标准规范下载简介
TCECS 616-2019 隧道施工超前地质预报技术规程.pdf5.1.1铁路、公路、水电水利和工民建等各行业对物探仪器设 备均有相应的技术标准，需要按现行有关行业标准要求配备仪器 设备。超前地质预报的仪器设备主要为物探仪器设备和少量现场 观测或测试的量测设备，预报使用的物探仪器主要为地震和电磁 类仪器，其仪器性能指标规定与国内工程物探标准相近，物探仪 器大多不属于计量设备，在使用期间，只需进行检查即可，而现 场观测和量测仪器或器具应根据要求进行定期检查或检定。
要求在激发时保持现场安静，雷达、瞬变电磁要求在测试时现场 不要有电磁干扰。
5.1.3重复观测是消除虚假异常的有效方法，现行有关
1.3重复观测是消除虚假异常的有效方法，现行有关行 规程都有规定。
5.1.4主要是避免涌泥突水情况发生JTG-T F81-01-2004 公路工程基桩动测技术规程.pdf，一经验证前方
5.1.5由于物探存在多解性，为保证预报的准确性，需要预报 成果互相验证。
工作组群，其成果信息报送要及时；同时，隧道施工掘进技术发 展较快，在地质条件较好的情况下，隧道掘进速度较快，可达到 日掘进数十米，及时的信息报送能有效地应对前方地质灾害，避 免突发事故的发生。超前地质预报资料和成果一般有期报、月 报、半年报、一年报和竣工总报告。
5.2地质分析法5.2.1地表、洞内地质调查工作流程如图2所示。地质调查法地表补充地质调查开挖工作面地质素描洞身地质素描地质作图构造相关性分析趋势分析超前地质预报报告图2地表、洞内地质调查流程示意5.2.2地质调查分析要求地质人员具有较全面的地质知识和丰富的工程经验，具有编制综合图件的能力和技能，施工前补充完善工程设计资料，根据前期勘察资料及地表调查资料编写宏观预测地质分析报告；施工过程中随工程进展及时收集洞内开挖段地质资料，并力求做到全面准确；及时归纳汇总地质、物探、钻孔探测资料，逐步完善充实综合图件内容；综合判译各种物探成果，避免多解性影响，提高预报的准确性；对工程重点洞段的地质综合分析成果，应及时提交指导施工；通过开挖对比验证预报资料的准确性，对存在的偏差及时分析原因，从中找出规律，使下次预报更加准确可靠。地表补充地质调查要在实施洞内超前地质预报时进行，并在洞内超前地质预报实施过程中根据需要随时补充，重点是观察地表与洞内可能发生的水文地质联系，现场应做好记录，并于当天及时整理。地质素描图应采用现场草图、出洞后及时誉清的方式完成，记录必须在现场根据实际情况记录，地质素描原始记录、:80:
图、表须当天整理。隧道地表补充地质调查和洞内地质素描资料 应及时反映在隧道工程地质平面图和纵断面图上，并应分段完 善、总结。
5.2.3地表地质内容主要为地
①地下水分布、出露形态及围岩透水性、水量、水压、水温、颜 色、泥砂含量测定，以及地下水活动对围岩稳定的影响，必要时 进行长期观测。地下水出露形态分为：渗水、滴水、滴水成线 股水（涌水）、暗河。②出水点和地层岩性、地质构造、岩溶 暗河等的关系分析。③根据地表气象、水文观测资料判断洞内涌 水与地表径流、降雨的关系。
已有勘察资料、地表补充地质调查资料、洞内地质调查资料、隧 道开挖工作面地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造 线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分 析、地质作图和趋势分析、隧道内不良地质体临近前兆分析等 推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况进行预测预报，如地层 岩性、地质构造、不良地质及特殊地质等
地下水、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，是地质调香 法工作的一部分，包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描。开 挖工作面地质素描要描述工作面立面围岩状况，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 岩性及不良地质体的发育规模，在空间上对隧道的影响程度等 通过隧道地质展视图形式表示。 地质调查主要归结为隧道施工段工程地质和水文地质，工程 地质方面主要包括：①地层岩性：描述地层时代、岩性、层间结 合程度、风化程度等。②地质构造：描述褶皱、断层、节理裂隙 持征、岩层产状等，断层的位置、产状、性质、破碎带的宽度、 物质成分、含水情况以及与隧道的关系，节理裂隙的组数、产
状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征、力学性 质，分析组合特征、判断岩体完整程度。③岩溶规模、形态、位 置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态。④特殊地层：煤 层、沥青层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层应单独描述。③人 为坑洞：正在使用或废弃的各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧 道的空间关系。③地应力：包括高地应力显示性标志及其发生部 位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩心等现象。②塌方：应 记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生 塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。③有害气体及放射性危 害源存在情况，
水及其他不良地质现象如实反映在大比例尺的三壁展示图或洞身 展示（平切）图上，并与隧道（洞）纵剖面图进行对照。图中重 点反映地层岩性、地质界线、断层、节理裂隙等结构面产状、岩 溶、地下水及物探成果等。通过展示图的连续编制结合物探成果 和洞线部面等资料综合分析，即可掌握不良地质体的变化趋势， 预测掌子面前方可能出现何种地层岩性或不良地质情况。地质编 录要及时，隧洞开挖后往往要进行喷锚支护，特别是不良地质洞 段有时还要采取特殊方法处理，如果编录不及时，开挖揭露的 毕地质现象会被覆盖，影响资料的收集，一般情况是每放一轮炮 出渣后就要进行现场编录。在进度跟踪地质编录和掌子面素描时 主要收集以下几方面资料：①地层岩性特征。②构造地质特征。 ③岩溶发育特征。④地下水特征。 隧洞开挖以后要及时将预报成果与开挖实际进行对比，对预 报准确的或不准确的都要分析其原因，特别是预报与实际出入较 大时更应多方面分析原因，找出问题所在，并思考对策措施。进 行预报成果与开挖实际对比，既是对预报资料的验证，又是对下 次预报或类似洞段预报的指导，通过对比分析不断总结经验，掌 握规律，从而达到预报成果更加准确的目的。按工程项目地质特
