隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)應(yīng)用研究

陳勃汐

摘要：隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)在隧道工程中廣泛應(yīng)用，但由于地質(zhì)條件的差異性，對其應(yīng)用的研究還需要進(jìn)一步的探討。本文結(jié)合某隧道斜井工程中隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)方式，在應(yīng)用中有利于全面分析超前地質(zhì)預(yù)報工作內(nèi)容與方法的選擇和實(shí)施程序，并針對本工程介紹了本工程采用的預(yù)測方法的應(yīng)用，供工程技術(shù)人員參考。

Abstract： The tunnel advanced geological prediction technology is widely used in tunnel engineering. However， due to the differences in geological conditions， the research of its application needs further discussion. This paper combines the tunnel advanced geological prediction technology way in a tunnel inclined shaft project， which is beneficial to comprehensively analyze the selection and implementation procedures of the advanced geological prediction work content and method， and introduces the application of the prediction method adopted in this project， to provide reference for engineering and technical personnel.

關(guān)鍵詞：超前地質(zhì)預(yù)報；工作內(nèi)容；預(yù)報方法；實(shí)施程序

Key words： advanced geological prediction；work content；forecasting method；implementation procedure

中圖分類號：U452.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0151-04

1 工程概況

某隧道斜井位于遼寧省本溪市草河口鎮(zhèn)正溝村，斜井施工主要目的是配合、保證主體重點(diǎn)工程于家?guī)X隧道工期及施工要求，與正線交點(diǎn)里程DK113+100，正線夾角45°。根據(jù)工期、施工要求，于家?guī)X隧道斜井作為施工輔助坑道，采用雙車道無軌運(yùn)輸，斷面為7.5m×6.04m（寬×高），坡度8.48%，總施工長度為291.08m。

2 超前地質(zhì)預(yù)報的主要工作內(nèi)容

超前地質(zhì)預(yù)報，最為主要的工作內(nèi)容詳細(xì)為表1。

3 針對某客專隧道風(fēng)險控制預(yù)報方法的選擇

目前常用隧道的超前地質(zhì)預(yù)報方式，可以根據(jù)具體的距離情況，明確地質(zhì)預(yù)報內(nèi)容，了解短距離隧道的預(yù)報方式與長距離預(yù)報方式。對于長距離方式而言，在實(shí)際使用的過程中，主要進(jìn)行超前地質(zhì)的預(yù)報處理，在TRT6000超前探測的情況下，使用科學(xué)方式拉長預(yù)報距離。對于短距離的預(yù)報方式而言，主要使用雷達(dá)方式進(jìn)行探測處理，在紅外線技術(shù)的支持下，形成合理的工作模式，了解是否出現(xiàn)異常問題，在全面了解支護(hù)結(jié)構(gòu)與掌子面結(jié)構(gòu)的情況下，獲取綜合的資料，進(jìn)行合理分析預(yù)報處理，保證提升預(yù)報工作準(zhǔn)確性與可靠性。

①所有隧道均首先采用地質(zhì)調(diào)查法和TRT6000超前探測系統(tǒng)進(jìn)行長距離（掌子面前方約100～120m）的超前探測，確定地質(zhì)構(gòu)造、地層分界和不良地質(zhì)范圍等。對于地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道采用物探法進(jìn)行進(jìn)一步預(yù)報。②當(dāng)TRT6000超前探測為風(fēng)化層、斷層破碎帶、富水層帶、溶洞等不良地質(zhì)時，采用精確度更高的地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行短距離探測（掌子面前方約20～30m），進(jìn)一步驗(yàn)證不良地質(zhì)的位置、規(guī)模和巖性。③對富水地段采用紅外線探水儀對地下水儲存狀況進(jìn)行探測。④對地質(zhì)調(diào)查、TRT6000超前探測、地質(zhì)雷達(dá)法及紅外探水等方法預(yù)報可能為富水軟弱斷層破碎帶、富水巖溶發(fā)育區(qū)、煤層瓦斯發(fā)育區(qū)、重大物探異常區(qū)段，采用超前地質(zhì)鉆探法進(jìn)行驗(yàn)證。

針對本隧道工程比重較大，部分隧道斷裂構(gòu)造發(fā)育，軟弱圍巖等不良地質(zhì)分布范圍較大，存在淺埋、地表失水、等多種風(fēng)險因素，施工風(fēng)險大。依據(jù)不同超前地質(zhì)預(yù)報方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，已經(jīng)要求在每層區(qū)域、突水區(qū)域與斷層破碎帶區(qū)域中，使用超前預(yù)報方式開展工作，在長距離預(yù)報方式的支持下，可形成短距離的工作模式，并創(chuàng)建多種預(yù)報體系，在超前預(yù)報處理的情況下，提升成果的準(zhǔn)確性。

