DB53∕T1032-2021 公路隧道超前地质预报技术规程(云南省).pdf
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1、DB53/T 10322021 公路隧道超前地质预报技术规程 2021 - 05 - 25 发布 2021 - 08 - 25 实施ICS 93.060 CCS R 04 云南省地方标准 53 云南省市场监督管理局 发 布 DB53/T 10322021 I 目 次 前言 . III 引言 . IV 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 基本要求 . 3 4.1 一般规定 . 3 4.2 预报方法和分类 . 3 4.3 预报方法选择 . 4 4.4 预报流程 . 4 4.5 预报实施细则编制 . 5 5 预报方法 . 5 5.1 地质调查法 . 5 5.2
2、超前钻探法 . 6 5.3 地震反射波法 . 7 5.4 地震层析成像法 . 8 5.5 地质雷达法 . 9 5.6 大功率电测深法 . 11 5.7 瞬变电磁法 . 12 5.8 超前导洞法 . 13 6 预报成果 . 14 6.1 中间成果报告 . 14 6.2 最终成果报告 . 14 附录 A(资料性附录) 预报方法应用范围和适用条件. 15 附录 B(资料性附录) 地质复杂程度分级. 16 附录 C(资料性附录) 地质调查法用表. 17 附录 D(资料性附录) 隧道内临近不良地质体前兆特征. 22 附录 E(资料性附录) 超前钻探现场记录表. 23 附录 F(资料性附录) 地震波法观测
3、系统布置. 24 附录 G(资料性附录) 常见介质的物性参数. 25 附录 H(资料性附录) 地震波法典型图像. 28 附录 I(资料性附录) 地质雷达法观测系统布置. 29 DB53/T 10322021 II 附录 J(资料性附录) 地质雷达法理论波形与典型图像.30 附录 K(资料性附录) 大功率电测深法典型图像.32 附录 L(资料性附录) 瞬变电磁法观测系统布置及典型图像.33 附录 M(资料性附录) 中间成果报告格式 .34 附录 N(资料性附录) 不良地质预警 .35 参考文献.36 DB53/T 10322021 III 前 言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则
4、 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由云南省交通运输厅工程质量监督局提出。 本文件由云南省交通运输标准化技术委员会(YNTC13)归口。 本文件主要起草单位:云南省交通运输厅工程质量监督局、云南航天工程物探检测股份有限公司、昭通市都香高速公路投资开发有限公司、 中国公路工程咨询集团有限公司、 云南省公路科学技术研究院、中铁开发投资集团有限公司、云南玉楚高速公路投资开发有限公司、昭通市交通运输局、长安大学、中铁西南科学研究院有限公司。 主要起草人员:陈跃、吴华金、王萍、李俊锋、张卓、苏建坤、任志华、
5、刘浩、李万宝、范明外、王运生、张维平、刘巍、杨曦、张珍瑜、管国东、李文龙、李志山、蓝斌、赵勇、李士兵、冯红耀、王宪伟、谢光莹、肖益锋、袁瑞、付兴军、郑朋友、赵疆、宦国文、文竞舟、彭余华、叶飞、保雨含、蒋晓东、马俊、王谊、陈鸿毅、卢松。 DB53/T 10322021 IV 引 言 根据交通运输部办公厅关于印发的通知(交办安监201818号),以及重庆市交通委员会代交通运输部制定的隧道施工质量安全管控能力提升攻关行动实施方案 (渝交委路201894号)的分工安排,由云南省交通运输厅工程质量监督局联合相关单位重点攻关隧道超前地质预报技术与方法。 编写组在总结行业现有技术和科研成果的基础上, 通过联
6、合攻关编制了 公路隧道超前地质预报技术规程,本规程旨在提升隧道施工质量安全管控能力,规范隧道超前地质预报方法。 DB53/T 10322021 1 公路隧道超前地质预报技术规程 1 范围 本文件确立了公路隧道超前地质预报的基本规定、预报方法和预报成果。 本文件适用于新建和改扩建公路隧道超前地质预报工作。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中, 注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB 6722 爆破安全规程 JT/T 828 公路水运试验检测数据报告编制导则 J