征和主要地质问题的不同，编制不同比例尺的图件也是超前预报 必做的工作。常要编制的图件有：洞线开挖部面图、三壁展示 图、洞身平切图、地下水分布图、开挖对比图等。不同工程预报 中要编制的图件各有所择重，但每个工程项目的工程地质剖面图 和洞身平切图是必须编制的，因为它是地质综合研究的基础。随 工程进展逐步将地质编录主要地质要素和物探成果一并反映到图 上，并根据开挖揭露的地质情况修编工程地质剖面图。在隧洞每 开挖一个地质单元或一个重要地质洞段后，要及时总结开挖洞段 地质情况，根据新揭露的地质现象和地质综合分析成果对下一地 质单元进行预测，以便采取更为有效的预报措施，同时针对主要 地质问题的性质、规模及位置，提出施工建议，
5.3.3地震三维层析成像仪器在国内外主要为 TRI
量、信噪比，岩层越坚硬、密度大、波速高、新鲜完整、涝 量高、环境安静，地震波传递越远、反射信号越强、预报距 远，反之，预报距离变短。
统中最重要的是激发孔深度和倾角满足设计要求，激发时不要产 生声波干扰；接收孔套管要与岩体密实，不能产生空腔，保证横 波信号接收，
5.3.6TRT 系列仪器一般在隧道两边墙和拱顶需要布置 10 ↑
5.3.6 TRT 系列仪器一般在隧道
5.3.7激发孔下斜是保证在放炮激发时孔内可以注人少量刀
角受限，不能将套管安装进钻孔中。使用环氧树脂作为耦合剂安 装接收套管非常重要，保证套管与岩体充分接触，使套管内的检 波器很好地接收到地震信号
5.3.8在破碎、松动的岩体上锤击产生的地震波信号
优势频率不集中，造成地震击发信号质量差，在完整，稳定的岩 本上锤击的地震信号质量高。如检波器安装点处岩体完整、稳定 时采用石膏粘贴安装，否则应采用钻孔安装，保证接收的地震信 号质量。
5.3.9隧道内进行地震反射现场操作对数据质量影响较天的是
5.3.9隧道内进行地震反射现场
5.3.10地震三维层析成像现场测试一般采集人工锤击
5.3.11单炮记录是地震预报最基础的资料，除了信噪比、记录
延时精度、文件编录质量外，可从各道波形振幅、相位相关性 观判断单炮记录的质量，可从波形阵列图中识别直达波、波面 标志明显的地震波。
5.3.12单个系统记录是指一个观测系统的所有炮点的记录，是
5.3.12单个系统记录是指一个观测系统的所有炮点的记录，是
十对所有单炮记录的总体评价
主要采用的处理方法技术包括：①识别目标层反射波的振幅相位 持征，进行追踪和相位连续对比。②依据时间剖面图、瞬时振幅 图结合地质资料进行分析，对比和追踪波组的相似性、振幅的衰 减程度、振动的同相性和连续性等特征，判释和确定反射波组对 应的层位、被测物体的接触关系、构造形态等。③根据上行波和 下行波视速度差异，确定反射界面在隧道轴向前方的距离、反射 界面与洞轴方向的夹角，进行方向滤波。④根据预报长度选择合 适的间长度；带通滤波参数合理，避免波形发生畸变；反射波提 取应波形连续、能量足够；速度分析时，建立与预报距离相适应 的模型；反射层提取时，根据地质情况和分辨率选择提取的反射 层数目。
5.3.14主要采用地震三维层析成像技术，系统记录的是
震折射、反射、散射、绕射信息，层析成像使用了全息成像处理 技术反演地层介质性质、目标体位置和范围，岩石三维图像 （RockVision3DTM）技术的基本原理是基于地震能量在不同 种类介质中以不同的衰减率和速度传播。通常，与破碎或裂隙发 育的岩土体或空洞条件相比，地震波在完整坚硬的介质中传播 时，具有更高的传播速度和更低的衰减。TRT成像技术的基本 原理是利用地震波在岩土体中传播过程中遇到具有不同震动特性 的岩土区带间的界面时，部分地震波能量将产生反射的特性。绝 大多数地质结构异常及岩性变化，在地震信号可及的距离范围 内，均可形成可探测的地震反射或散射（绕射），记录地震波的 最短波长决定分辨率的高低
5.3.15地震反射法每套系统都配备了相应的解释分析软件，
的物探成果图主要包括偏移叠加反射图、反射界面成果图 判释应结合隧道地质勘察资料、设计资料、施工地质资料
射波分析成果显示图及岩体物理力学参数等进行。综合地震和地 质资料，推断隧道开挖工作面前方围岩的工程地质与水文地质条 牛，如软弱夹层、断层破碎带、节理密集带等地质体的性质、规 漠和位置等。结合岩体物理力学参数、围岩软硬、含水情况、构 造影响程度、节理裂隙发育情况等资料，对围岩级别进行初步 评估。 地震反射资料的解释经验主要有以下内容：反射波振幅越 高，反射系数和波阻抗的差别越大；若横波S反射比纵波P强 则表明岩层饱含地下水，比较任何反射振幅必须小心，因为反射 振幅易受随机噪声和数据处理的影响；当V/V.明显增加（减 小）或泊松比突然增大，常常因流体的存在而引起；若V，下降， 则表明裂隙密度或孔隙度增加；固结的岩石V，/V<2.0，泊松 比<0.33。当岩石的孔隙充满水时，V，/V从1.4到2.0；当岩 石的孔隙充满气时，V./V从1.3到1.7。水饱和的未固结地层 V./V>2.0，当岩体中含流体时，V,与孔隙度和孔隙中流体的 性质有关，V，会明显降低。V只与骨架速度有关而与孔隙中流 本无关，V，不发生明显变化。 关于沉积岩的泊松比：未固结的土层，往往具有非常高的泊 松比（0.4以上）；泊松比常随孔隙度的减小及沉积物固结而减 少，高孔隙度的饱和砂岩往往具有较高的泊松比（0.3～0.4）， 气饱和高孔隙度砂岩往往具有较低的泊松比（如低到0.1）。 5.3.16地震三维层析成像解释主要遵循下述准则：异常体的结 构，反射体越多，越离散，则岩体完整性越差，极性空间中变化 越频繁和杂乱，岩体越破碎；地震波反射出现错断或局部消逝为 断层；低阻抗呈现集中且边界明显可能为岩溶低阻抗在空间中 连通性强且集中，可能为富水区。 当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时 部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质，声学阻 抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的
