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详见详勘阶段地质勘查报告。
2.2编制范围
编制范围为青岛市地铁8号线大洋站至青岛北站区间,具体里程见表2-1:
表2-1区间里程表
编号
隧道
名称
起迄桩号
长度(m)
工程地质概况
各级围岩长度(m)
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
1
隧道右线
YDK38+895.063
3869
微~中风化流纹岩、安山岩、凝灰岩,强~中风化泥质粉砂岩、角砾岩,硬塑粉质粘土,软塑淤泥质土
2141.5
622.5
1105
YDK42+764
2
隧道左线
ZDK38+895.063
3875
2141.4
629.2
1104.4
ZDK42+770.69
第三章地质预报的目的
(1)进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题,进而指导隧道施工的顺利进行,减少隧道施工的盲目性;
(2)降低隧道施工地质灾害发生的几率,保证隧道施工安全;
(3)为隧道动态设计和信息化施工提供基础资料,使隧道设计施工更科学、安全和快捷;
(4)为编制竣工文件提供地质资料,为隧道长期安全运营提供基础资料。
第四章隧道超前地质预报方案制定原则
4.1分级原则
根据隧道的工程地质与水文地质条件,就地质因素对隧道施工影响程度及其诱发环境问题的程度等,分段对隧道进行地质复杂程度评价与分级。
不同级别的地段、不同的地质问题采取不同的预报方法组合。
隧道地质复杂程度分为很复杂、复杂、中等复杂和简单四级,具体分级方法见表4-1。
隧道地质复杂程度分级方法表4-1
复杂程度分级
影响
因素
很复杂
复杂
中等复杂
简单
地质复杂程度(含物探异常)
岩溶发育程度
强烈发育,以大型暗河、廊道、较大规模溶洞、竖井和落水洞为主,地下洞穴系统基本形成
中等发育,沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀,中小型串珠状洞穴发育,地下洞穴系统未形成,有小型暗河或集中径流
弱发育,沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴,裂隙连通性差,少见集中径流,常有裂隙水流
微弱发育,以裂隙状岩溶或溶孔为主,裂隙不连通,裂隙透水性差
涌水
涌泥
程度
特大型涌突水(涌水量>100000m3/d)、大型涌突水(涌水量10000~100000
m3/d)、突泥,高水压
大型涌突水(涌水量1000~10000m3/d)、突泥
中型涌水(涌水量100~1000m3/d)、涌泥
小型涌水(涌水量<100m3/d),涌突水可能性极小
断层稳定程度
大型断层破碎带、自稳能力差、富水,可能引起大型失稳坍塌
中型断层带,软弱,中~弱富水,可能引起中型坍塌
中小型断层,弱富水,可能引起小型坍塌
中小型断层,无水,掉块
地应
力
极高应力(Rc/σmax<4),开挖过程中硬质岩时有岩爆发生,有岩块弹出;
软质岩岩芯常有饼化现象,岩体有剥离,位移极为显著
高应力(Rc/σmax=4~7),开挖过程中硬质岩可能出现岩爆,岩体有剥离和掉块现象;
软质岩岩芯时有饼化现象,岩体位移显著
——
瓦斯
瓦斯突出:
瓦斯压力P≥0.74Mpa,瓦斯放散初速度△P≥10,煤的坚固性系数f≤0.5,煤的破坏类型为Ⅲ类及以上
高瓦斯:
全工区的瓦斯涌出量≥0.5m3/min
低瓦斯:
全工区的瓦斯涌出量<0.5m3/min
无
地质因素对隧道施工影响程度
危及施工安全,可能造成重大安全事故
存在安全隐患
可能存在安全问题
局部可能存在安全问题
诱发环境问题的程度
可能造成重大环境灾害
施工、防治不当,可能诱发一般环境问题
特殊情况下可能出现一般环境问题
4.2适用原则
隧道施工超前地质预报方法有多种,特别是物探方法,种类繁多,目前还没有任何一种物探方法能够适用于所有不良地质的探测。
隧道施工超前地质预报方案设计应针对不同隧道存在的不同地质问题,选择适用的预报方法,特别在物探方法的选择方面,应通过一种或多种物探方法的有效组合,发挥不同物探方法的优势,以达到预报目的。
4.3连续及全覆盖原则
