超前地質(zhì)預(yù)報在長大隧道中的應(yīng)用與實踐

李嘉 楊曉娟

摘要:隧道超前地質(zhì)預(yù)報(Tunnel Geological Prediction)是指在隧道準(zhǔn)備動工時,對所開隧道的周圍巖石土層情況以及地質(zhì)情況和巖層土層含水情況作出的預(yù)報。針對不良的地質(zhì)條件,諸如巖層斷裂、巖層變形等情況做出正確判斷和合理措施。在隧道動工時以此來判斷開挖的正確位置,從而來保證工程的安全和資金的合理規(guī)劃。

關(guān)鍵詞:超前地質(zhì)預(yù)報隧道施工合理規(guī)劃

中圖分類號:U456.3+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0054-01

1地質(zhì)環(huán)境破壞的影響

地質(zhì)環(huán)境主要是指地下巖層圈以及地表風(fēng)化的產(chǎn)物,而不良地質(zhì)現(xiàn)象通常定義為地質(zhì)災(zāi)害,地質(zhì)災(zāi)害直接或間接的危害了人們的正常生活,并一定程度有損了經(jīng)濟(jì)建設(shè)。常見的地質(zhì)災(zāi)害諸如崩塌、山體滑坡、泥石流已經(jīng)為人們所熟悉,這些嚴(yán)總損害人們的生活甚至危及生命。但是例如地面塌陷、巖爆、突水突泥、瓦斯泄漏、土壤鹽堿化等不常見的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害也嚴(yán)重影響了社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2超前地質(zhì)預(yù)報的介紹

超前地質(zhì)預(yù)報是指采用先進(jìn)的物探和鉆探等手段來檢測和監(jiān)控在隧道、隧洞等此類地下工程施工階段其周圍土層巖層的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)以及地下水的流量情況。以此來引導(dǎo)下一步的施工,來避免工程運行階段突如其來的地下水涌水、瓦斯泄漏、沖擊地壓、地址變形等情況。來確保施工的正常和安全進(jìn)行。超前地質(zhì)預(yù)報的常用物探方法有很,但是在眾多眼花繚亂的物探方法中地震波法對地質(zhì)的超前預(yù)報是當(dāng)前地址超前預(yù)報的主流。所謂的地震波法就是利用反射的特點用地震波在彈性介質(zhì)里反射傳播,在地表通過人工向地層以下的深處釋放地震波,利用地層以下性質(zhì)結(jié)構(gòu)不同巖石土層當(dāng)作介質(zhì)傳播所釋放的地震波;在地表專業(yè)人員再利用檢波器接受所反彈出來的地震波,然后再針對時頻和振幅的特性進(jìn)行分析,從而得到低下圖層巖層的具體情況。超前地質(zhì)預(yù)報的檢測方法還有很多,例如機(jī)械鉆探(在底層斷面的若干層次進(jìn)行鉆探以此來分析巖層及土層的結(jié)構(gòu)性質(zhì))、電發(fā)檢測(分為直流電法和高密度電阻法)、電磁檢測法、紅外線法(用來探測局部施工地段地層溫度異常以及判斷地下隱藏的脈狀含水帶等)。一般,超前的地質(zhì)預(yù)報的預(yù)報內(nèi)容主要包括以下幾點。

第一,施工地帶地表以下有無有害氣體以及是否存在突水(災(zāi)害性涌水)、突泥(涌泥災(zāi)害)、巖爆的情況,再根據(jù)其可能發(fā)生的范圍及規(guī)模作出合理的施工計劃。

第二,預(yù)報施工所開挖的洞內(nèi)其用水量的的變化以及大小規(guī)律,并據(jù)此對其環(huán)境以及水文的影響。

第三,在檢測中若發(fā)現(xiàn)斷層,將其產(chǎn)生位置、斷層長度寬度、產(chǎn)生結(jié)構(gòu),以及判斷該斷層是否為充水?dāng)鄬?根據(jù)判斷結(jié)果做出相應(yīng)合理措施。

