隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)

【摘要】隧道工程地質(zhì)情況的復(fù)雜多變性，導(dǎo)致在隧道施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到地質(zhì)條件與勘查設(shè)計(jì)不符、圍巖條件變化大以及突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害等情況，地質(zhì)超前預(yù)報(bào)能夠?qū)λ淼狼胺絿鷰r的不良地質(zhì)情況進(jìn)行及時(shí)預(yù)測(cè)，以達(dá)到提前預(yù)防、及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理、降低工程風(fēng)險(xiǎn)的目的。本文就隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】隧道施工；地質(zhì)狀況；超前預(yù)報(bào)技術(shù)

引言

由于實(shí)際情況的復(fù)雜性，當(dāng)施工過(guò)程中遇到復(fù)雜地質(zhì)情況時(shí)，采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)措施往往比單一技術(shù)手段更具工程實(shí)用價(jià)值，因此如何結(jié)合實(shí)際情況針對(duì)不同的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行綜合分析和解釋，對(duì)于實(shí)際工程而言更具實(shí)際意義。

一、工程概況

某隧道長(zhǎng)4884.14m，屬特長(zhǎng)隧道。其西段為陡崖，東段為斜坡。隧址區(qū)地形總體呈不規(guī)則M 形狀。地勢(shì)總體西高東低，西部屬中低山峽谷地貌，絕對(duì)高程170～1035m。不良地質(zhì)現(xiàn)象有：巖溶及巖溶水，穿煤壓煤及有害氣體等。由于隧道區(qū)緊鄰峽谷，處于地下水季節(jié)變化地帶附近，地下水的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈，分布數(shù)量眾多的大型復(fù)雜干溶洞、充填溶洞及地下暗河，對(duì)工程影響較大。

二、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)

采取多種預(yù)報(bào)手段相結(jié)合的綜合預(yù)報(bào)方法，以工程地質(zhì)法（地質(zhì)素描法）進(jìn)行超前宏觀預(yù)報(bào)為前提，結(jié)合TSP-203 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、探測(cè)儀、超前探孔、超前導(dǎo)洞、經(jīng)驗(yàn)法等綜合手段，分長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、中期預(yù)報(bào)、短期預(yù)報(bào)三個(gè)階段對(duì)巖體特征、涌水、瓦斯等不良工程地質(zhì)進(jìn)行超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，具體方法如下：采用TSP 系統(tǒng)與地質(zhì)分析法相結(jié)合進(jìn)行長(zhǎng)期（長(zhǎng)距離、大于100m 范圍）地質(zhì)預(yù)報(bào)；采用儀器和鉆孔進(jìn)行30～100m 距離的中期地質(zhì)預(yù)報(bào)；采用在鉆爆循環(huán)中加深炮眼鉆孔或超前探水進(jìn)行掌子面前方幾十米范圍探測(cè)。結(jié)合掌子面地質(zhì)素描進(jìn)行掌子面作業(yè)影響區(qū)域內(nèi)的當(dāng)前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

三、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的措施及方法說(shuō)明

3.1 施工經(jīng)驗(yàn)法預(yù)測(cè)

根據(jù)投標(biāo)文件中提供的地質(zhì)資料及隧道施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)洞內(nèi)滲水、涌水特性以及施工方法、工藝類比地質(zhì)情況、施工方法及工藝。并根據(jù)類比情況對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出預(yù)報(bào)。從地質(zhì)資料及國(guó)內(nèi)已有涌水有關(guān)資料表明，下述部位將可能出現(xiàn)大量涌水、突水突泥地帶，作為地質(zhì)超前預(yù)報(bào)重點(diǎn)部位：弱可溶巖進(jìn)入強(qiáng)可溶巖的邊界部位；進(jìn)入導(dǎo)水構(gòu)造發(fā)育的向斜一翼；開(kāi)挖出現(xiàn)滲、滴水段逐漸變成線狀滲水段，前方可能出現(xiàn)集中涌水段；鉆孔時(shí)出現(xiàn)有清水變?yōu)槟嗨畷r(shí)，前方可能有溶洞；當(dāng)?shù)販爻霈F(xiàn)比已開(kāi)挖段低時(shí)。

3.2 地質(zhì)分析法預(yù)報(bào)

對(duì)地表進(jìn)行GPS 測(cè)量，繪制地形圖，計(jì)算匯水面積，判斷不良地質(zhì)，利用1/10000 的地面測(cè)繪和其它基礎(chǔ)資料對(duì)的地層界線、圍巖類別、涌水以及其他的特殊工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)地表區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和掌子面已暴露地層進(jìn)行觀測(cè)、記錄，以圖文方式及表格形式來(lái)宏觀判斷可能以發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害及其程度。

3.3 地質(zhì)儀器法預(yù)報(bào)