地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解 隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水 等）、位置及规模。正常入射到边界的反射系数计算公式如下：
式中：R一反射系数； V、V²一一第一层、第二层岩层地震波速度（m/s）。 地震波从一种低阻抗物质传播到一种高阻抗物质时，反射系 数是正的；反之，反射系数是负的。因此，当地震波从软岩传播 到硬岩时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂 带时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越 大，回波就越明显，越容易探测到。 三维层析成像隧道地质超前预报系统获取岩层中结构异常边 界的方法，以每个震源点和地震信号接收点的位置为焦点，与所 有可能产生回波的反射体可以确定一个椭球。足够多数量的震源 点和地震信号接收点会形成一个三维数组，每个反射界面的地层 位置可以由这些众多椭球的交汇区域所确定。当信号收发点距离 反射（或绕射）点较远时，可近似以地震信号接收点的位置为圆 心，与所到达产生回波的异常体之距离为半径确定一个球面。当 布置两个接收点采集信号时，异常体位于两个球面相交的圆弧上 （其成像结果为圆弧）；当根据观测系统根据要求布置三个接收点 采集信号时，异常体位于三个球面相交的一个点上（异常体可准 确定位），观测系统设计在隧道两边墙布置足够多的震源点可以 有效保证定位精度。反射边界上每一点离散图像的值是由空间叠 加所有地震波形计算得来，每个图像点再现了归一化的反射地震 波的波幅，因为在该点叠加了所有从震源通过它传到地震信号传 感器的反射波（和散射波），并对反射波作了信号衰减的修正。
地质解释预报结果表（或剖面图），必要时可附上分析处理波形 图、频谱图、深度偏移部面图及岩体物理力学参数表，以及地质 判释、推断的地球物理准则，
5.4.1用于隧道地质超前预报的探地雷达主要为
雷达，国内当前通常使用的仪器主要包括美国GSSI公司生产的 SIR型系列、瑞典mala系列、拉脱维亚zond系列、中国电波传 播研究所LTD系列。地质雷达探测方法是采用连续扫描电磁波 反射曲线的叠加，利用电磁波在隧洞掌子面前方岩体中的传播、 反射原理，通过信号采集系统接收反射信号，判断隧洞掌子面前 方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧洞掌子面的距离来进行隧 洞施工超前地质预报的一种方法。电磁波遇到不同电性反射界面 后振幅和相位发生变化，介质电性差异大小决定了电磁波反射的 振幅强弱程度和其相位变化。岩石破碎程度及其含水量情况是影 响其电性常数的主要因素，根据测量结果判定掌子面前方的围岩 变化情况。由于电磁波的这种传播特性，地质雷达探测方法被认 为是目前分辨率最高的地球物理方法，但由于预报距离短，易受 遂洞内施工机械、管线的干扰，目前多用于短距离内的地层岩性 界面、较大节理与构造、富水带、溶蚀通道及地下水等的预报， 进而判断不良地质体的位置及规模，推测地下水的大致赋存 程度，
5.4.2用于隧道地质超前预报的雷达由于经常要探测掌
边墙中上部，需要天线轻便，同时与预报精度和探测距离方面对 天线的要求又存在矛盾，实际工作中最常使用的是100MHz 天线。
5.4.3雷达进行循环预报时
4.4隧洞工程施工中由于工期较为紧张，为了能够满足
5.4.4隧洞工程施工中由于工期较为紧张，为了能
掘进的施工要求，地质雷达探测不能占用太多施工时间，为了能 够最大限度地降低雷达探测对施工的影响和保证预报的准确率， 雷达探测一般先在掌子面附近进行U形测线扫描，然后针对异 常情况进行更多的测线扫描
包括：雷达干扰源的识别和标识、天线移动速率、天 ark、天线人工或操作臂的干扰等，针对屏蔽和非屏蔽、 分体天线应进行不同的干扰和操作措施
和分体天线应进行不同的干扰和操作措施 5.4.6由于隧道预报现场比地表勘探干扰大，一般采用点测， 设置较高的叠加次数，压制干扰，提高信噪比。 5.4.7雷达预报成果比较直观，有经验的雷达操作员通过观察 屏幕上雷达剖面的波形、相位、能量就可基本判断成果质量，决 定是否重新调整参数进行重复测量。 5.4.8地质雷达的数据处理流程一般可分三部分。第一部分数 据编辑：包括数据的连接与合并、废道的剔除、数据观测方向的 致化、飘移处理等几方面；第二部分常规处理：数字滤波、振 幅处理、反褶积和偏移等；第三部分包括剖面的修饰的相干加 强，以及数字图像处理技术中的一些图像分割方法等。 雷达图像处理方法有灰度法、变面积法（wiggle）、单点波 形法、横向衰减对比法等。地下介质雷达电磁波传播速度的获取 方法有已知钻孔探测法或已知目的层探测法、CDP（共中心点） 法或直达波法、公式计算法或经验数据法。 5.4.9要把地下介质复杂的电磁特性分布情况转化为地质体的 分布，必须把地质、钻探及其他勘探资料有机地结合起来，建立 一 NL 红
5.4.6由于隧道预报现场比地表勘探干扰大，一般采
屏幕上雷达剖面的波形、相位、能量就可基本判断成果质量，决 定是否重新调整参数进行重复测量。
据编辑：包括数据的连接与合并、废道的剔除、数据观测方向的 致化、飘移处理等几方面；第二部分常规处理：数字滤波、振 幅处理、反褶积和偏移等；第三部分包括部面的修饰的相干加 强，以及数字图像处理技术中的一些图像分割方法等。 雷达图像处理方法有灰度法、变面积法（wiggle）、单点波 形法、横向衰减对比法等。地下介质雷达电磁波传播速度的获取 方法有已知钻孔探测法或已知目的层探测法、CDP（共中心点） 法或直达波法、公式计算法或经验数据法。
