地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

1、 查明掌子面前方的地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性狀、查明掌子面前方的地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性狀、結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征，特別是結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征，特別是溶洞、斷層、各類溶洞、斷層、各類破碎帶、巖體含水情況破碎帶、巖體含水情況，以便提前、及時(shí)、，以便提前、及時(shí)、合理地制定安全施工進(jìn)度、修正施工方案，合理地制定安全施工進(jìn)度、修正施工方案，確保施工安全、加快施工進(jìn)度確保施工安全、加快施工進(jìn)度。定量準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，是隧道施工地質(zhì)界尚未定量準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，是隧道施工地質(zhì)界尚未攻克的技術(shù)難題。攻克的技術(shù)難題。在國(guó)外，瑞士、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行隧道在國(guó)外，瑞士、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行隧道( (特別是鐵特別是鐵路、公路隧道路、公路隧道) )

2、修建過程中，隧道施工地質(zhì)工作都是非修建過程中，隧道施工地質(zhì)工作都是非常重要的、不可缺少的工序。常重要的、不可缺少的工序。目前在隧道施工期間采用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法從專目前在隧道施工期間采用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法從專業(yè)技術(shù)方面可分為業(yè)技術(shù)方面可分為地質(zhì)法和物探法地質(zhì)法和物探法兩大類。兩大類。p 一、地質(zhì)法一、地質(zhì)法1. 1. 超前導(dǎo)坑法超前導(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。超前導(dǎo)坑法可分為超前平行導(dǎo)坑和超前正洞導(dǎo)坑。u超前平行導(dǎo)坑超前平行導(dǎo)坑平行導(dǎo)坑的布置平行于正洞，斷面小而且和正洞之平行導(dǎo)坑的布置平行于正洞，斷面小而且和正洞之間有一定的距離，在施工過程中對(duì)導(dǎo)坑中遇到的構(gòu)造、間有一定的

3、距離，在施工過程中對(duì)導(dǎo)坑中遇到的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面或地下水等情況作地質(zhì)素描圖，通過做結(jié)構(gòu)面或地下水等情況作地質(zhì)素描圖，通過做地質(zhì)素地質(zhì)素描圖描圖對(duì)正洞的地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)。對(duì)正洞的地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)。(2)(2)超前正洞導(dǎo)坑超前正洞導(dǎo)坑正洞導(dǎo)坑正洞導(dǎo)坑布置在正洞中，其作用與平行導(dǎo)坑相比，布置在正洞中，其作用與平行導(dǎo)坑相比，效果更好。效果更好。但是采用超前導(dǎo)坑法進(jìn)行預(yù)報(bào)也有缺陷：一是成本但是采用超前導(dǎo)坑法進(jìn)行預(yù)報(bào)也有缺陷：一是成本太高，有時(shí)需要全洞進(jìn)行平導(dǎo)開挖；二是在構(gòu)造復(fù)太高，有時(shí)需要全洞進(jìn)行平導(dǎo)開挖；二是在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高。雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高。 2 2超前鉆孔法超前鉆孔法超前鉆孔法是在超前鉆孔法是

4、在隧道掌子面隧道掌子面上進(jìn)行鉆孔，以探明隧上進(jìn)行鉆孔，以探明隧道開挖面前方的地質(zhì)情況的一種方法。道開挖面前方的地質(zhì)情況的一種方法。鉆孔的數(shù)量、角度及鉆孔長(zhǎng)度可人為設(shè)計(jì)和控制。鉆孔的數(shù)量、角度及鉆孔長(zhǎng)度可人為設(shè)計(jì)和控制。液壓鉆孔臺(tái)車鉆進(jìn)時(shí)液壓鉆孔臺(tái)車鉆進(jìn)時(shí), ,在掌子面范圍內(nèi)布置在掌子面范圍內(nèi)布置2 24 4個(gè)個(gè)鉆孔鉆孔, ,孔深孔深5m,5m,用秒表計(jì)時(shí)用秒表計(jì)時(shí), ,記錄鉆進(jìn)各進(jìn)尺段所用時(shí)記錄鉆進(jìn)各進(jìn)尺段所用時(shí)間長(zhǎng)短來判別軟弱圍巖和不良地質(zhì)構(gòu)造的位置。間長(zhǎng)短來判別軟弱圍巖和不良地質(zhì)構(gòu)造的位置。超前地質(zhì)鉆孔法適用于隧道開挖面前方地質(zhì)情況復(fù)超前地質(zhì)鉆孔法適用于隧道開挖面前方地質(zhì)情況復(fù)雜、且又有地