隧道施工超前地质预报应该覆盖全隧道,隧道各段落的预报可依据其地质条件复杂程度选用不同的地质预报方法及手段,但整个隧道的超前地质预报工作应遵循连续预报的原则,即应避免地质条件差时重视开展超前地质预报工作,地质条件好时忽视超前地质预报工作的做法。
4.4动态管理原则
隧道施工超前地质预报方案设计依据的基础地质资料是区域地质资料及隧道勘察成果资料等,隧道施工过程中隧道的工程地质条件与水文地质条件可能会发生一定的变化。
隧道施工超前地质预报方案应依据变化的地质条件进行实时调整,调整的内容包括预报方法及手段的调整、预报工作量的调整等。
第五章地质概况
5.1地层岩性
场区第四系厚度0.00~38.40m,主要由第四系全新统人工填土层(Q4ml)、海积层(Q4m)、洪冲积层(Q4al+pl)及上更新统洪冲积层(Q3al+pl)组成。
基岩为白垩系青山群流纹岩、安山岩、凝灰岩和王氏群泥质砂岩及火山角砾岩等。
受断裂影响,部分地段揭露砂土状~块状碎裂岩、糜棱岩等构造岩。
现按地质年代由新到老、标准地层层序自上而下分述如下:
5.1.1第四系
5.1.2基岩
5.2地质构造
5.2.1区域地质构造
5.2.2近场区地质构造
5.3不良地质作用与特殊性岩土
5.3.1不良地质作用
(1)地震液化
(2)软土震陷
5.3.2特殊性岩土
(1)人工填土
(2)软土
(3)风化岩
(4)构造破碎带
5.4水文地质条件
5.4.1地下水类型及赋存状态
5.4.2地下水补给
5.4.3岩土体渗透性
第六章超前地质预报方案
6.1超前地质预报方案
在研究隧道已有的地质资料(区域地质资料、隧道勘察资料及其他专项评估报告等)的基础上,进行隧道风险因素分析识别,识别隧道主要的地质风险因素,即隧道施工存在的主要不良地质及特殊地质现象,以及这些不良地质及特殊地质的具体分布段落。
依据识别出的地质风险因素,进行隧道地质复杂程度分级,明确隧道施工超前地质预报选用的手段及方法,以及各种手段、方法应用的具体段落部位、施做频次、前后搭接长度、工作量大小等。
针对隧道施工存在的地质问题,并依据其复杂程度,结合设计要求,本次开展超前地质预报方法主要采用地质素描、TSP、地质雷达、红外探测和超前地质探孔等方法,采用长距离宏观预报与短距离准确预报相结合,地质方法与物探方法、钻探方法相结合,多种物探方法相结合的综合预报方法,开展多层次、多手段的超前地质预报。
具体方案如下:
对隧道全程进行探测,重点探测隧道围岩的完整程度、地下水发育情况等,根据地层情况每次预报长度100~150m,前后两次预报搭接长度不小于10m。
(2)地质雷达:
在TSP长距离探测的基础上,采用地质雷达进行短距离精确探测,每次预报长度15~30m,两次搭接不少于5m。
(3)红外探水:
对隧道海域段及陆域段地下水丰富的洞段进行探测,重点探测地下水发育情况,掌握掌子面前方的富水情况,每次预报长度30m,前后搭接长度不小于5m。
在隧道断面上方设3个φ90超前地质探孔,对隧道全程进行探测,直观探测前方地层及地下水发育情况,掌握掌子面地质情况,每次预报长度30m,前后搭接长度不小于5m。
具体工作方法如下:
6.1.1隧道左线预报方案
表6-1隧道左线预报方案
隧道里程段
综合围岩分级
全段采取的预报方案
ZDK38+895.063~ZDK42+770.69
Ⅲ~Ⅴ
TSP203、红外探水、地质雷达、超前地质探孔
6.1.2隧道右线预报方案
表6-2隧道右线预报方案
YDK38+895.063~YDK42+764
6.1.3预计超前预报工作量
表6-3计划工作量
隧道名称
预报长度(m)
红外探测
TSP
地质雷达
地质钻孔
2537
合计
5074
7744
6.2超前地质预报实施流程
隧道施工超前地质预报工作采用长短结合、上下对照、定性与定量相结合,多方法、多频次相互印证的原则,进行综合施工超前地质预报,以提高重点地段预报的质量和精度。
综合施工超前地质预报流程图见图6-1:
图6-1综合超前地质预报工艺流程图
第七章超前地质预报技术要求
7.1TSP超前地质预报
TSP203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上在这个领域最先进的设备,它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况,弥补传统地质预报方法只能定性预报无法定量预报的缺陷。