异，导致雷达电磁波的波形、波幅、周期和包络线形态等有较大 差别，形成不同的地层具有不同的雷达图像特征。 资料解析依据波形特征判断目标性质，还采用追踪回波在横 向和纵向上的延续和变化，对应展现出地质体在平面和剖面上的 形态，尤其进行大面积探测时，小的孤立目标在平面上不易追 踪，这时可采用横向衰减对比处理解释方法，寻找幅度突变点， 即目标所在的位置。 界面的性质、形状、尺寸和产状也直接影响到回波的幅值和 形状。黏土层等士体均一性相对较好，在无明显分界面的条件下 雷达反射波较弱，当出现分界面或洞穴及其他异常体时，会有明 显的反射波组出现。砂岩、灰岩等完整新鲜岩石，均一性较好， 雷达反射波强度很弱，常为低幅高频细密波；若受构造影响造成 岩石破碎或出现岩溶及中等程度的风化现象，则岩石的均一性 差，出现强反射波组。岩体中的断层破碎带，主要特征是地层错 断使断裂带两侧的反射波组明显不连续，另外地层破碎使断裂带 内部对电磁波的吸收加强，因此，断层破碎带常形成一条反射波 组同向轴不连续，反射波强度减弱带。 溶洞的典型特征是在边界形成强反射带，由于基岩和充填物 性质的显著差异，充填型岩溶洞穴会形成中间和周围基岩反射程 度的强烈差别，特别是有水充填的岩溶空洞。实际探测过程中， 对岩溶空洞的判定首先要明确岩溶存在的可能性，然后再对出现 的雷达异常区进行地质解释，综合判定岩溶空洞的分布状态。 在单波形或wiggle方式下，相对于射入线处于一种理想产 状平整断层面（带）的波形一般比较尖细，含水裂隙带或断层破 碎带的波形稍宽一些；空洞或者溶洞的波形钝而宽缓，边缘往往 不规则，在灰度图方式下，例如相对于介质中的波长较大的空 洞，由于空气中的波速较快，相对于周围介质的试行时间较短 其反射波的正负波上凸弯曲，近似于抛物线，顶端位于洞中心 无论上述哪种方式，物理性质相同的反射波会形成一套特征相似
的波形组合。因此，可根据波形特点、组合特征及其差别，必要 时辅助以不同的处理方法来解释反射目标
5.5.1瞬变电磁方法是一种基于电阻率差异的电磁感应勘探方 法，广泛应用于金属矿产资源勘察、地下水探测与评估、煤田采 空区探查、地质调查与地质填图等工作中；近年来，瞬变电磁方 法作为一种有效的水体探测方法被应用到隧道施工超前地质预 报。目前隧道瞬变电磁超前地质预报探测一般采用中心回线装置 或重叠回线装置。关断时间是瞬变电磁发射机的重要技术指标之 一，关断时间长，将失掉浅层信号，减弱二次场强度，直接影响 探测效果，关断时间可短至0.5us，关断时间取决于发射机性 能、发射电流大小和发射线圈尺寸
5.5.1瞬变电磁方法是一种基于电阻率差异的电磁
5.5.1瞬变电磁方法是一种基于电阻率差异的电磁感应勘探方 法，广泛应用于金属矿产资源勘察、地下水探测与评估、煤田采 空区探查、地质调查与地质填图等工作中；近年来，瞬变电磁方 法作为一种有效的水体探测方法被应用到隧道施工超前地质预 报。目前隧道瞬变电磁超前地质预报探测一般采用中心回线装置 或重叠回线装置。关断时间是瞬变电磁发射机的重要技术指标之 一，关断时间长，将失掉浅层信号，减弱二次场强度，直接影响 探测效果，关断时间可短至0.5uS，关断时间取决于发射机性 能、发射电流大小和发射线圈尺寸。 5.5.2瞬变电磁仪主要通过采集与发射回线垂直的磁场分量随 时间的变化，即感应电动势。瞬变电磁场从早期到晚期的变化幅 度从数百uV到几个uV，所以要求模数转换位数和动态范围都 要高，模数转换般为16、24位或更高，动态范围140dB以 上。瞬变电磁仪在1s内可以发射和接收几十到几百个脉冲信号， 进行压制工频干扰和叠加采样，以提高信噪比。 5.5.3由于隧道掌子面面积小，中心回线接收线圈面积较小时 接收效果差。磁探头具有重量轻、体积和面积小，频段可选，高
能、发射电流大小和发射线圈尺寸。 5.5.2瞬变电磁仪主要通过采集与发射回线垂直的磁场分量随 时间的变化，即感应电动势。瞬变电磁场从早期到晚期的变化幅 度从数百uV到几个uV，所以要求模数转换位数和动态范围都 要高，模数转换般为16、24位或更高，动态范围140dB以 上。瞬变电磁仪在1s内可以发射和接收几十到几百个脉冲信号， 进行压制工频干扰和叠加采样，以提高信噪比。 5.5.3由于隧道掌子面面积小，中心回线接收线圈面积较小时， 接收效果差。磁探头具有重量轻、体积和面积小，频段可选，高 低频兼顾，灵敏度高、线性好、输出动态范围大的特点。 5.5.4瞬变电磁场是一种涡流场，在介质中以扩散形式传播 在隧道中工作时，可以采纳的主要装置方式有两种，一种是沿着 隧道主向左旦亚的空间进行观测
间的变化，即感应电动势。瞬变电磁场从早期到晚期的变亻 从数百μV到几个μuV，所以要求模数转换位数和动态范围 高，模数转换一般为16、24位或更高，动态范围140dH ，瞬变电磁仪在1s内可以发射和接收几十到几百个脉冲信 行压制工频干扰和叠加采样，以提高信噪比。
收效果差。磁探头具有重量轻、体积和面积小，频段可选， 频兼顾，灵敏度高、线性好、输出动态范围大的特点。
在隧道中工作时，可以采纳的主要装置方式有两种，一种是沿看 隧道方向在已开挖的空间进行观测，以调查隧道顶底面围岩情 况，另外一种是在掌子面上进行观测，以勘察掌子面前方地质结 构情况。前者是一种全空间的场，涡流场同时向下、向上传播 后者场的传播比较复杂，但在隧道掌子面尺寸大于发送回线边长 5倍情况下，可以忽略隧道侧面围岩产生的感应场的影响，近似
认为涡流场只向隧道掌子面前方的介质方向传播，这种近似情况 下的场的传播机制更接近于半空间的场，理论计算和实践表明， 围岩较完整、电性中等条件下，预报距离可达80m
5.5.5为对掌子面前方有效
上的数据进行对比，一般在掌子面布置水平和铅垂测线网格。同 时由于掌子面面积较小，测线上的测点宜采用扇形扫描形式，测 点密度应适应探测对象的异常反应
以，但受隧道环境的影响：隧道瞬变电磁法与地表的数据处理相 比有很大的区别，采用全空间瞬变响应。由于瞬变电磁隧道超前 预报采用了多方向测试方法，线圈的法线方向可看作探测方向， 数据处理要按方向进行部面处理，进行视电阻率的转换、时深转 换并绘制视电阻率等值线部面图，最后结合已有的地质资料解释 异常情况
激发极化法，电法仪主机与常规电法勘探仪器一致，但其功能和 技术指标具有以下特点：①可调幅值的大电流供电功能：满足探 则深度的需要。②实现一次电位差、电流以及二次电位差等信号 的采集。③多路大电流同步输出功能，可同时实现对多同性源电 极的供电。同时，亦应具备耐高压、耐大电流的分布式供电测量 电缆与多路电极转换器，可实现多同性源阵列测量时电极的自动 智能“跑极”和切换。④较强的噪声抑制性能，在隧道内的复杂 电磁环境下进行准确的信号采集。③有较强的防水、防震以及防 尘性能，能够适应施工隧道内的复杂作业环境。
极，且要求每个电极上的电流大小要一致，所以，要通 制器进行分配。
5.6.3电法用于隧道超前预报有多种方法，直流聚焦电法具有
一定超前探测能力，也有称为隧道三维直流电法，包括聚焦电阻 率法和聚焦激发极化法，其预报距离根据岩层物性、聚焦电流强 度、聚焦环半径大小不同而不同，一般在30m左右。
自然电位法三个大类，而大类中又可有多个方法，主要根据装置 形式、观测参数、预报模式间进行组合。
