云桂铁路（云南段） 某标段超前地质预报实施细则
1 编制依据、范围
1.1编制依据
1、隧道施工技术规范（JTJ042～94）；
2、铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设[2008]105号）； 3、设计文件、图纸和现场调查的相关地质资料。
4、云桂线站前工程及站后三电迁改工程《施工技术交底》 1.2 编制范围
编制范围某标段DK598+340～DK651+230段内的9座隧道以及辅助坑道不良地质地段。
2 工程概况
标段内的新哨隧道是云桂铁路客专工程Ⅰ级风险隧道，东风隧道为Ⅱ级风险隧道。新哨隧道进、出口里程为D1K607+445～D1K618+941,全长11496米。新哨隧道在隧道左线线路右侧设置无轨运输单车道平行导坑二座，进口平行导坑长度6200米，出口平行导坑长度为3200米。两座隧道均设计为单洞双线隧道。东风隧道进、出口里程为DK638+769～DK650+065,全长11296米。东风隧道于DK641+000、DK643+500、DK646+000、DK648+700线路前进方向右侧分别设置无轨单车道运输横洞一座。
新哨隧道处于构造剥蚀地貌区，出露地层岩性为法郎组第二段粉砂岩、细砂岩及泥质页岩；三叠系灰岩、白云岩、白云质灰岩，泥质灰岩、泥质白云岩等碳酸岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、页岩等。线路穿越F30、F29、F28、F25等区域压扭性断层，地质构造复杂，断层带附近岩体破碎强烈、岩溶发育，隧道存在围岩坍塌、涌水等地质问题。新哨隧道处于压扭性构造部位且埋深较大，存在地应力异常并且在粉砂岩、碳酸盐等脆性围岩地段存在岩爆、软岩地段存在围岩变形问题。
新哨隧道的不良地质有：断层破碎带、岩溶、有害气体等
水文地质：主要为孔隙潜水、岩溶水、裂隙水及构造断层带水。地下水动态变化严格受降水制约，变幅较大。
东风隧道的不良地质有：岩溶、蚀变带、构造破碎带、高地应力高地温、红黏土、潜在不稳定斜坡。
2. 施工组织机构及岗位职责
2.1.施工组织机构
为使整个标段的超前地质预报工作合理、有序的落实，我们成立了以项目部总工为首
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的超前地质预报管理小组。
组长：崔振喜
成员：:李成、叶中兵、冯丛、罗启陆、王卫教、刘向东、汪二武、王国栋、杨东升、封波、金银、王峰、陈海龙、李文学
小组组织机构如下图1-1所示：
超前地质预报领导小组 组 长：崔振喜 一分部地质工作组 二分部地质工作组 项目部工程部 三 分 部地 质 工作 组 地质专家组 四分部地质工作组 综合物探工作组 图1-1 超前地质预报管理小组组织机构图
2.2. 岗位职责
超前地质预报领导小组负责总体规划本标段隧道施工中的地质工作，确定地质预报工作的原则、方法。项目部工程部则负责制定综合超前地质预报管理制度，按照确定的工作原则和方法落实本标段的地质预报工作，积极调配设备，协助实施综合地质预报，收集地质勘探信息，组织各方进行综合分析及时预报，并为施工提供建议。各项目部地质工作组则负责具体组织并落实本施工段日常的现场地质勘探工作，将地质工作纳入施工工序；及时采集各种地质信息，并对地质信息进行整理与分析，进行初步预报。综合地质物探组则负责对整个标段内隧道进行超前物探，并对物探结果进行整理分析，形成初步结论。地质专家组对地质工作室的工作进行指导，并对地质预测预报结论进行审查，提出施工建议。
3 超前地质预报实施细则
3.1超前地质预报的目的
可及早探明掌子面前方的围岩特性以及涌水量，为隧道选择合适的开挖方法提供有
立的依据；
可为初期支护和二次衬砌提供参考；
可为突发异常（如结构失稳或破坏的现象）提供有效的参考。
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3.2超前地质预报的内容
①地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层及特殊岩土的预测预报。
②地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。
③不良地质，特别是溶洞、暗河、放射性、有害气体等发育情况的预测预报。 ④地下水及富水断层、地层等的预测预报。 3.3超前地质预报总体原则及方法
我标段内地质条件复杂，地质因素可能严重危及施工安全，制约工期，超前地质预报是保证隧道施工安全、优化施工设计、实现施工信息化的基础。新哨隧道为Ⅰ级风险隧道、东风隧道为Ⅱ级风险隧道由我单位在建设单位的监督下招标选择有资质、有经验的第三方专业队伍，负责物探工作。其他隧道由我单位负责超前预报工作。具体工艺流程见附图1。
根据区域地质资料和设计文件，结合现场实际情况，制定预报实施细则，针对不同地段的工程地质情况进行地质预报分级，不同的地段采取不同的预报手段，以达到既预报准确又能节省有效资源的目的。
不同地质灾害的预报方式：
A 级预报：采用地质分析法、地震波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻（5孔+加深炮眼）等手段进行综合预报。
B 级预报：采用地质分析法、地震波反射法，辅以地质雷达、红外探测，进行必要的超前水平钻孔（3孔+加深炮眼）等手段进行综合预报。当发现局部地段地质条件复杂时，按A 级要求实施。