它不仅可以及时地为隧道施工变更施工工艺提供依据,而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性,为隧道施工提供施工更安全保障,减少人员和设备的损伤,同时也就带来很大的经济效益。
TSP203每次可探测100~200m,为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报,每开挖100m预报一次,重叠部分(不小于10m)对比分析,每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。
7.2.1预报原理
TSP203超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的,TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。
地震波在设计的震源点(通常在隧道的左或右边墙,大约24个炮点)用小量炸药激发产生,当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带和岩性变化等)时,一部分地震信号反射回来,一部分信号透射进入前方介质。
反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收,数据通过TSPwin软件处理,就可以了解隧道工作面前方不良地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)和位置及规模。
原理示意图见图7-1
图7-1TSP203原理示意图
7.2.2设备
采用TSP203plus超前地质预报系统,系统主要组成:
(1)记录单元:
12道,24位A/D转换,采样间隔62.5μs和125μs,最大记录长度为1808.5ms,动态范围120dB。
(2)接收器(检波器):
三分量加速度地震检波器,灵敏度为1000mV/g±
5%,频率范围为0.5~5000Hz,共振频率9000Hz,横向灵敏度>1%,操作温度0℃~65℃。
(3)TSPwin软件:
数据采集和处理集于一体。
设备全图见图7-2。
图7-2TSP设备全图
7.2.3测线布置
(1)接收器孔
位置:
在隧道边墙(面对掌子面),距离掌子面大约50m。
数量:
2个,隧道左、右边墙各一个。
直径:
φ43-45mm/孔深2m。
布置:
沿轴径向,用环氧树脂固结,向上倾斜10°
左右。
高度:
离地面1m。
(2)炮孔
在隧道的右边墙。
第一个炮孔离接收器16m,其余炮孔间距为1.5m。
24个直径:
38mm/孔深1.5m。
沿轴径向,向下倾斜10-20°
(激发时水封填炮孔)。
离地面约1m。
7.2.4数据采集与分析
TSP203+超前地质预报系统分为洞内数据采集和室内分析处理两大部分。
(1)洞内数据采集主要由接收器、数据记录设备以及起爆设备三大部分组成。
洞内数据采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、连接接收信号仪器、放炮接收信号等过程。
具体的洞内部分采集见图7-3。
图7-3TSP203洞内数据采集部分示意图
(2)室内计算机分析处理
采集的TSP数据,通过TSPwin软件进行处理。
TSPwin软件处理流程包括11个主要步骤,即:
数据设置→带通滤波→初至拾取→拾取处理→炮能量均衡→Q估计→反射波提取→P-S波分离→速度分析→深度偏移→提取反射层。
通过速度分析,可以将反射信号的传播时间转换为距离(深度),可以用与隧道轴的交角及隧道工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间位置,并根据反射波的组合特征及其动力学特征解释地质体质。
(3)提交资料
室内分析处理一般在24小时内完成并可提交正式成果报告,报告一般包括:
成果资料、现场数据记录表、岩石参数曲线图(横坐标为里程)、二维结果图(横坐标为里程)及岩石参数表。
7.2地质雷达超前探测
作为TSP203超前地质预报的补充,在地质条件复杂的地段,使用地质雷达进行超前探测,对TSP探测的资料进行有效的对比,确定异常体的规模、性质、危害性有困难时采用地质雷达作为补充手段,以提高重点地段预报的质量和精度。