第四,預(yù)測所施工的隧洞內(nèi)是否含有害氣體,以及該氣體的成分以及含量以及動態(tài)變化情況。

3世界各國長大隧道的概況

現(xiàn)今,世界各國逐漸已經(jīng)為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展在交通運輸以及水利水電和城市排污方面建成了接近兩百條長度范圍超過十公里的長達(dá)隧道。在受到了20世紀(jì)末長達(dá)53公里的日本Sei-kan隧道以及在本世紀(jì)初通車的長達(dá)五十多公里的英－法海底隧道的影響。逐漸的,一些規(guī)模更加龐大的隧道計劃已經(jīng)落實,并且有相當(dāng)一部分已經(jīng)進(jìn)入了施工階段。例如:長達(dá)250公里的從日本福岡跨越日本海至韓國釜山的日韓海底隧道、57公里的瑞士Gotthard鐵路隧道、長達(dá)55公里自奧地利至意大利的Basis Brenner鐵路隧道以及位于挪威的Laerdal公路隧道等。自20世紀(jì)80年代至今,我國對于長達(dá)隧道的建設(shè)也有了一定的成果。從長度19公里的西康線秦嶺到衡廣復(fù)線大瑤山隧道,從西安－南京鐵路東秦嶺特長隧道到重慶－懷化鐵路圓梁山特長隧道。隨著我國西部大開發(fā)的迅速開展與進(jìn)行,在西部地區(qū)隧道的建設(shè)中面臨著一定的嚴(yán)峻考驗,從地形的高低起伏、地貌及地質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、土質(zhì)巖層的多變到交通運輸和經(jīng)濟(jì)的欠發(fā)達(dá),所以,在鐵路運輸、水利電網(wǎng)、礦物資源的開發(fā)中修建隧道甚至是長大隧道已成為發(fā)展西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵?？v觀從古到今隧道的修建歷程,長大隧道的建設(shè)的制約因素主要可以歸納為施工技術(shù)方面和可能遭遇地質(zhì)災(zāi)害。隧道的建設(shè)可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害主要有包括巖爆(沖擊地壓)、軟巖的變形、突水突泥、地溫較高以及瓦斯泄漏。

4長大隧道超前地質(zhì)預(yù)報

隧道超前地質(zhì)預(yù)報對于長大隧道的建設(shè)有著舉足輕重的地位。通過長大隧道超前預(yù)報,可以及時的發(fā)現(xiàn)異常的地質(zhì)情況,以此選擇正確的挖掘斷面,為突發(fā)的災(zāi)害性事故提供一定的信息,以提高施工效率來縮短施工周期。隧道超前地質(zhì)預(yù)報分為常規(guī)預(yù)報、成災(zāi)預(yù)報和專門預(yù)報。所謂的常規(guī)預(yù)報,就是勘測地質(zhì)工作階段的繼續(xù),它是隧道施工的一個過程,常規(guī)預(yù)報應(yīng)該以施工單位為主體,作出一定符合工程階段預(yù)報并且預(yù)報時盡量避開施工作業(yè)間斷。而成災(zāi)預(yù)報是指長大隧道施工進(jìn)行中所遇到的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害,而導(dǎo)致施工作業(yè)失去正?？刂频耐话l(fā)事件。成災(zāi)預(yù)報是在中、長距離隧道施工的主要任務(wù),對施工地段可能成災(zāi)的地質(zhì)環(huán)境作出相應(yīng)的措施,成災(zāi)預(yù)報務(wù)必有相關(guān)施工設(shè)計及其單位組成專家小組,進(jìn)行物探分析做出定量預(yù)報,并合理占用部分施工時間段。最后的專門預(yù)報就是對特殊的地質(zhì)問題進(jìn)行相應(yīng)的專業(yè)性預(yù)報,專門預(yù)報是隧道超前地質(zhì)預(yù)報的重要內(nèi)容,需要利用綜合性手段定性定量雙重考慮做出預(yù)報。長大隧道超前地質(zhì)預(yù)報的主要方法有直接預(yù)報法、地質(zhì)分析法、物探法、地質(zhì)物探綜合分析法等。直接預(yù)報法主要有水平鉆孔(在隧道內(nèi)放置水平鉆機(jī),呈水平方向鉆孔來獲取關(guān)于地質(zhì)情況的信息)、超前導(dǎo)坑(分為平行導(dǎo)坑和正洞導(dǎo)坑)兩種。為了進(jìn)一步提高長大隧道超前預(yù)報的精確率,就必須不斷的革新其勘測技術(shù),爭取獲得三維空間的巖層土層地質(zhì)情況。目前我國正在進(jìn)行的大規(guī)模的水利建設(shè)、鐵路運輸建設(shè)、資源的開采,都需要建設(shè)大量的隧道甚至長大隧道,所以先進(jìn)的長大隧道超前地質(zhì)預(yù)報就起到了關(guān)鍵的作用。長大隧道超前地質(zhì)預(yù)報是工程物理研究中的疑難問題。發(fā)展到目前來看超前預(yù)報中的工程地質(zhì)推斷和TSP、TRT等先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了一定的效果,但是仍需改進(jìn)。

綜上所述,地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)劣嚴(yán)重影響著隧道的建設(shè),同時間接制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以隧道超前地質(zhì)預(yù)報必須加大革新技術(shù),在施工過程中要求嚴(yán)謹(jǐn),利用先進(jìn)技術(shù),針對各地地質(zhì)圖層結(jié)構(gòu)的不同作出相應(yīng)地質(zhì)預(yù)報,這對隧道的建設(shè)有一定的促進(jìn)作用,同時可以節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本,提高效率,為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了一定條件。

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