C 级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面断层或物探异常地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔（1 孔+加深炮眼）。
D 级预报：采用地质分析法。
新哨隧道及东风隧道地质复杂，地质预报采用长距离预报与短距离准确预报相结合，隧道洞内探测与洞外地面地质调查相结合、地质方法与物探方法相结合，开展多层次、多手段的综合地质预报，斜井在开挖过程中复杂地段应采用超前探孔法预报。根据不同的地质灾害等级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报：
3.3.1断层破碎带预报
首先利用地质调查与地质素描手段，确定在勘察阶段发现的宽大断层、溶洞、水囊、突水、突泥段的大致里程，此外对隧道设计图中提到的断层均进行TSP203探测，以探测掌子面前方围岩的强度、完整性、富水性，然后进行红外探测探水，根据掌子面素描观察隧道围岩的变化，推测前方可能出现断层的位置，对可能出现断层的地段进行水平钻孔验证
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正，查明前方地质条件。
3.3.2高地应力预报
根据隧道的埋深及区域构造作用力的大小，确定隧道高应力地段，采用TSP探测获得地震波速，预报掌子面前方围岩的强度情况，必要时进行单孔钻探结合岩石室内试验，再通过掌子面地质素描图判定围岩的级别、硬度、及变化趋势，结合岩爆发生三要素：地层岩性条件、地应力条件、施工触发因素，判定岩爆或软岩变形的可能性及规模等级。
3.3.3高地温预报
地温增温梯度按埋深3℃/100m计，根据国家安全施工温度≤28℃，经估算测区隧道存在高地温的可能，通过配置洞内温度监测组，在地质素描过程中对隧道内施工温度进行定期监测，保证施工人员安全。
4 超前地质预报的方法
4.1 长距离超前地质预报
长距离地质预报主要采用隧洞内长距离TSP仪器探测，应用TSP203预测预报系统进行在主要的断层破碎带、宽大节理密集带、喷出岩接触带及其它接触带的前方100米、地下水变化情况的长距离测试，采用TSP203超前地质预报系统连续不少于2次探测，每次探测距离100m，每次搭接10米。
长距离地质预报实施步骤见图1。TSP203隧洞地震探测仪工作原理见图2： ①首先在隧道内人工制造一系列有规则排列的轻微震源，震源发出的地震波逼到地层界面、特别是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波，其传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关地质体的性质密切相关，并通过不同的数据表现出来；
图1 长距离超前地质预报的步骤框图
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②通过震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪）进行数据采集，将数据输入带有处理软件的电脑，并经过计算机数学计算进行数据处理；
③将采集的数据资料转换为反应相关地质体反射能量的影视图像或隧道平面、剖面图； ④进行室内数据资料处理、分析，由工程技术人员进行解译，对隧道掌子面前方不良地质的性质、位置和规模等予以超前地质预报。
图2 TSP203预报原理图
⑤预报频率
在断层等特殊地段，预报频率为100m/次；其余地段150~250次。 TSP系统的预报测孔布置见图3。
为保证预报长度、预报精度，提高预报质量，在一切可能的情况下尽量减少环境噪音，爆破接收信号时隧洞内应停止一切施工作业，确定好采样间隔和采样数目。
安放接收器一定要与周围岩体很好地耦合，以保证采集信号的质量，采用早强膨胀水泥砂浆，使接收器与岩体粘贴好。
要优化作业程序，科学组织施工，尽量采取不停工采集数据，为隧道掘进赢得时间。对于爆破炸药作震源对预报结果所带来的影响要引起重视。
4.2 短距离超前地质预报
短距离超前地质预报是在长距离超前地质预报的基础上进行的，对于短距离超前地质预报，主要是通过开挖石渣识别、掌子面地质素描，更重要的是采用超前钻孔或地质雷达进行探测（图6）。前者是通过对不同地质体标志的确认，以及不良地质体出现前的前兆标志，对不良地质体可能出露的位置进行预测和判断，辅助进行超前地质钻探；后者地质雷达探测属于电磁波物探技术，通过电磁波的反射波和透射波的分时采集和数据组合分析，对不良地质体的类型、规模、位置进行预测。
4.2.1地质素描
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地质素描主要是根据掌子面上岩层岩性、产状及层位、条带状不良地质体等进行预测和预报。编录时必须对掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、厚度、特征层序、岩性、风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等情况详细记录。确保对前方地质的预报准确可靠。
图3 TSP203预报系统测孔布置示意图
