各種隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法優(yōu)缺點分析

1、各種隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法優(yōu)缺點分析隧道超前地質(zhì)預(yù)報是在施工前期地質(zhì)勘查成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步查明掌子面前方一定范圍內(nèi)圍巖的地質(zhì)條件。超前探測地層巖性、軟弱層的位置、巖體完整 程度、斷裂帶位置及寬度、圍巖富水性等不良地質(zhì)以及隱伏的重大地質(zhì)問題。為 隧道信息化設(shè)計、支護(hù)參數(shù)變更及施工方案優(yōu)化提供依據(jù)，指導(dǎo)施工順利進(jìn)行， 確保施工安全。中交路橋科技有限公司專業(yè)從事隧道超前地質(zhì)預(yù)報，小喬接下來將為您介紹目前工程上主要用到的超前地質(zhì)預(yù)報方法： 地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、 物探法、超前導(dǎo)坑預(yù)報法、數(shù)碼成像技術(shù)等。1地質(zhì)調(diào)查法地質(zhì)調(diào)查法是根據(jù)隧道已有勘察資料、地表補充地質(zhì)調(diào)查資料和隧道內(nèi)地質(zhì) 素描，通過地層層序

2、對比、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析、斷層要素與隧道幾何參數(shù)的相關(guān)性分析、 臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的前兆分析等， 利用常 規(guī)地質(zhì)理論、地質(zhì)作圖和趨勢分析等，推測開挖工作面前方可能揭示地質(zhì)情況的 一種超前地質(zhì)預(yù)報方法。優(yōu)點：地質(zhì)調(diào)查法不占用施工時間，該方法設(shè)備簡單（地質(zhì)羅盤）、操作方 便、預(yù)報效率高、效果好、費用低，且能為整座隧道提供完整的地質(zhì)資料。缺點：對與隧道交角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報，對操作人員地 質(zhì)知識水平要求較高，一般要求專業(yè)地質(zhì)人員來完成。2、物探法2.1電磁波反射法電磁波反射法超前地質(zhì)預(yù)報主要采用地質(zhì)雷達(dá)法。中交路橋科技有限公司擁 有多套地質(zhì)雷達(dá)，地質(zhì)雷達(dá)探測是利

3、用電磁波在隧道開挖工作面前方巖體中的傳 播及反射，根據(jù)傳播速度、反射走時和波形特征進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報的一種物探方 法。優(yōu)點：將發(fā)射天線和接收天線集于一體，具有分辨率高、快速、無損、連續(xù) 檢測、實時顯示等特點。在地表探測530m范圍內(nèi)的地下地層或地質(zhì)異常體（溶 洞、土洞、斷裂、空隙等）反射信號還是比較明顯的，也是一種比較理想的手段。缺點：儀器密封性差，洞內(nèi)不易防水、防潮、防塵，易造成儀器損壞，特別 是沒有專門的天線，操作起來費時費力，且效果不好；探測距離太短，一次只能 探測530m隧道內(nèi)的環(huán)境條件與地質(zhì)雷達(dá)的理論基礎(chǔ)一一半無限空間不吻合，加之洞內(nèi)鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼軌等金屬構(gòu)件的影響，探測結(jié)果

4、一般不太理想。2.2 地震波反射法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)報隧洞掌子面前方及 周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)情況，可以檢測出掌子面前方巖性的變化，可以在鉆爆法或 TBM開挖的隧道中使用，而不必接近掌子面。該法有效預(yù)報距離100200m優(yōu)點：適用范圍廣，適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。預(yù)報距離長，能預(yù)報掌子面前方100200m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越 完整，預(yù)報長度就越大。對隧道施工干擾小，它可在隧道施工間隙進(jìn)行提父資料及時，在現(xiàn)場米集數(shù)據(jù)的第天即可提父正式成果報告。缺點：其預(yù)報地質(zhì)體距離掌子面的位置是根據(jù) 24個爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質(zhì)體反射波到達(dá)接收器的

5、時間來確定的，由于彈性波速度的差異而導(dǎo)致地質(zhì)體預(yù)報位置與實際情況有所差異。預(yù)報斷層、軟弱結(jié)構(gòu)面等面狀結(jié)構(gòu)反射信號較為明顯，對小型溶洞反映不明 顯。2.3 高分辨直流電法高分辨直流電法是以巖石的電性差異（電阻率差異）為基礎(chǔ)，在全空間條件 下建立電場，電流通過布置在隧道內(nèi)的供電電極在圍巖中建立起全空間穩(wěn)定電 場，通過研究地下電場的分布規(guī)律，并根據(jù)視電阻率分布圖預(yù)報開挖工作面前方 儲水、導(dǎo)水構(gòu)造分布和發(fā)育情況的一種直流電法探測技術(shù)。優(yōu)點：適用于探測地層中存在的地下水位置及含水量大小。2.4 瞬變電磁法瞬變電磁法是一種時間域的電磁探測方法， 介質(zhì)在一次電流脈沖場激勵下會產(chǎn)生渦流，在脈沖間斷期間渦流不會

