瀏陽河隧道超前地質預報技術

PAGEPAGE1瀏陽河隧道超前地質預報技術內容提示：鑒于當前超前地質預報的重要性及目前的預報手段的多樣性,本文介紹了TGP-206探測法在瀏陽河水底隧道地質超前預報中的應用及成果。為該水底隧道施工中地質災害的預防提供了很好的指導意義。延伸閱讀：TGP探測法水底隧道超前地質預報隧道1引言由于隧道與其他工程相比，具有隱蔽性、復雜性和不確定性等突出特點，特別是水底隧道工程由于地質環(huán)境復雜，基礎信息缺乏，加之勘察手段不足等各方面的限制，必然造成了不可能完全掌握施工中的地質狀況，這就有可能帶來坍方、突泥突水、瓦斯爆炸、巖爆等重大地質災害。這些重大地質災害一旦發(fā)生必然會對整個工程建設帶來巨大的損失，故做好隧道地質災害防治工作是一項亟待解決的重大課題。而地質超前預報則是解決這一課題的關鍵技術。地質超前預報技術的研究及應用對我國一些重大工程和地質條件復雜的工程施工和地質災害預防具有重要的意義。（參考《》）瀏陽河隧道工程位于長沙市主城區(qū)北部新河三角洲瀏陽河入湘江口，南接湘江大道，下穿瀏陽河，北接規(guī)劃路mdash;mdash;湘江大道。本工程為雙向四車道隧道，穿越瀏陽河段采用礦山法施工，兩岸結構采用明挖法施工，隧道長度為1400m，建筑長度為1760m，瀏陽河隧道穿越瀏陽河段采用礦山法施工，兩岸結構采用明挖法施工。礦山法施工段東線長度為579.20m，西線長度為567.36m。礦山法段在河床下最小埋深厚度為14m，最大埋深位于北岸河堤處，厚度為31m；礦山法段左右兩隧道凈間距約為7.68～23.38m。隧道場地地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層，第四系更新統(tǒng)沖積層、殘積層、白堊系碎屑巖層和板溪群板巖。隧道圍巖主要為強風化礫巖和中風化礫巖，軟弱結構面主要為節(jié)理及裂隙，由于圍巖為礫巖，層間結合好，且?guī)r層基本平坦，傾角很小，對圍巖穩(wěn)定性影響不大，但局部地段節(jié)理裂隙發(fā)育，且?guī)r石為礫巖，膠結成分為泥質，遇水易崩解、軟化。隧址地表水主要為河流積水，地下水主要為基巖裂隙水，局部地段地下水發(fā)育豐富。2地質超前預報的方法、設備及原理地質超前預報的研究，目前國內外都處于探索的階段，也沒有一套完整的簡單易行的方法。地質超前預報分為長期超前預報和短期超前預報。長期超前預報的預測距離一般為100～500m，甚至更長。主要技術手段有地面地質調查法、斷層參數(shù)法、地震波探測法等。短期超前預報又稱跟蹤預報，在長期超前預報的基礎上進行，預報的距離為15～30m。主要技術手段包括掌子面編錄預測法、超前鉆孔、瞬變電磁法、地質雷達探測法等。根據(jù)瀏陽河水底隧道的地質情況，主要以探測地下水發(fā)育情況、破碎帶和軟弱夾層為主，故在瀏陽河水底隧道施工中，嘗試采用的地質超前預報措施為TGP-206地震波探測法為主，輔以掌子面素描和超前探孔。2.1探測原理TGP-206探測法是利用地震波反射回波方法測量的原理。地震波震源采用小藥量炸藥激發(fā)產生，炸藥激發(fā)在隧道邊墻的風鉆孔中，通常24個炮孔布置成一條直線。地震波的接收器也安置在孔中，一般左右洞壁各布置一個。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r，例如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶、地下水賦存帶等，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質繼續(xù)傳播。