陜西隧道工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法施工技術(shù)

隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法綜述xxx(中xx局集團(tuán)有限公司隧道工程公司）摘要：本文簡述了各種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的特點(diǎn)，提出在復(fù)雜地質(zhì)條件下，運(yùn)用多種方法進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)，并以xx省xx高速公路xx隧道為例，說明綜合預(yù)報(bào)的有效性。關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；隧道施工隧道的設(shè)計(jì)、施工、工期、造價(jià)均受到地質(zhì)條件的制約。因此，了解隧道穿過地段的地質(zhì)條件不僅是隧道建設(shè)的需要，也是隧道工程地質(zhì)工作的目的。由于隧道及其他地下工程深埋地下，工程巖體的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變，根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)勘探技術(shù)水平及手段，對(duì)所取得的資料不能完全滿足施工要求，因此，這些問題的解決還有待在施工中開展深入的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。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)方面可分為常規(guī)地質(zhì)法和物探法兩大類，具體有以下幾種：（1）超前導(dǎo)坑；（2）正洞地質(zhì)素描；（3）水平超前探孔；（4）聲波測試；（5）紅外探水；（6）彈性波法；（7）電磁波法。1常規(guī)地質(zhì)法（1）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。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、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)素描圖對(duì)正洞的地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)。采用平行導(dǎo)坑預(yù)報(bào)的優(yōu)點(diǎn)是：平行導(dǎo)坑超前的距離越長，預(yù)報(bào)也越早，施工中就有充分的準(zhǔn)備時(shí)間，可以增加工作面，加快施工進(jìn)度，還可以起到排水減壓放水，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(bào)比較直觀，精度高，預(yù)報(bào)的距離長，便于施工人員安排施工計(jì)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。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)雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高。躬（撓2鋪）正洞地質(zhì)素傅描引地質(zhì)素描是對(duì)嶼開挖面的地質(zhì)講情況如實(shí)而準(zhǔn)羅確的反映。素夢描的主要內(nèi)容朝包括地層巖性最、構(gòu)造發(fā)育情徹況（含斷層、框貫穿性節(jié)理、錯(cuò)夾層或巖脈）亦、地下水的出峰水狀態(tài)、圍巖明的穩(wěn)定性及初魂期支護(hù)采用的淋方法等。正洞何地質(zhì)素描是利召用所見到正洞罪已開挖段的地艱質(zhì)情況預(yù)報(bào)前唱方可能出現(xiàn)的蓬不良地質(zhì)條件扔（斷層等）。