1、長大隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報方法摘要:本文簡述了一些超前地質(zhì)預(yù)報方法的特點，提出在復(fù)雜不 良地質(zhì)條件下，運用多種方法進行預(yù)報綜合分析。以鐵路隧道為例， 說明綜合預(yù)報的科學(xué)有效性。關(guān)鍵詞:復(fù)雜地質(zhì)；隧道施工；地質(zhì)預(yù)報中圖分類號：tu74文獻標(biāo)識碼：a文章編號：在隧道工程建設(shè)中，常常出現(xiàn)設(shè)計與實際不符，導(dǎo)致隧道內(nèi)塌 方、涌水、涌泥、溶洞、巖爆等不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，影響著施工安 全、工程質(zhì)量、施工進度、工程造價。因此，在隧道施工中采用各 種技術(shù)方法對隧道掌子面前方地質(zhì)條件進行及時準確的預(yù)測、預(yù)報， 提前采取預(yù)防措施、避免災(zāi)害的發(fā)生保證隧道施工安全具有重要意 義。目前在隧道施工中采用的超前地質(zhì)預(yù)報方法分為：

2、常規(guī)地質(zhì)法 和物探法兩大類。地質(zhì)法超前預(yù)報地質(zhì)法超前預(yù)報主要內(nèi)容有：工作面巖性描述、地下水狀況、 巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等的 變化特征，結(jié)合地表地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，采用相關(guān)分析（包括結(jié)構(gòu)面統(tǒng) 計分析、構(gòu)造相關(guān)分析等）進行超前預(yù)報。主要預(yù)報隧道掌子面前 方存在的斷層、不同巖類間的接觸界面，隧道前方圍巖的穩(wěn)定性及 失穩(wěn)破壞形式等。通過分析其走向、分布高程、坡度及其與隧道平 面空間關(guān)系調(diào)查預(yù)測隧道施工揭穿造成的涌水和坍方。1.1超前導(dǎo)坑法超前導(dǎo)坑法可分為超前平行導(dǎo)坑和超前正洞導(dǎo)坑。平行導(dǎo)坑法 指的是在隧道施工過程中通過對導(dǎo)坑中遇到的結(jié)構(gòu)面、地質(zhì)構(gòu)造以 及地下水等進行素描，通

3、過素描圖來預(yù)報隧道的地質(zhì)條件。平行導(dǎo) 坑法的優(yōu)點是可以較早預(yù)報地質(zhì)條件，為隧道施工提供足夠的準備 時間，此外還可以加快工程進度并改善隧道通風(fēng)條件。超前正洞導(dǎo) 坑布置在正洞中，其作用與平行導(dǎo)坑相比，效果更好。但是采用超 前導(dǎo)坑法進行預(yù)報的缺陷：一是成本太高，有時需要全洞進行平導(dǎo) 開挖；二是在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)準確度不高。1.2水平超前探孔水平超前探孔方法是在隧道內(nèi)安放水平鉆機進行水平鉆進，根 據(jù)鉆進速度的變化、鉆孔取芯鑒定、鉆孔沖洗液的顏色、氣味、巖 粉以及在鉆探過程中遇到的其他情況來判斷。這種方法可以反映巖 體的大概情況，比較直觀，施工人員可根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況來安排 下一步的施工組織。水平超前探孔的

4、缺點是速度慢效率低，并且如 果遇到瓦斯以及水體等災(zāi)害時會釀成災(zāi)難。物探法超前預(yù)報在任意介質(zhì)中傳播的波，當(dāng)其傳播到該介質(zhì)與另一介質(zhì)的分界 面時，一部分發(fā)生反射，另一部分傳過界面折射繼續(xù)在另一介質(zhì)中 傳播。波反射法主要利用聲波、超聲波、地質(zhì)波及磁波在地層中傳 播、反射，通過信號采集系統(tǒng)接收反射信號，判釋隧道工作面前方 反射界面（斷層、軟弱夾層等）距隧道工作面的距離來進行地質(zhì)超 前預(yù)報。2.1紅外輻射測溫法地球外部的巖體溫度受地?zé)釄龅挠绊?，地?zé)釄龅淖兓葹槊?公里深度上升30C,不過地?zé)釄鲈谒椒较虻淖兓h遠小于垂直 方向。因為隧道開挖深度內(nèi)的巖體大都位于同一溫度場之中。如果 開挖掌子面的前方存