5、下水出露的情況。該方法既能探明隧道雜、且又有地下水出露的情況。該方法既能探明隧道開挖面前方的開挖面前方的地質(zhì)情況地質(zhì)情況，且探孔又能起到，且探孔又能起到排水作用排水作用。其缺點(diǎn)是：其缺點(diǎn)是：在復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)報(bào)效果較差，很在復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)報(bào)效果較差，很難預(yù)測(cè)到正洞掌子面前方的小斷層和貫穿性大節(jié)理，難預(yù)測(cè)到正洞掌子面前方的小斷層和貫穿性大節(jié)理，特別是與隧道軸線平行的結(jié)構(gòu)面，其預(yù)報(bào)無反映；特別是與隧道軸線平行的結(jié)構(gòu)面，其預(yù)報(bào)無反映；鉆孔與鉆孔之間的地質(zhì)情況反映不出來。鉆孔與鉆孔之間的地質(zhì)情況反映不出來。3.3.地面地質(zhì)調(diào)查地面地質(zhì)調(diào)查 地質(zhì)調(diào)查可分為地質(zhì)調(diào)查可分為重點(diǎn)復(fù)查和全面調(diào)查重點(diǎn)復(fù)查和全面

6、調(diào)查兩類。兩類。u前者適用于地質(zhì)勘察工作做得較好、精度較高的長(zhǎng)前者適用于地質(zhì)勘察工作做得較好、精度較高的長(zhǎng)大隧道大隧道; ;u后者適用于地質(zhì)勘察工作做得較差、設(shè)計(jì)圖紙與施后者適用于地質(zhì)勘察工作做得較差、設(shè)計(jì)圖紙與施工實(shí)踐不符或嚴(yán)重不符的隧道工實(shí)踐不符或嚴(yán)重不符的隧道, ,主要是占大多數(shù)的中長(zhǎng)、主要是占大多數(shù)的中長(zhǎng)、中小隧道。中小隧道。u地質(zhì)調(diào)查的工作方法地質(zhì)調(diào)查的工作方法, ,不外穿越調(diào)查法和追索調(diào)查法不外穿越調(diào)查法和追索調(diào)查法兩種。具體調(diào)查方法和工作步驟兩種。具體調(diào)查方法和工作步驟, ,則視調(diào)查對(duì)象而定。則視調(diào)查對(duì)象而定。主要調(diào)查對(duì)象劃分如表主要調(diào)查對(duì)象劃分如表1 1所示。所示。表表 1 4

7、.掌子面編錄掌子面編錄主要是通過掌子面已揭露地質(zhì)體主要是通過掌子面已揭露地質(zhì)體(巖層、不良地質(zhì)巖層、不良地質(zhì)體等體等)進(jìn)行進(jìn)行觀測(cè)與編錄觀測(cè)與編錄,對(duì)掌子面前方一定范圍內(nèi)可能對(duì)掌子面前方一定范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的地質(zhì)體及位置及掌子面實(shí)見地質(zhì)體向掌子面前出現(xiàn)的地質(zhì)體及位置及掌子面實(shí)見地質(zhì)體向掌子面前方延伸情況進(jìn)行有依據(jù)地推斷。方延伸情況進(jìn)行有依據(jù)地推斷。對(duì)掌子面進(jìn)行地質(zhì)素描是對(duì)開挖面的地質(zhì)情況如實(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行地質(zhì)素描是對(duì)開挖面的地質(zhì)情況如實(shí)而準(zhǔn)確的反映。而準(zhǔn)確的反映。u在施工循環(huán)過程中在施工循環(huán)過程中, 爆破后或出碴后打眼裝藥前即爆破后或出碴后打眼裝藥前即可對(duì)隧道開挖工作面進(jìn)行地質(zhì)素描。可對(duì)隧道開挖工

8、作面進(jìn)行地質(zhì)素描。u正洞地質(zhì)素描的優(yōu)點(diǎn)是正洞地質(zhì)素描的優(yōu)點(diǎn)是不占用施工時(shí)間不占用施工時(shí)間，設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，不干擾施工，出結(jié)果快，預(yù)報(bào)的效果好，而且為整個(gè)不干擾施工，出結(jié)果快，預(yù)報(bào)的效果好，而且為整個(gè)隧道提供了隧道提供了完整的地質(zhì)資料完整的地質(zhì)資料；缺點(diǎn)是對(duì)與隧道夾角較；缺點(diǎn)是對(duì)與隧道夾角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報(bào)。大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報(bào)。u掌子面編錄主要內(nèi)容包括以下五個(gè)：掌子面編錄主要內(nèi)容包括以下五個(gè)：u（1）巖性）巖性:是最基本的地質(zhì)資料。主要描述巖石名是最基本的地質(zhì)資料。主要描述巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分、風(fēng)化程度等。稱、顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分、風(fēng)化程度

