超前地質(zhì)預(yù)報在長大隧道中的應(yīng)用

祝興遠(yuǎn)

【摘要】超前地質(zhì)預(yù)報對隧道工程至關(guān)重要，因為隧道工程中發(fā)生的塌方、涌水等事故較為常見。本文結(jié)合工程實例論述了超前地質(zhì)預(yù)報的目的，并論述了地質(zhì)調(diào)查分析法、物探法、電磁波反射法、紅外探測法等探測方法。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)；預(yù)報；隧道

隨著國內(nèi)交通設(shè)施建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，隧道建設(shè)也得到了迅猛發(fā)展，隧道與其他工程相比較具有隱蔽性、復(fù)雜性強(qiáng)，地質(zhì)條件及周圍環(huán)境不確定性突出等特點，往往在隧道掘進(jìn)過程中才能發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況，因此常導(dǎo)致塌方、涌水、巖爆等各種地質(zhì)災(zāi)害，不僅會影響工程進(jìn)度，增加工程造價，甚至?xí)?dǎo)致事故發(fā)生，因此對隧道巖溶的發(fā)育情況進(jìn)行及時準(zhǔn)確的預(yù)報是保證施工安全、減輕突水、突泥等災(zāi)害的有效途徑，但由于巖溶的形成、發(fā)展和空間分布等受諸多因素影響和控制，導(dǎo)致巖溶的發(fā)育雖具有一定的規(guī)律性，但其在細(xì)觀上也有明顯地差異性，此即增大了超前預(yù)報的難度，因此如何采用單一或綜合的方法對巖溶進(jìn)行超前探測并保證成果的準(zhǔn)確性對隧道施工具有非?，F(xiàn)實的重要意義。

一 、工程概況 大獨(dú)山隧道洞身斷層破碎帶發(fā)育，部分段落處于季節(jié)交替帶，洞內(nèi)為人字坡。該隧道位于地處黔西高原向黔中丘陵過渡地帶，屬構(gòu)造 剝蝕、溶蝕中低山地貌，根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，本隧為巖溶隧道，可溶巖長度為9063m，占全隧長度的76%，隧道最大埋深約380m，洞身斷層破碎帶發(fā)育，發(fā)育區(qū)域斷層7處，物探解譯斷層11處，可溶巖與非可溶巖接觸帶6處，下穿暗河1處（位于隧道拱頂上約43m），地表村莊分布廣泛，巖溶漏斗發(fā)育，隧道通過可溶巖段，巖溶及巖溶水對隧道影響較大，遇到大型巖溶管道及溶洞可能性較大，可能發(fā)生突水、突泥現(xiàn)象，地表局部地段發(fā)生塌陷，在斷層破碎帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶多為地下水富集區(qū)，易發(fā)生突水、突泥、巖溶塌陷，隧道中段洞身埋深大，地應(yīng)力相對較高，在高地應(yīng)力下可能發(fā)生巖爆。因此本隧主要風(fēng)險為塌方，突水突泥，巖爆，危巖落石等風(fēng)險，為Ⅰ級風(fēng)險隧道。

二 、 超前隧道超前地質(zhì)預(yù)報的目的 隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報是施工安全的保障基礎(chǔ)，通過對超前地質(zhì)預(yù)報信息的提取、分析與判斷，可針對性的結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害、結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定、涌水、毒害氣體檢測等，并可進(jìn)一步查清隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)和水文條件，保證隧道施工安全，減少因隧道圍巖淺埋段發(fā)育不規(guī)律而造成大面積坍塌和地表塌陷帶來的損失；可預(yù)測隧道內(nèi)存在的熔巖空腔、暗流等地質(zhì)災(zāi)害以降低災(zāi)害發(fā)生的幾率和危害程度；可預(yù)測隧道掌子面前方巖性變化情況及圍巖類別；可預(yù)測隧道掌子面前方出現(xiàn)的斷層及破碎帶發(fā)育情況并可為優(yōu)化工程設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)；為編制竣工文件提供地質(zhì)資料。

三 、 超前預(yù)報方法

3.1 地質(zhì)調(diào)查分析法 地質(zhì)調(diào)查法是通過區(qū)域地質(zhì)資料分析、隧道軸線地表和洞內(nèi)工程地質(zhì)調(diào)查，了解隧道所出地段巖層地質(zhì)年代、圍巖巖性、結(jié)構(gòu)特征和地質(zhì)構(gòu)造等，用以預(yù)測隧道可能存在的不良地質(zhì)現(xiàn)象的類型、部位、規(guī)模，該方法應(yīng)具有可靠的地理論為基礎(chǔ)，并可做為其他預(yù)測方法的選取依據(jù)，該方法包括隧道地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查和隧道內(nèi)地質(zhì)素描等。地表調(diào)查是熟悉和確認(rèn)地層、巖性在隧道地表的出露及接觸關(guān)系，尤其是標(biāo)志層的熟悉和確認(rèn)；洞內(nèi)地質(zhì)素描則包括開挖工作面地質(zhì)素描和洞身地質(zhì)素描，主要內(nèi)容包括地質(zhì)巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶、特殊地層、人為坑道、地應(yīng)力、有害氣體及放射性危害存在的情況以及地下水的分布、出露形態(tài)及圍巖的透水性、水量、水壓等以及地下水活動時對圍巖穩(wěn)定的影響，并應(yīng)記錄不同工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件下隧道圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)方式及初期支護(hù)后的變形情況等。