岩石和电极均为坚硬物体，会造成接地电阻较大，使供电和测试 电流偏小：影响测试精度，为克服接地条件差的问题，一般采取 钻孔理电极、使用粗的铜电极、在电极孔中注水改善供电条件。 隧道中因地下水较发育，会有较强的自然电场电位，产生较 强的电极极化现象，所以测量电极要采用铜电极，消除电极极化 影响。 在TBM施工洞段进行电法预报时，对TBM等大型金属物 本进行电隔离是保证测试精度的重要措施
象、环境条件相关的记录，具体包括：掌子面里程桩号、掌子面 尺寸参数、围岩等级与破碎程度、出水点位置和水量、支护钢筋 网和作业台车等干扰源、隧道底面积水情况等
5.6.8在TBM隧道开展电法超前地质预报时，
观测数据的干扰，一般借助现场试验和数值模拟的手段：获得 TBM对观测数据的影响特征，通过统计分析得到TBM对观测 数据的干扰规律，对实际观测数据进行修正。另外，目前对 IBM电阻率法观测数据（电流、电位差）和激发极化一次场观 则数据（电流、一次场电位差）一般采用反演方法进行处理，对 于存在已知信息的情况，如岩芯电阻率、其他方法获得的已知信 息，可选用基于先验约束的反演方法，压制反演多解性，提高超 前地质预报的探测效果
5.6.9资料解释应结合探测数据、隧道地质勘察资料、设计资
5.6.9资料解释应结合探测数据、隧道地质勘察资料、设计资 料、施工地质资料、测量数据以及围岩试样电阻率等进行。综合 上述成果资料推断隧道掌子面前方存在的不良地质体或含水致灾 沟造，如充水断层、断层破碎带、溶洞、溶腔、溶管等地质体的 立置。目前，实际工作中，在排除测区内可能存在金属矿、石墨 等地质体后，一般认为高电阻率、低视极化率、短半衰时异常可 判断为弱富水；低电阻率、高视极化率、长半衰时异常可判断为 富水。在隧道的同一地层单元，建议通过跟踪开挖揭露的地下水 情况，建立数据库，结合地质分析，进行统计分析和水量估算。
5.7.1由于超前地质钻探占用掌子面时间长、工作效率低，实 际工作中较小使用，一般在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育 区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂时采用 加深炮孔探测是利用风钻或凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小孔 径浅孔获取地质信息的一种方法，一般用于岩溶发育区，加深炮 孔具有利用现场掘进设备、移动灵活、操作方便、费用低、占用 隧道施工时间短等特点，但由于加深炮孔由施工操作人员操作、 不能取芯，主要靠操作人员主观感觉和观察岩粉，预报人员较难 参与，资料准确性和真实性难保障。
5.7.3超前地质钻探比较直观地探明钻孔所经过部位的地层岩
5.7.3超前地质钻探比较直观地探明钻孔所经过部位的地层
性、岩体完整程度、岩溶及地下水发育情况等：必要时应测试水 压、取样、室内试验。对煤系地层可进行孔内煤与瓦斯参数测 定，采取适宜防治措施，防治煤与瓦斯突出。冲击钻应观察和记 录钻进过程声响、钻速、岩粉、卡钻、钻杆震动、冲洗液的颜色 及流量变化、天然气和瓦斯检测情况，粗略探明岩性、岩体强 度、岩体完整程度、溶洞、暗河、石油天然气和瓦斯及地下水发 育情况等。
等现象，可粗略判断前方岩体的完整程度。③根据冲洗液判定： 钻机在钻进过程中，通过冲洗液颜色的变化，可粗略判定钻孔前 方岩层的变化；根据冲洗液流量的增减可粗略判断岩体的完整程 度及地下水发育情况。③根据冲击器工作时的声响可粗略判断岩 体的强度变化，声音清脆而响亮一般是硬质岩，声音沉闷而微弱 般为软质岩或土层，
5.7.6当超前地质钻孔需要进行物探测试时，其孔径还要符合
7.6当超前地质钻孔需要进行物探测试时，其孔径还要 试仪器直径要求。
5.7.7钻进控制主要包括测量布孔、设备就位与管线连接、钻 具开口定位，涉及安全、质量控制等相关内容
间抗剪强度的大小，决定孔口管抵抗涌水压力和注浆压力的能 力，经现场注浆试验表明，孔口锚固的破坏主要为锚固剂和钢管 接触面之间的剪切滑动。参考有关文献资料，孔口管和锚固体接 触面的抗剪强度一般不超过锚固体抗压强度的1/4。
5.8.1导坑也称导洞，分部开挖隧道时，最先开挖的一个小断 面坑道。矿山法施工的几种基本方案中均应用导坑，它的作用 有：①作为进行扩大开挖时开展工作面的基地，又能为扩大开挖 工序创造临空面，以提高其爆破效果。②进一步查明前方的地质 变化和地下水情况，以便预先制定相应的措施。③利用导坑空 间，可敷设出渣和进料的运输线路，布设供给压缩空气和通风、 供水、供电的管线和排水沟。④便于进行施工测量，以便向前测 定隧道中线方向和高程，并可控制贯通误差。按照矿山法中不同 的施工方法，其导坑的部位也有所不同，常用的有下导坑、上导 坑和侧导坑三种。导坑的断面形状多采用梯形，以承受两侧地层 的水平推力。在较坚硬和整体的地层中，可用矩形或弧形断面。 导坑是独头的坑道，施工较困难，费用较贵。因此它的断面尺寸
应尽可能小：但高度应满足装碴机翻斗的净空要求，也要考工人操作方便。铁路施工多使用平行导坑（图5），平行超前导坑法是在隧道正洞左边或右边一定距离开挖一个平行的断面较小的导坑，以导坑中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。平行导坑的作用很多，如增开工作面、增加运渣通道以利于加快施工进度、施工和运营期间通风、排水、防灾救援、疏散等，地质预报只是其中用途之一，一般只是当设计有平导时才采用该预报方法，因其费用极为昂贵。正洞超前导坑法是在隧道正洞中某个部位开控一个断面较小的导坑以探明地质情况的方法。该方法较平行导坑法更直接、更准确。正洞导坑可作为隧道施工工法的一种，既开挖了隧道，文探明了地质。S45'E正洞C2pF+700+710+730+751+79330m平导图5平导与正洞示意5.8.3超前导坑开挖过程中也要进行导坑的超前地质预报工作，采用的预报方法包括地质调查、物探、钻探等方法，防止导坑地质灾害的发生。超前导坑预报的重点是揭示导坑通过洞段的地质情况，采用地质理论分析和作图法预报正洞地质条件。当地质条件复杂或异常复杂时，比如正洞相应地段发育岩溶的可能性较大且危害性大时：应在超前导坑中利用物探、钻探手段探测正洞地质条件。由导坑预报正洞应充分利用导坑中已揭示的地质条件，包括地层岩性、地质构造、不良地质、特殊地质、地下水发育情况等，为正洞施工提供地质依据。.99.