TSP203：傳感器能采集不同方向的地震信號(hào)，能根據(jù)地震反射波判斷發(fā)射截面的三維幾何形態(tài)，經(jīng)電腦分析，自動(dòng)得出圖像和結(jié)果。可以比較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)工作面前方100-200m 范圍內(nèi)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，解決的主要技術(shù)問(wèn)題如下：能探測(cè)工作面前方存在的斷層、破碎帶、特殊軟巖、富水巖層和煤系地層與其他地層的界線、溶洞、暗河和巖溶陷落柱，還能探測(cè)巖漿巖巖體、巖脈、孤石等特殊地質(zhì)體；能查明前述不良地質(zhì)體的位置和規(guī)模，能判別不同類別圍巖的分界線，并提供相應(yīng)巖層的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)（楊氏彈性模量、泊淞比等）；能探測(cè)和較準(zhǔn)確的解釋距離為：軟巖一般能探測(cè)250m（最大可達(dá)400m），硬巖一般能探測(cè)400m（最大可達(dá)500m），有效解釋距離為150m；對(duì)不良地質(zhì)體的地質(zhì)性質(zhì)判斷，一般較準(zhǔn)確；對(duì)不良地質(zhì)體的位置判斷精度可達(dá)90%以上；對(duì)不良地質(zhì)體的規(guī)模的判斷精度可達(dá)85%～90%以上。地質(zhì)素描及數(shù)碼相機(jī)分析法預(yù)報(bào)：利用地質(zhì)素描判定工作面前方短距離范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。掘進(jìn)施工時(shí)，派有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工程師在每循環(huán)后對(duì)工作面進(jìn)行地質(zhì)觀察、記錄，必要時(shí)照相攝影，并繪制地質(zhì)素描圖。根據(jù)掌子面地質(zhì)情況，通過(guò)對(duì)地質(zhì)素描圖的分析，用工程類比法對(duì)開(kāi)挖面前方短距離內(nèi)的巖體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，通過(guò)綜合分析判斷，提出地質(zhì)預(yù)測(cè)報(bào)告。

3.4 涌水的預(yù)測(cè)

3.4.1 超前炮眼鉆孔或超前探水鉆孔的涌水量預(yù)測(cè)

根據(jù)開(kāi)挖工作面上的超前炮眼鉆孔的涌水量預(yù)測(cè)前方幾米至幾十米的水情這種方法的原理是利用爆破后的出水量和爆破前炮眼水噴距的一定比例關(guān)系，用噴距的大小來(lái)預(yù)測(cè)開(kāi)挖后的涌水量。根據(jù)炮眼口水流射速，可以預(yù)報(bào)爆破的水量。但炮眼水噴射速度不易實(shí)測(cè)，它和炮眼水噴射的水平距離有一定的比例關(guān)系：式中：S-水平噴距（m）；v-噴射速度（m/s）；y-炮眼距隧底面高度（m）；g-重力加速度。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用工程類比法，可用噴距代替射速進(jìn)行預(yù)報(bào)，具體方法是：暫時(shí)封閉水量較小的炮眼，只留一個(gè)噴距最遠(yuǎn)的測(cè)量其噴距（如完全封閉有困難，可盡量堵塞，減小其流量）；把實(shí)測(cè)噴距，換算成標(biāo)準(zhǔn)條件下的噴距即高出隧底面10m（y=1）時(shí)的噴距；根據(jù)換算后的噴距，對(duì)涌水量進(jìn)行預(yù)報(bào)。一般噴距小于5m，為裂隙滲水和中、小股涌水，流量小于100m3/h；噴距5～9m，為小型突水，流量100～400m3/h，可加大炮眼長(zhǎng)度，試探前進(jìn)；噴距9～12m，為中型突水，流量400m3/h 以上，應(yīng)停止施工，查明情況；噴距12m 以上，為大型突水，應(yīng)停止施工，查明情況，從速處理。

3.4.2瓦斯預(yù)測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件有關(guān)資料，進(jìn)一步查明瓦斯地層分布范圍，在開(kāi)挖面快接近瓦斯地層時(shí)，加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，采用超前導(dǎo)坑法探孔，安設(shè)瓦斯遙測(cè)裝置、定點(diǎn)報(bào)警儀，查明瓦斯種類和含量，確保施工安全。

四、結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)具體的地質(zhì)情況，應(yīng)因地制宜，有效利用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)，方能建立起完整的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)體系， 才能起到真正準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)作用，從而確?？焖?、安全施工、提高施工進(jìn)度，降低工程費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐凱.隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用[J].山西建筑，2016，42（18）：163-165.

[2]黃侃. 地質(zhì)雷達(dá)與TSP在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[D].東南大學(xué)，2016.