利用地质理论和作图法,将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件的预测预报。
4.2.2 地质雷达
地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。
作为TSP203超前地质预报的补充，在复杂地质地段对TSP203预报的异常地段，采用地质雷达作为补充手段以确定异常体的位置、规模、岩性等。在隧道施工中，将采用RIS—2K型地质雷达系统进行探测。
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地质雷达探测应注意： (1)减少干扰
雷达探测时，干扰因素有：台车、出碴车辆、人员走动等，它们来自侧立、背向，且干扰严重。其次抬天线造成感应干扰、晃动造成方向干扰。100M天线带有屏蔽，能防止一定干扰，但不能完全清除干扰。为减少干扰，探测工作选择在施工间隙进行。另外，为解决干扰问题，采用专用实验支架移动天线，避免人的感应和天线晃动所带来的干扰。
(2)强化预报的施工跟踪性, 随时与实际揭露的地质进行对比
地质雷达探测的预报判释, 也同样不可避免地具有一定的经验性, 因此紧密跟踪施工过程, 特别是在地质雷达探测预报的初期, 将地质雷达探测预报成果随时与施工开挖揭露的地质状况进行对比、分析, 并随时调整判释参数。
(3)避免探测数据的判释失误
地质雷达探测设备精确度较高, 但探测数据的判释仍在一定程度上依赖于判释人员的技术和经验, 特别是对于回波形态的微小差异, 要防止漏判和误判, 需要探测人员具有较丰富的经验。
(4)准确确定测站布设面的里程桩号
地质雷达探测时, 是以其测站布设面为基准通过相对距离推算各目标体的位置, 因此需要准确确定测站布设面的里程桩号, 才能准确确定各目标体的“绝对”桩号, 以便与其他资料相互校核。
4.2.3 红外探水
在距掌子面20m范围内可定性告知有无水。根据测试结果，进行数据处理与分析： (1) 掘进工作面场强分布：根据测得的每个区域内红外线地湿场值，通过对比分析，判定掘进工作面是否存在含水构造体。根据以往测试经验，判译标准一般设定为：当掘进工作面测点中最大场和最小红外波段长的能量差大于等于10μW/cm2，可判定前方存在含水体构造体，否则不存在含水体构造。
(2) 纵向场强分布：将所测的每个测点位置的湿度值，根据湿度值变化规律，通过分析计算，判定前方是否存在含水体构造。若前方存在含水构造时，含水构造产生的异常地湿场会迭加到掘进工作面后方的正常地湿场上，产生地湿场的畸变，由于到场源的距离不同，畸变后的亦不同，介质所辐射的红外波段能量在数据曲线上表现为突变。
4.2.4超前钻孔
超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中必须实施的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况
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方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。一般在地质预报段钻1～3孔，深度30-50米，若遇到异常需将孔数增加到5孔。隧道超前地质探孔示意图见图4。超前地质钻孔预报流程见图5。
图4 隧道超前地质探孔示意图 在施作期间开挖面通常需配合停工，且钻进过程中，容易受操作人员人为影响，因此变数较大，造成判读岩体比较困难。不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。超前钻孔探测的记录方式有：
(1) 不取芯钻探
主要系利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用较低(与取芯钻探比较)，若隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。
水文地 质试验机械就位及安装钻进岩芯整理岩芯鉴定涌水测定岩芯存储孔斜测量测量定位
资料整理及文整预测预报与印证图5 超前地质钻孔预报流程
（2)取芯钻探
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利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做出较正确的地质判别。岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而言，可利用此先行降低水压。但取芯钻探施作期间开挖面通常需配合暂停，且施作时间比不取芯钻用工进要长，费用也较高。
（3）台车加长钻孔法
液压台车接杆钻孔是一种短期超前预报探孔，对于掌子面前方30m以内的超前探孔，适合用钻孔台车钻孔，占用生产时间较少，速度快，有利于提高施工进度。台车加长钻孔主要利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。施钻过程中，由地质预报组成员详细记录钻速、水质水量变化情况及开挖后的岩面观测素描，并采集钻孔排碴取样分析，综合判断预报前方水文、地质情况(图6)。
5 各种手段的技术要求
5.１ TSP超前预报的技术要求： 每次TSP数据采集时:
①应准备瞬发电雷管30支，防水乳化炸药4kg(φ32 药卷)，采集数据时作震源之用。 ②提供接收器孔附近的隧道半径、拱顶至地面（隧底）的铅直高度、两接收器孔之间的距离等数据。
③提供接收器孔和掌子面的里程，以及两者之间的地质素描图。
④钻孔前，应用测量仪器（器具）测定接收器孔和炮孔的位置，接收器孔和炮孔应在同一平面上，并用红油漆作标记。炮点要标记序号。
⑤严格按设计要求（距离、孔深、倾角等）钻孔。 ⑥孔身要直，孔内岩屑和泥浆要用水冲出孔外。
⑦配备与接收器孔和炮孔直径大小相当、长度比孔深稍长的PVC管。完钻后应将PVC
管放入孔中，防止围岩掉块，以便于套管和药包放置到位。
⑧配备往孔中灌水的工具（如胶管）； ⑨采集数据时应切断影响数据质量的干扰源。 TSP报告内容： ○1探测工作概况 ○2地质解译结果
○3分析处理波形图、频普图、深度偏移剖面图、二维成果显示图
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○4岩体物理力学参数表
3m搭接长度开挖方向掌子面14m2爆破循环3456探1探23.6m图6 台车加长钻孔布置图
不良地质体前兆预测 长距离超前地质预3.6m
掘进至距离预报不良地质体15～50m 分析地表和隧道内地质测绘资料 进行地质雷达探测 室内分析 进行超前钻孔探测 对不良地质体位置进行进一步的判断 不存在 存在 进行超前处理 不存在 存在 继续掘进 处理结束 图7 短距离超前地质预报的步骤框图
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5.２ 水平探孔技术要求：
1采用取芯钻探，硬质岩采用金钢石钻具钻进，岩芯采取率不低于95%，软弱岩岩芯○
采取率不低于80%，终孔孔径不小于70mm。
2钻进中孔口需设防突水闸阀。 ○
3提交钻孔柱状图及结果说明。 ○
④妥善保存原始资料如钻孔施工记录、岩芯照相及典型岩样等，以备核查校对。岩芯应装箱，不得颠倒放置，要插岩芯牌。
5.３ 掌子面地质素描技术要求：
1在地质调查中，要根据已有地质资料彻查隧道中线在岩层标准剖面中的层位、层○
序、层厚、岩性及其岩性组合。
2 准确描述掌子面及其附近隧道隧洞所揭示岩层的岩性、结构构造特征、特殊标志○
和岩层组合特征。
3根据掌子面及其附近隧道隧洞所揭示岩层的岩性、结构构造特征、特殊标志和岩 ○
层组合特征与标准剖面对比，对掌子面前方的岩层进行预测。
5.4 地质雷达仪技术要求：
①采集数据时，要注意避免受附近的构造物、金属物体、电磁干扰。
②应根据需要布置测线，探测面较宽时，要适当加密测线以提高探测结果的准确性。 ③结合掌子面地质素描，分析雷达探测剖面特征，并绘制地质解释图。 ④提供地质预报信息。
6 地质预报资源配置
6.1人员配置
组建地质超前预报组，负责本段地质超前预报工作。本预报组组长由王建涛担任，长期从事地质和物探技术工作，经验十分丰富。各项目分部配备人员必须满足施工现场地质超前预报工作的需要。每个项目部均成立一个地质工作组，每个小组人员不少于3人，包括一名地质工程师。地质工作组配置固定的进行超前地质预报的专业技术人员，并具备丰富的地质工作经验和隧道施工经验，能熟练掌握物探仪器、设备的操作及分析方法，能够准确判释地质情况。
6.2仪器设备
长距离超前地质预报：TSP203一台
短距离地质预报：地质雷达一台、水平钻机五台（其中意大利卡萨格兰地C6型全液压履带式多功能钻机一台）、红外线探测仪五台、地质罗盘仪二十个、数码相机四台。
7 质量保证措施
①地质素描应在每循环后及时进行，对掌子面、边墙、拱顶及底板围岩的工程地质及
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水文地质特征进行详细描述，描述要真实贴切，并辅助适当的图形、图片，并及时汇总。
②TSP超前探测前应对炮孔及接收器孔进行测量，参数要满足要求。
③超前钻孔前应进行详细的技术交底，根据需要探明那些地质问题而设计钻孔的参数。 ④在各项现场采集工作完成后，内业数据分析、处理以及报告编写应及时，成果报告应有编制审核。
⑤成果报告及时提交给业主及施工队 做到信息化施工。
8 安全保证措施
8.1成立超前地质预报安全管理机构。 8.2编制各项地质预报安全制度。 8.3预报施工现场安全技术保证措施：
① TSP203现场采集数据使用灵敏度很高的高爆速炸药，危险性较大，应由专业爆破工操作。
②钻机使用高压风、高压水，管路应连接安设牢固，并应经常检查，防止管接头脱落、管路爆裂高压风水伤人；高压电路接线应由专业电工操作，一般人员不得操作。
③进洞应带好安全帽、穿防高压电的雨靴，注意操作空间上方、周围有无安全隐患，特别是钻探掌子面附近是否还有危石存在。
④若岩体中含有煤层瓦斯、石油天然气等易燃易爆物，应采用水循环钻，且勿干钻，电机、照明设备、开关及其他机械设备也应采用防爆型，且不得携带烟火进洞。
⑤为便于控制超前钻孔揭露岩溶水时的水流及采取措施，孔口应安设孔口管和闸阀，但孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。 ⑥钻孔时，钻机前方安设挡板，防止泥沙冲出伤人。
9.信息反馈及处理
完成地质信息的采集后，及时对其进行综合分析。先由各分部地质工作小组专业技术人员对资料进行初步整理和判读，然后由专业地质工程师进一步判读并主持综合分析，相互对比，判断掌子面前方的真实地质情况，最后同设计文件进行对照验证，形成预报结论及相应的施工、变更建议。（图8）
