淺談石忠高速公路方斗山隧道施工技術(shù)

1、淺談石忠高速公路B13合同段方斗山隧道施工技術(shù)摘要：方斗山隧道通過(guò)地段巖溶發(fā)育、水流量大、斷層破碎帶多且還有煤層、瓦斯，地質(zhì)條件極其復(fù)雜。本文在綜述和分析施工中應(yīng)用的常規(guī)的初次支護(hù)技術(shù)、超前預(yù)支護(hù)技術(shù)和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一些在施工中應(yīng)注意和解決的問(wèn)題，以便對(duì)后續(xù)施工起到一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：方方斗山隧隧道 支護(hù)技技術(shù) 超前地地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)前言石忠高速公公路B13合同段段方斗山山隧道屬屬于特長(zhǎng)長(zhǎng)大隧道道，是瀘瀘蓉國(guó)道道主干線線分水嶺嶺（渝鄂鄂界）至至忠縣重重慶境內(nèi)內(nèi)的重點(diǎn)點(diǎn)工程的的控制性性工程。由由于在其其施工段段中遇到到的地質(zhì)質(zhì)情況極極其復(fù)雜雜，因而而給施工工也帶來(lái)來(lái)了不少少的麻煩

2、煩，給施施工技術(shù)術(shù)人員帶帶來(lái)了具具有挑戰(zhàn)戰(zhàn)性技術(shù)術(shù)的研究究。在施施工過(guò)程程中不僅僅要按照照施工設(shè)設(shè)計(jì)的要要求去做做，同時(shí)時(shí)在遇到到施工設(shè)設(shè)計(jì)方法法無(wú)法滿滿足要求求的情況況下，需需要對(duì)原原來(lái)的設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)行行相應(yīng)的的更改，做做進(jìn)一步步的調(diào)整整。本文文就該隧隧道中所所應(yīng)用到到的施工工技術(shù)以以及一些些先進(jìn)的的地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)技術(shù)術(shù)作以綜綜合性的的總結(jié)。工程地質(zhì)概概況B13合同同段的里里程為K599+1000K633+0220，全長(zhǎng)長(zhǎng)為3.992公里，方方斗山屬屬條形低低中山，具具有構(gòu)造造剝蝕溶蝕地地貌特點(diǎn)點(diǎn)，K599+9000K600+0000段和K600+7000K600+8000以及K600+9770K6

3、11+0550段巖體體溶化程程度高，地地下水貯貯存量十十分豐富富，施工工時(shí)將會(huì)會(huì)遭遇100000mm3/d以上的的涌水或或突泥災(zāi)災(zāi)害，根根據(jù)各分分水層的的地下水水靜儲(chǔ)量量與水平平巷道涌涌水量的的對(duì)比衡衡量，在在地下水水量最豐豐富的地地段靜儲(chǔ)儲(chǔ)量一般般需要70100天左右右才能認(rèn)認(rèn)為疏干干或發(fā)生生地下水水涌出量量銳減。在在隧道K600+9770K611+0550段斷裂裂帶展開(kāi)開(kāi)區(qū)在地地下水遭遭到認(rèn)為為疏干、或或發(fā)生地地下水涌涌、突水水量銳減減后，每每逢雨季季或強(qiáng)雨雨過(guò)程仍仍有可能能出現(xiàn)施施工坑道道集中排排泄地下下水，出出現(xiàn)大規(guī)規(guī)模的突突水、突突泥的災(zāi)災(zāi)害。測(cè)測(cè)區(qū)方斗斗山隧道道將遭遇遇采空區(qū)區(qū)，方

4、斗斗山地區(qū)區(qū)煤層露露頭良好好，煤層層穩(wěn)定，結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，百余余年來(lái)皆皆有小窖窖開(kāi)采，巖巖煤層露露頭采煤煤小窖星星羅棋布布。初次支護(hù)技技術(shù)的應(yīng)應(yīng)用情況況方斗山隧道道地質(zhì)條條件極其其復(fù)雜，有有斷層破破碎帶、含含煤地層層、溶洞洞段不良良地質(zhì)段段。隧道道洞身圍圍巖主要要有石灰灰?guī)r、頁(yè)頁(yè)巖、泥泥巖，施施工難度度大。其其中類圍巖巖長(zhǎng)1533m，占總總長(zhǎng)的2.0，類圍巖巖長(zhǎng)11551m，占15.2，類圍巖巖長(zhǎng)25550m，占33.7，類圍巖巖長(zhǎng)25771m，占33.9。由由于圍巖巖類型的的多變以以及地質(zhì)質(zhì)條件的的復(fù)雜性性，這就就決定了了在該隧隧道的施施工中，采采用的支支護(hù)方法法不是單單一的而而是多樣樣的。隧