6.2.1断层及破碎带是隧洞施工中遇到的最常见也是最复杂的 不良地质体，在断层破碎带中发生的洞内工程地质问题也极为复 杂和严重。主要是破碎带的围岩失稳塌方，富水带的涌水，断层 尼、碎块石夹黏土、构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等的失稳塌方 和变形，有时可能伴随发生洞内泥石流。一般来说，压性和压扭 生断层，其主带内多充填有断层泥及糜棱岩，具一定的隔水性。 敌上盘常富水，其主要工程地质问题是破碎带围岩的变形和失稳 塌方，当隧洞施工揭穿主带进人富水区后则易发生涌水、涌泥和 塌方；张性断层，破碎带中很少含黏土质物质，导水性能较好， 隧洞施工揭穿张性断层破碎带时极易发生塌方和涌水。
5.2.2断层的规模、活动历史、活动方式和力学性质决定断层 带的宽度以及带内岩石的破碎程度，从几米至几百米甚至上于米 不等。一般压性活压扭性断层带比单纯剪切性质的断层带宽。在 些大型的断层带中，由于被后期运动、风化和地下水作用，造 成断层带与两盘的地层的物理性质存在较大差异，为远距离进行 地球物理探测提供了条件。断层是构造运动中广泛发育的构造形 态，它大小不一、规模不等，小的不足1m，大到数百、上于于 米，但都破坏了岩层的连续性和完整性。在断层带上往往岩石破 率，易被风化侵蚀、填充，沿断层线常常发育为地下暗河。预报 前对断层破碎带的地质特点、性状进行了解，主要为事先建立或 预报工作中调整预报体系提供资料。
等地质体在平面或剖面上突然中断或错开。②地层的重复可
失，这是断层走向与地层走向大致平行的正断层或逆断层常见的 一种现象，在断层倾向与地层倾向相反，或三者倾向相同但断层 领角小于地层倾角的情况下，地层重复表明为正断层，地层缺失 则为断层。③擦痕，断层面上两盘岩石相互摩擦留下的痕迹 可用来鉴别两盘运动方向进而确定断层性质。④牵引构造，断层 运动时断层近旁岩层受到拖电造成的局部弧形弯曲，其凸出的方 可大体指示了所在盘的相对运动方向。③由断层两盘岩石碎块构 成的断层角砾岩，断层运动碾磨成粉未状断层泥等的出现表明该 处存在断层。此外还可根据地貌特征（如错断山脊、断层陡崖 水系突然改向）来识别断层的存在。 6.2.6天、中型断层在地表多有所表现，其在隧道施工接近时 住往具有明显的预兆，采用地质调查法通过地表地质调查进行地 表地下构造相关分析、洞内地质调香结果进行趋势分析可大致预 报断层的出露位置。地震波法或瞬变电磁法能有效预报自标较 的大、中型断层，雷达、超前孔能有效预报小断层 6.2.7地震反射数据解译过程是超前预报系统有效作的关键 也是断层破碎带超前地质预报过程中需要重点研究和掌握的核心 部分。一方面要求解译人员深刻掌握仪器工作手册的有关原则进 行解译，在实践中积累解译经验：另一方面要求解译人具有丰富 的地质工作经验，掌握断层破碎带地质特征和地震反射的对应图 象特征，对图像的地质解译要以地质存在为基础，不能脱离地质 实际。 地震反射图主要表现为由不同能量点环组成的弧形带。通常 弧形带分为红带和蓝带，红带反映由硬岩变为软岩的界面，蓝 带反映由软岩变为硬岩的界面。能量点环越大，表示界面越明 显、界面两侧岩层的强度差别越大：反之亦然。每一个弧形带都 是由走向接近的不同界面系列能量点环组成。每一个界面系列带 表现为带内由小点环到大点环再到小点环的过程。多数点环弧形 带反映2个～3个界面系列。反射点连接要穿过一个界面内最大
往往具有明显的预兆，采用地质调查法通过地表地质调重 表地下构造相关分析、洞内地质调香结果进行趋势分析 报断层的出露位置。地震波法或瞬变电磁法能有效预报目 的大、中型断层，雷达、超前孔能有效预报小断层
6.2.7地震反射数据解译过
的能量点环，尽量包含界面内较大的能量点环。断层破碎带反射 点主要特征：红点环带与蓝点环带相邻，先红点环带后蓝点环 带，红点环带明显且能量点环天，蓝点环带不明显且能量点 环小。 断层破碎带地质解译，要充分重视研究来自同一界面的P 波和S波信息，应综合分析研究各分量强相位波组的相似性，划 分界面，根据反射信号的正负来分析断层破碎带边界、充填松 散、致密程度，正反射界面后岩体趋于坚硬，负反射界面后岩体 趋于软弱：同一波组中纵波弱、横波强是断层破碎软弱带与含水 层的基本特征。 以3层介质为例，说明几种常见断层地质模型的反射P波和 S波信息的基本特征。Z1、Z2、Z3为3种介质的声阻抗，Z1、 Z3代表隧道正常围岩（假设其弹性波速度相同），用22代表断 层地质情况的变化，R1、R2表示3种介质的分界面，界面反射 波特征见表2。
6.2.8断层破碎带探地雷达图像特征：①断层裂隙带等面状构 造的雷达图像同相轴呈直线或折线状，无充水的张性结构面呈强 正反射波。②充填碎石断层破碎带的雷达图像波形散乱，后续信 号衰减较快，反射波相位和振幅特性因充水、含泥情况而呈现不 同。③风化、软化的断层带雷达图像呈强负反射波，同相轴规 则，后续波被强烈吸收
6.2.8断层破碎带探地雷达图像特征：①断层裂隙带等
6.2.9断层破碎带电法图像特征一般表现：①富水的迷
带电法图像低电阻率区域呈板状或带状分布，极化率较高、半衰 时较长。②弱富水的断层破碎带电法图像高电阻率区域呈板状或 带状分布，极化率低、半衰时较短。③断层破碎带厚度较大时 在探测范围内呈现较大区域的低阻或高阻区，
6. 3岩溶及采空区预报
6.3.1岩溶是指可溶性岩石受水体以化学溶蚀为主、机械侵蚀 和崩塌为辅的地质营力综合作用，以及由此所产生的地质现象的 统称。岩溶预报主要是预报岩溶在隧道中的分布位置、规模、充 填情况及岩溶水的发育情况，分析对隧道施工的影响。 6.3.2基于岩溶发育的复杂性、隐蔽性、不确定性，对岩溶不 良地质体的预测预报，一般应采用以地质法为基础的综合预报方 法。采用宏观预报指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报 的方法。应充分收集、分析、利用已有区域地质和工程地质资
地质体的预测预报，一般应采用以地质法为基础的综合预 。采用宏观预报指导微观预报、长距离预报指导中短距离 方法。应充分收集、分析、利用已有区域地质和工程地