根據(jù)某客運(yùn)專線重點(diǎn)隧道風(fēng)險評估報告，結(jié)合風(fēng)險評估報告對本段隧道中，經(jīng)常會出現(xiàn)風(fēng)險問題，應(yīng)明確其中是否出現(xiàn)地質(zhì)不良問題，使用科學(xué)的搭配方法開展工作?，F(xiàn)就對于家?guī)X隧道根據(jù)預(yù)報內(nèi)容采取的多種預(yù)報方法繪表如表2所示。

4 超前地質(zhì)預(yù)報的實(shí)施程序

超前地質(zhì)預(yù)報綜合預(yù)報法實(shí)施程序見圖1所示。

4.1 宏觀超前地質(zhì)預(yù)報的實(shí)施程序

在開展施工準(zhǔn)備工作中，應(yīng)結(jié)合隧道工程的施工特點(diǎn)，使用超前地質(zhì)勘查的方式，獲取基本資料數(shù)據(jù)信息，在工程地質(zhì)法的支持下，明確隧洞地層界線數(shù)據(jù)信息，了解圍巖的具體類別，并在涌水方面進(jìn)行預(yù)測處理，明確是否出現(xiàn)特殊工程的問題。

①應(yīng)針對區(qū)域之內(nèi)的地質(zhì)資料進(jìn)行合理的收集與整理，在全面調(diào)查的情況下，明確是否出現(xiàn)了斷裂發(fā)育的現(xiàn)象，總結(jié)規(guī)律，判斷規(guī)模與方向，以此形成地質(zhì)災(zāi)害的分析機(jī)制。②在超前預(yù)報的過程中，應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)勘查資料的獲取，合理預(yù)測工程與水文地質(zhì)情況，合理開展研究工作。③應(yīng)結(jié)合具結(jié)果情況，進(jìn)行巖性的分布分析，了解構(gòu)造特點(diǎn)，明確涌水問題的特點(diǎn)，在了解圍巖類別的情況下，進(jìn)行樁號范圍的分析，在提出預(yù)報處理建議的情況下，進(jìn)行開挖調(diào)整處理。

4.2 長期（長距離）超前地質(zhì)預(yù)報的實(shí)施程序

在使用多種類型技術(shù)方式進(jìn)行勘察的過程中，應(yīng)開展定性預(yù)報與定量預(yù)報工作，進(jìn)行掌子面前100m范圍之內(nèi)不良土質(zhì)的分析，如圖2所示。

①對于長期類型的超前地質(zhì)預(yù)報而言，主要可以劃分成為宏觀不良地質(zhì)、隧道長距離探測工作，在這兩種勘察技術(shù)的支持下，可促進(jìn)綜合預(yù)報的合理實(shí)施與發(fā)展，形成良好的工作模式。在工程中，應(yīng)科學(xué)的使用地質(zhì)分析方式，明確不良地質(zhì)特點(diǎn)，合理的進(jìn)行預(yù)報，然后使用TRT6000技術(shù)開展研究工作，在隧道之內(nèi)的120m距離之內(nèi)進(jìn)行長距離處理，采取合理措施提升工作效果。②在對掌子面前方相關(guān)巖石界線與斷層進(jìn)行預(yù)報分析的時候，需明確是否出現(xiàn)不良地質(zhì)，在明確位置規(guī)模的情況下，科學(xué)開展判斷工作，以此形成科學(xué)化與合理化的工作模式，確保全面判斷不良巖石的等級特點(diǎn)。③對于一次預(yù)報而言，需將長度控制在120m左右，每次預(yù)報的長度都符合要求，重復(fù)段為20m左右。

4.3 短期（短距離）預(yù)報的實(shí)施程序

對于短距離的預(yù)報工作而言，需結(jié)合具體的地質(zhì)預(yù)報特點(diǎn)與要求，將長期超前預(yù)報作為基礎(chǔ)內(nèi)容，針對掌子前面50m左右的區(qū)域地質(zhì)條件進(jìn)行合理的分析，明確圍巖的具體類型。如圖3所示，在工作中需要合理使用先進(jìn)的儀器設(shè)備。

