公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)用技術(shù)研究

李學(xué)華　康創(chuàng)　張春喜

【摘 要】為對TSP地震波反射法進行研究，以便進一步指導(dǎo)隧道超前地質(zhì)預(yù)報的準確實施，本文首先對現(xiàn)有超前地質(zhì)預(yù)報方法的優(yōu)缺點進行了概括總結(jié)，接著采用TSP法對云南某隧道出口ZK34+089～ZK33+980段進行了超前地質(zhì)預(yù)報。對于指導(dǎo)地質(zhì)情況類似的隧道掌子面施工具有重大意義。

【關(guān)鍵詞】超前地質(zhì)預(yù)報;隧道;TSP;掌子面

中圖分類號： U452.11文獻標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）21-0006-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.002

0 引言

近年來，我國公路建設(shè)又迎來了一次建設(shè)高潮，尤其是高速公路的建設(shè)[1]。在我國西南省份公路建設(shè)的一大難題就是公路隧道，在一些地形條件和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，不良地質(zhì)體、斷層帶、地下水豐富等又增加了隧道的施工難度[2]。在進行隧道施工時若沒有及時的對掌子面前方進行不良地質(zhì)體預(yù)報，很容易就會出現(xiàn)坍塌、突水突泥等災(zāi)害。相關(guān)研究表明，準確的超前地質(zhì)預(yù)報對于指導(dǎo)隧道的安全施工具有舉足輕重的作用[3]。國內(nèi)外隧道施工過程時，掌子面的超前地質(zhì)預(yù)報都被化為一個十分重要的環(huán)節(jié)，可見超前地質(zhì)預(yù)報對于指導(dǎo)隧道掌子面施工具有重大意義[4]。

TSP法超前預(yù)報是上世紀90年代瑞士安伯格公司研發(fā)的隧道地震預(yù)報系統(tǒng)，近年來逐步得到推廣應(yīng)用。對TSP超前預(yù)報的研究不僅可以提高實際應(yīng)用的精確性，也可更加貼合實際的指導(dǎo)施工，避免不必要的生產(chǎn)事故發(fā)生，同時可以增加相同圍巖狀態(tài)下掌子面的施工經(jīng)驗[5-7]。本文為對隧道超前地質(zhì)預(yù)報進行研究，對現(xiàn)有超前地質(zhì)方法進行了概括總結(jié)，同時采用TSP法對云南某隧道出口ZK34+089～ZK33+980段進行了超前地質(zhì)預(yù)報，為隧道施工支護提供了科學(xué)的技術(shù)依據(jù)，同時大大降低了隧道施工的風(fēng)險，對于指導(dǎo)同類隧道施工具有重大意義。本文僅采用了地質(zhì)雷達法進行了地質(zhì)預(yù)報，在實際施工過程中，為更加準確的預(yù)報地質(zhì)信息，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場其他勘測信息。

1 超前地質(zhì)預(yù)報概述

1.1 超前地質(zhì)預(yù)報主要內(nèi)容

隧道超前地質(zhì)預(yù)報主要是預(yù)測隧道掌子面前方圍巖的地質(zhì)狀況、不良地質(zhì)體的方位、圍巖性狀、水文狀況等信息，并以此來判斷隧道圍巖級別，為隧道施工支護提供技術(shù)依據(jù)、防止可能出現(xiàn)的工程險情、確保合理的施工措施，指導(dǎo)隧道安全施工，降低施工過程中遇到的風(fēng)險，力求隧道施工更加科學(xué)合理，降低風(fēng)險的同時以便更好的服務(wù)隧道施工[8]。

1.2 超前地質(zhì)預(yù)報主要方法

我國隧道超前地質(zhì)預(yù)報目前主要采用地質(zhì)調(diào)查法、地震波反射法（TSP）、紅外探測、超前地質(zhì)鉆探、電磁波反射法（地質(zhì)雷達）、加深炮孔探測、陸地聲納法七種方法[9-11]。本文從其主要內(nèi)容、優(yōu)缺點、適用范圍進行了概括總結(jié)，以便更好的指導(dǎo)隧道施工，詳見上表1。

由上表1可以看出，可依據(jù)隧道的不同圍巖特性，選擇適合超前預(yù)報措施，以便可以更好的指導(dǎo)隧道施工。本文結(jié)合云南省某某隧道的圍巖性質(zhì)，擬采用TSP地震波反射法對其進行超前預(yù)報，以便更好的指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2 工程應(yīng)用

該隧道為分離式隧道，左幅起止樁號為ZK24+915～ZK34+785，左幅長9870m。出口左幅ZK34+089～ZK33+980段設(shè)計圍巖等級為Ⅳ級，該段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整且穩(wěn)定性較好。擬采用TSP法對該段圍巖進行超前地質(zhì)預(yù)報，以便指導(dǎo)隧道掌子面施工。

