瀏陽河隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

PAGEPAGE1瀏陽河隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)內(nèi)容提示：鑒于當(dāng)前超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重要性及目前的預(yù)報(bào)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(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用及成果。為該水底隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防提供了很好的指導(dǎo)意義。延伸閱讀：TGP探測法水底隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)隧道1引言由于隧道與其他工程相比，具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等突出特點(diǎn)，特別是水底隧道工程由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，基礎(chǔ)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(zhì)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(zhì)災(zāi)害。這些重大地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生必然會(huì)對(duì)整個(gè)工程建設(shè)帶來巨大的損失，故做好隧道地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項(xiàng)亟待解決的重大課題。而地質(zhì)超前預(yù)報(bào)則是解決這一課題的關(guān)鍵技術(shù)。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的研究及應(yīng)用對(duì)我國一些重大工程和地質(zhì)條件復(fù)雜的工程施工和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)風(fēng)化礫巖和中風(fēng)化礫巖，軟弱結(jié)構(gòu)面主要為節(jié)理及裂隙，由于圍巖為礫巖，層間結(jié)合好，且?guī)r層基本平坦，傾角很小，對(duì)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(jié)成分為泥質(zhì)，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(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法、設(shè)備及原理地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的研究，目前國內(nèi)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(zhì)超前預(yù)報(bào)分為長期超前預(yù)報(bào)和短期超前預(yù)報(bào)。長期超前預(yù)報(bào)的預(yù)測距離一般為100～500m，甚至更長。主要技術(shù)手段有地面地質(zhì)調(diào)查法、斷層參數(shù)法、地震波探測法等。短期超前預(yù)報(bào)又稱跟蹤預(yù)報(bào)，在長期超前預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，預(yù)報(bào)的距離為15～30m。主要技術(shù)手段包括掌子面編錄預(yù)測法、超前鉆孔、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)探測法等。根據(jù)瀏陽河水底隧道的地質(zhì)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(zhì)超前預(yù)報(bào)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(chǎn)生，炸藥激發(fā)在隧道邊墻的風(fēng)鉆孔中，通常24個(gè)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(gè)。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r(shí)，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(hào)反射回來，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播。反射的地震信號(hào)被高靈敏度的地震檢波器接收，反射信號(hào)的傳播時(shí)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(dá)波速度、反射回波的時(shí)間、波形和強(qiáng)度，可以達(dá)到預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)條件的目的。在一定間隔距離內(nèi)連續(xù)采用上述方法，結(jié)合施工地質(zhì)調(diào)查，可以得到隧道圍巖的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，如動(dòng)彈性模量、動(dòng)剪切模量和動(dòng)泊松比參數(shù)等。工作中結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料和施工地質(zhì)工作，總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)可以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。2.2探測儀器簡介TGP-206（TunnelgeologyPrediction)隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)由北京市水電物探研究所研制，已經(jīng)經(jīng)過國內(nèi)著名隧道專家組評(píng)審，鑒定為具有國際先進(jìn)技術(shù)水平。TGP-206隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括儀器主機(jī)、配件和處理軟件三部分組成。2.3預(yù)報(bào)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(gè)炮孔，炮孔間距2.0m，炮孔高度1.1m，最外側(cè)炮孔與接收孔的最近距離為20m，如圖1所示。3探測結(jié)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(zhì)超前預(yù)報(bào)為例進(jìn)行分析。采集的TGP數(shù)據(jù)，通過TGPWin2.1軟件進(jìn)行處理、獲得P波、SH波、SV波的時(shí)間剖面、相關(guān)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(zhì)條件；以相關(guān)偏移歸位剖面預(yù)報(bào)前方巖體地質(zhì)條件，預(yù)報(bào)分析推斷以P波剖面資料為主，結(jié)合橫波資料綜合解釋。解釋中遵循以下準(zhǔn)則：①若S波反射較P波強(qiáng)，則表明巖層含水。②左右洞壁對(duì)比，以激發(fā)和接收在同一側(cè)的資料為主的原則。③縱橫波資料對(duì)比，以縱波資料為主的原則。3.1預(yù)報(bào)基礎(chǔ)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(zhì)超前預(yù)報(bào)探測的基礎(chǔ)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(duì)側(cè)偏移與衰減處理成果圖（如圖6、圖7）3.5結(jié)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(guān)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(dòng)泊松比為0.219；巖體動(dòng)彈性模量為12022MPa；巖體動(dòng)剪切模量為4932MPa；巖體密度為21.5KN/m3。預(yù)報(bào)掌子面前方巖體在如下里程：YK0+955～YK0+990段巖體巖性以強(qiáng)風(fēng)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(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，夾雜著中等風(fēng)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(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性一般；YK1+042~YK1+066段巖體巖性以強(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，夾雜著中等風(fēng)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(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性一般；YK1+082~YK1+115段巖體巖性以強(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，夾雜著中等風(fēng)化礫巖，巖體穩(wěn)定性較差，含水量豐富。4預(yù)報(bào)結(jié)論分析與對(duì)比本次以對(duì)瀏陽河隧道右線地質(zhì)超前預(yù)報(bào)范圍為YK0+955～YK1+115為例，預(yù)報(bào)長度160m，對(duì)該段的地質(zhì)情況預(yù)報(bào)成果及與實(shí)際對(duì)比如表2所述。5結(jié)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(zhì)災(zāi)害，該工程通過采用以TGP-206探測儀器為主要地質(zhì)超前預(yù)報(bào)手段，很好的預(yù)報(bào)了瀏陽河水底隧道水下淺埋礦挖段的超前地質(zhì)情況，預(yù)報(bào)的結(jié)果與實(shí)際相比準(zhǔn)確率達(dá)到85%～95%，為瀏陽河水下施工作業(yè)