隧道施工中超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用

劉訓(xùn)

烏魯木齊鐵建工程咨詢有限公司，新疆烏魯木齊830026

摘要 新疆地理環(huán)境特殊，白晝溫差較大，影響隧道土木施工作業(yè)，所以在實施隧道工程前應(yīng)做好相應(yīng)的地質(zhì)勘察，做好該區(qū)域的地質(zhì)預(yù)測以及預(yù)報工作，但是新疆地區(qū)巖體的復(fù)雜性，經(jīng)常導(dǎo)致了勘察資料與實際的隧道施工后的結(jié)果出現(xiàn)一定的出入，對隧道的安全、質(zhì)量以及后期的施工作業(yè)周期產(chǎn)生了一定的影響，如何做好地區(qū)的隧道地質(zhì)預(yù)測工作，是一種挑戰(zhàn)，所以本文結(jié)合實際工作情況，總結(jié)論述了當前應(yīng)用的中超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，以此作為同行的借鑒以及參考。

關(guān)鍵詞 新疆地理環(huán)境；隧道地質(zhì)；隧道施工

中圖分類號P62 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0148-02

隧道土木工程，關(guān)系國家百年大計，所以保證其質(zhì)量是項目實施成功的關(guān)鍵，為了保證質(zhì)量，做好項目施工前的預(yù)測工作，是保證質(zhì)量的前提，但是由于地質(zhì)的巖體具有復(fù)雜性以及多種因素的影響，在對隧道施工前，需要根據(jù)新疆地區(qū)的地質(zhì)情況進行相應(yīng)的勘察，根據(jù)地質(zhì)勘察對將要實施的隧道作業(yè)環(huán)境做出初步的預(yù)測與分析，但是設(shè)計隧道以及施工前的地質(zhì)測試工作不能夠完全概述出實際的地理環(huán)境，預(yù)測以及預(yù)測報告結(jié)果存在著一定的片面性。隨著新疆地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，公路工程，鐵路工程建設(shè)的數(shù)量越來越多，在施工過程中面臨的隧道作業(yè)工程也越來越多，而且相對的作業(yè)環(huán)境規(guī)模也越來越大，就其作業(yè)難度也不可忽視，地質(zhì)環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致了作業(yè)周期加長，預(yù)報實施方案的不確定性調(diào)整等情況發(fā)生。在以往經(jīng)常出現(xiàn)隧道冒頂、滲水等現(xiàn)象除了施工方面的問題，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因，除了施工方面的問題外，還有施工前的勘測預(yù)報不完整性的原因，所以我們應(yīng)該針對新疆地區(qū)的地理環(huán)境特點，采用超前地質(zhì)監(jiān)測以及預(yù)報技術(shù)對其地質(zhì)環(huán)境進行有效的監(jiān)測預(yù)報，通過準確的預(yù)測技術(shù)，反映隧道施工過程中掌子面前方的地質(zhì)環(huán)境。對于當前的隧道工程，采用系統(tǒng)的超前地質(zhì)監(jiān)測、預(yù)報方法，對后期施工，以及保障隧道質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 超前地質(zhì)預(yù)報的內(nèi)容及預(yù)報流程

1）預(yù)報掌子面前方與工程前勘測到的資料的不同數(shù)據(jù)、變化情況和地質(zhì)環(huán)境對施工的影響；

2）提供掌子面前方突然涌水的地點及多少、富水帶的位置、地下水的含量等因素幫助施工人員進行止水、改變施工方式等依據(jù)；

3）預(yù)報掌子面前方的斷層及不穩(wěn)定巖層的位置、規(guī)模、屬性，幫助施工人員及時更改施工方案，保障工程安全；

4）預(yù)報可能出現(xiàn)的影響施工的斷層、富水帶、易塌方地區(qū)及滑動面等問題，包括各種問題的位置、規(guī)模、屬性及發(fā)展趨勢，方便施工人員及時做出反應(yīng)，處理問題；