2.1 現(xiàn)場檢測及分析

現(xiàn)場采用為AmbergMeasuringTechnique公司生產(chǎn)的TSP203型地質(zhì)超前預(yù)報儀，現(xiàn)場掌子面樁號為ZK34+089，在ZK34+145左右兩側(cè)邊墻上分別布置接收器2、1，距第1炮點14.7m;在ZK34+130.3～ZK34+097線路右側(cè)邊墻上布置24 炮孔，炮孔間距1.0m～3.0m，孔深為1.3m左右，S24距離掌子面8m左右，炮點布置詳見圖1。

現(xiàn)場掌子面采用兩臺階開挖，掌子面穩(wěn)定性較好，需及時支護。開挖掌子面潮濕，揭露圍巖為灰白色英安巖， 巖性為堅硬巖，弱風(fēng)化，富水性較弱，圍巖整體完整性較好，以構(gòu)造型節(jié)理或?qū)用鏋橹?，多呈塊狀，結(jié)合面中等發(fā)育，結(jié)合面好，整體穩(wěn)定性稍好，掌子面照片見圖2。

2.2 檢測結(jié)果及分析

檢測過程中，實際激發(fā)并采集地震數(shù)據(jù)24炮，但只有23炮有效。利用TSPwin軟件對所采集的數(shù)據(jù)進行處理，得到P 波、SH 波、SV 波的時間剖面、深度偏移剖面和反射層提取以及巖體物理及力學(xué)參數(shù)等成果（圖3～圖5）。

利用TSPwin軟件通過反演數(shù)值計算得出的圍巖參數(shù)如表2所示。

通過圖3～圖5以及表2可以得出隧道掌子面ZK34+089～ZK33+980段的圍巖狀況：ZK34+089～ZK34+044段圍巖縱波波速、橫波波速、泊松比值較為穩(wěn)定，動態(tài)楊氏模量等物性參數(shù)稍微降低;強反射界面及繞射異常密集。該段圍巖與已開挖段近似，預(yù)測出露巖性應(yīng)為英安巖，中厚層狀，地層單斜。ZK34+044～ZK34+010段縱橫波波速降低，泊松比值降低、動態(tài)楊氏模量等物性參數(shù)值降低。該段圍巖物性較上一段稍有變好的趨勢，預(yù)測出露巖性仍為英安巖，中風(fēng)化，中厚層狀為主，地層單斜，繼續(xù)存在順層偏壓問題，節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎，局部可能有褶曲和小型斷層等次生構(gòu)造發(fā)育。ZK34+010～ZK33+980段縱波波速上升、橫波波速變化不大，泊松比值上升，動態(tài)楊氏模量等物性參數(shù)略微降低;強反射界面及繞射異常不密集。該段圍巖較已開挖段好，預(yù)測出露巖性應(yīng)為英安巖，巨塊狀，地層單斜。

依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求，可以預(yù)測ZK34+089～ZK34+980段圍巖狀況：節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整，呈塊狀結(jié)構(gòu)，圍巖整體穩(wěn)定性較好，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，地下水不豐富，可以按照Ⅳ級圍巖施工。

3 小結(jié)

本文對現(xiàn)有超前地質(zhì)預(yù)報常用方法進行了概括總結(jié)，并采用TSP法進行了實際工程應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)TSP法可以較為準確的預(yù)報前方掌子面的圍巖狀況，對于指導(dǎo)圍巖情況較為復(fù)雜的隧道具有重要意義。目前我國超前地質(zhì)預(yù)報還處于探索階段，相應(yīng)技術(shù)仍待完善。

【參考文獻】

[1]榮耀，孫斌，孫洋.超前地質(zhì)預(yù)報在隧道圍巖動態(tài)分級預(yù)測中的應(yīng)用[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，36（6）：18-23.

[2]劉陽飛.超特長隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報工法研究與應(yīng)用[D].成都理工大學(xué)，2016.

[3]張聰.復(fù)雜地質(zhì)情況下超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)研究[D].石家莊鐵道大學(xué)，2015.

[4]周建春，李衛(wèi)民，魏琴，等.復(fù)雜環(huán)境大斷面隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)與工程應(yīng)用[J].中外公路，2016（4）：238-241.

[5]朱自強，郭有軍，劉濤影.地質(zhì)雷達超前地質(zhì)預(yù)報正演模擬及應(yīng)用研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2018（1）：148-155.

[6]劉新榮，劉永權(quán)，楊忠平，等.基于地質(zhì)雷達的隧道綜合超前預(yù)報技術(shù)[J].巖土工程學(xué)報，2015，37（s2）：51-56.

[7]周輪，李術(shù)才，許振浩，等.隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)及其工程應(yīng)用[J].山東大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2017，47（2）：55-62.

[8]羅浚，徐劍波，陳建平.隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)應(yīng)用研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2017，14（4）：811-818.

[9]許濤.綜合超前地質(zhì)預(yù)報在蒙華鐵路隧道中的應(yīng)用研究[D].蘭州交通大學(xué)，2017.

[10]雒成賢.GPR地質(zhì)雷達法與TSP法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的運用[J].中國高新區(qū)，2018（12）：42.

[11]袁宗征.地質(zhì)雷達在巖溶隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)， 2018（2）：58-61.