5、隧道設(shè)計(jì)計(jì)采用“新奧法”復(fù)合式式襯砌，開(kāi)開(kāi)挖采用用大斷面面開(kāi)挖，光光面爆破破。3.1初次次支護(hù)技技術(shù)種類類綜述3.1.11 錨噴支支護(hù)技術(shù)術(shù)錨噴支護(hù)是是由噴射射混凝土土、錨桿桿、鋼筋筋網(wǎng)等支支護(hù)部件件進(jìn)行適適當(dāng)組合合的支護(hù)護(hù)形式，它它們既可可以單獨(dú)獨(dú)使用，也也可以組組合使用用，其組組合形式式和支護(hù)護(hù)參數(shù)可可以根據(jù)據(jù)圍巖的的穩(wěn)定狀狀態(tài)、施施工方法法和進(jìn)度度、隧道道形狀和和尺寸等等加以選選擇和調(diào)調(diào)整。作作用機(jī)理理為：在在隧道開(kāi)開(kāi)挖之后后，及時(shí)時(shí)進(jìn)行噴噴射混凝凝土，由由于噴射射混凝土土能與坑坑道周邊邊的圍巖巖全面，緊緊密地粘粘結(jié)，因因而可以以抵抗巖巖體之間間沿節(jié)理理的剪切切和張裂裂；錨桿桿能深入入圍

6、巖內(nèi)內(nèi)部一定定深度，系系統(tǒng)錨桿桿在圍巖巖中形成成一定厚厚度的錨錨固區(qū)，錨錨固區(qū)內(nèi)內(nèi)的巖體體強(qiáng)度和和整體性性得以提提高和加加強(qiáng)，應(yīng)應(yīng)力分布布狀態(tài)也也得以改改善，能能夠及時(shí)時(shí)有效地地發(fā)揮對(duì)對(duì)圍巖的的支護(hù)作作用。3.1.22鋼拱架架支護(hù)技技術(shù) 鋼拱拱架主要要有型鋼鋼、工字字鋼、鋼鋼管或鋼鋼筋制成成，通常常以鋼筋筋制作的的格柵鋼鋼架較多多。對(duì)于于較軟弱弱破碎嚴(yán)嚴(yán)重的圍圍巖（類圍巖巖中的軟軟巖至類圍巖巖），其其自穩(wěn)性性差，開(kāi)開(kāi)挖后要要求早期期支護(hù)具具有較大大的剛度度以阻止止圍巖的的過(guò)度變變形和承承受部分分松弛荷荷載以便便提供較較大的早早期支護(hù)護(hù)強(qiáng)度。鋼鋼架支撐撐可很好好地錨桿桿、鋼筋筋網(wǎng)、噴噴射混凝凝土

7、合理理組合，構(gòu)構(gòu)成聯(lián)合合支護(hù)，增增強(qiáng)支護(hù)護(hù)功能的的有效性性且手里里條件較較好，對(duì)對(duì)隧道斷斷面變形形的適應(yīng)應(yīng)性較好好。鋼拱拱架主要要應(yīng)用于于：（1）穩(wěn)定定時(shí)間短短的、類圍巖巖隧道；（2）淺埋埋、偏壓壓隧道，當(dāng)當(dāng)早期圍圍巖壓力力增長(zhǎng)快快，需要要提高初初期支護(hù)護(hù)的強(qiáng)度度和剛度度時(shí)；（3）砂卵卵石、土土加石地地層，大大面積淋淋水地段段，以及及為了抑抑制圍巖巖大的變變形需要要增強(qiáng)支支護(hù)抗力力時(shí)；（4）當(dāng)需需要作超超前支護(hù)護(hù)，需要要設(shè)置鋼鋼架作為為超前錨錨桿的支支撐構(gòu)件件時(shí)。3.1.33超前小小導(dǎo)管預(yù)預(yù)注漿支支護(hù)技術(shù)術(shù) 超前前小導(dǎo)管管預(yù)注漿漿技術(shù)就就是沿開(kāi)開(kāi)挖輪廓廓線，以以稍大的的外插腳腳，向開(kāi)開(kāi)挖面前前

8、方安裝裝管壁帶帶小孔的的小導(dǎo)管管，并以以一定壓壓力向管管內(nèi)壓注注起膠結(jié)結(jié)作用的的漿液的的施工方方法，待待漿液硬硬化后，坑坑道周圍圍巖體能能得到預(yù)預(yù)加固，并并形成具具有一定定厚度的的加固圈圈，在提提前形成成的圍巖巖錨固圈圈保護(hù)下下進(jìn)行開(kāi)開(kāi)挖、裝裝渣、出出渣和襯襯砌等作作業(yè)。超超前支護(hù)護(hù)主要適適用于圍圍巖應(yīng)力力較小，地地下水較較小，巖巖體軟弱弱破碎，開(kāi)開(kāi)挖工作作面有可可能塌滑滑的隧道道施工中中，如裂裂隙發(fā)育育的巖體體，斷層層破碎帶帶，淺埋埋無(wú)大偏偏壓的隧隧道地段段等。3.1.44超前管管棚預(yù)支支護(hù)技術(shù)術(shù)管棚由鋼管管和鋼拱拱架組成成，管棚棚是利用用鋼拱架架沿著開(kāi)開(kāi)挖輪廓廓線以較較小的外外插角，向向開(kāi)

9、挖面面前方打打入鋼管管或鋼插插板構(gòu)成成的，形形成對(duì)開(kāi)開(kāi)挖面前前方圍巖巖的預(yù)支支護(hù)。管管棚主要要利用鋼鋼管或鋼鋼插板作作為縱向向支撐，鋼鋼拱架作作為橫向向環(huán)形支支撐，構(gòu)構(gòu)成縱橫橫向整體體。其剛剛度較大大，能阻阻止和限限制圍巖巖變形，并并能提前前承受早早期壓力力。管棚棚主要使使用于特特殊地段段，如在在極破碎碎巖體、塌塌方體、巖巖錐地段段、砂土土質(zhì)地層層，強(qiáng)膨膨脹性地地層，強(qiáng)強(qiáng)流變形形地層、裂裂隙發(fā)育育巖體、斷斷層破碎碎帶、淺淺埋大偏偏壓等圍圍巖的公公路隧道道中采用用。3.1.55超前深深孔預(yù)注注漿支護(hù)護(hù)技術(shù) 超前前深孔預(yù)預(yù)注漿又又稱深孔孔注漿，它它是加固固地層、封封堵水源源的一種種方法。其其原理為