5）預(yù)報流程首先研究既有資料并制定相應(yīng)的預(yù)報分級預(yù)報方案，針對預(yù)報距離，分別進行，長、中、短距離預(yù)報，其次對預(yù)報數(shù)據(jù)進行綜合分析，并對預(yù)報成果提出預(yù)報技術(shù)建議，提供相應(yīng)的技術(shù)決策以及相應(yīng)的施工方案，最后進行隧道施工作業(yè)，如果在施工過程中出現(xiàn)了問題，需要把施工問題及時反饋，并對信息以及預(yù)報方案重新規(guī)劃處理。

2 超前地質(zhì)預(yù)報的分析方法

地質(zhì)分析法和物探法是超前地質(zhì)預(yù)報的兩個基本的系統(tǒng)方法。對于地質(zhì)分析方法，首先需要進行地質(zhì)調(diào)查，因為不同的巖層，不同的巖層厚度以及巖層位置都會影響到后期的施工作業(yè)情況，進行超前地質(zhì)預(yù)報工作中，地質(zhì)調(diào)查是地質(zhì)預(yù)報的基礎(chǔ)性工作，根據(jù)工作情況以及地理環(huán)境特點，首先需要建立新疆地區(qū)標準地層剖面，根據(jù)地層剖面，確定作業(yè)隧道地理環(huán)境中，各個巖層的層次順序，各個巖層的厚度以及位置。

2.1地質(zhì)分析法

地質(zhì)分析法是為了有針對性的補充施工前的地質(zhì)勘測資料而將地貌、地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)推理相結(jié)合的一種預(yù)報方法。地質(zhì)分析法可以補充以下兩點：地質(zhì)構(gòu)造在隧道地表的分布、出露、性質(zhì)、變化及變化規(guī)律；不同地層、巖質(zhì)在隧道地表的出露和接觸的關(guān)系。

地質(zhì)分析法要根據(jù)設(shè)定的標準地層剖面結(jié)合地底物質(zhì)的沉積規(guī)律，確定各個巖層的層次、次序、厚度以及所處位置。在對地質(zhì)構(gòu)造進行全面系統(tǒng)的調(diào)查之后，根據(jù)不同的隧道的各方面情況，展開研討會，詳細地核查細化過的資料，為地質(zhì)預(yù)報做好鋪墊。

2.2物探法

物探法是在施工過程中不同的物質(zhì)來進行超前預(yù)報。其中，長期地質(zhì)預(yù)報一次預(yù)報150m，采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報儀進行勘探；中期地質(zhì)預(yù)報一次預(yù)報20m，采用地質(zhì)雷達進行勘探；短期預(yù)報一次預(yù)報5m~10m，采用鉆孔取芯進行勘探。中長期超前地質(zhì)預(yù)報要求在進入隧道洞口50m后才可以實施。

1）長期超前地質(zhì)預(yù)報

在長期超前地質(zhì)預(yù)報中采用TSP203系統(tǒng)，在實施預(yù)測過程中，需要設(shè)立24爆破孔以及一個探測孔，在該實施過程中，第一個爆破孔距掌子面應(yīng)該在2m左右，剩下的23個爆破孔之間的孔距為1.5m，探測孔距最后一個爆破孔的距離為15m，各種孔位布置在距隧底1.5m的一條直線上。爆破孔用φ38的鉆頭進行鉆孔，孔深為1.5m，孔位向下傾斜10°~20°，探測孔用φ42的鉆頭進行鉆孔，孔深為2m，孔位向上傾斜5°~10°，以便于接受爆破地震波。準備工作完成后，需要進行測量、安裝接收器以及爆破孔裝藥、連接線路，最后是進行數(shù)據(jù)收集，以及長期TSP203預(yù)測報告。

2）中期超前地質(zhì)預(yù)報

中期地質(zhì)預(yù)報采用地質(zhì)雷達進行預(yù)報，地質(zhì)雷達是以電磁波反射為原理進行勘探的，通過勘測與含水性相關(guān)的節(jié)點常數(shù)的波動來測定含水的斷層、充水的地質(zhì)體以及巖層的性質(zhì)等等。

