隧道信息化施工中綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

王仁其

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，工程建設(shè)方面也借助先進(jìn)的科技解決建設(shè)中存在的問題，推動(dòng)了我國(guó)工程建設(shè)的發(fā)展。尤其是在隧道信息化的施工過程中，需要對(duì)綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行一定程度的改良和應(yīng)用，繼而提高其在施工作業(yè)中的安全性和準(zhǔn)確性，使預(yù)報(bào)技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，為社會(huì)帶來更高的經(jīng)濟(jì)和安全效益。

關(guān)鍵詞：隧道；信息化施工；超前地質(zhì)；預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：U452.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）12-0079-02

在隧道施工中，合理、科學(xué)地進(jìn)行隧道信息化施工，能夠推動(dòng)我國(guó)工程建設(shè)的健康發(fā)展。在特殊的地質(zhì)段采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，使管理水平和技術(shù)相統(tǒng)一，將其在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)真正展示出來，并推動(dòng)綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。

1 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

就我國(guó)現(xiàn)階段而言，特殊地質(zhì)段的預(yù)報(bào)方法有多種，例如地面地質(zhì)調(diào)查法、TSP法和地質(zhì)雷達(dá)法等。由于我國(guó)地質(zhì)復(fù)雜，需要具體問題具體分析，針對(duì)不同的地質(zhì)問題選擇不同的預(yù)報(bào)方法。

1.1 地面地質(zhì)調(diào)查法

地面地質(zhì)調(diào)查法是長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，是依托地下地表構(gòu)造的相關(guān)性原理，對(duì)隧道附近的地段進(jìn)行初步預(yù)報(bào)，得出不良地段的外廓。它能夠預(yù)報(bào)的范圍將近200 m，在實(shí)際的施工作業(yè)中具很強(qiáng)的應(yīng)用性，且生產(chǎn)成本較低。但是，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于可預(yù)報(bào)范圍相對(duì)狹小，所以，不能對(duì)地質(zhì)的深層次進(jìn)行預(yù)報(bào)，尤其是地層的巖性變化更是難以預(yù)測(cè)，外加巖層結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜多變，這都增加了隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的難度。

1.2 TSP法

在隧道信息化施工的過程中，TSP法是綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)中最為常見的一種方法，它能通過地震波反射的特性，對(duì)隧道施工150 m內(nèi)的特殊地質(zhì)條件和巖石屬性進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。TSP法還能為隧道信息化施工提供所需的參量，例如，楊氏模量、泊松比等巖石力學(xué)的參數(shù)，推動(dòng)施工建設(shè)的穩(wěn)健開展。該方法能通過準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)技術(shù)，對(duì)圍巖級(jí)別和屬性予以信息反饋，方便施工作業(yè)的開展。目前，TSP法已被國(guó)內(nèi)外大多數(shù)隧道信息化施工建設(shè)采用，在實(shí)際應(yīng)用中能夠準(zhǔn)確地對(duì)不良地段予以信息反饋，提高施工效率。而在探測(cè)的成果圖中，斷層、節(jié)理、軟弱巖層界面都以相近的異常帶形式出現(xiàn)，差別甚小，在經(jīng)驗(yàn)不足或解釋水平不高的情況下很難區(qū)分，這就阻礙了工程的進(jìn)度。

1.3 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)法不同于以上兩種方法，它主要是短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。地質(zhì)雷達(dá)法具有分辨高、無損傷、探測(cè)和數(shù)據(jù)處理快、機(jī)動(dòng)靈活的特征。在地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)中，最大的缺點(diǎn)是可預(yù)報(bào)范疇較小，只能控制在30 m內(nèi)。在使用該方法進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)，很難克服施工隧道內(nèi)的干擾性因素，影響探測(cè)成果的準(zhǔn)確性，其所能保證的信息準(zhǔn)確度只在10 m內(nèi)。

為了規(guī)避以上三種方法中的問題，就需要利用現(xiàn)代化的新技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改良和完善。而綜合預(yù)報(bào)手段則兼顧了這三種方法的優(yōu)點(diǎn)，能夠利用科學(xué)的方法減小干擾，能夠更加科學(xué)地將數(shù)據(jù)應(yīng)用于隧道施工建設(shè)中，并對(duì)信息進(jìn)行綜合對(duì)比和分析，使之更好地服務(wù)大型隧道工程的建設(shè)和施工。

2 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑

2.1 科學(xué)理論指導(dǎo)

