綜合超前地質預報在深埋超長大隧洞TBM施工中的應用及對比研究

鄭杰

【摘要】為了能夠很好應對深埋超長隧道TBM施工中可能出現(xiàn)的各種復雜問題，必須進行綜合超前地質預報。我國在超長隧道施工中已經(jīng)使用多種超前地質預報方法，但在超長大隧道TBM施工還缺乏系統(tǒng)的對比應用預報方法。本文對某輸水工程TBM1標段使用了幾種超前地質預報方法，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預報方法。

【關健詞】深埋超長大隧洞；BTM施工；超前地質預報

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預報就顯得非常重要，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、機器設備出現(xiàn)故障等困難情況，應該不斷提高前期對地質等的勘察情況，更重要的是能夠利用高端技術對前面的情況很好的預報，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預報方法對比分析，發(fā)現(xiàn)各種方法的缺點進行不斷的改善。

1、超前地質預報工作目的和內容

1.1 超前預報目的。在進行開挖工作前能夠很好的勘察分析地形地質對安全施工有著重要的影響作用。通過超前地質預報發(fā)現(xiàn)地質中的破壞因素、具體位置、結構形式和含水量信息，確定使用怎樣的方法去預防從而找到最佳的開挖斷面和支護設計形式，并確定相應的參數(shù)形成最佳施工方案，對開挖中可能產(chǎn)生的災害的預報及時掌握所有信息，使得施工單位準備恰當?shù)拇胧╊A防減少資金損失保證足夠的施工安全性。因此隧道預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 超前預報內容。一般進行以下幾個方面的隧道工程超前預報：對不好地質和災害進行預報：預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防方法；地質中含水量的預報：預報地質中可能產(chǎn)生涌水的地方和水量的大小，研究其對水文地質和環(huán)境地質的影響程度；預報存在破碎層或斷裂層的情況：判斷破碎層的位置、性質和是否有水存在，尋找相應對策；周圍巖石穩(wěn)定性預報：通過對巖石類型的確定不斷修改施工設計和支護方法，保證其安全穩(wěn)定；預報前方可能存在的有害氣體，做好一定的防護措施。

2、超前地質預報在深埋超長TBM施工法的對比應用

超長地質預報有很多種類型，有各自的適用條件和特點。下面對該工程的TBM1標段使用幾種預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)的不好地質情況分析、推測，從而預報出前方是否存在不好的地質情況。如果TBM石渣非常均勻而且兩側巖壁沒有破裂痕跡、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問題。這是一種直接有效的通過觀察分析的預報方法。

2.2 地質分析法。此工程所使用的地質分析方法為：地質編錄測繪和巖體物探測試共同結合使用。地質編錄測繪是全面仔細的記錄巖石的特點、結構、名稱、顏色情況，有地下水存在和地應力存在時的特點。對于地質情況非常復雜的標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，因此為了能及時預報挖掘情況必須有工程在現(xiàn)場進行地質描繪，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，如果是地質環(huán)境相對簡單的情況下，只需對100-200m內進行相應性能的測試，如果地質條件等都非常復雜時需要依據(jù)具體情況通過設定一定間距鉆空完成測試。在這個工程的TBM標段所使用的物探方法是TSP超前地質預報。

TSP超前預報法是一家測量公司引進目前我國使用最多的一種預報方法。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條件的中傳播產(chǎn)生的反射波不同的特質測驗前方巖層的變化情況和周圍的地質變化，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報的目的。分析反射波分析轉換得出前方地質情況，TSP超前預報是當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，對地質條件沒有要求。能夠準確預測出相對較長距離內的掌子面情況，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，及時呈報探測結果，對工期不產(chǎn)生任何影響，節(jié)約費用為不預報的15%左右。

3、結語

在今后工程中能夠更好的預測地質情況，應該準確掌握以下情況：巖層中軟弱帶的情況、掌子面巖石變化情況、巖體內的縫隙斷裂情況等。地質超前預報是將實際探測的地址情況信息同設計進行對比，提高設計資料的質量和適用性?？傮w而言，綜合超前地質預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。

參考文獻：

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