7、TG/T 3374 公路瓦斯隧道设计与施工技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 超前地质预报 advance geological forecast 结合地质调查,采用物探、钻探等手段,对隧道掌子面前方及周边的工程地质和水文地质条件及不良地质体进行探测、分析判识及预报。 3.2 地质调查法 geological survey method 根据隧道已有勘察资料, 结合地表地质调查与隧道内地质素描, 推测掌子面前方地质情况的一种超前地质预报方法。 3.3 隧道内地质素描 geological sketch of the tunnel 将隧道掌子面及洞身所揭露的地层岩性、
8、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等进行准确记录,并绘制成图表。 3.4 超前钻探法 advance drilling method 利用钻机在隧道掌子面进行钻孔,结合孔内探测获取掌子面前方地质信息的一种超前地质预报方法。 DB53/T 10322021 2 3.5 地震反射波法 seismic reflection method 利用地震波反射原理,通过布置观测系统采集反射信号、反演成像,探测隧道掌子面前方地层岩性界面、地质构造、不良地质体等地质信息的一种超前地质预报方法。 3.6 地震层析成像法 seismic tomography method 利用地震
9、波反射和散射原理,通过空间布置观测系统采集信号、层析成像,探测隧道掌子面前方及周边一定范围内地层岩性界面、地质构造、不良地质体等地质信息的一种三维超前地质预报方法。 3.7 地质雷达法 ground penetrating radar method 利用电磁波反射原理,通过电磁波传播速度、反射波走时及波形特征,探测隧道掌子面前方一定范围内富水区、岩溶、断层破碎带、软弱夹层等地质信息的一种超前地质预报方法。 3.8 三维地质雷达法 Three-dimensional ground penetrating radar method 利用地质雷达屏蔽天线具有聚焦方向的特点,通过控制天线方向空间采集信
10、号、三维建模反演,探测隧道掌子面前方及周边一定范围内水文地质情况的一种三维超前地质预报方法。 3.9 同相轴 phase axis 波形记录上同一信号源的各道相同相位的连线。 3.10 相对介电常数 relative permittivity 介质相对于真空的介电常数。 3.11 大功率电测深法 high-power electrical resistivity tomography method 在地表沿隧道轴线布置测点,通过大功率供电、逐次扩大供电极距,得到观测点垂直方向由浅到深的地层电性变化,并依据地下电阻率差异来探测地质信息的直流电法勘探方法。 3.12 瞬变电磁法 transient
11、 electromagnetic method 利用人工脉冲电流激发涡流,通过观测随时间变化的二次电磁场、反演成像,探测隧道掌子面前方一定范围内富水区、断层破碎带等地质信息的一种超前地质预报方法。 3.13 超前导洞法 advance heading method 以超前导洞中揭示的地质情况, 通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法, 分为平行超前导洞法和主洞超前导洞法。 DB53/T 10322021 3 3.14 视电阻率 apparent resistivity 在地下介质电阻率不均匀的情况下, 用均匀介质的电阻率理论表达式计算得到的电阻率值。 其数值与介质电阻率、形态和观测条件等有
12、关。 4 基本要求 4.1 一般规定 4.1.1 超前地质预报应作为施工工序纳入施工组织管理,由具备资质的单位实施,配备的仪器设备性能、精度及效率应能满足预报和工期的要求。 4.1.2 超前地质预报应达到下列主要目的: a) 查明掌子面前方及周边一定范围内围岩的地质条件; b) 为降低地质灾害发生风险提供预警; c) 为动态设计和信息化施工提供依据。 4.1.3 超前地质预报应包括下列内容: a) 地层岩性预报。对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊性岩土的岩性预报; b) 地质构造预报。对断层、节理裂隙密集带、褶皱等影响岩体完整性的构造发育情况的预报; c) 不良地质预报。对岩溶发育情况、人为坑洞