9、等。u（2）貫穿性節(jié)理）貫穿性節(jié)理:是造成塊體塌方的主要原因之一。是造成塊體塌方的主要原因之一。主要描述節(jié)理產(chǎn)狀、密度、寬度、延伸情況、節(jié)理面主要描述節(jié)理產(chǎn)狀、密度、寬度、延伸情況、節(jié)理面特征特征(光滑、粗糙、起伏不平光滑、粗糙、起伏不平)、出露位置等。、出露位置等。u（3）巖脈）巖脈:巖脈侵入的位置往往是地殼的薄弱點(diǎn)。巖脈侵入的位置往往是地殼的薄弱點(diǎn)。主要描述巖脈的巖性主要描述巖脈的巖性,出露位置、寬度、接觸關(guān)系、破出露位置、寬度、接觸關(guān)系、破碎情況、風(fēng)化程度等。碎情況、風(fēng)化程度等。u（4 4）斷層：是地殼上主要的構(gòu)造痕跡）斷層：是地殼上主要的構(gòu)造痕跡, ,它的形成、特性及它的形成、特性及規(guī)

10、模決定地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度規(guī)模決定地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度, ,對(duì)隧道施工影響極大對(duì)隧道施工影響極大, ,是是開挖時(shí)發(fā)生塌方的主要地質(zhì)原因之一。開挖時(shí)發(fā)生塌方的主要地質(zhì)原因之一。u針對(duì)斷層而言，主要描述針對(duì)斷層而言，主要描述斷層位置、產(chǎn)狀、斷層破碎帶寬斷層位置、產(chǎn)狀、斷層破碎帶寬度及構(gòu)造類型、斷層性質(zhì)度及構(gòu)造類型、斷層性質(zhì)及其與其它斷層的關(guān)系、派生節(jié)及其與其它斷層的關(guān)系、派生節(jié)理產(chǎn)狀、密度及充填物等。理產(chǎn)狀、密度及充填物等。u斷層露頭作圖法對(duì)斷層露頭作圖法對(duì)結(jié)構(gòu)面向開挖后方傾斜結(jié)構(gòu)面向開挖后方傾斜的斷層預(yù)報(bào)效果的斷層預(yù)報(bào)效果較好，因?yàn)閿鄬酉仍谒淼赖壮雎叮瑢?duì)巖體穩(wěn)定性影響不大較好，因?yàn)閿鄬酉仍谒淼赖?/p>

11、出露，對(duì)巖體穩(wěn)定性影響不大時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)；時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)；u對(duì)于向掌子面前方傾斜的結(jié)構(gòu)面因?yàn)橄仍陧敳砍霈F(xiàn)，預(yù)報(bào)對(duì)于向掌子面前方傾斜的結(jié)構(gòu)面因?yàn)橄仍陧敳砍霈F(xiàn)，預(yù)報(bào)時(shí)效果相對(duì)較差。時(shí)效果相對(duì)較差。u（5）地下水：水增加了隧道施工難度。地層滲水影響噴射）地下水：水增加了隧道施工難度。地層滲水影響噴射混凝土的質(zhì)量；若在斷層帶內(nèi)巖體破碎，或節(jié)理被次生粘土混凝土的質(zhì)量；若在斷層帶內(nèi)巖體破碎，或節(jié)理被次生粘土充填地段有水，則會(huì)大大降低圍巖的自穩(wěn)能力，增加坍塌的充填地段有水，則會(huì)大大降低圍巖的自穩(wěn)能力，增加坍塌的可能?？赡?。u主要描述主要描述出水點(diǎn)位置及其與斷層和節(jié)理的關(guān)系出水點(diǎn)位置及其與斷層和節(jié)理的關(guān)系、出水狀