①主要是通過工程地質(zhì)法、經(jīng)驗(yàn)法等相互結(jié)合在一起，在雷達(dá)技術(shù)的支持下，明確地質(zhì)標(biāo)志，了解不良地質(zhì)情況，在分析暴露位置的情況下，科學(xué)開展預(yù)測判斷活動，預(yù)測不良地質(zhì)的實(shí)際規(guī)模與相關(guān)位置。②對于短期預(yù)報而言，可以將其劃分成為兩種類型，其一，就是巖體具有一定的完整性特點(diǎn)，將預(yù)報距離控制在50m左右，可以提升信息的反映效果。其二就是呈現(xiàn)裂隙發(fā)育特點(diǎn)，巖體較為破碎，不能更好地反映數(shù)據(jù)信息，將預(yù)報距離控制在25m左右。③對于此類預(yù)報方式而言，主要成果就是針對地質(zhì)巖性特點(diǎn)、地下水情況等進(jìn)行合理的分析，在短期與長期預(yù)報方式相互結(jié)合的情況下，進(jìn)行精確的預(yù)報處理，以此形成不良地質(zhì)的分析模式，確保在合理預(yù)報的情況下，進(jìn)行嚴(yán)格分析。

5 超前地質(zhì)預(yù)報的預(yù)測方法

本隧道斜井施工采用TRT6000法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，TRT6000地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)是利用地震波的反射原理進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報。檢測時通過錘擊或激震器產(chǎn)生地震波，地震波在隧道中的巖體內(nèi)傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W(xué)阻抗差異界面時，一部分信號被反射回來，一部分信號透射進(jìn)入前方介質(zhì)。聲學(xué)阻抗的變化通常發(fā)生在地質(zhì)巖層界面或巖體內(nèi)不連續(xù)界面（如斷層、破碎帶、溶洞、大的節(jié)理面等）。反射的地震波信號被高靈敏地震信號傳感器接收并被記錄主機(jī)記錄下來，然后經(jīng)專門的O-RV3D軟件進(jìn)行分析處理，對地震波進(jìn)行疊加，就得到清晰的異常體的層析掃描三維圖象。再通過對異常體的里程、形狀、大小、走向，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、跟蹤觀測地質(zhì)資料就可以確定隧道前方及周圍區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置和特性。

5.1 傳感器的安裝

TRT系統(tǒng)的傳感器布點(diǎn)采用立體布點(diǎn)方式，在隧道左右邊墻分別布設(shè)4個傳感器，拱頂布設(shè)兩個傳感器，共10個傳感器。安裝位置示意圖（如圖4所示），傳感器及安裝分別如圖5、圖6所示。

5.2 擊震點(diǎn)布置

擊震點(diǎn)布置（如圖4所示）在掌子面后方的裸露的巖體（或已到強(qiáng)度的初期支護(hù)）上，使用專用的擊震棒擊震即可，不需要提前打炮眼（較之其它預(yù)報采用鉆眼爆破方式擊震，更安全，更節(jié)省人工費(fèi)用）。

5.3 數(shù)據(jù)采集及處理

數(shù)據(jù)采集時應(yīng)按錘擊點(diǎn)順序逐一進(jìn)行，記錄不好或存在干擾時應(yīng)重新錘擊。對采集的數(shù)據(jù)及時經(jīng)專用軟件分析處理后，經(jīng)綜合分析可對前方地質(zhì)情況做出判斷，一般巖層探測深度120m左右。提交資料包括：TRT野外記錄表；原始波形記錄；二維和三維反射界面的透視圖像；聲波軌跡、頻譜、速率和位移結(jié)果；地質(zhì)解釋結(jié)果。

5.4 報告整理

根據(jù)有關(guān)要求應(yīng)及時提供超前預(yù)報資料或中間成果資料，主要是各個已探測點(diǎn)的資料分析結(jié)果及合理建議，指導(dǎo)下一步施工。成果報告整理分析要求如下：①階段成果報告做到項(xiàng)目齊全，數(shù)據(jù)可靠，方法合理，圖表完整。②最終報告能反映本合同重大不良地質(zhì)體詳查的全部成果，做到內(nèi)容全面，條理清楚，文字簡潔，論據(jù)充分，結(jié)論明確。

6 結(jié)束語

本工程經(jīng)過實(shí)證，超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)取得了良好的效果，保證了工程安全順利開展。隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)應(yīng)結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，采用合理、適宜的預(yù)測方法和技術(shù)，有針對性地開展超前地質(zhì)預(yù)報工作。

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