13、规模、瓦斯赋存可能性等的预报; d) 地下水预报。对岩溶管道水以及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预报; e) 建议围岩级别。 4.1.4 超前地质预报工作应遵循四结合原则: a) 洞外调查与洞内探测分析相结合; b) 地质调查与物探相结合; c) 长距离预报与中短距离预报相结合; d) 不同物探方法相结合。 4.1.5 长距离、中距离预报搭接(重叠)长度应不小于 10 m;短距离预报搭接(重叠)长度应不小于5 m。 4.1.6 项目各参建方应相互配合, 及时传递和反馈信息, 预报结果应与实际揭示的地质情况对比印证,提高预报准确率和精度。 4.1.7 超前地质预报每期成果报
14、告应在外业工作完成后 24 h 内提交,最终成果报告宜在隧道贯通后 1个月内提交。 4.1.8 超前地质预报的承担单位应向委托单位出具超前地质预报书面报告,报告提交后应进行归档备查。 4.1.9 超前地质预报应积极推广新技术、新设备、新方法。 4.2 预报方法和分类 4.2.1 超前地质预报方法包括地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导洞法,见表 1。 DB53/T 10322021 4 表1 隧道超前地质预报方法 预报方法预报方法 常用手段常用手段 地质调查法 隧道地表地质调查、隧道内地质素描 超前钻探法 超前地质钻探、加深炮孔探测、孔内摄影 物探法 地震波法(地震反射波法、地震层析成像法等
15、) 、电磁法(地质雷达法、瞬变电磁法、大地电磁测深法等) 、电法(大功率电测深法、激发极化法等) 、钻孔物探(跨孔 CT、波速测试、钻孔雷达、钻孔电法等) 超前导洞法 平行超前导洞、主洞超前导洞 4.2.2 超前地质预报按预报距离可划分为三类,见表 2。 表2 隧道超前地质预报按预报距离分类 按预报长度分类 预报长度按预报长度分类 预报长度L L(m) (m) 短距离预报 L30 中距离预报 30L100 长距离预报 L100 4.3 预报方法选择 4.3.1 应根据预报方法应用范围和适用条件(参见附录 A)、隧道地质复杂程度分级(参见附录 B),按表 3 的规定选择预报方法。 表3 隧道超前
16、地质预报方法选择 隧道地质条件 应采用的预报方法 隧道地质条件 应采用的预报方法 简单或一般,且为级围岩段 地质调查法+地震波法(或地质雷达法、瞬变电磁法、激发极化法等) 较复杂;V级围岩段 地质调查法+地震波法+地质雷达法(或瞬变电磁法、激发极化法等) 复杂;重大物探异常区 地质调查法+地震波法+地质雷达法(或瞬变电磁法、激发极化法等)+超前钻探法 4.3.2 对埋深大于 300 m 的地质复杂隧道,条件许可时,宜选用大功率电测深法、大地电磁测深法等物探方法进行地面探测预报,宏观预报预测不良地质段。 4.3.3 地质复杂段隧道,宜选用三维超前地质预报方法。 4.3.4 采用超前钻探时,可结合
17、钻孔物探进行综合探测预报。 4.4 预报流程 超前地质预报工作流程见图1。 DB53/T 10322021 5 成果分析解释成果报告开挖验证实施细则编制最终成果报告地质调查法超前钻探法物探法超前导坑法 图1 超前地质预报工作流程 4.5 预报实施细则编制 超前地质预报实施细则应包括以下内容: a) 概况,包括隧道工程概况、可能存在的风险、超前地质预报计划等; b) 编制依据; c) 拟采用的预报方法与技术; d) 超前地质预报工作量; e) 质量控制措施; f) 预期成果; g) 项目组织机构和设备,人员组成与分工、仪器设备; h) 超前地质预报工作进度、工期安排; i) 成果提交、反馈方式与
18、流程、预警机制; j) 现场安全、职业健康和环境保护措施; k) 现场配合、协调工作要求; l) 其他。 5 预报方法 5.1 地质调查法 5.1.1 地表地质调查在分析已有隧道勘察资料的基础上进行,应包括以下主要内容: a) 地层、岩性在隧道地表的出露情况。 b) 断层、褶皱、节理密集带等地质构造在隧道地表的出露位置、规模、性质及其产状变化情况。 c) 地表岩溶发育位置、规模及分布规律。 d) 煤层、石膏、膨胀岩等特殊地层在地表出露的位置、宽度及其产状变化情况,地下水在地表出露的位置。 e) 河流、水库(塘)的分布。 f) 人为坑洞与隧道空间位置关系。 DB53/T 10322021 6 5
19、.1.2 地表地质调查记录参见附录 C 中的表 C.1,并应符合以下要求: a) 地质调查沿隧道轴线进行,根据地层、岩性、构造出露情况确定调查路线,绘制沿隧道的带状图。 b) 地质调查或观测点布置应能控制特殊地质界线、标志层。 c) 重点调查蓄水构造、断层破碎带、岩脉侵入体、裂隙发育带、岩性接触带。 d) 可溶岩地区重点调查暗河、大型洞穴、蓄水构造、地表岩溶漏斗和洼地、泉水等,调查垂直渗流带、水平径流带、深部缓流带的分布位置及特征。 5.1.3 地表地质调查的资料整理可采用地层对比、地质作图、地质类比、趋势分析等方法,并绘制到隧道工程地质平面图和纵剖面图上。 5.1.4 隧道内地质素描包括掌子