地質(zhì)雷達可以進行短距離（10m~40m）的勘測，它可以預(yù)報驚喜巖性的結(jié)構(gòu)變化情況。在高水壓段，TSP203對于異常體的性質(zhì)、規(guī)模、影響有判斷困難時可以利用地質(zhì)雷達進行勘測；同時，對于隧道頂部、邊墻、底部或其他出水部位隱藏的伏巖洞穴探測具有良好的效果。

預(yù)測方法 預(yù)報成果

探測充水的地質(zhì) 確定斷層、巖性和溶洞的界面，

確定異常巖體的規(guī)模、性質(zhì)、危害程度。

隧道底部、邊墻、

隧頂外或其它出水部位 可能隱伏巖溶洞穴

地質(zhì)雷達預(yù)報方法和預(yù)報成果表

不同的探測曲線的特征可以幫助判斷含水體及含水構(gòu)造存在的潛在危害。

根據(jù)工程的隧道橫切面的大小及控制橫切面上下左右?guī)r溶變化，測點的布置可以采用3種完全不同的方法。在切面底部的兩側(cè)和中心各1.6米的地方安排3個垂直向下的測點；在隧道的左右兩側(cè)的垂直邊墻安排兩個測站，分別以水平0°、仰角+10°、+20°、+30°、+40°、+50°、+60°及少部分的+70°、俯角-10°、-20°、-30°、-40°、-50°、-60°、-70°、-80°、-90°勘探；在移動車上，安排3個測站，其中，在中心測站距離隧道頂部的垂直高度為1.2米的地方，以左+50°、+60°、+70°、+80°、+90°和右、80°、+70°、+60°、+50°探測，再在距離中心點1.6m的地方分別以仰角+40°、+30°、+20°、+10°、0°和俯角-10°、-20°進行勘探。

3）短期地質(zhì)預(yù)報

在隧道的施工期間，將水平鉆孔納入施工工序中可以保證巖質(zhì)破碎地帶也能夠安全施工。正洞超前鉆孔要在每個斷面布置兩個鉆孔。

獲得的地質(zhì)信息需要進行整理分析，根據(jù)分析結(jié)果得出地質(zhì)結(jié)論。如果預(yù)測到掌子面前方巖層環(huán)境有變化的時候，應(yīng)該立刻填寫超前地質(zhì)預(yù)報通知書，送到現(xiàn)場施工隊伍的管理人員手中；如果掌子面前方的巖層環(huán)境沒有變化，但是有不利于施工進行的地質(zhì)條件或可能帶來地質(zhì)災(zāi)害的判斷是，也應(yīng)該立刻通知施工現(xiàn)場的管理人員，并提出建議，采取何種保護措施來保障施工的安全性。

短期地質(zhì)預(yù)報主要是預(yù)報地下水活動及可能構(gòu)成不穩(wěn)定地質(zhì)的塊體等情況，中期地質(zhì)預(yù)報主要預(yù)報巖層空洞等情況，長期地質(zhì)預(yù)報主要預(yù)報不同巖質(zhì)、斷層等情況。超前預(yù)報系統(tǒng)綜合了超前地質(zhì)預(yù)報的所有技術(shù)，極大限度的提高了預(yù)報的準確性和科學(xué)性，但是也有可能延緩工期、增加成本。

在項目的實施過程中，施工單位應(yīng)根據(jù)實際情況選擇預(yù)備方案，高效的利用預(yù)報方法，保正隧道施工的質(zhì)量、進度，尤其是安全。

3 結(jié)論

在實際工作中，中長短期地質(zhì)預(yù)報主要針對不同的預(yù)測主體等情況，比如，長期預(yù)報主要預(yù)測不同巖體、斷層；而中期地質(zhì)預(yù)報主要預(yù)測巖體孔洞等情況，短期預(yù)報主要預(yù)測可能構(gòu)成不穩(wěn)定塊體的大裂隙和地下水活動等情況。在新疆地區(qū)隧道施工過程中，應(yīng)該根據(jù)不同的地理環(huán)境進行綜合的技術(shù)分析，綜合超前地質(zhì)預(yù)報綜合技術(shù)，這將會有力的提升地質(zhì)超前預(yù)報的準確性。

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