瀏陽河隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

摘要:鑒于當(dāng)前超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重要性及目前的預(yù)報(bào)手段的多樣性，本文介紹了TGP-206探測(cè)法在瀏陽河水底隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用及成果。為該水底隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防提供了很好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:水底隧道;超前地質(zhì)預(yù)報(bào);TGP探測(cè)法

中圖分類號(hào):U452.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)11-0115-03

1引言

由于隧道與其他工程相比，具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等突出特點(diǎn)，特別是水底隧道工程由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，基礎(chǔ)信息缺乏，加之勘察手段不足等各方面的限制，必然造成了不可能完全掌握施工中的地質(zhì)狀況，這就有可能帶來坍方、突泥突水、瓦斯爆炸、巖爆等重大地質(zhì)災(zāi)害。這些重大地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生必然會(huì)對(duì)整個(gè)工程建設(shè)帶來巨大的損失，故做好隧道地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項(xiàng)亟待解決的重大課題。而地質(zhì)超前預(yù)報(bào)則是解決這一課題的關(guān)鍵技術(shù)。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的研究及應(yīng)用對(duì)我國一些重大工程和地質(zhì)條件復(fù)雜的工程施工和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防具有重要的意義。

瀏陽河隧道工程位于長(zhǎng)沙市主城區(qū)北部新河三角洲瀏陽河入湘江口，南接湘江大道，下穿瀏陽河，北接規(guī)劃路——湘江大道。

本工程為雙向四車道隧道，穿越瀏陽河段采用礦山法施工，兩岸結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，隧道長(zhǎng)度為1400m，建筑長(zhǎng)度為1760m，瀏陽河隧道穿越瀏陽河段采用礦山法施工，兩岸結(jié)構(gòu)采用明挖法施工。礦山法施工段東線長(zhǎng)度為579.20m，西線長(zhǎng)度為567.36m。礦山法段在河床下最小埋深厚度為14m，最大埋深位于北岸河堤處，厚度為31m;礦山法段左右兩隧道凈間距約為7.68～23.38m。

隧道場(chǎng)地地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層，第四系更新統(tǒng)沖積層、殘積層、白堊系碎屑巖層和板溪群板巖。隧道圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化礫巖和中風(fēng)化礫巖，軟弱結(jié)構(gòu)面主要為節(jié)理及裂隙，由于圍巖為礫巖，層間結(jié)合好，且?guī)r層基本平坦，傾角很小，對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響不大，但局部地段節(jié)理裂隙發(fā)育，且?guī)r石為礫巖，膠結(jié)成分為泥質(zhì)，遇水易崩解、軟化。

隧址地表水主要為河流積水，地下水主要為基巖裂隙水，局部地段地下水發(fā)育豐富。

2地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法、設(shè)備及原理

地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的研究，目前國內(nèi)外都處于探索的階段，也沒有一套完整的簡(jiǎn)單易行的方法。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)分為長(zhǎng)期超前預(yù)報(bào)和短期超前預(yù)報(bào)。長(zhǎng)期超前預(yù)報(bào)的預(yù)測(cè)距離一般為100～500m，甚至更長(zhǎng)。主要技術(shù)手段有地面地質(zhì)調(diào)查法、斷層參數(shù)法、地震波探測(cè)法等。短期超前預(yù)報(bào)又稱跟蹤預(yù)報(bào)，在長(zhǎng)期超前預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，預(yù)報(bào)的距離為15～30m。主要技術(shù)手段包括掌子面編錄預(yù)測(cè)法、超前鉆孔、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法等。

根據(jù)瀏陽河水底隧道的地質(zhì)情況，主要以探測(cè)地下水發(fā)育情況、破碎帶和軟弱夾層為主，故在瀏陽河水底隧道施工中，嘗試采用的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)措施為TGP-206地震波探測(cè)法為主，輔以掌子面素描和超前探孔。

2.1 探測(cè)原理

TGP-206探測(cè)法是利用地震波反射回波方法測(cè)量的原理。地震波震源采用小藥量炸藥激發(fā)產(chǎn)生，炸藥激發(fā)在隧道邊墻的風(fēng)鉆孔中，通常24個(gè)炮孔布置成一條直線。地震波的接收器也安置在孔中，一般左右洞壁各布置一個(gè)。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r(shí)，例如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶、地下水賦存帶等，一部分地震信號(hào)反射回來，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播。反射的地震信號(hào)被高靈敏度的地震檢波器接收，反射信號(hào)的傳播時(shí)間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比，因此通過測(cè)量直達(dá)波速度、反射回波的時(shí)間、波形和強(qiáng)度，可以達(dá)到預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)條件的目的。在一定間隔距離內(nèi)連續(xù)采用上述方法，結(jié)合施工地質(zhì)調(diào)查，可以得到隧道圍巖的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，如動(dòng)彈性模量、動(dòng)剪切模量和動(dòng)泊松比參數(shù)等。工作中結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料和施工地質(zhì)工作，總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)可以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