20、面地质素描、洞身地质素描,应包括以下主要内容: a) 地层岩性、岩层产状、断层、节理; b) 高地应力现象; c) 特殊地层; d) 有害气体、放射性及高地温现象; e) 岩溶及采空区; f) 地下水揭露情况。 5.1.5 隧道内地质素描现场工作应符合下列规定: a) 每次物探、钻探超前地质预报前应进行地质素描; b) 隧道内地质调查表参见附录 C 中的表 C.2,各地质参数参见附录 C 中的表 C.3C.9; c) 地质素描图应在现场绘制,地质素描原始记录、图、表等应当天整理完成。 5.1.6 应根据掌子面揭露的围岩情况, 按照附录 C 中的表 C.10 判定揭露的围岩级别, 参见附录 D
21、预测不良地质现象。 5.1.7 主要成果应包括隧道地表地质调查表、隧道内地质调查表等。 5.2 超前钻探法 5.2.1 在富水构造破碎带、富水岩溶发育地段、煤系或油气地层、瓦斯发育区、采空区以及重大物探异常地段和水下隧道应采用超前钻探法。 5.2.2 超前钻探法应结合地质调查和物探成果综合预报,并应符合下列规定: a) 宜采用中距离钻探,必要时可采用长距离钻探,连续钻探时前后两次重叠应不少于 3 m; b) 利用加深炮孔进行短距离钻探时, 掌子面应有不少于 5 个加深探测炮孔。 加深探测炮孔深度宜比装药炮孔深 3 m 以上,直径宜与装药炮孔相同;禁止在爆破残留孔中打设加深探测炮孔; c) 复杂
22、地段宜采用回转取芯钻。 5.2.3 超前钻探孔数、孔位应根据隧道断面大小和地质复杂程度确定,并应符合下列规定: a) 断层、节理裂隙密集区或其他破碎富水地层应布设 13 个孔; b) 富水岩溶发育区的超前钻探循环宜布设 35 个孔,揭示溶洞边界时宜增加孔数,宜在掌子面上、中、下、左、右布置斜孔,终孔于隧道开挖轮廓线以外 5 m8 m; c) 采用取芯钻探的钻孔直径应满足取芯和孔内测试要求。 5.2.4 超前钻探工作应符合下列规定: a) 钻探过程中做好现场记录,现场记录表参见附录 E; b) 钻探过程中应及时根据岩芯、岩粉,判定岩性,对于断层、溶洞填充物、煤层、代表性岩土等应拍照,并在施工期内
23、保存代表性岩芯; c) 在富水地段进行超前钻探时应采取防突措施; 测钻孔内水压时, 应安装孔口管, 连接高压球阀、连接件和压力表,压力表读数稳定一段时间后测量水压; DB53/T 10322021 7 d) 钻孔角度与深度可根据现场情况进行适当调整。 5.2.5 在煤(岩)与瓦斯突出地段,应执行 JTG/T 3374 的规定。 5.2.6 主要成果可包括钻孔布置图、钻孔探测结果、测试试验分析报告、钻孔柱状图、孔内影像、代表性岩芯照片、钻孔内涌水情况等。 5.3 地震反射波法 5.3.1 地震反射波法预报范围应符合下列规定: a) 岩体完整、岩质较硬地段预报距离宜取 150 m180 m,不应超
24、过 200 m; b) 岩体破碎、岩质较软地段预报距离宜取 80 m100 m,不应超过 150 m; c) 曲线地段适当减小预报距离; d) 隧道周边预报范围不小于 1 倍洞径。 5.3.2 地震反射波法仪器应具有触发信号同步、信号放大、增益调整、噪声监测、滤波等功能,性能指标应符合下列规定: a) 接收道数二维反射不少于 6 道,三维反射不少于 12 道; b) 最小采样间隔不大于 0.05 ms; c) 记录长度可选,每道采样点数不少于 1024 点; d) 模数转换精度不小于 24 bit; e) 放大器动态范围不小于 96 dB; f) 频率响应范围 2 Hz5 kHz; g) 加速
25、度或速度传感器频率范围不窄于 20 Hz2 kHz; h) 加速度传感器灵敏度不小于 0.5 V/g,速度传感器灵敏度不小于 0.5 V/cms-1。 5.3.3 地震反射波法观测系统布置参见附录 F,并应符合下列规定: a) 观测系统布置在掌子面后方 100 m 范围内; b) 观测系统采用单壁多点激发、双壁多点三分量纵横波接收; c) 二维观测时,两侧边墙各布置不少于 1 个三分量检波器,有效激发点不少于 18 个,且激发点在同一平面; d) 三维观测时,在两侧边墙同一断面上各布置不少于 2 个三分量检波器,有效激发点不少于 24个,且激发点在同一平面。 5.3.4 地震反射波法现场工作应
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