10、為：對(duì)于于破碎巖巖層、砂砂卵石層層、中、細(xì)細(xì)粉砂層層等有一一定滲透透性的地地層，采采用中低低壓力將將漿液壓壓注到上上述地層層中的裂裂隙、裂裂縫、空空隙里凝凝固后將將巖土或或顆粒膠膠結(jié)為整整體，稱稱為“滲透注注漿”。對(duì)于于顆粒更更細(xì)的不不透水、不不透漿液液的粘土土層，采采用高壓壓漿液強(qiáng)強(qiáng)行擠壓壓深孔周周圍，使使粘土層層劈裂并并填充漿漿液且凝凝結(jié)與其其中，從從而對(duì)粘粘土層起起到擠壓壓加固和和增加高高強(qiáng)夾層層加固的的作用，稱稱為“劈裂注注漿”。深孔孔預(yù)注漿漿方法主主要用于于：軟弱弱圍巖及及斷層破破碎帶、自自穩(wěn)性能能較差的的含水地地質(zhì)地段段的加固固，更適適用于有有壓地下下水及地地下水較較多的地地層中的

11、的加固與與堵水。3.2 工工程中各各支護(hù)技技術(shù)的應(yīng)應(yīng)用情況況盡管方斗山山隧道B13標(biāo)進(jìn)洞洞時(shí)間才才兩個(gè)多多月，但但是由于于隧道圍圍巖復(fù)雜雜性和斷斷層帶分分布多的的原因，使使得上述述大部分分的支護(hù)護(hù)技術(shù)都都已被應(yīng)應(yīng)用，這這里主要要介紹一一兩個(gè)典典型的應(yīng)應(yīng)用情況況。3.2.11超前小小導(dǎo)管預(yù)預(yù)注漿支支護(hù)技術(shù)術(shù)的應(yīng)用用情況（1）施工工范圍方斗山隧道道出口段段左右隧隧道II類圍巖巖段和斷斷層破碎碎帶（含含煤層）及及洞口加加強(qiáng)段局局部巖層層較破碎碎地段。（2）施工工參數(shù)超前小導(dǎo)管管預(yù)注漿漿采用42熱扎無(wú)無(wú)縫鋼管管，壁厚厚4mm，鋼管管前端加加工成錐錐形，尾尾部焊接接6.5加勁鋼鋼筋，管管四壁鉆鉆四排6壓

12、漿孔孔，如圖圖（1）。施施工時(shí)小小導(dǎo)管以以150外插角角打入巖巖層中，環(huán)環(huán)向間距距40ccm（洞口口加強(qiáng)段段25ccm），縱縱向間距距2400cm，縱向向相臨搭搭接長(zhǎng)度度不小于于1000cm。漿液液采用水水泥+水玻璃璃，水泥泥漿水灰灰比1：（0.61），水水玻璃Be=35，模數(shù)2.4，水泥泥漿液與與水玻璃璃的配比比1：1，在漿漿液膠凝凝時(shí)間過(guò)過(guò)快時(shí)適適當(dāng)加入入緩凝劑劑（磷酸酸二氫鈉鈉，摻加加比例為為水泥用用量的2%左右）。II類圍巖巖段只在在拱部12000范圍內(nèi)內(nèi)布置；斷層帶帶（含煤煤層）在在拱部范范圍內(nèi)布布置。圖1 鋼鋼花管大大樣圖（3）施工工方案采用噴射混混凝土封封閉掌子子面，人人工采用用

13、風(fēng)鉆鉆鉆孔，清清孔，安安裝小導(dǎo)導(dǎo)管，最最后采用用KBYY50/70雙液注注漿泵灌灌注C-S（水泥-水玻璃璃）雙液液漿。（4）施工工工藝超前小導(dǎo)管管的施工工工藝流流程如圖圖2所示：否否是測(cè)量放線鉆孔清孔安裝超前小導(dǎo)管注漿安設(shè)注漿泵連接管路配置漿液結(jié)束加工小導(dǎo)管注漿量是否達(dá)到設(shè)計(jì)封閉掌子面圖2 超超前小導(dǎo)導(dǎo)管施工工工藝框框圖(5)施工工技術(shù)要要點(diǎn)總結(jié)結(jié) 在在施工過(guò)過(guò)程中，我我們嚴(yán)格格按照施施工要求求進(jìn)行施施工作業(yè)業(yè)，精確確測(cè)量放放線和鉆鉆孔定位位；在安安設(shè)小導(dǎo)導(dǎo)管時(shí)，為為了能使使小導(dǎo)管管和鋼拱拱架連為為一體，起起到整體體加固效效果的作作用，在在施工中中將小導(dǎo)導(dǎo)管的尾尾部焊接接在拱架架上。在在注漿時(shí)