3.2 物探法 彈性波反射法。是利用人工激發(fā)的地震波、聲波在不均勻地質(zhì)中產(chǎn)生的反射波特性，預(yù)報隧道開挖工作面前方的地質(zhì)情況，該方法適用于劃分地層界限，查找地質(zhì)構(gòu)造、探測不良地質(zhì)體的厚度和范圍。該工程采用TSP法，即隧道地震波法，是通過小藥量爆破所產(chǎn)生的地震波信號沿隧道方向以球面波的形式傳播，并在不同的巖層內(nèi)地震波以不同的速度傳播，而在界面部位被反射后被高精度的接收器接 收，之后通過計算機(jī)軟件對前方圍巖性質(zhì)、節(jié)理裂隙分布、軟弱巖層及含水狀況等進(jìn)行分析，最終顯示出各種圍巖構(gòu)造界面與隧道軸線相交所呈現(xiàn)的角度及距工作面的距離，工程中每次預(yù)報的距離采用100m，在完整的硬質(zhì)巖地層每次預(yù)報距離采用150m。

3.3 電磁波反射法 其原理是利用人工場源激發(fā)地下巖石， 在電流流過時產(chǎn)生的電位差， 接收不同供電頻率形成的一次場電位， 由于不同頻率的場在地層中的傳播深度不同， 所反映深度也就與頻率構(gòu)成一個數(shù)學(xué)關(guān)系，具體為采用地質(zhì)雷達(dá)探測，利用電磁波在隧道開挖工作面前方巖體中的傳播和反射，根據(jù)傳播速度和反射脈沖波走時進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報的一種物探方法，主要用于巖溶探測，亦可用于斷層破碎帶、軟弱夾層等不均勻體的探測，每25m一次，一次范圍為30m，兩次重疊長度應(yīng)在5m以上。該方法勘測深度范圍大，分辨力較高，低阻敏感性好，地形影響小且抗干擾能力強(qiáng)。

3.4 紅外探測法 即根據(jù)一切物質(zhì)都在向外輻射紅外電磁波并形成紅外輻射場，同時會將內(nèi)部地質(zhì)信息傳遞出來，地下水活動引起巖體紅外輻射場強(qiáng)度變化，干燥無水的地層和含水地層發(fā)生的紅外輻射強(qiáng)度不同，紅外探測儀通過接受和分析紅外輻射信號進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，主要用于定性判斷探測點前方有無水體存在及其方位、不能定量給出水量大小等參數(shù)，每25m一次，一次范圍為30m，兩次重疊長度應(yīng)在5m以上。

3.5 超前鉆探法 工程中采用單孔水平取巖芯鉆探法，超前探測20-30m以驗證中近距離物探超前探測的異常地段，每25m一個循環(huán)，每孔長30m，鉆孔是否取巖心應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件決定，通過對注漿孔、注漿過程記錄資料及檢查孔取芯等情況進(jìn)行分析以得出各孔不同深度處圍巖的完整性及巖溶的發(fā)育情況，一般通過卡鉆、跳鉆、鉆速驟增等情況來判斷裂隙的發(fā)育情況，溶蝕寬度主要由跳鉆或鉆速驟增的長度決定，通過返水量、返水夾雜物分析溶蝕的發(fā)育及充填情況，通過返水夾雜物的粒徑及磨圓情況分析溶蝕寬度、延伸情況及巖溶水的補(bǔ)給情況，通過注漿量、注漿壓力上升情況分析巖溶的發(fā)育情況，通過注漿質(zhì)量檢查孔的取芯情況分析巖溶的發(fā)育位置、大小；通過對超前預(yù)測預(yù)報所得的資料進(jìn)行綜合分析與評判，相互印證，并結(jié)合掌子面揭示的地質(zhì)條件，發(fā)展規(guī)律，趨勢及前兆進(jìn)行預(yù)測，判斷；根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報結(jié)果，相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整措施，工法及特殊處理措施，以確保施工安全及結(jié)構(gòu)安全，確保工程順利實施。

四 、 結(jié)論

我國隧道工程逐漸發(fā)展壯大，物探水平逐步提高，如今各種物探方法應(yīng)有盡有，但實際應(yīng)用中單一的方法往往不能滿足工程需要，因此應(yīng)避免盲目選用施工預(yù)報方法，而應(yīng)將建立與工程實際相適應(yīng)的綜合預(yù)報系統(tǒng)作為重點，力求在預(yù)報中做到準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、高效。只有這樣，我國的隧道工程才能更高效的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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