[分享]地质超前预报指导书(下)

发表于2018-04-14     675人浏览     1人跟帖     总热度:200  

探测方法:

①爆破孔布置:TSP203超前地质预报系统洞内布置的接收器孔和爆破孔不是在掌子面上,而是在掌子面附近的边墙上,一般情况下,它是由两个接收器孔和24个爆坡孔组成。接收器距掌子面约55m,在隧道两侧对称布置,最后一个爆破孔距掌子面约0.5m。爆破孔间距1.5m,孔深1.5m,孔径35~38mm,孔口距隧底约1.0m,向下倾斜10°~20°,接收器与第一个爆破孔间距20m,接收器孔深2.0m,孔径43~45mm,孔口距隧底1.0m,向下倾斜5°~10°。

地质超前预报指导书(下)-Snap17

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连线检查:把传感器、检波器(电脑)、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10~40g左右。  

⑥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。  因此,通过TSP超前地质预报,能够及时地了解掌子面前方的地质情况,为隧道施工和及时合理地调整支护参数提供依据,有效地控制了地质灾害的发生,确保支撑隧道的岩石牢固可靠和施工质量,改善工地的安全,赢得了施工时间,降低成本,提高隧道掘进的进度,将风险降低到最小。

(2)地质雷达 

当TSP203系统预报前方有溶洞、暗河水体、岩层层面等不良地质时,其规模、形态需要具体了解,就需用地质雷达进行探测。加拿大pulseEkkO100型地质雷达在前方岩石完整的情况下,可以预报30m的距离;当岩石不完整或存在构造的条件下,预报距离小于10m。雷达探测的效果主要取决于不同介质的电性差异,即介电常数,若介质之间的介电常数差异大,则探测效果就好。根据局项目部安排,此项物探方法委外。

 探测原理:发射机通过发射天线向隧道掌子面前方地层定向发射电磁波,电磁波在传播的路径上当遇到有电性(介电常数和电导率)差异的界面时即发生反射。从不同深度返回来的各个不同时间的反射波由设置在发射天线旁的接受天线接受,另外还最先接受到从发射天线经两天线所在介质的表面传播到接受天线的直达波,取其时间之半,乘以该介质的电磁波传播速度即代表反射目标的深度,再根据反射信息特征(反射强度、反射波组合特点以及横向、纵向变化等)判别反射目标的性质。

探测方法:在开挖掌子面上,以上、中、下水平和左、右为骨架布置若干水平测线和竖线测线向前方探测,每条测线可构成一条剖面,各条剖面上的综合地质信息即构成了前方一定范围内的空间地质构造形态。测线的密度可视所探测地段的围岩地质构造复杂程度和所要求的探测控制精度选定,围岩越复杂,要求的控制精度越高,则测线密度就越大,反之越小。根据探测资料,首先对各方面剖面进行综合分析,定性判定前方地质情况并定量确定有关异常体、条、带等位置、深度及其空间分布情况,再结合具体的地质条件(如断层、节理、裂隙与隧道走向的夹角和倾角及其对隧道围岩稳定性的影响程度)、地压因素(静压、动压和二次平衡压),详细划分和界定围岩类别,以便主动采取超前支护措施。 

地质雷达预测的有效长度在完整灰岩地段按25m,在岩溶发育地段根据雷达波形判定,连续预报时前后两次重叠长度不小于5m。

地质超前预报指导书(下)_1

(3)HSP水平声波剖面法 

该方法是将声波发射源(电火花源)和接收换能器分别置入两边墙底部1.5m浅孔中,水耦合,按相错斜交对射的方式进行声波反射探测。

地质超前预报指导书(下)_2

这种方法在开挖面后一定距离的隧倒两边墙底部分别打若干孔,孔深(1.0-3.0m),孔间距视探测大小按1.0-3.0m布置,探测时采用电火花源为发射源,主机采用工程声波探测仪。

(4)红外线探水法 

采用 HY-303防爆红外线探测仪进行超前防水预测预报,红外探水见图4.4.6-2所示。

地质超前预报指导书(下)_3

HY-303防爆红外线探测仪的主要应用范围:

了解掘进前方10-30米范围内是否存在含水断层和溶洞、是否存在含水破碎带。每作一次防水超前探测预报需15分钟。向隧道上方探测掘进时未见到的含水构造。 

向隧道下方探测了解底板下方是否存在空洞、是否存在含水岩溶构造、承压水是否以潜在形势向上运移。 

向两壁外侧探测了解两壁外侧是否存在隐伏水体、是否存在与隧道走向成小角度斜交的断层、是否存在溶洞。 

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。

隧道施工进程中应用HY-303型防爆型红外线探侧仪对前方30m 范围内进行含水层的定性探测。探测方式为:

① 掌子面上3X3网格上九个点温度或热辐射数据。 

② 掘进后面掌子面方向靠近掌子面50m内左边墙、拱部、右边墙红外辐射场数据曲线,也称为背景趋势曲线。 

判别标准:根据经验,一般是利用掌子面上探测数据两点间最大读数差值,参考背景趋势曲线,来判断前方含水可能性。考虑到由于标准方差是刻划随机变量在其中心位置散布程度的数字特征,其反映了偏离均值的偏离量。结合温度场模拟计算和资料分析,根据实地多次探测数据,分别计算其两点间最大读数差值和以下标准方差,在详细分析和统计实际观测出水资料的基础上,选取红外线探测含水安全值判别标准。

3)钻探方法

钻探法是最直观、可靠的超前预报手段,对来自物探或其他方法认为重点怀疑地段,采用钻孔探测,通过对钻孔取岩芯,并利用岩芯作式样进行试验的分析,钻空钻速测试根据钻机在岩石中的钻进速度和岩石特性之间的关系来判断,判断地层变化、岩性差异、地层含水量等信息,根据需要预报的距离远近可采用不同型号的钻机(或取芯、或配合钻孔窥视仪、或根据钻进的速度变化和出水量进行地质分析)。 

(1) 钻孔布置:一般在施工面布置2~3个超前钻孔,位置位于断面上半部中间。 

(2) 钻孔方法:水平超前钻孔平行于隧洞轴线。当隧洞某一侧地质条件十分恶劣或有预灌浆要求时,钻孔方位可以有适当偏角。按物探方法预报提供的不良地质里程位置,在距不良地质10~30m处,停止开挖,在开挖面进行钻孔,钻孔直径φ75mm,钻孔长度为穿过不良地质,必要时并取蕊。钻孔终孔点须在隧道开挖轮廓线外不大于5~7m。其钻孔方向,其钻孔的水平角、倾角以及钻孔在开挖面上的位置须按平面、剖面坐标进行计算,并按设计推算可能见不良地质点位置。 

钻探应符合下列规定: 

   ①钻探口径和钻具规格应符合现行国家标准的规定。   

   ②成孔口径应满足取样、测试和钻进工艺的要求。 

   ③应严格控制非连续取芯钻进的回次进尺,使围岩分界精度符合要求。          ④岩芯钻探的岩芯采取率,对完整和较完整岩体不应低于80%,较破碎和破碎岩体不应低于65%;对需重点查明的部位(滑动带、软弱夹层等)应采用双层岩芯管连续取芯。 

   ⑤当需确定岩石质量指标RQD时,应采用75mm口径(N型)双层岩芯管和金刚石钻头。 

   ⑥对富水隧道应及时探明地下水的储量及分布,探水的方法主要采用钻探法,另辅以电法、红外线法等。 

(3)钻孔长度:根据现有机具和钻孔经验,钻孔深度取30-75m。 

(4)对水平钻探的要求是:①钻速快;②钻探深度大,以减少钻机的装卸和搬运时间;但同时在施工中要控制实际钻孔深度,避免如重力、弯曲和破碎岩层中的卡钻等;③钻孔弯曲小,尽量不要超出隧洞的开挖范围;④钻孔时应选择技术熟练,责任心强的司机、司钻工操作。 

在综合地质超前预报中的各种方法中,TSP203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;地质雷达可以准确测定短距离内隧道四周和底部的空洞、水体情况,可补充TSP203系统的不足;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,在岩溶地段效果较好。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。

预报工作技术要求

1、地质素描,随开挖进行,一般地段10~20m素描一次,复杂地段每循环进行一次,包括掌子面、左右边墙、拱顶及隧底。 

2、超前水平钻孔,需要时施做,一般每循环10~30m;断层、节理密集带或其它破碎富水地层每循环可只钻一孔;岩溶发育区每循环3~5个孔,当钻到溶洞时可适当增加,以满足溶洞处理所需资料为原则,钻孔应终孔于隧道开挖轮廓线以外5~10m,孔口按计算应安设一定长度的孔口管;连续预报时前后两循环钻孔应重叠5~8m;煤层超前探测钻孔按《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120—2002)执行。


地质超前预报指导书(下)_4


 每个断面设五个超前探水孔,进行超前地质预报和探测,

现场施做时可根据围岩情况进行增减和调整位置。

3、TSP每次预报有效长度A级地段100m左右,B、C级地段150m左右,需连续预报时前后两次应重叠10m以上。 

4、地质雷达在完整灰岩地段有效探测长度应在25m以上,在岩溶发育地段根据雷达波形判定,连续预报时前后两次重叠长度在5m左右。 

5、HSP 每次预报有效长度应在50m左右,连续预报时前后两次重叠长度应大于10m。 

6、红外探测每次预报有效探测距离约为30m,连续预报时前后两次重叠长度应大于5m

地质预测预报设备、仪器

地质超前预报指导书(下)_5


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 发表于2018-04-14   |  只看该作者      

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