5、在著含水地層并且與巖體存在溫差時，巖體會 產(chǎn)生熱傳導(dǎo)以及對流作用，這樣一來溫度場就不再是恒溫場，而會 產(chǎn)生溫度異常場。利用紅外輻射測量溫度可以發(fā)現(xiàn)此類的溫度變 化，超前預(yù)報隧道施工前方的含水層。研究巖體含水層因為溫差而 導(dǎo)致的溫度異常場的規(guī)律可以提高該預(yù)報方法的探測能力和精度。 紅外探測的特點是可以實現(xiàn)對隧道全空間、全方位的探測，儀器操 作簡單，能預(yù)測到隧道外圍空間及掘進前方30m范圍內(nèi)是否存在隱 伏水體或含水構(gòu)造，而且可利用施工間歇期測試，基本不占用施工 時間。但這種方法只能確定有無水，至于水量大小、水體寬度、具 體的位置沒有定量的解釋。該預(yù)報方法在圓梁山隧道以及齊岳山隧 道的地質(zhì)預(yù)報中取得

6、了很好的效果。2.2 tsp202超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)tsp202超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生 的反射波特性來預(yù)報隧道掌子面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)情況。 預(yù)報長度為100200m，tsp202超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)野外觀測見圖1?？偟膩碚f，采用地震反射波法進行超前地質(zhì)預(yù)報，預(yù)報距離相 對較長，對大的構(gòu)造尤其是張性結(jié)構(gòu)面反映明顯，另外對軟硬巖的變化點也有較好的反映。圖1tsp202超前地質(zhì)預(yù)報示意圖2.3地質(zhì)雷達法利用地質(zhì)雷達進行超前預(yù)報時，當(dāng)前方巖石完整的情況下，可 以預(yù)報30m的距離；當(dāng)巖石不完整或存在構(gòu)造的條件下，預(yù)報距離 小于10m。雷達探測的效果主要取決于不同介質(zhì)的電性差異

7、，即介 電常數(shù)，若介質(zhì)之間的介電常數(shù)差異大，則探測效果就好。在洞內(nèi) 測試時，由于受干擾因素較多，往往造成假的異常，形成誤判。工程實例圓梁山隧道是渝懷線關(guān)鍵性控制工程，全長11.068km，隧道穿 越毛壩向斜和桐麻嶺背斜及其伴生或次生斷裂構(gòu)造，地層巖性以灰 巖為主。隧道存在巖溶及大規(guī)模高壓涌（突）水、淺埋段存在較大 規(guī)模的河水滲漏、硬質(zhì)巖巖爆和軟質(zhì)巖大變形等重大工程地質(zhì)問 題，此外還存在局部煤層瓦斯等問題，地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜。預(yù)報方法采用了地震反射法、水平超前探孔、紅外探水等方法 進行綜合預(yù)報。利用r24工程地震儀，采用多道共炮式進行測試， 測試記錄經(jīng)處理后認為掌子面前方存在三組負反射波組，經(jīng)反演

8、得 出異常帶位置在pdk354+975、pdk355+016和pdk354+963處，推斷 為二迭系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r地層中存在的裂隙、破碎或巖溶強烈發(fā)育 帶；利用hy-303防爆紅外探測儀探測，掌子面前方30米范圍內(nèi)有 水；利用水平鉆機在掌子面兩拱角處各鉆一孔，隧洞軸線部位布設(shè) 一深孔，依據(jù)不同的角度在掌子面上進行探孔，左側(cè)淺孔深3m時 揭露一層巖溶水，涌水量約5m3/h，淺孔孔深15m時又遇一層巖溶 水，涌水量約30m3/h，最大涌水量約80m3/h，估測該巖溶水為一 小型充填性巖溶管道水；利用tsp202超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，采用多 炮共道式測試，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理，認為在pdk355+005、pdk354+993 和pdk354+984三處圍巖完整性較差，地下水發(fā)育，存在巖溶管道等， 后經(jīng)施工開挖驗證，預(yù)報成果與開挖結(jié)果基本對應(yīng)，取得了較好的 地質(zhì)預(yù)報效果。在隧道施工過程中進行超前地質(zhì)預(yù)報，方法都有其長處和短 處，特別是在地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道中，應(yīng)綜合運用各種預(yù)報方法， 互相印證、取長補短、綜合解釋，是非常有效的超前地質(zhì)預(yù)報方法， 但是無論何種超前地質(zhì)預(yù)報都需要具有地質(zhì)基礎(chǔ)知識的專業(yè)工程 師對數(shù)據(jù)進行分析、判釋。參考文獻王錦山，