(1)有效探测距离:
地质雷达的有效探测距离在完整岩石地段约30m,在发育地段根据雷达波形判定。
两次预报的重复长度5m左右。
(2)仪器要求:
用于超前地质预报的地质雷达天线使用中心频率为100MHz的低频屏蔽天线。
(3)现场数据的采集:
现场数据采集主要是在掌子面上进行,采集前应对掌子面进行平整处理,使雷达天线与掌子面能有较好的藕合,在掌子面附近应没有其它的金属物体。
雷达测线在掌子面上呈“井"
字形布置,测线长度根据天线长度决定,在有限的掌子面上尽可能的长。
采用两种不同中心频率的天线在相同的测线上重复观测,一般应采取连续观测方式。
应充分利用避车洞或超前钻探揭露的地质界面等有利地段求取地层的相对介电常数和电磁波速度。
(4)资料整理和处理要求:
雷达记录应清晰,反射波形、同相轴明显,不合格的记录应重测。
对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理如:
编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等,求得时间剖面。
在时间剖面中应标出探测对象的反射波组,确定反射体的形态和规模。
解释确定反射体的位置、形态,推断其充填情况。
必要时应制作模型进行反演解释。
(5)使用的仪器为瑞典的RAMAC/GPR型地质雷达。
(6)提交资料:
室内计算机分析处理一般在12小时内完成并报告有关部门。
资料整理和处理要求:
对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理,如:
必要时应制作模型进行反演解析。
提交以下资料:
测线布置图;
原始记录;
时间剖面;
解析参数和解析结果。
7.3红外线探水
(1)基本原理
在隧道中,围岩每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波,并形成红外辐射场,场有密度、能量、方向等信息,岩层在向外部发射红外辐射的同时,必然会把它内部的地质信息传递出来。
干燥无水的地层和含水地层发射强度不同的红外辐射,红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度,根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。
(2)现场数据采集
①在施工隧道的隧顶和两侧边墙的中部各布置一条测线,5m点距,发现异常后加密测点,并初步分析异常的可能原因,如因喷浆、照明灯等干扰影响应与删除,并重测。
②在掌子面上均匀布置9个测点,发现异常后加密测点,并初步分析异常的可能原因,如因喷浆、放炮、照明灯等干扰影响应予删除,并重测。
③每次探测应对岩体的裂隙发育情况和隧道壁渗水情况进行详细记录。
(3)资料整理
探测完成后应提供红外探测预报报告,内容包括:
工作概况、地质解译结果、掌子面探测数据图、左右边墙及拱顶等测线的探测曲线图等。
(4)红外线探水的探测范围
红外探测每循环可探测30m,为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报,两次探测应重复5m。
(5)使用的仪器
使用的仪器为煤炭科学研究院唐山分院生产的HW-304红外线探测仪。
7.4超前地质探孔
在掌子面设3个φ90超前地质探孔,通过钻孔直观地了解前方的地质、水文情况,确保隧道施工安全。
掌子面设3个φ90超前地质探孔,每次钻30m,搭接5m。
探测完成后应提供报告,内容包括:
工作概况、地质解译结果等。
(4)使用的仪器
采用地质钻机进行钻孔。
第八章资料整理、成果分析及报告编写
8.1资料整理
资料整理是隧道超前地质预报工作一项非常重要的工作。
它一方面起到指导预报工作合理、科学地进行;
另一方面它又是编制高水平、高质量的超前地质预报成果的前提。
8.1.1资料整理必须遵循全面性、科学性、及时性和针对性的原则
(1)全面性:
在进行各工点的工程地质与水文地质条件综合研究时,必须全面地、充分收集已有的各种资料,尤其是能直接反映客观实际的资料,包括工程地质测绘、工程地质勘察、地球物理勘察、超前地质钻探的资料;
也包括工程区域及沿线邻近地带的工程地质及水文地质资料;