2.2 探測(cè)儀器簡(jiǎn)介

TGP-206(Tunnel geology Prediction ) 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)由北京市水電物探研究所研制，已經(jīng)經(jīng)過國內(nèi)著名隧道專家組評(píng)審，鑒定為具有國際先進(jìn)技術(shù)水平。

TGP-206隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括儀器主機(jī)、配件和處理軟件三部分組成。

2.3 預(yù)報(bào)方法

在隧道左壁(或右壁)的同一水平線上從距掌子面3～6m處開始向外布置24個(gè)炮孔，炮孔間距2.0m，炮孔高度1.1m，最外側(cè)炮孔與接收孔的最近距離為20m，如圖1所示。

3探測(cè)結(jié)果初步分析

本文以瀏陽河水底隧道右線YK0+955

~YK1+115范圍段的TGP-206地質(zhì)超前預(yù)報(bào)為例進(jìn)行分析。

采集的TGP數(shù)據(jù)，通過TGPWin2.1軟件進(jìn)行處理、獲得P波、SH波、SV波的時(shí)間剖面、相關(guān)偏移歸位剖面等成果。在成果分析中:以P波、SH波、SV波的原始記錄分析測(cè)段巖體的地質(zhì)條件;以相關(guān)偏移歸位剖面預(yù)報(bào)前方巖體地質(zhì)條件，預(yù)報(bào)分析推斷以P波剖面資料為主，結(jié)合橫波資料綜合解釋。解釋中遵循以下準(zhǔn)則:

① 若S波反射較P波強(qiáng)，則表明巖層含水。

② 左右洞壁對(duì)比，以激發(fā)和接收在同一側(cè)的資料為主的原則。

③ 縱橫波資料對(duì)比，以縱波資料為主的原則。

3.1 預(yù)報(bào)基礎(chǔ)段巖體參數(shù)表

瀏陽河水底隧道右線YK0+955~YK1+115

范圍段的TGP-206地質(zhì)超前預(yù)報(bào)探測(cè)的基礎(chǔ)段巖體參數(shù)表如表1所述。

3.2三分量P波SH波和SV波原始波形圖(如圖2、圖3)

3.3 綜合偏移成果圖(如圖4、圖5)

3.4 同/對(duì)側(cè)偏移與衰減處理成果圖(如圖6、圖7)

3.5 結(jié)果分析

綜合分析隧道左右壁原始記錄，分離后的縱橫波(P、SH、SV)記錄，以及P波、SH波、SV波的相關(guān)偏移歸位剖面圖得知:

檢測(cè)段圍巖在YK0+890～YK0+955段，縱波(Vp)速度為2500m/秒;橫波(Vs)速度為1500m/秒;動(dòng)泊松比為0.219;巖體動(dòng)彈性模量為12022MPa;巖體動(dòng)剪切模量為4932MPa;巖體密度為21.5KN/m3。

預(yù)報(bào)掌子面前方巖體在如下里程:YK0+955～YK0+990段巖體巖性以強(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，巖體穩(wěn)定性差，較破碎，含水量豐富;YK0+990~YK1+022段巖體巖性以強(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，夾雜著中等風(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性較差，含水量豐富;YK1+022~YK1+042段巖體巖性為中等風(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性一般;YK1+042~YK1+066段巖體巖性以強(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，夾雜著中等風(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性較差，含水量豐富;YK1+066~YK1+082段巖體巖性為中等風(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性一般;YK1+082~YK1+115段巖體巖性以強(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，夾雜著中等風(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性較差，含水量豐富。

4預(yù)報(bào)結(jié)論分析與對(duì)比

本次以對(duì)瀏陽河隧道右線地質(zhì)超前預(yù)報(bào)范圍為YK0+955～YK1+115為例，預(yù)報(bào)長(zhǎng)度160m，對(duì)該段的地質(zhì)情況預(yù)報(bào)成果及與實(shí)際對(duì)比如表2所述。

5結(jié)束語

坍方和突泥突水是瀏陽河水底隧道工程的主要可能地質(zhì)災(zāi)害，該工程通過采用以TGP-206探測(cè)儀器為主要地質(zhì)超前預(yù)報(bào)手段，很好的預(yù)報(bào)了瀏陽河水底隧道水下淺埋礦挖段的超前地質(zhì)情況，預(yù)報(bào)的結(jié)果與實(shí)際相比準(zhǔn)確率達(dá)到85%～95%，為瀏陽河水下施工作業(yè)提供了良好的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防指導(dǎo)，目前隧道已雙向貫通。經(jīng)實(shí)踐避免了一系列地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

參考文獻(xiàn):

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