料，辅以工程地质补充测绘，查明隧址区工程地质与水文地质条 件，分析岩溶发育的规律，做好隧道内的地质素描，并采用物 探、钻探等方法相互验证，以求预报准确，指导隧道安全顺利 施工。 6.3.5收集、分析、利用隧道勘察、施工的工程地质与水文地 质条件，分析岩溶发育的规律，宏观掌握区域地质条件，指导整 个超前地质预报工作，主要内容有： 1地层岩性：可溶性岩层与非可溶性岩层的分布与接触关 系，可溶性岩层的成分、结构和溶解性，特别是强溶岩（质纯层 享的灰岩、白云岩、盐岩）的地层层位和展布范围，及其与隧道 线路中线的相互关系。 2地质构造：隧址区的构造类型，褶皱轴的位置、两翼岩 层产状；断裂带的位置、规模、性质、产状，特别是两条或两条 以上断层交汇的位置（侵蚀性地下水的有利通道）；主要节理裂 隙的性质、宽度、间距、延伸方向及充填情况等；新构造运动的 性质、特点等。分析上述构造与岩溶发育的关系及不同构造部位 岩溶发育特征和发育程度的差异性，划分岩溶发育带；分析上述 构造与隧道线路中线的相互关系。 3岩溶地下水：地下水的埋藏、补给、径流和排泄情况 水位动态及水力连通情况，分析隧道受岩溶地下水影响的 程度。 4隧道处于岩溶垂直分带的部位：根据隧道线路标高、穿 越山区地形、地表岩溶发育情况、区域和隧址区侵蚀基准面等， 判断隧道处于岩溶垂直分带的部位，处于季节变动带与水平径流 带时发生涌泥突水的可能性较大。对该项的宏观分析判断目前重 视程度不够。 5岩溶发育的层数：根据岩性、新构造运动和水文地质条 件，结合地表测绘，查明岩溶发育的层数及与隧道的关系。可溶 性岩层与非可溶性岩层互层、地壳强烈升降运动、水文地质条件
改变等均产生岩溶的成层性。 6依据岩溶发育的垂直分带性、隧道标高和季节的变化， 判断那些可能与隧道相遇的溶洞、暗河的含水量，或分析那些不 与隧道相遇的有水溶洞或暗河对隧道施工的影响程度。 7岩溶形态：岩溶形态的类型、位置、大小、分布规律、 形成原因及与地表水、地下水的联系，以及地表岩溶形态和地下 岩溶形态的联系。 8结合有利于岩溶发育的岩层层位和构造位置，在大小封 闭的洼地内、当地河流岸边或其他部位，查明大型溶洞或暗河的 人口、出口的位置及标高，并结合可能成为暗河通道的较大断层 或较紧闭背斜褶皱的核部位置、产状，推断暗河大致通道，确定 能否与隧道相遇或与隧道的大概空间位置关系。 9根据褶皱轴、断层、节理密集带、可溶岩与非可溶岩接 触带、陡倾角可溶性岩、质纯层厚可溶性岩层的位置与产状，用 地表与地下相关性分析法，分析隧道内可能出现大型溶洞、暗河 的位置。 出淀发奇 其本冬件为一可溶出地层一右地下水活动
6.3.6岩溶发育的基本条件为：可溶岩地层、有地下
岩溶发育较弱。结晶颗粒粗大的岩石岩溶较为发育，结晶颗粒 细小的岩石，岩溶发育较弱。可溶岩与非可溶岩的接触带是岩 容水动力现象最活跃的场所之一，岩溶作用强烈，特别是岩层 产状陡倾或直立的地带更是如此。岩层倾角越陡岩溶越发育， 因陡倾角易于岩溶水的流动。水平或缓倾斜的岩层，上覆或下 犬非可溶岩层时，岩溶发育较弱。水对岩体的侵蚀一般自节理 裂隙开始，岩溶本身往往就是裂隙扩大的结果，因此裂隙的发 育程度和延伸方向，通常决定岩溶的发育程度和发展方向。在 长大贯通节理裂隙发育带和交叉处，岩溶易发育。岩体的破碎 为地下水的流动提供了通道，易于岩溶发育，因此，沿断裂带 是岩溶发育地段。沿断裂带常分布有漏斗、竖井、落水洞以及 容洞、暗河等。一般情况下，正断层处岩溶较发育，逆断层处 次之。背斜轴部张性节理发育，地表水顺节理裂隙下渗并向两 翼运动，岩溶以垂直形态为主。向斜轴部虽然裂隙闭合，但由 背斜下渗的水沿层面多汇集于向斜，岩溶亦易发育。总之，褶 皱轴部一般岩溶较发育。单斜地层，岩溶一般顺层面发育。在 不对称褶皱中，陡的一翼较缓的一翼发育。经验表明，地表有 串珠状的漏斗，其下必有溶洞或暗河，因其汇集的地表雨水必 有径流和排泄的通道。 基于岩溶发育的复杂性、隐蔽性、不确定性，对岩溶不良地 质体的预测预报，以地质为基础，采用物探、钻探预报方法，长 短达配，相互验证。地质分析的主要内容包括：地层岩性，可溶 性岩层与非可溶性岩层的分布与接触关系。地质构造类型，褶皱 轴位置、两翼岩层产状，主要节理裂隙的性质、宽度、间距、延 伸方向及充填情况等。岩溶地下水，地下水的理藏、补给、径流 和排泄情况、水位动态及水力连通情况，分析隧道受岩溶地下水 影响的程度。隧道处于岩溶垂直分带的部位。岩溶发育的层数、 形态。根据褶皱轴、断层、节理密集带、可溶岩与非可溶岩接触 带、陡倾角可溶性岩、质纯层厚可溶性岩层的位置与产状，用地
表与地下相关性分析法，分析隧道内可能出现大型溶洞、暗河的 位置。结合地质条件，选定地球物理预报方法。
表与地下相关性分析法，分析隧道内可能出现大型 可、暗河的 立置。结合地质条件，选定地球物理预报方法。 5.3.7地震反射图主要表现为由不同能量点环组成的弧形带。 通常将弧形带分为红带和蓝带，红带反映由围岩向溶洞过渡的界 面，蓝带反映由溶洞向围岩过渡的界面。能量点环越大，表示界 面越明显；反之亦然。每一个弧形带都是由走向接近的不同界面 系列能量点环组成。每一个界面系列带表现为带内由小点环到大 点环再到小点环的过程。多数点环弧形带反映2个～3个界面系 列。反射点连接要穿过一个界面内的最大能量点环，尽量包含界 面内的较大能量点环。溶洞反射图特征识别为：孤立溶洞、暗河 呈现不规则的红点分布，沿断层破碎带、非可溶岩与可溶岩地层 界面发育的带状溶洞呈现红点环带与蓝点环带相邻，先红点环带 后蓝点环带，红点环带明显且能量点环大，蓝点环带不明显且能 量点环小。 预报分析解释工作中，要充分研究来自同一目标体或界面的 P波信息和S波信息，根据各分量强相位和波组特征，划分溶洞 边界。根据反射信号的正负来分析是从溶洞过渡到围岩，还是从 围岩到过渡到溶洞；正反射界面后岩体趋于坚硬，负反射界面后 岩体趋于软弱；同一波组中P波弱、S波强是溶洞充填物与充水 的基本特征
6.3.9当探测独立目标体时，雷达波在产生反射时，还会产生
多次反射、绕射，作反褶积可以有效压制多次反射波，提开解释 精度。独立地下目标体会因电磁波介质交界面的反射只要其法平 面通过测点，都可以被记录下来，在资料处理时需要把雷达记录 中的每个反射点移到其本来位置，这种处理方法称为偏移归位处 理。进行偏移归位处理得到的深度剖面，在有反射界面或绕射点 的地方，由于各记录道的振幅值接近同相叠加，叠加后总振幅值 自然增大；反之，在没有反射界面或绕射点的地方，由于各记录 道的随机振幅非同相叠加，它们彼此部分抵消，叠加后的总振幅
值自然相对减小。这样就使反射波自动偏移到其空间真实位置， 绕射波自动归位到绕射点上。经过偏移处理的雷达剖面可反映地 下介质的真实位置。 溶洞或空洞的雷达图像一般具有以下特征：规模较小的溶蚀 通道一般表现为点状反射，规模较大的溶蚀一般表现为“双曲 线”同相轴；富水溶蚀通道呈“亮点”反射，充水、充泥的溶蚀 一般表现为强“双曲线”反射，其雷达反射波的首波相位与入射 波反向。若溶蚀通道或岩溶为空腔，则雷达反射波的首波相位与 入射波同向
