超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道施工中的應(yīng)用

韓大鵬

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道施工中的應(yīng)用

韓大鵬

隧道施工是一種復(fù)雜、變化、隱蔽性以及不可預(yù)見(jiàn)性比較強(qiáng)的地下工程，在實(shí)際施工過(guò)程中由于各方面因素影響很容易出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，為了確保隧道施工的安全、順利開(kāi)展，非常有必要在隧道施工之前進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。 文章主要介紹了當(dāng)前幾種常用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，并且分析了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方法及其實(shí)際應(yīng)用。

隧道施工；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；應(yīng)用分析

近年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)取得了飛速發(fā)展，深埋隧道工程以及山區(qū)隧道工程建設(shè)日益增多；但是在進(jìn)行隧道施工的過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)涌泥、涌水、塌方等安全事故，很難有效保障隧道工程施工安全，也不能如期完工，這樣很容易威脅到施工人員的人身財(cái)產(chǎn)安全。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可以采用相關(guān)的手段以及技術(shù)提前探明隧道地質(zhì)的相關(guān)情況，然后根據(jù)探查數(shù)據(jù)提前采取相應(yīng)的防范措施，盡可能避免地質(zhì)災(zāi)害，由此可見(jiàn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可在很大程度上確保隧道施工的安全性。雖然目前已經(jīng)有多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)法，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中都存在一定局限性，有的預(yù)報(bào)方法甚至?xí)霈F(xiàn)失真情況，使預(yù)報(bào)成果誤判，為此隧道施工中應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)法的時(shí)候，應(yīng)該結(jié)合隧道工程地質(zhì)、地質(zhì)因素、水文地質(zhì)條件等各方面情況分級(jí)地質(zhì)復(fù)雜程度，綜合應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)法。

1　目前較為常見(jiàn)的幾種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)法

1.1地質(zhì)調(diào)查法

地質(zhì)調(diào)查法是一種最基本的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)法，該種方法主要包括地質(zhì)作圖、地表相關(guān)性分析、洞身地質(zhì)素描、洞內(nèi)開(kāi)挖工作面地質(zhì)素描、隧道地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查、地層分界線以及地表相關(guān)性分析等，該種方法通常適用于多種地質(zhì)類型的隧道。選擇超前地質(zhì)預(yù)報(bào)人員的過(guò)程中，一定要選擇具有豐富地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員。

1.2物探法

物探法也有多種方法，比如高分辨率直流電法、電磁波反射法、彈性波反射法以及紅外探測(cè)法等，其中彈性波反射法又包括陸地聲納法、水平聲波剖面法、負(fù)視速度法、地震反射波法等，其中最為常用的一種方法就是TSP探測(cè)法。TSP探測(cè)距離預(yù)報(bào)點(diǎn)大概100～200 m左右，基本上不會(huì)影響到隧道洞身的正常施工，而且很少會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。然而TSP探測(cè)法并不適用于查清少于2 m的不良地質(zhì)體，并不能很好的探測(cè)出溶洞以及傾角斷層的情況，更不能清晰的探測(cè)出充填性溶洞以及小溶洞。通常情況下，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)距離在30 m以下，如果屬于可溶巖地區(qū)最好是選擇地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)巖溶。

1.3超前鉆探法

超前鉆探法目前較為常用的有孔內(nèi)攝影法、加深炮孔探測(cè)法以及超前水平鉆探法等，目前最直觀、也是最直接的一種探測(cè)方法應(yīng)該是超前水平鉆探法。超前水平鉆探法的預(yù)測(cè)距離大概30～50 m左右，不管是什么類型地質(zhì)條件的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)都可以應(yīng)用；而且，在一些復(fù)雜地質(zhì)條件地段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，比如，重大物探異常區(qū)、富水巖溶發(fā)育區(qū)、富水軟弱斷層破碎帶以及煤層瓦斯發(fā)育區(qū)等。但是超前水平鉆探法的投入成本相對(duì)比較高，也會(huì)在很大程度上干擾隧道施工，因此一般地段不建議采用。加深炮眼法一般可以預(yù)測(cè)3～8 m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，對(duì)于各種地質(zhì)條件隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)都可以適用，但是在巖溶區(qū)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。加深炮眼法的操作使用方法比較簡(jiǎn)便，基本上不會(huì)干擾隧道施工，可以很好地解決巖溶發(fā)育區(qū)以及圍巖局部地下水發(fā)育等問(wèn)題。進(jìn)行加深炮眼布設(shè)的過(guò)程中一定要全面考慮地質(zhì)素描的情況，巖溶區(qū)應(yīng)該采用全斷面布置方式。

1.4超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法

這種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要由正洞超前導(dǎo)坑法以及平行超前導(dǎo)坑法兩種方法，如果預(yù)報(bào)方法不同的話，其適用范圍也會(huì)有所差異，隧道施工中選擇超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的過(guò)程中，一定要全面、仔細(xì)分析相應(yīng)地層的地質(zhì)情況，選擇合適的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)施工前方不良地質(zhì)，為隧道施工提供科學(xué)的指導(dǎo)。綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)法也就是指結(jié)合預(yù)報(bào)對(duì)象的基本特點(diǎn)，聯(lián)合采用多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，從而相互進(jìn)行印證。這種綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)方法有機(jī)結(jié)合了多種預(yù)報(bào)手段的優(yōu)勢(shì)，避免了每種預(yù)報(bào)手段的劣勢(shì)，可大大提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。但是值得一提的是，綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該選擇實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較為豐富的專業(yè)人員。