12、態(tài)出水狀態(tài)(滴、流、涌滴、流、涌)、水味、水色、水溫、出水點(diǎn)附近有無沉淀物等。、水味、水色、水溫、出水點(diǎn)附近有無沉淀物等。同時(shí)了解水對(duì)混凝土的侵蝕性。同時(shí)了解水對(duì)混凝土的侵蝕性。u對(duì)于地下水與地表水可能存在水力聯(lián)系的地方進(jìn)行了地下水對(duì)于地下水與地表水可能存在水力聯(lián)系的地方進(jìn)行了地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)，提前確定施工中的排水措施，以防止造成涌水事動(dòng)態(tài)觀測(cè)，提前確定施工中的排水措施，以防止造成涌水事故。故。5.5.臨近前兆預(yù)測(cè)法臨近前兆預(yù)測(cè)法 很多不良地質(zhì)體很多不良地質(zhì)體( (如斷層破碎帶、暗河、老窖水如斷層破碎帶、暗河、老窖水等等) )和某些地質(zhì)災(zāi)害和某些地質(zhì)災(zāi)害( (如煤和瓦斯突出如煤和瓦斯突出) )都

13、有臨近前都有臨近前兆。施工地質(zhì)工作者正是依據(jù)這些前兆的出現(xiàn)兆。施工地質(zhì)工作者正是依據(jù)這些前兆的出現(xiàn), ,緊緊密結(jié)合地面調(diào)查、長(zhǎng)期密結(jié)合地面調(diào)查、長(zhǎng)期( (長(zhǎng)距離長(zhǎng)距離) )超前預(yù)報(bào)的成果和超前預(yù)報(bào)的成果和短期短期( (短距離短距離) )儀器探測(cè)的成果儀器探測(cè)的成果, ,預(yù)測(cè)掌子面前方不預(yù)測(cè)掌子面前方不良地質(zhì)的位置、規(guī)模良地質(zhì)的位置、規(guī)模, ,預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的可能性。預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的可能性。幾種臨近前兆：幾種臨近前兆： 1)1)斷層破碎帶臨近前兆斷層破碎帶臨近前兆節(jié)理組數(shù)的急劇增加節(jié)理組數(shù)的急劇增加。臨。臨近斷層破碎帶時(shí)近斷層破碎帶時(shí), ,節(jié)理組數(shù)可能多達(dá)節(jié)理組數(shù)可能多達(dá)6 61212組組;

14、 ;出現(xiàn)出現(xiàn)牽牽引褶曲和牽引褶皺引褶曲和牽引褶皺; ;有時(shí)會(huì)出現(xiàn)由弧形節(jié)理組成的小有時(shí)會(huì)出現(xiàn)由弧形節(jié)理組成的小型施卷構(gòu)造或旋轉(zhuǎn)節(jié)理型施卷構(gòu)造或旋轉(zhuǎn)節(jié)理; ;巖石強(qiáng)度明顯降低巖石強(qiáng)度明顯降低。逆斷層。逆斷層為主的斷層破碎帶附近會(huì)出現(xiàn)壓裂巖和破碎巖為主的斷層破碎帶附近會(huì)出現(xiàn)壓裂巖和破碎巖, ,多數(shù)多數(shù)情況下情況下, ,特別是上盤會(huì)出現(xiàn)夾泥裂巖。特別是上盤會(huì)出現(xiàn)夾泥裂巖。2)暗河臨近前兆大量出現(xiàn)暗河臨近前兆大量出現(xiàn)含有泥砂的小溶洞含有泥砂的小溶洞；鉆孔；鉆孔中的中的涌水量劇增，且夾有泥砂和小礫石涌水量劇增，且夾有泥砂和小礫石。為確保超。為確保超前預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，在施工時(shí)要及時(shí)發(fā)現(xiàn)這類前兆，前預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確

15、性，在施工時(shí)要及時(shí)發(fā)現(xiàn)這類前兆，并做到細(xì)致觀測(cè)、編錄。結(jié)合其它的超前預(yù)報(bào)成果，并做到細(xì)致觀測(cè)、編錄。結(jié)合其它的超前預(yù)報(bào)成果，經(jīng)綜合分析，做出短期經(jīng)綜合分析，做出短期(短距離短距離)超前預(yù)報(bào)或地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報(bào)或地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的警報(bào)?？赡馨l(fā)生的警報(bào)。n 1.水平聲波剖面預(yù)測(cè)法水平聲波剖面預(yù)測(cè)法(HSP法法) HSP法的基本原理是：向巖體中輻射一定頻率法的基本原理是：向巖體中輻射一定頻率的聲波，當(dāng)聲波傳播路徑中存在兩種不同介質(zhì)界面的聲波，當(dāng)聲波傳播路徑中存在兩種不同介質(zhì)界面時(shí)，聲波將發(fā)生折射、反射，時(shí)，聲波將發(fā)生折射、反射，頻譜特征頻譜特征發(fā)生變化發(fā)生變化,通通過過探測(cè)反射波信號(hào)探測(cè)反射波信號(hào)，求

