簡單超前地質(zhì)預報方法在施工中的應用

吳丙峰 申維英

（1.中國水利水電第六工程局有限公司二分局 遼寧 丹東 118001；2.中國水利水電第六工程局有限公司安全部 遼寧 丹東 118001）

1 引言

為確保隧洞施工安全質(zhì)量，根據(jù)設計提供的工程及水文地質(zhì)資料，結(jié)合地質(zhì)超前預報，進行分析研究，制定完整的施工技術(shù)方案；做好技術(shù)、物質(zhì)、機械設備的準備，避免地質(zhì)災害的發(fā)生，使之達到施工設計及施工規(guī)范的要求，確保工期目標的實現(xiàn)，是隧洞超前地質(zhì)預報目的。

由于隧洞工程地質(zhì)條件復雜，隧洞安全問題是施工的重點。大型工程施工中采用先進TRT-6000或TSP203型地質(zhì)預報儀、PULSEEKKO-100A型地質(zhì)雷達及簡單的超前鉆孔等進行探測預報不良地質(zhì)，嚴格按新奧法原則進行施工，建立并完善安全控制體系，確保施工安全，是現(xiàn)代施工的主要趨勢?，F(xiàn)實中，無論采取哪種預報方法均有一定的缺陷，因此施工中，多采用幾種方法綜合使用，以相互印證，提高預報的準確程度。

但是，由于先進的地質(zhì)超前預報要求實施的單位資質(zhì)較高，有此能力的較少，收取的費用也很高（每百m隧洞大約在10000～15000元左右）；同時，先進的地質(zhì)超前預報也須采用簡單的方法進行輔助。因此，在無大的地質(zhì)災害、小型隧洞施工過程中，傳統(tǒng)的、簡單的超前地質(zhì)預報仍然發(fā)揮著重要的作用。

2 各種地質(zhì)超前預報方法的特點

綜合地質(zhì)超前預報中各種方法的特點：TRT6000或TSP203作業(yè)快，測距長，干擾相對少，可以與多種預測法結(jié)合應用，但精度不高，解釋難度大，適于做長距離預測；地質(zhì)雷達可以準確測定短距離內(nèi)隧洞四周和低部的空洞、水體情況，可補充TRT6000的不足；超前水平鉆孔基本可以100%的揭示地下水及圍巖物理力學性能，但干擾大，用時長。在施工中，根據(jù)各種方法的特點確定地質(zhì)超前預報的原則是：以常規(guī)地質(zhì)綜合分析法為基礎，TRT6000或TSP203地質(zhì)超前預報系統(tǒng)做長距離宏觀控制，地質(zhì)雷達做近距離判斷，水平鉆孔為特殊地段必做項目，形成綜合地質(zhì)超前預報系統(tǒng)。并組成專業(yè)預報小組，建立健全隧洞地質(zhì)超前預報工作制度，配備先進的儀器設備，開展地質(zhì)超前預報工作。

3 簡單的工程地質(zhì)預測方法

簡單的工程地質(zhì)預測方法一般采用超前水平非取芯鉆孔和開挖面地質(zhì)素描相結(jié)合的方式進行。

超前水平非取芯鉆孔，一般采用手風鉆（小于6m）或風動鉆（6m～30m）鉆孔。預測時，依靠對鉆孔速度變化、回水顏色等的直覺，判斷前方圍巖的變化。短距離鉆孔可以結(jié)合超前小導管施工，直接利用超前小導管鉆孔進行判斷；中長距離鉆孔可以結(jié)合超前管棚施工，直接利用管棚鉆孔進行判斷。

地質(zhì)素描通過對開挖面巖性、巖層產(chǎn)狀、軟弱夾層、巖脈穿插情況；斷層及破碎帶的形態(tài)、產(chǎn)狀、寬度、填充物特征；主要節(jié)理裂隙的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模及相互切割關(guān)系等，推測前方圍巖狀況。

如果采用分部開挖的方法，超前導洞可以直接揭示滯后的開挖分部地質(zhì)情況，不需再做地質(zhì)預報。

表1 超前地質(zhì)預報方式工作范圍及作業(yè)方式表

表2 手風鉆鉆孔預報地質(zhì)對應表

4 簡單的工程地質(zhì)預測方法技術(shù)要求

4.1 地質(zhì)素描

地質(zhì)素描在隧洞施工全段進行，地質(zhì)素描采用圖表形式形象紀錄。開挖面地質(zhì)素描內(nèi)容有：巖性、巖層產(chǎn)狀、軟弱夾層、巖脈穿插情況；斷層及破碎帶的形態(tài)、產(chǎn)狀、寬度、填充物特征；主要節(jié)理裂隙的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模及相互切割關(guān)系。