还有有关的设计要求、施工经验和教训。
只有在充分掌握材料的基础上,才能作出的高水平的成果结论。
(2)科学性:
资料整理必须遵循科学的、审慎的、严格的原则,每个结论都应论据充分,建议科学、合理、安全。
(3)及时性:
资料整理是一个运用各种勘探手段认识地质条件及其特征的过程,及时对各种相关资料的综合研究,可以及时发现新的地质规律,以指导后续超前地质预报工作的进行。
(4)针对性:
超前地质预报工作直接工程为设计和工程施工服务,必然要求资料整理有明确的针对性。
(5)准确性:
要求超前地质预报工作提供高水平的地层岩性、不良地质体、地下水等发育情况准确性,才能有效保证施工安全。
8.1.2资料整理的内容
(1)预测掌子面前方地层岩性与地质构造发育情况,预先划定前方各地段的围岩级别,对工程场地的稳定性进行评价。
(2)预测前方地下水发育情况,评价地下水对工程施工的影响。
(3)预测前方未开挖体不良地质与特殊岩土发育情况,评价不良地质作用与特殊岩土对工程的影响。
(4)根据各种预报方法的预报成果,综合分析前方地质情况,对掌子面前方地质情况做出评价,提出施工建议。
8.2成果分析
(1)收集、分析区域地质资料,主要为区域构造、地层岩性、地下水性质、不良地质与特殊岩土等。
(2)对各种预报方法取得的成果进行统计,确定采用方法中存在前方地质情况异常的方法,重点分析其掌子面前方地质情况,评价其对工程设计施工的影响,提出针对性建议。
(3)在单一方法分析的基础上,综合分析评价工点掌子面前方一定距离内地质情况,判释前方不良地质的发育情况,评价前方施工风险,提出施工措施建议。
8.3报告编写
(1)超前地质预报报告的编制,必须建立在综合研究工程地质勘察、水文地质勘察、超前钻探、地球物理勘察所获得的所有成果的基础上,对工点的工程地质条件和水文地质条件进行综合分析评价,满足设计、施工的需要。
(2)报告形式包括文字部分、表格、图件,图件可包括插图与附图,插图是支持文字说明的图件,附图是直接反映勘察成果的图件。
图件内容包括:
钻孔平面图、钻孔柱状图、物探成果图、照片等。
(3)报告必须作到文字规范、术语准确;
图、文、表、照片一致,前后一致;
版面清晰、美观;
装订美观、耐久,便于使用。
(4)报告全部实现数字化,所有文字、表格、图件均能够进行编辑。
其中:
文本文件为Word格式;
数据库文件(统计表格)为Excel格式;
剖面图文件为AutocadR14;
模拟图型文件为jpg格式。
第九章成果资料提交
超前地质预报成果应由即时报告、日常报告及最终报告组成。
9.1即时报告
当地质工程师发现地质情况发生变化时,需即刻报告,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。
9.2日常报告
当每次完成地质预报工作后,应以书面报告提交预报成果,施工单位应利用地质预报成果指导隧道施工。
9.3最终报告
各区间隧道贯通后需在1个月内提交成册的最终成果报告,报告组成要素主要为:
(1)TSP超前地质探测报告;
(2)地质雷达探测报告;
(3)红外线探水报告;
(4)利用其他手段进行超前探测的报告。
第十章施工超前地质预报组织机构以及设备、人员配置
10.1项目组织机构
针对工程地质和水文地质特征,我单位选派具有丰富预报、管理经验的技术团队组成预报项目部,项目部下设地质组、物探组、钻探资料组。
除此之外,项目部之外设立专家顾问组,作为后台支持。
10.2超前预报主要人员配置
项目负责人:
1人
技术负责人:
地质工程师:
2人
物探工程师:
普工:
3人
10.3机械配备和仪器的配置
投入本项目的仪器设备包括物探设备、钻探设备、办公设备及交通设备,物探设备均采用国内预报、监测领域最新应用的先进设备,所有设备均性能良好,状态完好,具体配置见表11-1。
本仪器设备配置方案是为完成本项目工作的最低配置方案,如果在项目实施过程中,因为工期或其他因素需要增加仪器设备配置,我单位有充足的备用资源可以随时投入工作需要。
表10-1投入本项目的设备仪器一览表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
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