16、得其傳播特征后，便可了解，求得其傳播特征后，便可了解前方的巖體特征。前方的巖體特征。 n2. 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)測(cè)法地質(zhì)雷達(dá)預(yù)測(cè)法 地質(zhì)雷達(dá)方法是一種用于探測(cè)地下介質(zhì)分布的廣譜地質(zhì)雷達(dá)方法是一種用于探測(cè)地下介質(zhì)分布的廣譜(11)電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)用電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)用1個(gè)天線發(fā)射高個(gè)天線發(fā)射高頻電磁波，另頻電磁波，另1個(gè)天線接收來自地下介質(zhì)界面的個(gè)天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波反射波。地質(zhì)雷達(dá)的雷達(dá)接收機(jī)利用分時(shí)采樣原理和數(shù)據(jù)組合方式地質(zhì)雷達(dá)的雷達(dá)接收機(jī)利用分時(shí)采樣原理和數(shù)據(jù)組合方式把天線接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；主機(jī)系統(tǒng)再將數(shù)字把天線接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；主機(jī)系統(tǒng)再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)

17、或彩色線跡信號(hào)，并以時(shí)間剖面顯示信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或彩色線跡信號(hào)，并以時(shí)間剖面顯示出來。出來。 n3 3聲波測(cè)試聲波測(cè)試 聲波對(duì)裂隙反應(yīng)很敏感，遇到聲波對(duì)裂隙反應(yīng)很敏感，遇到裂隙裂隙即發(fā)生介面效應(yīng)即發(fā)生介面效應(yīng)（反射、折射和繞射），耗損波能，波形變復(fù)雜，波速減（反射、折射和繞射），耗損波能，波形變復(fù)雜，波速減緩，此外，聲波速度的大小還和巖體強(qiáng)度有關(guān)。緩，此外，聲波速度的大小還和巖體強(qiáng)度有關(guān)。 聲波測(cè)試方法有多種，主要有巖面測(cè)試和孔內(nèi)測(cè)試聲波測(cè)試方法有多種，主要有巖面測(cè)試和孔內(nèi)測(cè)試兩種，其中孔內(nèi)測(cè)試又分為單孔和雙孔測(cè)試兩種。兩種，其中孔內(nèi)測(cè)試又分為單孔和雙孔測(cè)試兩種。巖面測(cè)試是在巖面測(cè)試是在已開

18、挖地段已開挖地段進(jìn)行的，由于隧道開挖放炮進(jìn)行的，由于隧道開挖放炮形成許多張裂隙，所測(cè)波速形成許多張裂隙，所測(cè)波速表面巖石比實(shí)際巖體的波速表面巖石比實(shí)際巖體的波速略偏低略偏低?？變?nèi)測(cè)試分單孔和雙孔兩種。單孔測(cè)試是把發(fā)射源和孔內(nèi)測(cè)試分單孔和雙孔兩種。單孔測(cè)試是把發(fā)射源和接收器放在同一孔內(nèi)，但只能測(cè)到鉆孔周圍一倍波長(zhǎng)左接收器放在同一孔內(nèi)，但只能測(cè)到鉆孔周圍一倍波長(zhǎng)左右范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。雙孔測(cè)試是把發(fā)射源和接收器放右范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。雙孔測(cè)試是把發(fā)射源和接收器放在不同的鉆孔內(nèi)，測(cè)試兩孔之間的巖體波速。在不同的鉆孔內(nèi)，測(cè)試兩孔之間的巖體波速。n4紅外探測(cè)紅外探測(cè) 所有物體都發(fā)射出不可見的紅外線能量，這能量的所有物體都發(fā)射出不可見的紅外線能量，這能量的大小與物體的發(fā)射率成正比。而發(fā)射率的大小取決于物體大小與物體的發(fā)射率成正比。而發(fā)射率的大小取決于物體的物質(zhì)和它的表面狀況。當(dāng)隧道掌子面前方及周邊介質(zhì)單的物質(zhì)和它的表面狀況。當(dāng)隧道掌子面前方及周邊介質(zhì)單一時(shí)，所測(cè)得的紅外場(chǎng)為正常場(chǎng)，當(dāng)前面存在一時(shí)，所測(cè)得的紅外場(chǎng)為正常場(chǎng)，當(dāng)前面存在隱伏含水構(gòu)隱伏含水構(gòu)造或有水造或有水時(shí)，他們所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)要疊加到正常場(chǎng)上，從而時(shí)，他們所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)