反射的地震信號被高靈敏度的地震檢波器接收，反射信號的傳播時間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比，因此通過測量直達波速度、反射回波的時間、波形和強度，可以達到預報隧道掌子面前方地質條件的目的。在一定間隔距離內連續(xù)采用上述方法，結合施工地質調查，可以得到隧道圍巖的地質力學參數(shù)，如動彈性模量、動剪切模量和動泊松比參數(shù)等。工作中結合相關的地質資料和施工地質工作，總結預報經驗可以提高預報的準確性。2.2探測儀器簡介TGP-206（TunnelgeologyPrediction)隧道地質超前預報系統(tǒng)由北京市水電物探研究所研制，已經經過國內著名隧道專家組評審，鑒定為具有國際先進技術水平。TGP-206隧道超前地質預報系統(tǒng)包括儀器主機、配件和處理軟件三部分組成。2.3預報方法在隧道左壁（或右壁）的同一水平線上從距掌子面3～6m處開始向外布置24個炮孔，炮孔間距2.0m，炮孔高度1.1m，最外側炮孔與接收孔的最近距離為20m，如圖1所示。3探測結果初步分析本文以瀏陽河水底隧道右線YK0+955~YK1+115范圍段的TGP-206地質超前預報為例進行分析。采集的TGP數(shù)據(jù)，通過TGPWin2.1軟件進行處理、獲得P波、SH波、SV波的時間剖面、相關偏移歸位剖面等成果。在成果分析中：以P波、SH波、SV波的原始記錄分析測段巖體的地質條件；以相關偏移歸位剖面預報前方巖體地質條件，預報分析推斷以P波剖面資料為主，結合橫波資料綜合解釋。解釋中遵循以下準則：①若S波反射較P波強，則表明巖層含水。②左右洞壁對比，以激發(fā)和接收在同一側的資料為主的原則。③縱橫波資料對比，以縱波資料為主的原則。3.1預報基礎段巖體參數(shù)表瀏陽河水底隧道右線YK0+955~YK1+115范圍段的TGP-206地質超前預報探測的基礎段巖體參數(shù)表如表1所述。3.2三分量P波SH波和SV波原始波形圖（如圖2、圖3）3.3綜合偏移成果圖（如圖4、圖5）3.4同/對側偏移與衰減處理成果圖（如圖6、圖7）3.5結果分析綜合分析隧道左右壁原始記錄，分離后的縱橫波（P、SH、SV）記錄，以及P波、SH波、SV波的相關偏移歸位剖面圖得知：檢測段圍巖在YK0+890～YK0+955段，縱波（Vp）速度為2500m/秒；橫波（Vs）速度為1500m/秒；動泊松比為0.219；巖體動彈性模量為12022MPa；巖體動剪切模量為4932MPa；巖體密度為21.5KN/m3。預報掌子面前方巖體在如下里程：YK0+955～YK0+990段巖體巖性以強風化礫巖為主，巖體穩(wěn)定性差，較破碎，含水量豐富；YK0+990~YK1+022段巖體巖性以強風化礫巖為主，夾雜著中等風化礫巖，巖體穩(wěn)定性較差，含水量豐富；YK1+022~YK1+042段巖體巖性為中等風化礫巖，巖體穩(wěn)定性一般；YK1+042~YK1+066段巖體巖性以強風化礫巖為主，夾雜著中等風化礫巖，巖體穩(wěn)定性較差，含水量豐富；YK1+066~YK1+082段巖體巖性為中等風化礫巖，巖體穩(wěn)定性一般；YK1+082~YK1+115段巖體巖性以強風化礫巖為主，夾雜著中等風化礫巖，巖體穩(wěn)定性較差，含水量豐富。4預報結論分析與對比本次以對瀏陽河隧道右線地質超前預報范圍為YK0+955～YK1+115為例，預報長度160m，對該段的地質情況預報成果及與實際對比如表2所述。5結束語坍方和突泥突水是瀏陽河水底隧道工程的主要可能地質災害，該工程通過采用以TGP-206探測儀器為主要地質超前預報手段，很好的預報了瀏陽河水底隧道水下淺埋礦挖段的超前地質情況，預報的結果與實際相比準確率達到85%～95%，為瀏陽河水下施工作業(yè)