重点地段的地质情况。

7 施工要求7.1 WGM7D-3 高密度电法测量系统工作要求7.1.1 开机检测仪器工作正常；发射、接收电极间距测量准确；无穷远电极大于探测距离，有效探测深度﹥60.0m,；发射、接地电极接地良好；电池电量充足。

7.1.2 编制探测报告内容应包括：1 概况：隧道工程概况、地质概况、探测工作概况等；2 高密度电法原理及仪器；3 野外数据采集：观测系统、采集方法、数据质量等；4 数据处理：采用的软件及处理流程、参数选择说明、处理成果及质量等；5 资料分析与判释：附上成果图，主要是温纳装置断面成像图；6 结论及建议：提出隧道掌子面前方存在的对隧道施工有影响的工程地质和水文地质隐患，以及施工过程中应采取的措施。