A 级预报：隧道超前地质预报技术资料（纸质和电子）实作后五天内报监理、设计、建设单位。项目部总工程师组织指导现场施工；需调整施工方案的，报请建设单位组织相关各方审定施工单位上报的调整初步施工方案，批准后项目部组织实施。涉及变更的，按变更程序办理。
B 级预报：隧道超前地质预报技术资料（纸质和电子）实作后五天内报设计、监理单位。项目部总工程师组织指导现场施工；需调整施工方案的，项目部总工程师组织施工方案修正完善，修订施工方案经总监理工程师批准后实施。涉及变更的，按变更程序办理。
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C 级预报：隧道超前地质预报技术资料报项目部总工程师，指导现场施工。需调整施工方案的，项目分部总工程师组织施工方案修正完善，经项目部总工程师批准后实施。
D 级预报:按预定的施工方案实施．
每次预报段隧道开挖后，均通过照片、地质编录等及时搜集其地质信息，与预报结论进行对比验证，分析预报中的得失，总结经验教训，并形成记录。隧道施工过程中积极和各方交流，提高预报能力和预报质量。不仅两个地质小组之间要每月定期进行交流，也要和地勘监理、设计方等交流。隧道开挖后必要时应采用红外探水仪进行复测。雨季施工时每次大雨后均应检测，通过与初测结果对比及时排除隐患，防止出现地质灾害发生。
图8 隧道工程施工地质信息管理图
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附图1 超前地质预报工艺流程图
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目 录
1 编制依据、范围 .............................................. 1 1.1 编制依据 .................................................... 1 1.2 编制范围 .................................................... 1 2 工程概况 .................................................... 1 2. 施工组织机构及岗位职责 ...................................... 1 2.1.施工组织机构 ................................................ 1 2.2.岗位职责 .................................................... 2 3 超前地质预报实施细则 ........................................ 2 3.1 超前地质预报的目的 .......................................... 2 3.2 超前地质预报的内容 .......................................... 3 3.3 超前地质预报总体原则及方法 .................................. 3 4 超前地质预报的方法 .......................................... 4 4.1 长距离超前地质预报 .......................................... 4 4.2 短距离超前地质预报 .......................................... 5 5 各种手段的技术要求 .......................................... 9 5.１ TSP超前预报的技术要求： .................................... 9 5.２ 水平探孔技术要求： ........................................ 11 5.３ 掌子面地质素描技术要求： .................................. 11 5.4 地质雷达仪技术要求： ...................................... 11 6 地质预报资源配置 .......................................... 11 6.1 人员配置 ................................................... 11 6.2 仪器设备 ................................................... 11 7 质量保证措施 ............................................... 11 8 安全保证措施 ............................................... 12 9 信息反馈及处理 ............................................. 12
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