巖石結(jié)構(gòu)面調(diào)查內(nèi)容有：圍巖的巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀、節(jié)理的延伸性、粗糙起伏情況、張開程度。

地下水出露情況、水量大小等；巖溶的形態(tài)、大小、位置走向等；圍巖節(jié)理內(nèi)含水情況。

施工階段地質(zhì)預測：根據(jù)開挖面地質(zhì)素描、巖石結(jié)構(gòu)面調(diào)查記錄采用前推法預測前方地質(zhì)情況，首先按1∶100的比例做出開挖面前方一定長度的展開圖，逐一將開挖面地質(zhì)素描和巖石結(jié)構(gòu)面的記錄資料，按其產(chǎn)狀、節(jié)理軌跡線繪制到展示圖上，最后按其節(jié)理走向和軌跡延伸并結(jié)合超前鉆孔的資料畫出前方地質(zhì)情況。

4.2 超前鉆孔預測

采用鉆孔預測時，采取以下方法：短鉆孔深度以6m為限，中長鉆孔深度為6m～30m，如出現(xiàn)異常情況時，按預定方案實施。鉆孔出水，安裝壓力表及水表，測定地下水的壓力和流量。日常的預測以短距離鉆孔為主，長距離鉆孔為輔。

（1）短距離鉆孔。

在每次鉆孔過程中，指定在拱頂、兩側(cè)拱腰附近的1～2個輔助眼加深1m～5m，依靠對鉆孔速度變化等的直覺，判斷前方圍巖的變化。鉆孔采用YT-28手風鉆進行。短距離鉆孔可結(jié)合超前小導管施工，直接利用超前小導管鉆孔進行判斷。判斷的方法如表2所示。

（2）長距離鉆孔。

長距離鉆孔采取YQ-80風動鉆鉆孔，判斷方法與短距離鉆孔相同。該方法一般只在設計有管棚的洞段使用，以減少因預報產(chǎn)生的工期和費用。

4.3 地下水地質(zhì)預測

現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)以往施工經(jīng)驗對地下水做如下經(jīng)驗性預報。

（1）當隧洞由弱可溶巖進入強可溶巖的邊界部位時，可能發(fā)生涌水。

（2）根據(jù)大突水點的涌水特征：一般有滲、滴水段→線狀滲水段→集中涌水段高壓噴水段，當隧洞由滲、滴水段進入線狀滲水段時，應做好出現(xiàn)集中涌水的準備；進行超前預報的施工防治能取得較好的效果。

鉆孔內(nèi)出現(xiàn)渾水，前方可能有涌水；若渾水能噴射5m以上，則前方可能有大于30 L/s～50L/s的涌水存在；當超前鉆孔能噴射3.5m以上，或涌水速度大于7m/s，或風鉆孔內(nèi)有涌水速度大于14m/s的出水，則前方可能出現(xiàn)大于20L/s的涌水存在。

5 施工程序及工藝流程

5.1 施工程序

根據(jù)隧洞地質(zhì)復雜的特點，本著“早預報、早預防”的原則組織施工，采用鉆孔超前探測、開挖面及其附近的地質(zhì)觀測素描等綜合手段，預測不良地質(zhì)的位置、性質(zhì)、規(guī)模和對施工的影響程度。

5.2 工藝流程

工藝流程見圖1所示。

5.3 地質(zhì)信息收集與處理

圖1 超前預報工藝流程圖

超前地質(zhì)預報建立一個地質(zhì)信息系統(tǒng)，通過各種方法收集地質(zhì)信息，進行綜合分析、判斷，并將處理結(jié)果反饋給施工。通過地質(zhì)信息系統(tǒng)的及時、準確預報，為施工提供決策依據(jù)，及時調(diào)整施工方法和支護參數(shù)。

采用新的施工方法和支護參數(shù)后，又從施工過程中獲取新的地質(zhì)信息，更新地質(zhì)信息系統(tǒng)，經(jīng)處理后，再一次反饋給施工。如此往復，形成地質(zhì)信息系統(tǒng)化。

6 結(jié)語

筆者在多個小型項目中，由于難以協(xié)議到實力強的預報單位，因此采用了傳統(tǒng)的、簡單的超前地質(zhì)預報方法，取得了非常好的效果。同時，簡單的超前地質(zhì)預報方法一直是先進預報方法的有益補充。因為其操作簡單、費用較低，但預報準確，因此，在無大的地質(zhì)災害、小型隧洞施工過程中，仍然發(fā)揮著、而且還會繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。陜西水利