14、時(shí)為防止止?jié){液從從其它孔眼眼溢出，注注漿前對(duì)對(duì)所有孔孔眼安裝裝止?jié){塞塞，注漿漿順序從從兩側(cè)拱拱腳向拱拱頂。由由于巖體體孔隙不不均勻，考考慮風(fēng)鎬鎬環(huán)形開(kāi)開(kāi)挖的方方便，同同時(shí)要達(dá)達(dá)到固結(jié)結(jié)破碎松松散巖體體的目的的，保證證開(kāi)挖輪輪廓線外外環(huán)狀巖巖體的穩(wěn)穩(wěn)定，形形成有一一定強(qiáng)度度及密實(shí)實(shí)度的殼殼體，特特別是確確保兩側(cè)側(cè)拱腳的的注漿密密實(shí)度和和承載力力，將注注漿壓力力控制在在0.551.0Mppa范圍內(nèi)內(nèi)，拱腳腳的注漿漿終壓高高于拱腰腰至拱頂頂。通過(guò)過(guò)查閱相相關(guān)資料料，采用用拱腳終終壓為1.0MPa，拱腰腰范圍為為0.88MPa，拱頂頂為0.6MPa。注漿漿時(shí)采取取相鄰孔孔眼間隔隔注漿，這樣既確保了固結(jié)

15、效果，又達(dá)到了控制注漿量的目的。3.2.22管棚超超前預(yù)支支護(hù)技術(shù)術(shù)的應(yīng)用用情況（1）施工工范圍方斗山隧道道出口段段右線K622+8885+8555，左線ZK662+8845+8115。（2）施工工參數(shù)隧道左右洞洞管棚各各長(zhǎng)30mm,鋼管外外徑為108，每循循環(huán)共41根，間間距50ccm，外插插角扣除除坡度影影響外為為10。鋼管管采用長(zhǎng)長(zhǎng)度為3m和4m兩種規(guī)規(guī)格，除除尾部1055cm為無(wú)孔孔鋼管外外，其余余為花管管，管壁壁四周鉆鉆2排20mmm的壓漿漿孔，間間距20ccm，梅花花型布置置。鋼管管內(nèi)安裝裝鋼筋籠籠，鋼筋筋籠采用用42鋼管和20鋼筋加加工制成成。灌漿漿漿液為為30號(hào)水泥泥砂漿。（3

16、）施工工方案在套拱施工工完畢并并封閉掌掌子面后后，采用用MK-5型鉆機(jī)機(jī)按照設(shè)設(shè)計(jì)方向向鉆孔，鉆鉆孔到設(shè)設(shè)計(jì)位置置后，清清孔,頂進(jìn)鋼鋼管，安安裝鋼筋筋籠，最最后灌注注砂漿。（4）施工工工藝超前管棚的的施工工工藝流程程如圖3所示：是是搭平臺(tái)、鉆機(jī)就位鉆 孔清孔、測(cè)鉆孔是否傾斜頂 管注 漿拆平臺(tái)、撤離現(xiàn)場(chǎng)開(kāi) 挖施作套拱封閉掌子面安裝鋼筋籠否圖3 超前管管棚的施施工工藝藝流程圖圖(5)施工工技術(shù)要要點(diǎn)總結(jié)結(jié)鉆孔是管棚棚施工的的關(guān)鍵環(huán)環(huán)節(jié)之一一，因此此我們?cè)谠阢@孔時(shí)時(shí)采用從從兩側(cè)向向隧道中中線方向向進(jìn)行施施工，間間隔鉆孔孔，每成成一孔，及及時(shí)安裝裝鋼管和和鋼筋籠籠，并按按照設(shè)計(jì)計(jì)要求進(jìn)進(jìn)行灌漿漿。鉆孔

17、孔采用“光鉆桿桿潛孔孔沖擊器器鉆頭頭”作為鉆鉆具組合合，鉆孔孔時(shí)用一一定的壓壓力氣體體來(lái)起動(dòng)動(dòng)潛孔沖沖擊器，沖沖擊破碎碎孔底巖巖石進(jìn)行行鉆進(jìn)。鉆鉆進(jìn)時(shí)根根據(jù)巖石石強(qiáng)度不不同采用用不同的的壓力沖沖擊孔底底，其風(fēng)風(fēng)壓在0.55Mpaa2.55 Mppa 不等，鉆鉆進(jìn)時(shí)給給進(jìn)壓力力13Mppa。在施施工時(shí)我我們嚴(yán)格格作到了了以下幾幾點(diǎn)：鉆時(shí)先先啟動(dòng)旋旋轉(zhuǎn)，再再開(kāi)風(fēng)閥閥，以防防止過(guò)大大風(fēng)壓的的氣體沖沖入孔底底造成意意外；開(kāi)孔時(shí)時(shí)低速、低低壓，防防止鉆具具偏離設(shè)設(shè)計(jì)軸線線；加接新新鉆桿時(shí)時(shí)保證鉆鉆桿內(nèi)的的清潔； 管棚施工時(shí)時(shí)對(duì)鉆孔孔的精度度要求很很高，在在成孔后后有可能能發(fā)生孔孔斜或超超出設(shè)計(jì)計(jì)允許偏偏