2　超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方法及其在隧道施工中的實(shí)際應(yīng)用

2.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作方法

通常情況下，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：①預(yù)測(cè)地層巖性。包括特殊巖土、破碎地層、軟弱夾層以及煤層等。②預(yù)測(cè)不良地質(zhì)。包括瓦斯發(fā)育、人為坑洞發(fā)育以及巖溶發(fā)育等情況。③預(yù)測(cè)地質(zhì)構(gòu)造。預(yù)測(cè)褶皺軸、節(jié)理密集帶以及斷層等可能會(huì)對(duì)巖體完整性構(gòu)造發(fā)育造成影響的情況。④預(yù)測(cè)地下水情況。包括富水地層、巖溶管道水、富水褶皺軸以及富水?dāng)鄬拥戎辛严端陌l(fā)育狀況。

2.2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)用于隧道施工中的體現(xiàn)

隧道施工中采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)可以對(duì)隧址區(qū)的相關(guān)地質(zhì)情況進(jìn)行全面分析，了解隧道施工過(guò)程中存在的主要地質(zhì)災(zāi)害隱患、主要工程地質(zhì)問(wèn)題以及地質(zhì)災(zāi)害分布范圍等相關(guān)情況，準(zhǔn)確判定地質(zhì)復(fù)雜程度，并且明確重點(diǎn)地質(zhì)預(yù)報(bào)地段，然后結(jié)合預(yù)報(bào)工作中的相關(guān)地質(zhì)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整隧道區(qū)段的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法、地質(zhì)復(fù)雜程度分析等。如果隧道施工中選擇綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的話，一定要綜合分析、判斷各種預(yù)報(bào)手段獲取的相關(guān)資料，確保預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

①斷層預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)斷層地質(zhì)情況的話，應(yīng)該結(jié)合縱斷面圖、工程地質(zhì)平面圖以及區(qū)域地質(zhì)資料等各方面情況進(jìn)行地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查，從而將斷層規(guī)模、性質(zhì)、位置以及產(chǎn)狀等各方面情況進(jìn)行進(jìn)一步核實(shí)。想要確定隧道內(nèi)斷層的寬度以及基本位置可以選擇彈性反射法，如果想要探測(cè)斷層帶地下水實(shí)際發(fā)育狀況可以采用高分辨直流電法或者紅外線探測(cè)法，必要的情況下，可以選擇超前水平鉆探法進(jìn)一步明確預(yù)報(bào)斷層規(guī)模、斷層位置、破碎帶物質(zhì)組成、斷層地下水發(fā)育等相關(guān)情況。如果想要對(duì)斷層大體分布位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以選擇斷層趨勢(shì)分析、加深炮眼法以及隧道內(nèi)地質(zhì)素描等多種方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

②巖溶預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)溶巖的過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合區(qū)域的地質(zhì)資料對(duì)隧址區(qū)的巖溶發(fā)育規(guī)律進(jìn)行深入研究、分析，然后按照隧道內(nèi)的地質(zhì)素描數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)復(fù)雜分級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整，選擇合適的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案，并且結(jié)合隧道內(nèi)地質(zhì)條件選擇彈性波反射法進(jìn)行中長(zhǎng)距離探測(cè)以及長(zhǎng)距離探測(cè)，從而明確具體的巖溶形態(tài)。如果是短距離探測(cè)的話，可以選擇地質(zhì)雷達(dá)，這樣可明確巖溶的形態(tài)、規(guī)模以及位置等情況。需要注意的是，如果采用超前地質(zhì)鉆探法探測(cè)富水巖溶發(fā)育地段一定要采用重疊式探測(cè)方式，如果是巖溶區(qū)，一定要采用加深炮眼法進(jìn)行探測(cè)。

綜上所述，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)于確保隧道施工的安全性具有極其重要的作用，隧道施工之前應(yīng)該結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件選擇合適的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，而且實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)該結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是一種省時(shí)、省力、經(jīng)濟(jì)的預(yù)報(bào)方案，可有效確保預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

［1］ 凌同華，張勝，李升冉.地質(zhì)雷達(dá)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)檢測(cè)信號(hào)的HHT分析法 ［J］. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012（7）.

［2］ 干昆蓉，蔣肅.對(duì)隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作的反思與探討 ［J］. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2007（9）.

［3］ 何振起，李海，梁彥忠.利用地震反射法進(jìn)行隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào) ［J］. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2000（4）.

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Application of geological forecast in tunnel construction

Han Dapeng

The construction of the tunnel is a complex，changeable，concealed and unpredictable underground engineering. In the actual construction process，due to various factors，it is very easy to encounter geological disasters，in order to ensure the safety and the smooth development of the tunnel construction，it is necessary to make geological forecast before the construction of the tunnel. This paper mainly introduces several commonly used geological prediction methods，and analyzes the working methods and practical application of geological prediction.

tunnel construction；advance geological prediction；application analysis

U 455

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