6、立即消失，在其周圍空間形成隨時間衰減的 二次磁場。二次磁場隨時間衰減的規(guī)律主要取決于異常體的導(dǎo)電性、體積規(guī)模和埋深，以及發(fā)射電流的形態(tài)和頻率。因此，可以通過接收線圈測量的二次場空間 分布形態(tài)，了解異常體的空間分布。優(yōu)點：由于施工效率高，純二次場觀測以及對低阻體敏感，使得它在當(dāng)前的 煤田水文地質(zhì)勘探中成為首選方法；瞬變電磁法在高阻圍巖中尋找低阻地質(zhì)體是最靈敏的方法，且無地形影響； 采用同點組合觀測，與探測目標(biāo)有最佳耦合，異常響應(yīng)強，形態(tài)簡單，分辨 能力強；剖面測量和測深工作同時完成，提供更多有用信息。2.5 紅外探測法 一切物質(zhì)，每時每刻都在向外部輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場。物質(zhì) 在向外部

7、發(fā)射紅外輻射的同時， 必然會把它內(nèi)部的信息傳遞出來， 因而根據(jù)輻射 場的變化， 即探測曲線上所出現(xiàn)的異常， 可提前發(fā)現(xiàn)隱蔽的災(zāi)害實體， 從而預(yù)防 災(zāi)害的發(fā)生。 紅外探測就是將紅外輻射場理論應(yīng)用于隧道地質(zhì)預(yù)報中， 當(dāng)隧道外 圍空間和掘進(jìn)前方存在隱伏水體或含水構(gòu)造時， 隱伏水體或含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常 場就要疊加到正常場上，使隧道內(nèi)的正常場產(chǎn)生畸變，根據(jù)拱頂、隧底、邊墻、 掌子面探測曲線、測量數(shù)據(jù)的變化就能確定隱伏水體或含水構(gòu)造所在空間方位。 紅外探水儀優(yōu)點：紅外探測能準(zhǔn)確判斷出探測點前方有無水體存在及其方位。對水體的 探測有較高的準(zhǔn)確率，屬于新技術(shù)。缺點：不能對水量、 水壓等重要參數(shù)進(jìn)行預(yù)報。 對數(shù)

8、據(jù)采集點的條件要求高， 探測數(shù)據(jù)受影響程度較高， 如：受噴射作業(yè)后水泥水化熱影響； 爆破作業(yè)后測線 范圍內(nèi)溫差明顯的影響； 測線范圍內(nèi)存在高能熱源場 （如電動空壓機等） 的影響。3、超前鉆探法在隧道內(nèi)安放水平鉆機進(jìn)行水平鉆進(jìn)， 根據(jù)隧道中線水平方向上鉆孔資料來 推斷隧道前方的地質(zhì)情況。 地質(zhì)情況可根據(jù)鉆進(jìn)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綜合判斷。 超前鉆探施做優(yōu)點：可比較直觀地告訴我們鉆孔所經(jīng)過部位的地層巖性、巖體完整程度、 裂隙度與地下水情況。與物探方法相比，它具有直觀性、客觀性，不存在物探手 段經(jīng)常發(fā)生的多解性、不確定性。缺點：費用

9、高、占用隧道施工時間長，且資料只是一孔之見（理論上講，由 于溶洞發(fā)育的復(fù)雜性、多變性，幾個鉆孔也難百分之百地把掌子面前方的管道、 巖溶提前揭露預(yù)報出來）。遇軟弱巖層取芯困難，對巖溶隧道布孔位置帶有偶然性，在復(fù)雜地質(zhì)條件下 很難預(yù)測到掌子面前方的小斷層和貫穿性大節(jié)理。4、超前導(dǎo)坑預(yù)報法 超前導(dǎo)坑法是在隧道正洞中某個部位開挖一個斷面較小的導(dǎo)坑以探明地質(zhì) 情況的方法。 該方法較平行導(dǎo)坑法更直接、 更準(zhǔn)確。正洞導(dǎo)坑可作為隧道施工工 法的一種，既開挖了隧道， 又探明了地質(zhì)， 超前導(dǎo)坑法可分為超前平行導(dǎo)坑和超 前正洞導(dǎo)坑。優(yōu)點：平行導(dǎo)坑超前的距離越長， 預(yù)報也越早， 施工中就有充分的準(zhǔn)備時間， 可以增加工作面， 加快施工進(jìn)度， 還可以起到排水減壓作用， 改善通風(fēng)條件和探 明地質(zhì)構(gòu)造條件的作用。 采用超前平行導(dǎo)坑進(jìn)行預(yù)報比較直觀， 精度高， 預(yù)報的 距離長，便于施工人員安排施工計劃和調(diào)整施工方案。 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。缺點：無論是平行導(dǎo)坑或者是正洞導(dǎo)坑費用都很高，有時候需要全洞進(jìn)行平 導(dǎo)開挖。在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高。5、數(shù)碼成像技術(shù)這