18、差值，將將發(fā)生以以下幾種種情況：妨礙鄰鄰管的鉆鉆設(shè)；上下、左左右錯(cuò)位位，支護(hù)護(hù)效果差差；管子下下沉侵限限，開(kāi)挖挖時(shí)需割割掉，造造成間隔隔增大而而影響施施工支護(hù)護(hù)質(zhì)量；我們?cè)谠谑┕み^(guò)過(guò)程中經(jīng)經(jīng)常用羅羅盤儀時(shí)時(shí)常檢測(cè)測(cè)鉆桿角角度，在在成孔后后及時(shí)用用經(jīng)緯儀儀法進(jìn)行行測(cè)斜。通通過(guò)以上上措施，我我們基本本上杜絕絕了以上上幾種情情況的發(fā)發(fā)生，為為安全施施工作到到了一定定的保障障。地質(zhì)超前預(yù)預(yù)報(bào)技術(shù)術(shù)的應(yīng)用用4.1 采采用地質(zhì)質(zhì)超前預(yù)預(yù)報(bào)技術(shù)術(shù)的必要要性（1） 保保證隧道道施工安安全，由由于管道道巖溶發(fā)發(fā)育的不不確定定定性和揭揭露管道道巖溶產(chǎn)產(chǎn)生大量量突泥、涌涌水而帶帶來(lái)的危危害性要要進(jìn)行超超前地址址預(yù)報(bào)

19、。施工措施提提供必要要的參數(shù)數(shù)，如地地下水壓壓力、水水量、管管道巖溶溶的大小小、方位位及含煤煤地層的的瓦斯參參數(shù)等。地址超前預(yù)預(yù)報(bào)可以以節(jié)約大大量資金金，圍巖巖為石灰灰?guī)r的隧隧道存在在著普遍遍特點(diǎn)是是：巖溶溶發(fā)育地地段，地地下水活活動(dòng)頻繁繁，一方方面加劇劇巖溶的的發(fā)育，另另一方面面大量塊塊石、泥泥砂充填填在溶洞洞中，圍圍巖穩(wěn)定定性極差差；巖溶溶不發(fā)育育地段，地地下水活活動(dòng)緩慢慢，巖層層中大部部分節(jié)理理裂隙被被地下水水中析出出的方解解石充填填，圍巖巖穩(wěn)定性性較好。因因此，有有了準(zhǔn)確確的預(yù)報(bào)報(bào)就可以以減少很很多不必必要的安安全措施施。4.2. TSPP-2003+超前地地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)TSP 隧隧道地震

20、震勘探(隧道超超前地質(zhì)質(zhì)預(yù)報(bào)系系統(tǒng))引進(jìn)中中國(guó)以后后，主要要應(yīng)用于于鐵路、公公路隧道道和水電電系統(tǒng)的的導(dǎo)流洞洞、泄洪洪洞等隧隧洞施工工中的長(zhǎng)長(zhǎng)期(長(zhǎng)距離)超前地地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)工作，應(yīng)應(yīng)用效果果較好，取取得的經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益益明顯。由由于引進(jìn)進(jìn)和應(yīng)用用的時(shí)間間較短，有有關(guān)這方方面的論論文或著著作的發(fā)發(fā)表比較較少。4.2.11基本原原理與技技術(shù)狀況況該設(shè)備是由由瑞士安安伯格開(kāi)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)產(chǎn)的，主主要用于于探測(cè)隧隧道及其其他不良良地質(zhì)的的地下工工程。其其基本原原理如圖圖4所示：首先，在在隧道內(nèi)內(nèi)，人工工制造一一系列有有規(guī)則排排列的輕輕微震源源，震源源發(fā)出的的地震波波(主要是P波)遇到地地層界面面、節(jié)理理面，特特別

21、是斷斷層破碎碎帶、溶溶洞、暗暗河、巖巖溶陷落落柱、淤淤泥帶等等不良地地質(zhì)界面面時(shí)，將將產(chǎn)生反反射波(主要是p波的反反射波)；反射射波的傳傳播速度度、延遲遲時(shí)間、波波形、強(qiáng)強(qiáng)度和方方向等均均與相關(guān)關(guān)界面的的性質(zhì)和和產(chǎn)狀密密切相關(guān)關(guān)，并通通過(guò)不同同數(shù)據(jù)表表現(xiàn)出來(lái)來(lái)；通過(guò)過(guò)設(shè)備設(shè)設(shè)置的震震源反射射波的數(shù)數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)(傳感器器和記錄錄儀)，將這這些數(shù)據(jù)據(jù)收集，經(jīng)經(jīng)微機(jī)處處理后儲(chǔ)儲(chǔ)存起來(lái)來(lái)。然后后，將數(shù)數(shù)據(jù)輸入入帶有特特制軟件件的電腦腦，經(jīng)過(guò)過(guò)電腦進(jìn)進(jìn)行復(fù)雜雜數(shù)學(xué)計(jì)計(jì)算后，最最后形成成反應(yīng)相相關(guān)界面面或地質(zhì)質(zhì)體反射射能量的的映象點(diǎn)點(diǎn)圖和隧隧道平面面、剖面面圖，供供工程技技術(shù)人員員解譯。該該設(shè)備主主要用