激針對(duì)斷層而言豆，又分?jǐn)鄬勇兑r頭作圖法和斷介層前兆特征法武。斷層露頭作共圖法對(duì)結(jié)構(gòu)面艇向開挖后方傾暖斜的斷層預(yù)報(bào)煤效果較好，因尖為斷層先在隧抄道底出露，對(duì)玩巖體穩(wěn)定性影找響不大時(shí)就可啞以發(fā)現(xiàn)；對(duì)于吩向掌子面前方趙傾斜的結(jié)構(gòu)面托因?yàn)橄仍陧敳肯霈F(xiàn)，預(yù)報(bào)時(shí)者效果相對(duì)較差財(cái)。正洞地質(zhì)素俗描的優(yōu)點(diǎn)是不葬占用施工時(shí)間稈，設(shè)備簡單，星不干擾施工，飾出結(jié)果快，預(yù)聾報(bào)的效果好，鐵而且為整個(gè)隧升道提供了完整吸的地質(zhì)資料；露缺點(diǎn)是對(duì)與隧分道夾角較大而胡又向前傾的結(jié)械構(gòu)面容易產(chǎn)生腸漏報(bào)。半（群3殲）水平超前探所孔婦水平超前探孔日方法是在隧道草內(nèi)安放水平鉆都機(jī)進(jìn)行水平鉆妄進(jìn)，根據(jù)隧道睡中線水平方向歲上鉆孔資料來央推斷隧道前方反的地質(zhì)情況。誘鉆孔的數(shù)量、勺角度及鉆孔長殃度可人為設(shè)計(jì)低和控制。一般仁可根據(jù)鉆進(jìn)速愧度的變化、鉆散孔取芯鑒定、送鉆孔沖洗液的豎顏色、氣味、思巖粉以及在鉆勺探過程中遇到渣的其他情況來父判斷。這種方憶法可以反映巖些體的大概情況染，比較直觀，范施工人員可根架據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)宏情況來安排下衛(wèi)一步的施工組熟織。但該方法乘也存在不足之蹤處羅：館①鞭在復(fù)雜地質(zhì)條擇件下預(yù)報(bào)效果助較差，很難預(yù)馳測到正洞掌子秧面前方的小斷京層和貫穿性大駛節(jié)理，特別是晶與隧道軸線平百行的結(jié)構(gòu)面，尺其預(yù)報(bào)無反映頃；貧②嘩鉆孔與鉆孔之孝間的地質(zhì)情況系反映不出來。檢2話物探方法土地球物理探測耀是間接、無損緣的測試手段，嶼在隧道超前地朗質(zhì)預(yù)報(bào)中，常霜用的方法有地另震反射法、聲賽波測試、紅外脂探水、電磁波弦法等。錄（德1禾）聲波測試瘦聲波對(duì)裂隙反裳應(yīng)很敏感，遇刊到裂隙即發(fā)生撞介面效應(yīng)（反煤射、折射和繞覽射），耗損波橡能，波形變復(fù)牲雜，波速減緩鴉，此外，聲波域速度的大小還尖和巖體強(qiáng)度有模關(guān)。憐聲波測試方法疏有多種，主要豐有巖面測試和溜孔內(nèi)測試兩種箭，其中孔內(nèi)測回試又分為單孔掏和雙孔測試兩此種。門①借巖面測試是在奶已開挖地段進(jìn)迫行的，由于隧塌道開挖放炮形蘿成許多張裂隙核，所測波速表裕面巖石比實(shí)際憶巖體的波速略責(zé)偏低。謙②朱孔內(nèi)測試分單馬孔和雙孔兩種珠。單孔測試是界把發(fā)射源和接遺收器放在同一蔬孔內(nèi)，但只能員測到鉆孔周圍冠一倍波長左右擦范圍內(nèi)的地質(zhì)廉情況。雙孔測升試是把發(fā)射源踩和接收器放在豬不同的鉆孔內(nèi)扣，測試兩孔之蹤間的巖體波速扁。民③猜孔內(nèi)測試按耦怖合方式又分為等干孔和濕孔兩艘種。濕孔測試疫是向鉆孔內(nèi)灌辣水耦合，但由這于水充填了裂明隙影響測試結(jié)哲果，往往使測疾試波速偏高，葛巖石越破碎偏用差越大。干孔局測試是在發(fā)射蒸器和接收器的寫外面套上環(huán)行晝膠囊，然后再助向膠囊內(nèi)注水壁，使接收器、印發(fā)射器和孔壁微耦合，其測試蠢結(jié)果比較真實(shí)辯。界（遭2扔）紅外探測從所有物體都發(fā)語射出不可見的瘡紅外線能量，逐這能量的大小通與物體的發(fā)射障率成正比。而壽發(fā)射率的大小遺取決于物體的著物質(zhì)和它的表樂面狀況。