超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)在棋盤山隧道中的應(yīng)用張柯（中鐵十四局集團公司貴廣鐵路項目部賀州542800）摘要：介紹超前地質(zhì)預(yù)報基本知識總結(jié)巖溶隧道突泥突水的原因及規(guī)律分析如何用超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)分辨溶洞或者斷層關(guān)鍵詞：超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)TSP地質(zhì)雷達棋盤山隧道1工程概況棋盤山隧道位于廣西壯族自治區(qū)賀州市平桂區(qū)境內(nèi)，全長2378m，起點里程DK568+902,終點里程DK571+280。本隧道地層主要為粉質(zhì)粘土、粘土、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，共發(fā)育F1~F5共5個斷層，受構(gòu)造影響，隧道大部分裂隙發(fā)育，巖體破碎，地表低洼處巖溶洼地、巖溶漏斗發(fā)育，地表水易通過構(gòu)造帶滲入地下，雨季施工易產(chǎn)生季節(jié)性涌水。2超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)簡介2.1地質(zhì)雷達檢測所用SIR-20型地質(zhì)雷達由主機（包括液晶屏）、收發(fā)器、收發(fā)天線、變壓器、信號線、電源線、打標器連接線及系統(tǒng)軟件、后處理軟件、專用筆記本微機等組成。適合于隧道中的地質(zhì)超前預(yù)報。圖2-1-1地質(zhì)雷達實物圖地質(zhì)雷達法通常是一種地下甚高頻到微波段電磁波反射探測法。其發(fā)射器通過發(fā)射天線向隧道襯砌與圍巖中定向發(fā)射電磁波，通過反射波信號進行一系列的后處理后，計算出反射目標深度。再根據(jù)反射波的強度、形狀及其在在豎向和環(huán)向上的變化情況來判別反射目標的性質(zhì)，如斷層、空洞及破碎帶等。圖2-1-2地質(zhì)雷達原理圖2.2紅外探水紅外探測就是根據(jù)紅外輻射場曲線的異常來確定隱伏的災(zāi)害源。在隧道掘進現(xiàn)場當掌子面前方存在含水構(gòu)造時，含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常紅外輻射場會迭加到圍巖的正常輻射場上儀器顯示屏上的曲線會產(chǎn)生數(shù)據(jù)突變，而當掌子面前方?jīng)]有含水構(gòu)造時，所測的紅外輻射場為正常場值，數(shù)據(jù)曲線近似為一條直線?？稍谡谱用嫔献陨隙虏贾锰近c，見圖2-2-1利用探測面判斷含水構(gòu)造，同時在掌子面位置向其后方每隔5m對四壁探測一次見圖2-2-3、2-2-4根據(jù)紅外線的異常可判斷是否存在含水構(gòu)造圖2-2-1掌子面探點示意圖圖2-2-2隧道四壁探點示意圖圖2-2-3縱向探點示意圖由紅外探測數(shù)據(jù)記錄表可制作如下紅外探測曲線圖，以更加直觀圖4.1.1掌子面測線1波形圖圖4.2.2掌子面測線2波形圖根據(jù)波形圖，結(jié)合地形地貌，地質(zhì)分析和洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查資料，在掌子面前方，節(jié)理溶蝕裂隙發(fā)育，巖體相對較破碎，尤其在DK570+026~DK570+021段，雷達信號反射強烈，推測發(fā)育有較大溶洞。綜合歌測線探測結(jié)果，推測掌子面在DK570+034處溶洞垂直向上發(fā)育，縱向影響力約為DK570+041~DK570+021。該段施工易發(fā)生涌水突泥事故等不良地質(zhì)災(zāi)害。4.2TSP檢測為了驗證地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)準確性，超前預(yù)報領(lǐng)導(dǎo)小組采用TSP在斷面DK570+145處進一步進行探測，檢測數(shù)據(jù)圖像如下：圖4-2-1X/Y/Z分量原始記錄表圖4-2-2二維成果顯示圖利用TSPWIN軟件處理可知P波于S波波長分布基本規(guī)律，通過數(shù)據(jù)調(diào)整-帶通濾波-首波拾取-拾取處理-炮能量平衡-直達波損耗喜好Q估算-反射波提取-P波S波分離-速度分析-縱向深度平移-反射界面提取等分析處理過程，最終顯示掌子面前方與軸線相交的反射同向軸及地質(zhì)翻譯的二維成果圖，如圖4-2-2所示。從二維成果圖分析，DK570+026~DK570+021段存在反射界面，而且柏松比及Vp/Vs數(shù)值增大,且相對變化明顯,故判定該段地質(zhì)異常,圍巖完整性較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，可能存在巖層破碎帶或者溶洞，存在巖溶水。4.3水平鉆孔驗證經(jīng)過地質(zhì)雷達和TSP物探檢測,為了進一步探明前方地質(zhì)及水量情況，為下部施工及結(jié)構(gòu)安全提供依據(jù)，在掌子面布設(shè)了5個30m水平鉆孔，如圖4-3所示。圖4-3超前水平鉆孔位布置圖通過5個超前水平鉆孔顯示，孔1、孔3處在DK570+021~DK570+041段圍巖完整性較差，含大量夾層及充填物，在DK570+026~DK570+021段存在空腔，粘土充填，且從孔3向孔1方向發(fā)展。4.4成果分析及驗證超前地質(zhì)預(yù)報小組通過以上檢測方法，充分判定前方圍巖完整性差，且存在一較大向上發(fā)展溶洞，存在少量溶隙水，故及時采取措施，調(diào)整支護措施，并通知設(shè)計勘察及建設(shè)、監(jiān)理單位，做相應(yīng)變更措施以便繼續(xù)施工。由以后掌子面開挖掘進實踐證明，該位置確實存在該較大溶洞。如圖4-4-1，4-4-2所示。圖4-4-1DK570+030處掌子面圖4-4-2DK570+022處斷面5.地質(zhì)超前預(yù)報成績貴廣鐵路棋盤山隧道自2009年4月開工至2010年9月底貫通，TSP及地質(zhì)雷達、紅外探水和30m超前炮孔均全洞貫通檢測，成功的預(yù)測了大小溶洞20余處、F1~F5共計5個斷層。對異常地質(zhì)情況預(yù)測準確度達到80%以上，為后續(xù)的施工提供了寶貴的數(shù)據(jù)，規(guī)避了風(fēng)險，既保證了施工人員的安全，也保證了施工進度和質(zhì)量。6.總結(jié)1.在巖溶隧道施工中，有效運用隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，不但規(guī)避和化解了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，而且為提前制定可靠合理的施工方案提供了可靠依據(jù)。2.綜合地質(zhì)預(yù)報各種方法都存在各自局限性和適用性。在實際使用中，必須結(jié)合現(xiàn)場實際情況，合理穩(wěn)妥的選用預(yù)報方案，才能保證預(yù)報準確性。參考文獻：TZ231-2007《鐵路隧道鉆爆法施工工序及