22、于于超前預(yù)預(yù)報(bào)隧道道掌子面面前方、上上方和下下方不良良地質(zhì)的的性質(zhì)、位位置和規(guī)規(guī)模，最最大探測(cè)測(cè)距離為為掌子面面前方 30005000 m(與使用用的炸藥藥爆速和和探測(cè)巖巖層的巖巖石力學(xué)學(xué)性質(zhì)有有關(guān))，最高高分辨率率為1 mm 的地質(zhì)質(zhì)體。圖4 TTSP-2033+ 探測(cè)測(cè)系統(tǒng)工工作原理理示意圖圖4.2.22 實(shí)際應(yīng)應(yīng)用解決決的技術(shù)術(shù)問(wèn)題和和指標(biāo)(1) 能能夠解決決的技術(shù)術(shù)問(wèn)題 (a) 能夠探探測(cè)和解解譯掌子子面前方方存在的的斷層、特特殊軟巖巖、煤系系地層中中的煤層層、富水水砂巖和和煤系地地層與其其他巖層層的界線線，還可可以探測(cè)測(cè)和解譯譯掌子面面前方存存在的溶溶洞、暗暗河、巖巖溶陷落落柱和淤淤

23、泥帶等等不良地地質(zhì)體。(b) 主要是是查明上上述不良良地質(zhì)的的位置和和規(guī)模，也也可以概概略地判判斷不良良地質(zhì)體體的圍巖巖級(jí)別；但是，圍圍巖級(jí)別別的準(zhǔn)確確判斷，尚尚需跟蹤蹤地質(zhì)工工作中的的圍巖評(píng)評(píng)價(jià)才能能做到。(2) 可可以達(dá)到到的技術(shù)術(shù)指標(biāo) 對(duì)不良地地質(zhì)性質(zhì)質(zhì)的判斷斷，精度度一般可可達(dá)到基基本準(zhǔn)確確。(b) 對(duì)不良良地質(zhì)位位置的判判斷，精精度一般般可達(dá)90%以上。(c) 對(duì)不良良地質(zhì)規(guī)規(guī)模的判判斷，精精度一般般可達(dá)85%90%以上。必必須指出出的是：上述TSPP-2003+ 探測(cè)能能夠解決決的技術(shù)術(shù)問(wèn)題和和達(dá)到的的技術(shù)指指標(biāo)，是是在 TSSP-2202 探測(cè)與與地面的的地質(zhì)界界面、地地質(zhì)體投投

24、射法或或者隧道道隧洞內(nèi)內(nèi)的斷層層參數(shù)預(yù)預(yù)測(cè)法緊緊密結(jié)合合、實(shí)施施綜合長(zhǎng)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)報(bào)的前提提下才能能達(dá)到。4.2.33工程應(yīng)應(yīng)用中注注意的問(wèn)問(wèn)題 由于于探測(cè)炸炸藥包爆爆炸所產(chǎn)產(chǎn)生的應(yīng)應(yīng)力波，在在介質(zhì)中中的傳播播形式及及其能量量的分配配額是不不同的(如圖5所示)：在靠靠近爆源源37倍藥包包半徑的的距離內(nèi)內(nèi),以沖擊擊波的形形式出現(xiàn)現(xiàn)，占爆爆炸能量量的60%以上；在距爆爆源120150倍藥包包半徑的的距離內(nèi)內(nèi)，以壓壓縮波的的形式出出現(xiàn)，占占爆炸能能量的30%以上；直到超超過(guò)藥包包半徑150倍的距距離后，才才以地震震波的形形式出現(xiàn)現(xiàn)，只占占爆炸能能量的10%左右。 圖5 爆炸應(yīng)應(yīng)力波及及其分布布作用范范圍

25、雖然地震波波在介質(zhì)質(zhì)中的傳傳播穩(wěn)定定，衰減減較慢，但但由于本本身的能能量很小小，由其其所形成成的反射射波的能能量就更更微弱，同同時(shí)地震震波在傳傳播的過(guò)過(guò)程中遇遇到諸如如節(jié)理、斷斷層、層層理或不不同性質(zhì)質(zhì)巖石的的交界面面等結(jié)構(gòu)構(gòu)面時(shí)，只只會(huì)有其其中一部部分波從從結(jié)構(gòu)面面反射回回來(lái)，另另一部分分則透射射過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)面進(jìn)入入第二種種介質(zhì)繼繼續(xù)向前前傳遞。而而且地震震波在反反射時(shí)又又會(huì)再度度派生成成縱波（波）和和橫波，因因此要有有效準(zhǔn)確確地接受受到遠(yuǎn)距距離傳回回來(lái)的這這部分能能量微弱弱的反射射縱波(波)，除了了傳感器器本身須須具有極極高的靈靈敏度外外，在整整個(gè)探測(cè)測(cè)過(guò)程中中，傳感感器還必必須采取取最佳的的

26、接受方方式和展展布角度度（搜索索角）才能能實(shí)現(xiàn)。所所以必須須利用構(gòu)構(gòu)造地質(zhì)質(zhì)學(xué)和波波的傳播播理論，確確定傳感感器正確確的位置置和接受受角度。因因此我們們現(xiàn)場(chǎng)施施工操作作中要注注意以下下幾點(diǎn)：(1) 一一個(gè)地區(qū)區(qū)空間角角可通過(guò)過(guò)下式公公式計(jì)算算:=|主體地地質(zhì)構(gòu)造造走向優(yōu)優(yōu)選產(chǎn)床床-施工隧隧道中軸軸線走向向產(chǎn)狀|，而搜搜索角和和空間角角有如下下的關(guān)系系:=9000-；因此要要確定一一個(gè)地區(qū)區(qū)的合理理的搜索索角，就就必須首首先確定定該地區(qū)區(qū)的主體體結(jié)構(gòu)的的優(yōu)選產(chǎn)產(chǎn)狀，然然后根據(jù)據(jù)它們與與施工隧隧道中軸軸線的交交角求出出其特有有的空間間角，進(jìn)進(jìn)而確定定該地區(qū)區(qū)的合理理的搜索索角，還還應(yīng)保證證將傳感感