當(dāng)隧射道掌子面前方捏及周邊介質(zhì)單犁一時(shí)，所測得絞的紅外場為正釀常場，當(dāng)前面猜存在隱伏含水召構(gòu)造或有水時(shí)凈，他們所產(chǎn)生億的場強(qiáng)要疊加濃到正常場上，蠶從而使正常場凍產(chǎn)生畸變。據(jù)耽此判斷掌子面亭前方一定范圍耐內(nèi)有無含水構(gòu)桌造。少現(xiàn)場測試有兩籍種方法：一是鄙在掌子面上，蠟分上、中、下捏及左、中、右嶄六條測線的交肝點(diǎn)測取版9皺個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)悲這堅(jiān)9吹個(gè)數(shù)據(jù)之間的蝶最大差值來判弓斷是否有水；除二是由掌子面縣向掘進(jìn)后方（壯或洞口）按左脂邊墻、拱部、堅(jiān)右邊墻的順序炮進(jìn)行測試，每扎5m忘或夏3m叫測取一組數(shù)據(jù)益，共測取敘50m齊或循30m躲，并繪制相應(yīng)嗚的紅外輻射曲細(xì)線，根據(jù)曲線棗的趨勢判斷前計(jì)方有無含水。習(xí)掌子面上暑9吵個(gè)數(shù)據(jù)的最大烈差值大于扯10欲μ竭w/cm2戰(zhàn)，就可以判定費(fèi)有水；紅外輻將射曲線上升或倘下降均可以判涼定有水，其他市情況判定無水鋤。紅外探測的丘特點(diǎn)是可以實(shí)炸現(xiàn)對(duì)隧道全空遵間、全方位的到探測，儀器操儉作簡單，能預(yù)狀測到隧道外圍毅空間及掘進(jìn)前岔方犁30m答范圍內(nèi)是否存屯在隱伏水體或骨含水構(gòu)造，而扒且可利用施工尺間歇期測試，蓋基本不占用施靜工時(shí)間。但這劫種方法只能確吃定有無水，至耽于水量大小、盡水體寬度、具獅體的位置沒有杠定量的解釋。歷（丹3父）彈性波法頸彈性波超前預(yù)謎報(bào)技術(shù)按觀測闖系統(tǒng)可分為地滔震反射法（負(fù)凍視速度法）和閱水平聲波剖面女法。眼當(dāng)彈性波向地塵下傳播時(shí)，遇劍到波阻抗不同牙的地層界面時(shí)閥，將遵循反射屆定律發(fā)生反射啟現(xiàn)象。當(dāng)介質(zhì)漁的波阻抗差異三愈大，反射回害來的信號(hào)就愈街強(qiáng)。炮①漫地震負(fù)視速度叢法惹地震負(fù)視速度上法的原理是利沙用地震波在不勁均勻地層中產(chǎn)俗生的反射波特加征，來預(yù)報(bào)隧飄道掌子面前方青及周圍區(qū)域的酒地質(zhì)情況。在淹隧道側(cè)壁的一絕定范圍內(nèi)布置菜激震點(diǎn)，進(jìn)行張激發(fā)，產(chǎn)生的離地震波信號(hào)在鴿隧道周圍巖體費(fèi)內(nèi)傳播，當(dāng)巖攤石強(qiáng)度發(fā)生變蜓化時(shí)，比如有鍵斷層或巖層變轟化，地震波信息號(hào)的一部分將宅返回，這個(gè)信崗號(hào)稱為反射波抵。反射界面與英測線直立正交省時(shí)，所接收的花反射波與直接嗽由震源發(fā)出的嗚信號(hào)（稱為直裳達(dá)波）在記錄素圖象呈負(fù)視速項(xiàng)度，其延長線角與直達(dá)波延長礦線的交點(diǎn)即為圾反射界面的位腸置見圖昂1崇。魯現(xiàn)場測試時(shí)，惕采用的方式有著多炮共道、多財(cái)?shù)拦才趦煞N。拐前者記錄方式響有利于保證激窩發(fā)條件的一致蛇圖軍1霉負(fù)視速度法工功作原理圖蜓性，后者則有究利于記錄條件欄的一致性。當(dāng)蟻偏重于運(yùn)動(dòng)學(xué)茫特征參數(shù)的應(yīng)揪用時(shí)共炮與共尺道兩種記錄方紅式可任意選用極；當(dāng)要求測試爽設(shè)備簡化與強(qiáng)看調(diào)接收條件一擺致性時(shí)，宜采俘用多炮共道式到；當(dāng)強(qiáng)調(diào)動(dòng)力捉學(xué)參數(shù)的對(duì)比溜利用時(shí)，則宜喝選用多道共炮母方式。觀測系誤統(tǒng)沿開挖工作駱面后面巷道側(cè)感壁或底部布置椅。為獲怕取足“午負(fù)視速藝度薄”召，震源應(yīng)在預(yù)燕報(bào)目的物的遠(yuǎn)熄端，接收點(diǎn)間鄰距采用小道間脾距（一般蛾2真～片5m炭），誘12短道或搬24貓道接收。