6.3.10断层破碎带电法图像特征一般表现为：①充水的溶洞、 平穴区由注图像低由阳率区城团状分布，极化率较高、半衰时
6.3.10断层破碎带电法图像特征一般表现为：①充水的溶洞
采空区电法图像低电阻率区域呈团状分布，极化率较高、半衰时 较长。②非充水的断层破碎带电法图像高电阻率区域呈团状分 布，极化率低、半衰时较短。③溶洞、采空区规模较大时，在探 测范围内呈现较大区域的低阻或高阻区，
6.4.1软弱岩层指强度和弹模特别低的基岩，有的岩性尚坚硬， 旦由于风化影响或裂隙节理密集而成为软弱岩层，有的则由于岩 性本身软弱而成。软弱岩层的存在对隧道掘进施工、支护造成安 全隐惠。软弱岩层遇水后通常有两种破坏方式：一是软化、碎 裂、崩解，但体积基本不增加；二是体积发生膨胀，最终导致软 化、松散。 瓦斯主要成分CH，（甲烷，也称沼气），地下开挖时，瓦斯 由煤层或岩层内涌出，污染矿内空气。每吨煤、岩含有的瓦斯量 称煤、岩的瓦斯含量，主要决定于煤的变质程度、煤层赋存条 件、围岩性质、地质构造和水文地质等因素。一般情况下，同一 煤层的瓦斯含量随深度而递增。瓦斯从煤、岩层涌出的形式有3 种：①缓慢、均匀、持久地从煤、岩暴露面和采落的煤炭中涌 出，是矿内瓦斯的经常来源。②在压力状态下的瓦斯，大量、迅
速地从裂隙中喷出，即瓦斯喷出。③短时间内煤、岩与瓦斯一起 突然由煤层或岩层内喷出，即煤、岩和瓦斯突出。单位时间涌出 的瓦斯量称绝对涌出量，平均日产It煤涌出的瓦斯量称相对涌 出量。
好。 隧道施工中V级以下围岩为软弱围岩。围岩分级是指根据岩 体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同 稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为 一 类，将全部的围岩划分为若干类。在围岩分类的基础上再依照每 类围岩的稳定程度给出最佳的施工方法和支护结构设计。围岩 分类是选择施工方法的依据，是进行科学管理及正确评价经济效 益、确定结构上的荷载（松散荷载）、确定衬砌结构的类型及尺 寸、制定劳动定额、材料消耗标准等的基础。习惯上将隧道围岩 分成六级，分别是I、Ⅱ、Ⅲ、IV、V、И，数字越小的围岩性 质越好。I类：岩石新鲜完整、构造影响轻微、节理裂隙不发育 或稍发育，闭合且延伸不长，无或很少软弱结构面、断层带宽小 于0.1m，与洞向近正交，岩体呈整体或块状砌体结构。Ⅱ类 岩石新鲜或微风化DB11T 1301-2015标准下载，受构造影响一般，节理裂隙稍发育或发育 有少量软弱结构面、层间结合差，断层破碎带宽小于0.5m，与 洞向斜交或正交、岩体呈块状砌体或层状砌体结构。Ⅲ类：岩石 微风化或弱风化，受地质构造影响裂隙发育、部分张开充泥，软 弱结构面分布较多、断层破碎带小于1m，与洞线斜交或平行 岩石呈碎石状镶嵌结构。IV类：与Ⅲ类同，断裂及软弱结构面较 多，断层破碎带小于2m，与洞平行，岩体呈碎石状镶嵌结构 局部呈碎石状压碎结构。V类：散体，砂层滑坡堆积及碎、卵 砾质土。 具上环组成的弧形带
6.4.7地震反射图主要表现为由不同能量点坏组成的
通常将弧形带分为红带和蓝带，红带反映由硬岩变为软岩的界 面，蓝带反映由软岩变为硬岩的界面。能量点环越大，表示界面 越明显、软硬岩的强度差别越大；反之亦然。每一个弧形带都是 由走向接近的不同界面系列能量点环组成。每一个界面系列带表 现为带内由小点环到大点环再到小点环的过程。多数点环弧形带 反映2个～3个界面系列。反射点连接要穿过一个界面内的最大 能量点环，尽量包含界面内的较大能量点环。 软硬相间地层的地震反射特征为：红点环带与蓝点环带相 邻，先红点环带后蓝点环带，红点环带明显且能量点环大，蓝点 环带不明显且能量点环小。节理特征为：孤立的红点环带或孤立 的蓝点环带；特殊硬岩带，明显、孤立的较大蓝点环带；特殊软 岩带，孤立或系列红点环带。 软弱地层的分析解释要充分研究来自同一界面的P波信息 和S波信息及其差异，应根据各分量（以P波为主）强相位和 波组的相似性进行综合分析，划分界面，可根据反射信号的正 负来分析是从软弱岩层过渡到硬岩层，还是从硬岩层过渡到软 弱岩层；正反射界面后岩体趋于坚硬，负反射界面后岩体趋于 软弱。 在实际资料解释中，先分析X、Y、Z三个分量的速度云 图、深度偏移剖面、提取的反射界面进行对比，再以X分量 （P波）为主要依据，对二维显示的岩石特性图表进行综合分 析，通过V/V，或泊松比异常的区段确定界面位置，推断岩性 恋化机佳 刻俏带笨情源
6.4.8探地雷达图像的地质解译要结合已知地质资料，运用
磁波的运动学、电磁学特征和介质的物理特征进行综合分析。要 正确识别探地雷达图像中标志特征：相位特征、振幅特征、波形 特征、变化规律，影响雷达波速度的因素有弹性常数、密度、空 隙率以及含水量。影响雷达反射波振幅的因素有波前扩散、介质 吸收、界面反射系数与界面反射形态等。研究探地雷达波振幅的
变化，可用来识别空洞等特殊目标体。 知道探地雷达剖面上电磁波的标志以及雷达图像的物性解 译后，再根据波速、波长、频率三者之间的关系可知，当反射 信号频率一定时，随地层介质波速增加，接收天线所接收到的 反射波波长加大；反之，当地层介质的波速降低时，反射波的 波长变小，一些特征反映在探地雷达记录的剖面上，波速低的 介质层其雷达反射波形的脉宽小，呈细密齿状：当地层波速加 大时YD／T 1817-2017标准下载，雷达反射波形的脉宽也相应加大。软弱地层的雷达图像 特征表现：反射同相轴明显，反射波呈负强反射，后续波衰 减快。 6.4.9煤层探测及煤与瓦斯突出的研究表明，煤层畸变、分岔 煤厚突变处最易发生突出的部位，而施工中若误揭煤层则会诱发 灾难性事故。因此，了解煤层的赋存形态，通过标志层判定煤层 尤为重要。在掌子面接近预测煤层时，要进行物探或钻探超前预 报，确定煤层空间位置及厚度。 针对外源性高瓦斯隧道施工特点，采取超前预报与地质工 作相结合，提前探明瓦斯成因及规模，进行瓦斯突出性预测： 采用光干涉甲烷检定仪、便携式甲烷检测报警仪、瓦斯自动监 控系统对瓦斯实时检测监控。施工前教育培训，每道工序全部 采用防爆型，严禁火源进入隧道，采取径向注浆切断瓦斯的运 移通道，开挖后及时采用气密性混凝土进行支护和衬砌，这些 措施有效地规避了高瓦斯隧道突涌灾害的风险，避免了人员伤 亡和财产损失，确保了施工和运营的安全。高瓦斯隧道施工工 艺流程如图6。
超前钻孔瓦斯突出预测有突出危险无突钻孔排放出无效危补救措施险排放结果检查有效超前支护满足要求开挖瓦斯安全检测不满足初期支护强制通风瓦斯隔离隔离效果检查满足补救措施二衬不满足结束图 6 高瓦斯隧道施工工艺流程示意