27、器安置置在結(jié)構(gòu)構(gòu)面與隧隧道掌子子面前進(jìn)進(jìn)方向夾夾角大于900的隧道道壁一側(cè)側(cè)。這樣樣就可以以最大程程度地接接受到所所要探測(cè)測(cè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)面的反反射波，盡盡可能多多地采集集探測(cè)信信息，提提高探測(cè)測(cè)的距離離和精度度；(2) 在在進(jìn)行超超長(zhǎng)距離離準(zhǔn)確清清晰的探探測(cè)預(yù)報(bào)報(bào)工作時(shí)時(shí)，要延長(zhǎng)長(zhǎng)系統(tǒng)的的采樣時(shí)時(shí)間和提提高地震震波在巖巖石介質(zhì)質(zhì)中的傳傳播速度度。通常常的采樣樣間隔時(shí)時(shí)間為：t=440ss,采樣數(shù)數(shù)目：N=440966；而在在超長(zhǎng)距距離（大大于4000m）探測(cè)中中，則將將采樣時(shí)時(shí)間參數(shù)數(shù)調(diào)整為為：t=880s，N=440966，則相相對(duì)應(yīng)的的采樣時(shí)時(shí)間為：T=tNN=0.32776s。這樣樣就可以以

28、為傳感感器收集集更遠(yuǎn)距距離處的的結(jié)構(gòu)面面反射的的P波提供供了充足足的等待待、記錄錄時(shí)間；（4）要根根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)巖石力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)，選取取合適的的探測(cè)炸炸藥種類類和用量量。炸藥藥的爆轟轟產(chǎn)生的的爆轟波波在巖石石介質(zhì)中中的傳播播速度為為：=0/（+1）；其其中V為爆轟轟在巖石石介質(zhì)中中的速度度；00為炸藥藥爆轟速速度；K為絕熱熱指數(shù)，對(duì)對(duì)于工業(yè)業(yè)炸藥來(lái)來(lái)說(shuō)，一一般為2.883.6，多取取為3。在規(guī)規(guī)定的時(shí)時(shí)間內(nèi)，探探測(cè)距離離為：L=VV(t-tt0) /22SF-2D；其中L為探測(cè)測(cè)距離；V為爆轟轟波在巖巖石介質(zhì)質(zhì)中的波波速；t為采樣樣時(shí)間；t0為一段段毫秒電電雷管的的最大起起爆時(shí)間間，一般般取0.0

29、005ss；D為傳感感器距掌掌子面的的距離，一一般取50m；SF為速度度折減系系數(shù)，一一般取1.3；在工工程施工工中可參參考表1選取相相關(guān)的參參數(shù)。表1 不同炸炸藥在不不同巖性性中的速速度與最最大探測(cè)測(cè)距離巖石名稱炸藥實(shí)測(cè)爆爆速炸藥理論爆爆速最大探測(cè)距距離炸藥用量/gV/(m/s)0/(mm/s)Lmax/m前9個(gè)孔后9個(gè)孔石英巖605080606502030大理巖580077306202030玄武巖561074805902030花崗巖39706100052908133039066502030石灰?guī)r30506100040608133028066502535片麻巖4730558806300744

30、4048055903040片巖455060604603545板巖36604455048805933035044603545砂巖24404277032505699020044303040頁(yè)巖183039770244052990130339040504.2.44 TSSP-2203+較TSPP-2003的優(yōu)越越性TSP-2203+測(cè)量系系統(tǒng)是安安伯格測(cè)測(cè)量技術(shù)術(shù)公司在在TSPP-2003測(cè)量系系統(tǒng)基礎(chǔ)礎(chǔ)上研制制開(kāi)發(fā)的的增強(qiáng)型型產(chǎn)品，也也是TSP家族中中的最新新產(chǎn)品。該該產(chǎn)品吸吸取了TSPP-2003測(cè)量系系統(tǒng)的豐豐富經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)并對(duì)其其硬件和和軟件作作了改進(jìn)進(jìn)和更新新，主要要表現(xiàn)為為以下幾幾個(gè)方面面：（

31、1） 硬件進(jìn)進(jìn)行了優(yōu)優(yōu)化，具具有更好好的抗震震、防水水、防塵塵性能，能能更好的的適用于于惡劣的的隧道條條件；升級(jí)的軟件件處理系系統(tǒng)，改改進(jìn)了數(shù)數(shù)據(jù)處理理過(guò)程、用用戶操作作界面和和數(shù)據(jù)操操作及評(píng)評(píng)估過(guò)程程，可以以在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)用較短短的時(shí)間間以數(shù)據(jù)據(jù)或圖形形的方式式給出結(jié)結(jié)果，減減少了人人工處理理工作量量和人為為的判斷斷失誤，結(jié)結(jié)果更準(zhǔn)準(zhǔn)確；化了儀器的的接口，更更便于安安全使用用；記錄單元采采用專用用兩步充充電器，測(cè)測(cè)量時(shí)間間得以保保證；優(yōu)化了接收收器，并并增加了了接收器器的數(shù)量量，信號(hào)號(hào)重疊分分析，測(cè)測(cè)量結(jié)果果更準(zhǔn)；附屬配件更更齊全，增增加了人人性化的的操作，尤尤其是配配置了手手持式激激光測(cè)距距儀，