根據(jù)計(jì)需要與設(shè)備條滲件，測點(diǎn)可采叮用單分量、三霉分量或組合檢財(cái)波器。線②括水平聲波剖面滾法瞎圖擺2答相錯(cuò)斜交觀測覽方式示意圖扣該方法確(結(jié)接收頻率為聲捆波頻段的地震她波計(jì))越是利用孔間地匙震剖面法捎(莖ABSP)元的原理及相應(yīng)叮軟件開發(fā)的一菊種超前預(yù)報(bào)方摘法。震源和檢益波器的布置除山脫離開挖工作族面對(duì)施工干擾闖小外，還因反復(fù)射波位于直達(dá)辭波、面波延續(xù)層相位之外不受舉干擾，因此做口到記錄清晰、劇信噪比高，使行反射波同相軸懶明顯。優(yōu)觀測時(shí)在隧道咳的兩個(gè)側(cè)壁分闖別布置震源和茅檢波器，按其牧相對(duì)位置設(shè)計(jì)傾成兩種觀測方兇式即固定激發(fā)螺點(diǎn)（或接收點(diǎn)燒）和激發(fā)與接矛收點(diǎn)相錯(cuò)斜交式方式，詳見圖艘2繳。符③哥TSP20耕3拍超前地質(zhì)預(yù)報(bào)端系統(tǒng)愛TSP20親3湯隧道地質(zhì)超前卷預(yù)報(bào)系統(tǒng)是采傾用地震勘探原粒理對(duì)隧道未開身挖區(qū)段地質(zhì)情術(shù)況進(jìn)行超前預(yù)粒報(bào)的設(shè)備。它索是目前隧道超偷前地質(zhì)預(yù)報(bào)中靠采用的最新的跳地球物理探測懼方法，屬多波馬多分量地震探盛測技術(shù)。該技吐術(shù)主要是在隧跨道已開挖的左獸邊墻或右邊墻鏡布設(shè)地震激發(fā)禾點(diǎn)和接收點(diǎn)，勤采用固定接收秘點(diǎn)、改變激發(fā)種點(diǎn)的方法采集掙反射波信號(hào)。博信號(hào)的接收采澤用高靈敏度的魂三分量加速度窗地震檢波器，情可以比較準(zhǔn)確抱的確定反射波評(píng)的空間位置?；芜\(yùn)用地震勘探井原理對(duì)所得地丘震波進(jìn)行處理正分析可以分辨貨隧道開挖面前愿方地質(zhì)體的性規(guī)質(zhì)、位置和規(guī)話模，包括軟弱拋巖石帶、含水遼情況、節(jié)理裂顧隙發(fā)育帶、斷棒層及其影響帶源等，在地質(zhì)情失況較好時(shí)預(yù)報(bào)出深度可達(dá)濾200m匆左右。詢TSP202懲超前地質(zhì)預(yù)報(bào)必系統(tǒng)示意圖見所圖策3削。斯TSP20趙3繡隧道地質(zhì)超前園預(yù)報(bào)系統(tǒng)還可元以計(jì)算出圍巖族的動(dòng)態(tài)彈性模全量、泊松比、泄體積模量、剪部切模量、拉梅礦常數(shù)、縱波速鐘度、縱波橫波足速度比、密度恭。結(jié)合圍巖的丙巖性、含水、棉節(jié)理發(fā)育、結(jié)叫構(gòu)面等情況可找對(duì)圍巖的類別革進(jìn)行評(píng)估。站圖團(tuán)3TSP20或3分超前地質(zhì)預(yù)報(bào)桑示意圖索插（山4旋）換電磁波法浸電磁波法是利綿用電磁波在不離同介質(zhì)中產(chǎn)生克透射、反射的瓜特性來進(jìn)行地妖質(zhì)預(yù)報(bào)工作的斤，目前常用的豈方法有地質(zhì)雷弱達(dá)。傲利用地質(zhì)雷達(dá)宵進(jìn)行超前預(yù)報(bào)毯時(shí)，當(dāng)前方巖示石完整的情況分下，可以預(yù)報(bào)獅30m埋的距離；當(dāng)巖陸石不完整或存溝在構(gòu)造的條件冒下，預(yù)報(bào)距離獄小于翁10m壯。雷達(dá)探測的玉效果主要取決叉于不同介質(zhì)的乏電性差異，即寸介電常數(shù)，若該介質(zhì)之間的介玩電常數(shù)差異大規(guī)，則探測效果洞就好。在洞內(nèi)住測試時(shí)，由于握受干擾因素較吉多，往往造成石假的異常，形們成誤判眠3論工程實(shí)例匪船大xx拔隧道是你xx垃省小河至安康秘高速公路的控占制性工程，全卵長架11.19k虛m齒，開隧道地勢險(xiǎn)要哈