綜合超前地質(zhì)預(yù)報在深埋超長大隧洞TBM施工中的應(yīng)用及對比研究

鄭杰

摘要：為了能夠很好應(yīng)對深埋超長隧道TBM施工中可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題，必須進行綜合超前地質(zhì)預(yù)報。我國在超長隧道施工中已經(jīng)使用多種超前地質(zhì)預(yù)報方法，但在超長大隧道TBM施工還缺乏系統(tǒng)的對比應(yīng)用預(yù)報方法。本文對某輸水工程TBM1標(biāo)段使用了幾種超前地質(zhì)預(yù)報方法，通過幾種發(fā)法的對比研究找到在深埋超長大隧道TBM中最合適的綜合超前地質(zhì)預(yù)報方法。

關(guān)健詞：深埋超長大隧洞；BTM施工；超前地質(zhì)預(yù)報

【引言】：近些年地下工程項目不斷增多，我國在地下工程中機械化的發(fā)展中需要不斷尋求突破。其中TBM發(fā)展尤為迅速，在水利、交通等很多方面都有較快的使用，在一些國家大型工程中像南水北調(diào)中有很大的作用，如果仍然使用傳統(tǒng)的施工方法是很大達到要求的。TBM具有安全、節(jié)約時間、環(huán)保高效等眾多的優(yōu)勢使其得到廣泛的使用。近幾年使用TBM進行開挖的隧道已經(jīng)有1800m之多。當(dāng)前從事水利項目的施工研究者不斷發(fā)現(xiàn)TBM的施工項目，在隧道開挖長度不斷加長時能夠很好的進行綜合超前地質(zhì)預(yù)報就顯得非常重要，能夠保證隧道施工的安全高效的進行。TBM施工是只能夠不斷前進不能后退的施工方法，在施工過程中不可避免會遇到一些突發(fā)情況向塌方、機器設(shè)備出現(xiàn)故障等困難情況，應(yīng)該不斷提高前期對地質(zhì)等的勘察情況，更重要的是能夠利用高端技術(shù)對前面的情況很好的預(yù)報，這樣就減少了突發(fā)情況發(fā)生時產(chǎn)生的損失，從而使得施工很好的進行。

根據(jù)深埋超長大隧道施工中的特征，通過對某輸水工程TBM1段使用多種超前地質(zhì)預(yù)報方法對比分析，發(fā)現(xiàn)各種方法的缺點進行不斷的改善。

1、超前地質(zhì)預(yù)報工作目的和內(nèi)容

1.1超前預(yù)報目的

在進行開挖工作前能夠很好的勘察分析地形地質(zhì)對安全施工有著重要的影響作用。通過超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)現(xiàn)地質(zhì)中的破壞因素、具體位置、結(jié)構(gòu)形式和含水量信息，確定使用怎樣的方法去預(yù)防從而找到最佳的開挖斷面和支護設(shè)計形式，并確定相應(yīng)的參數(shù)形成最佳施工方案，對開挖中可能產(chǎn)生的災(zāi)害的預(yù)報及時掌握所有信息，使得施工單位準(zhǔn)備恰當(dāng)?shù)拇胧╊A(yù)防減少資金損失保證足夠的施工安全性。因此隧道預(yù)報能夠提高施工效率和保證安全高效，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟效益。

1.2超前預(yù)報內(nèi)容

一般進行一下幾個方面的隧道工程超前預(yù)報：

（1）對不好地質(zhì)和災(zāi)害進行預(yù)報：預(yù)報隧道開挖前方是否存在突然出現(xiàn)的氣體、水和爆炸等，確定范圍、規(guī)模和影響力找到合理預(yù)防方法；

（2）地質(zhì)中含水量的預(yù)報：預(yù)報地質(zhì)中可能產(chǎn)生涌水的地方和水量的大小，研究其對水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)的影響程度；