32、可可以更準(zhǔn)準(zhǔn)確的輸輸入幾何何尺寸；（7）接收收信號(hào)的的頻率范范圍增大大，收集集信號(hào)更更多，結(jié)結(jié)果更準(zhǔn)準(zhǔn)確；4.3 地地質(zhì)雷達(dá)達(dá)4.3.11 預(yù)報(bào)原原理地質(zhì)雷達(dá)采采用的是是時(shí)間域域脈沖雷雷達(dá)，利利用電磁磁波以寬寬帶脈沖沖形式，通通過(guò)T天線發(fā)發(fā)射電磁磁波，經(jīng)經(jīng)由介電電性質(zhì)不不同的介介質(zhì)產(chǎn)生生反射，由R天線接受并被儀器所記錄。根據(jù)反射信號(hào)的變化特征來(lái)推測(cè)異常體的幾何形態(tài)和性質(zhì)（參見(jiàn)圖6）圖6 地地質(zhì)雷達(dá)達(dá)探測(cè)原原理示意意圖4.3.22 優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)及使用用范圍目前國(guó)內(nèi)還還沒(méi)有為為隧道超超前地質(zhì)質(zhì)預(yù)報(bào)而而專門設(shè)設(shè)計(jì)制作作的地質(zhì)質(zhì)雷達(dá)，儀儀器密封封性差，洞洞內(nèi)不易易防水、防防潮、防防塵、易易造成儀儀器損壞壞

33、，特別別是沒(méi)有有專門的的天線，操操作起來(lái)來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)費(fèi)力，且且效果不不好。探測(cè)距離太太短，一一次只能能探測(cè)530m，與目目前隧道道每天開(kāi)開(kāi)挖接近近1020m的速度度極不匹匹配。隧道內(nèi)的地地質(zhì)環(huán)境境條件與與地質(zhì)雷雷達(dá)的理理論基礎(chǔ)礎(chǔ)半無(wú)限限空間不不吻合，加加之洞內(nèi)內(nèi)鋼拱架架、鋼筋筋網(wǎng)、錨錨桿、等等金屬構(gòu)構(gòu)件的影影響，探探測(cè)結(jié)果果一般不不太理想想。就目前的技技術(shù)水平平而言，地地質(zhì)雷達(dá)達(dá)采用高高頻率的的天線作作為隧道道混凝土土襯砌質(zhì)質(zhì)量無(wú)損損檢測(cè)的的手段仍仍是比較較合適的的。地質(zhì)雷達(dá)在在地表探探測(cè)530m范圍的的地下地地層或地地質(zhì)異常常體（溶溶洞、土土洞、斷斷裂、孔孔隙等）反反射信號(hào)號(hào)還是比比較明顯顯的，

34、也也是一種種比較理理想的手手段；灰灰?guī)r地區(qū)區(qū)隧道鋪鋪底前采采用中低頻率率的天線線作為探探明隧道道底隱伏伏巖溶洞洞穴底手手段仍是是大家經(jīng)經(jīng)常采用用的。巖溶重點(diǎn)發(fā)發(fā)育地段段，有時(shí)時(shí)也用地地質(zhì)雷達(dá)達(dá)對(duì)掌子子面前方方和邊墻墻外側(cè)巖巖溶洞穴穴進(jìn)行探探測(cè)。4.4 超超前地質(zhì)質(zhì)鉆孔4.4.11 預(yù)報(bào)原原理超前地質(zhì)鉆鉆孔是利利用水平平鉆機(jī)在在隧道掌掌子面進(jìn)進(jìn)行水平平地質(zhì)鉆鉆探獲取取地質(zhì)信信息的一一種地質(zhì)質(zhì)超前預(yù)預(yù)報(bào)方法法。4.4.22 優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)可比較直觀觀地告訴訴我們鉆鉆孔所經(jīng)經(jīng)過(guò)部位位地地層層巖性、巖巖體完整整程度、裂裂隙度、溶溶洞大小小、有沒(méi)沒(méi)有水以以及可測(cè)測(cè)水壓高高低等。 煤系地層層可進(jìn)行行孔內(nèi)煤煤與瓦斯斯參數(shù)測(cè)測(cè)定，采采取適宜宜防止措措施，防防止煤與與瓦斯突突出危險(xiǎn)險(xiǎn)性。與物探方法法相比，它它具有直直觀性、客客觀性。不不存在物物探手段段經(jīng)常發(fā)發(fā)生地多多解性、不不確定性性。費(fèi)用高、占占用隧道道施工時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，且且資料只只是一孔孔之見(jiàn)，理理論上講講，由于于溶洞發(fā)發(fā)育地復(fù)復(fù)雜性、多多變性，幾幾個(gè)鉆孔孔也難100地把把掌子面面前方地地管道巖巖溶提前前揭露預(yù)預(yù)報(bào)出來(lái)來(lái)。4.5 地地質(zhì)超前前預(yù)報(bào)技技術(shù)在方方斗山隧隧道施工工中的實(shí)實(shí)施計(jì)劃劃利用TSPP2033+地質(zhì)超超前預(yù)測(cè)測(cè)預(yù)報(bào)儀儀對(duì)隧道道右線K599+1000KK62+7900、左線ZK559+1100ZK662+7780