在隧道信息化施工過程中，通常情況下，將隧道及其周邊的地質(zhì)情況視為一個(gè)系統(tǒng)，隧道、斷層和其他不良地質(zhì)體是系統(tǒng)內(nèi)的要素，這些要素之間相互聯(lián)系、相互作用，構(gòu)成了統(tǒng)一的整體。

在對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究時(shí)，要遵循以下原則：①整體性原則。要從整體出發(fā)，明確整體性原則，即從整體出發(fā)，認(rèn)清要素之間的非加和性關(guān)系。②動(dòng)態(tài)原則。將系統(tǒng)活化，明白系統(tǒng)中的每個(gè)構(gòu)成要素都是靈活的，都是可變動(dòng)的?？傊?，說明這個(gè)大環(huán)境具有動(dòng)態(tài)性的特征。③合理優(yōu)化原則。這就要求在施工的過程中，能夠統(tǒng)籌看待施工中存在的問題，使收益最大化。例如，經(jīng)過新技術(shù)的探測(cè)可知，在隧道的圍巖中存在惡劣的地質(zhì)，類似于高應(yīng)力的軟巖問題，如果對(duì)其進(jìn)行施工和挖掘，則會(huì)影響隧道的建設(shè)，甚至導(dǎo)致形變；這時(shí)不對(duì)隧道進(jìn)行支護(hù)是合情合理的，順其自然變化，直到其形變的程度有所緩解為止。

綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法采用定性和定量?jī)煞N方法相結(jié)合，避免重大的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，保證施工和支護(hù)安全。

2.2 定性分析

定性分析需要通過地質(zhì)地面調(diào)查法，對(duì)隧道建設(shè)的范圍進(jìn)行總體預(yù)報(bào)。再根據(jù)具體情況，對(duì)問題比較大的地段，通過掌子面的編錄和素描方法，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)、詳細(xì)的分析和探討。

2.3 定量分析

定量分析是在定性分析的基礎(chǔ)上，確定隧道施工過程中劣質(zhì)地質(zhì)段的范疇和特征，通過一定的公式對(duì)其進(jìn)行精確的計(jì)算和定位。另外，還可采用一定的儀器設(shè)備對(duì)重要地段的參數(shù)進(jìn)行合理的收集和限定，做好隧道監(jiān)控作業(yè)，結(jié)合具體情況對(duì)隧道的施工建設(shè)提供一定的科學(xué)數(shù)據(jù)。

3 工程實(shí)例

以廣仁嶺上行隧道為例，對(duì)隧道信息化施工綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行分析。主要采用地面地質(zhì)調(diào)查法與TSP法相結(jié)合的方法，對(duì)分水嶺隧道進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。由于該隧道特殊的地質(zhì)條件，不適合應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)方法。

通過科學(xué)地考察地質(zhì)條件，不難發(fā)現(xiàn)該隧道有自己的形跡特征，這種特殊性能夠作為判斷艱險(xiǎn)地段地質(zhì)特性的依據(jù)。在分水嶺隧道的周圍有許多條沖溝，這些沖溝之間的落差有將近200 m的距離，沖溝的存在對(duì)地下水的流向產(chǎn)生了一定的影響。隧道出口處有嚴(yán)重的斷層問題，斷層的表面明顯不平整，且有明顯的下滑跡象。

在隧道信息化施工過程中，運(yùn)用TSP技術(shù)能夠?qū)唧w位置和地質(zhì)特性進(jìn)行精確預(yù)報(bào)。由新華夏系本身的特點(diǎn)，能夠明確最主要的信息特征，比如，分水嶺隧道的壓性面有NNE18～25的特征，由于受到一定地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，在一定程度上對(duì)斷層和形跡固有的屬性予以一定的數(shù)據(jù)表示。與此同時(shí)，對(duì)分水嶺隧道中有可能出現(xiàn)新情況予以新探測(cè)，充分綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)。

4 結(jié)束語

由于地質(zhì)構(gòu)造本身較復(fù)雜，在對(duì)其進(jìn)行施工時(shí)，需要考慮

其特殊的地質(zhì)條件，尤其是隧道信息化施工，更需要在第一時(shí)間掌握其建設(shè)和發(fā)展所需的各種參量和系數(shù)。本文主要對(duì)綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行合理、科學(xué)的分析，并通過工程實(shí)例對(duì)其進(jìn)行了具體的分析，希望能為我國(guó)隧道信息化施工提供有意義的參考和借鑒，為信息化進(jìn)程的加快奠定一定的發(fā)展基礎(chǔ)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：李玨〕