超前地质预报在长大隧道中的应用

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　　【摘要】结合工程实例论述了超前地质预报的目的，并论述了地质调查分析法、物探法、电磁波反射法、红外探测法等探测方法。
　　【关键词】地质；预报；隧道
　　
　　引言
　　随着国内交通设施建设规模日益扩大，隧道建设也得到了迅猛发展，隧道与其他工程相比较具有隐蔽性、复杂性强，地质条件及周围环境不确定性突出等特点，往往在隧道掘进过程中才能发现不良地质情况，因此常导致塌方、涌水、岩爆等各种地质灾害，不仅会影响工程进度，增加工程造价，甚至会导致事故发生，因此对隧道岩溶的发育情况进行及时准确的预报是保证施工安全、减轻突水、突泥等灾害的有效途径，但由于岩溶的形成、发展和空间分布等受诸多因素影响和控制，导致岩溶的发育虽具有一定的规律性，但其在细观上也有明显地差异性，此即增大了超前预报的难度，因此如何采用单一或综合的方法对岩溶进行超前探测并保证成果的准确性对隧道施工具有非常现实的重要意义。
　　1 工程概况
　　大独山隧道洞身断层破碎带发育，部分段落处于季节交替带，洞内为人字坡。该隧道位于地处黔西高原向黔中丘陵过渡地带，属构造剥蚀、溶蚀中低山地貌，根据工程地质及水文地质情况，本隧为岩溶隧道，可溶岩长度为9063m，占全隧长度的76%，隧道最大埋深约380m，洞身断层破碎带发育，发育区域断层7处，物探解译断层11处，可溶岩与非可溶岩接触带6处，下穿暗河１处（位于隧道拱顶上约43m），地表村庄分布广泛，岩溶漏斗发育，隧道通过可溶岩段，岩溶及岩溶水对隧道影响较大，遇到大型岩溶管道及溶洞可能性较大，可能发生突水、突泥现象，地表局部地段发生塌陷，在断层破碎带、可溶岩与非可溶岩接触带多为地下水富集区，易发生突水、突泥、岩溶塌陷，隧道中段洞身埋深大，地应力相对较高，在高地应力下可能发生岩爆。因此本隧主要风险为塌方，突水突泥，岩爆，危岩落石等风险，为Ⅰ级风险隧道。
　　2 超前隧道超前地质预报的目的
　　隧道施工超前地质预报是施工安全的保障基础，通过对超前地质预报信息的提取、分析与判断，可针对性的结合地质灾害、结构围岩稳定、涌水、毒害气体检测等，并可进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质和水文条件，保证隧道施工安全，减少因隧道围岩浅埋段发育不规律而造成大面积坍塌和地表塌陷带来的损失；可预测隧道内存在的熔岩空腔、暗流等地质灾害以降低灾害发生的几率和危害程度；可预测隧道掌子面前方岩性变化情况及围岩类别；可预测隧道掌子面前方出现的断层及破碎带发育情况并可为优化工程设计提供地质依据；为编制竣工文件提供地质资料【1】。
　　3 超前预报方法及内容
　　3.1 地质调查分析法
　　地质调查法是通过区域地质资料分析、隧道轴线地表和洞内工程地质调查，了解隧道所出地段岩层地质年代、围岩岩性、结构特征和地质构造等，用以预测隧道可能存在的不良地质现象的类型、部位、规模，该方法应具有可靠的地理论为基础，并可做为其他预测方法的选取依据，该方法包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描等。地表调查是熟悉和确认地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系，尤其是标志层的熟悉和确认；洞内地质素描则包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描，主要内容包括地质岩性、地质构造、岩溶、特殊地层、人为坑道、地应力、有害气体及放射性危害存在的情况以及地下水的分布、出露形态及围岩的透水性、水量、水压等以及地下水活动时对围岩稳定的影响，并应记录不同工程地质条件、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式及初期支护后的变形情况等。
　　3.2 物探法
　　弹性波反射法。是利用人工激发的地震波、声波在不均匀地质中产生的反射波特性，预报隧道开挖工作面前方的地质情况，该方法适用于划分地层界限，查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。该工程采用TSP法，即隧道地震波法，是通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，并在不同的岩层内地震波以不同的速度传播，而在界面部位被反射后被高精度的接收器接收，之后通过计算机软件对前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等进行分析，最终显示出各种围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及距工作面的距离，工程中每次预报的距离采用100m，在完整的硬质岩地层每次预报距离采用150m【2】。
　　3.3 电磁波反射法
　　其原理是利用人工场源激发地下岩石, 在电流流过时产生的电位差, 接收不同供电频率形成的一次场电位, 由于不同频率的场在地层中的传播深度不同, 所反映深度也就与频率构成一个数学关系,具体为采用地质雷达探测，利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播和反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法，主要用于岩溶探测，亦可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀体的探测，每25m一次，一次范围为30m，两次重叠长度应在5m以上。该方法勘测深度范围大，分辨力较高，低阻敏感性好，地形影响小且抗干扰能力强。
　　3.4 红外探测法
　　即根据一切物质都在向外辐射红外电磁波并形成红外辐射场，同时会将内部地质信息传递出来，地下水活动引起岩体红外辐射场强度变化，干燥无水的地层和含水地层发生的红外辐射强度不同，红外探测仪通过接受和分析红外辐射信号进行超前地质预报，主要用于定性判断探测点前方有无水体存在及其方位、不能定量给出水量大小等参数，每25m一次，一次范围为30m，两次重叠长度应在5m以上。
　　3.5 高分辨直流电法
　　其原理是以以岩石的的电阻率差异为基础，探测任何地层中存在的地下水位置及相对含水量大小，如断层破碎带、溶洞、溶隙、暗河等地质水体中的地下水。
　　3.6 超前钻探法
　　工程中采用单孔水平取岩芯钻探法，超前探测20-30m以验证中近距离物探超前探测的异常地段，每25m一个循环，每孔长30m，钻孔是否取岩心应根据地质条件决定，通过对注浆孔、注浆过程记录资料及检查孔取芯等情况进行分析以得出各孔不同深度处围岩的完整性及岩溶的发育情况，一般通过卡钻、跳钻、钻速骤增等情况来判断裂隙的发育情况，溶蚀宽度主要由跳钻或钻速骤增的长度决定，通过返水量、返水夹杂物分析溶蚀的发育及充填情况，通过返水夹杂物的粒径及磨圆情况分析溶蚀宽度、延伸情况及岩溶水的补给情况，通过注浆量、注浆压力上升情况分析岩溶的发育情况，通过注浆质量检查孔的取芯情况分析岩溶的发育位置、大小；通过对超前预测预报所得的资料进行综合分析与评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件，发展规律，趋势及前兆进行预测，判断；根据超前地质预测预报结果，相应优化调整措施，工法及特殊处理措施，以确保施工安全及结构安全，确保工程顺利实施。
　　4 结论
　　随着隧道施工中物探水平逐步提高，施工地质预报的技术方法也越来越多，且探测的精度也随之增高，但实际应用中单一的方法往往不能满足工程需要，因此应避免盲目选用施工预报方法，而应将建立与工程实际相适应的综合预报系统作为重点，力求在预报中做到准确、经济、高效。
　　
　　参考文献：
　　[1]田荣，张志龙，王兰生等．公路隧道施工超前地质预报技术方法研究现状综述[J]．公路交通科技，2005，55(9)：126～ 128．（改用铁路隧道文献参考内容）
　　[2]李苍松, 何发亮, 丁建芳. 武隆隧道岩溶地质超前预报综合技术[ J]. 水文地质工程地质, 2005( 2 ).
　　
　　

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