（3）預(yù)報存在破碎層或斷裂層的情況：判斷破碎層的位置、性質(zhì)和是否有水存在，尋找相應(yīng)對策；

（4）周圍巖石穩(wěn)定性預(yù)報：通過對巖石類型的確定不斷修改施工設(shè)計和支護方法，保證其安全穩(wěn)定；

（5）預(yù)報前方可能存在的有害氣體，做好一定的防護措施；

2、超前地質(zhì)預(yù)報在深埋超長TBM施工法的對比應(yīng)用

超長地質(zhì)預(yù)報有很多種類型，有各自的適用條件和特點。下面對該工程的TBM1標(biāo)段使用幾種預(yù)報方法進行對比分析。

2.1直接分析法

它是一種對施工石渣研究的方法。在進行TBM施工時不能對掌子面進行近距離詳細觀察，所以可以通過開挖時產(chǎn)生的石渣和洞壁裸露面對比已經(jīng)出現(xiàn)的不好地質(zhì)情況分析、推測，從而預(yù)報出前方是否存在不好的地質(zhì)情況。如果TBM石渣非常均勻而且兩側(cè)巖壁沒有破裂痕跡、不是特別濕潤，一般認為掌子面是沒有問題的，然后繼續(xù)不斷記錄石渣和兩側(cè)情況隨時發(fā)現(xiàn)問題。要認真觀察挖掘時的推力變化情況，當(dāng)出現(xiàn)推力突然變小并持續(xù)時，那么前面可能是存在不良地質(zhì)問題。這是一種直接有效的通過觀察分析的預(yù)報方法。

2.2地質(zhì)分析法

此工程所使用的地質(zhì)分析方法為：地質(zhì)編錄測繪和巖體物探測試共同結(jié)合使用。

地質(zhì)編錄測繪是全面仔細的記錄巖石的特點、結(jié)構(gòu)、名稱、顏色情況，有地下水存在和地應(yīng)力存在時的特點。對于地質(zhì)情況非常復(fù)雜的標(biāo)段可以使用展開圖的方式進行記錄，若情況簡單時可直接使用線柱圖表示。那些斷層、破碎層或者易產(chǎn)生巖爆區(qū)要使用相機進行拍攝進行標(biāo)記。TBM施工過程中每天的進展是非常迅速的，因此為了能及時預(yù)報挖掘情況必須有工程在現(xiàn)場進行地質(zhì)描繪，以保證工程能夠正常安全的進行施工。

2.3 物探法

巖體的物探測試實際上就是對巖洞內(nèi)巖石進行彈性測試，得出一個能產(chǎn)生巖石松動的區(qū)間范圍，如果是地質(zhì)環(huán)境相對簡單的情況下，只需對100-200m內(nèi)進行相應(yīng)性能的測試，如果地質(zhì)條件等都非常復(fù)雜時需要依據(jù)具體情況通過設(shè)定一定間距鉆空完成測試。在這個工程的TBM標(biāo)段所使用的物探方法是TSP超前地質(zhì)預(yù)報。

TSP超前預(yù)報法是一家測量公司引進目前我國使用最多的一種預(yù)報方法。它主要是對隧道和一些地下工程開發(fā)形成的一種方法，通過發(fā)射地震波在不同地質(zhì)條件的中傳播產(chǎn)生的反射波不同的特質(zhì)測驗前方巖層的變化情況和周圍的地質(zhì)變化，是否有間斷面、不規(guī)則體和碎石面等。它能夠在TBM隧道開挖時時不靠近 掌子面達到超前預(yù)報的目的。分析反射波分析轉(zhuǎn)換得出前方地質(zhì)情況，TSP超前預(yù)報是當(dāng)前比較先進的一種探測方法，在我國的地下隧道、鐵路和水利等方面中大量使用。

通過成果的對比分析得到了TSP超前預(yù)報基本可以反映前方巖層情況。并且還有一下優(yōu)點：適用條件寬泛，對地質(zhì)條件沒有要求。能夠準(zhǔn)確預(yù)測出相對較長距離內(nèi)的掌子面情況，對施工影響非常小。非常節(jié)約時間整個探測過程可以和施工同時進行，及時呈報探測結(jié)果，對工期不產(chǎn)生任何影響，節(jié)約費用為不預(yù)報的15%左右。

結(jié)語

在今后工程中能夠更好的預(yù)測地質(zhì)情況，應(yīng)該準(zhǔn)確掌握以下情況：巖層中軟弱帶的情況、掌子面巖石變化情況、巖體內(nèi)的縫隙斷裂情況等。地質(zhì)超前預(yù)報是將實際探測的地址情況信息同設(shè)計進行對比，提高設(shè)計資料的質(zhì)量和適用性?？傮w而言，綜合超前地質(zhì)預(yù)報大大減少了工程中的危險事件的發(fā)生、縮短工期、節(jié)約費用，保證了TBM施工的安全性，達到高效施工的要求。

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