王文清

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司隧道分公司 四川 雙流 610200）

超前地質(zhì)預(yù)報在隧道施工中的應(yīng)用探討

王文清

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司隧道分公司 四川 雙流 610200）

隧道所處地段地質(zhì)條件復(fù)雜多變，勘察設(shè)計人員很難對隧道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確勘察。在進(jìn)行隧道開挖過程中經(jīng)常會遇到斷層破碎帶、富水帶和巖溶等不良地質(zhì)體，這些不良地質(zhì)體的出現(xiàn)大大增加了隧道開挖難度。因此，對隧道地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報工作，是避免掘進(jìn)過程中出現(xiàn)突水、突泥等災(zāi)害，減少人員傷亡和經(jīng)濟損失的有力手段。

超前地質(zhì)預(yù)報 隧道 施工 應(yīng)用

引言

隧道穿越區(qū)域中，如遇隱伏巖溶、斷層等較大不良地質(zhì)區(qū)段，會導(dǎo)致施工過程中突水、突泥、坍塌、區(qū)域沉陷、有害氣體突出等地質(zhì)災(zāi)害或不良的環(huán)境影響，并給隧道結(jié)構(gòu)安全與今后的運營留下隱患。為規(guī)避施工風(fēng)險，科學(xué)組織武廣客運專線隧道施工，需要采取多種手段，分級管理，開展綜合超前地質(zhì)預(yù)報工作，較準(zhǔn)確地預(yù)報隧道地質(zhì)情況，制定可靠的處理方案和技術(shù)措施，及時采取預(yù)防手段與應(yīng)急預(yù)案，確保隧道安全順利地通過隧道不良地質(zhì)區(qū)段。

1. 道地質(zhì)超前預(yù)報的內(nèi)容

隧道地質(zhì)預(yù)報在道路施工建設(shè)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，一方面能提高隧道施工的安全性，另一方面還能提高施工質(zhì)量，是現(xiàn)代社會道路施工發(fā)展建設(shè)的主要手段之一。隧道地質(zhì)超前預(yù)報要求工作人員通過地質(zhì)推斷法將巖石周圍的地質(zhì)變化趨勢展現(xiàn)出來，并利用物探方法預(yù)報前方圍巖的實際狀況，預(yù)報工作人員結(jié)合自身專業(yè)經(jīng)驗和地質(zhì)分析原理了解前方的地質(zhì)狀況和圍巖的等級類別，并判斷可能出現(xiàn)事故的圍巖類型和場所，最后，針對問題提出具有科學(xué)性的解決措施。不良地質(zhì)體涉及范圍非常廣，主要包括破碎帶、溶洞、節(jié)理密集帶以及富水帶等，以上各位置的性質(zhì)、特點是超前預(yù)報的基礎(chǔ)和主要依據(jù)，并對超前預(yù)報的結(jié)果有至關(guān)重要的影響。另外，地質(zhì)原理分析和推斷還存在著典型的成災(zāi)型，這是地質(zhì)超前預(yù)報中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)還會直接成為提出施工建議的主要依據(jù)。因此，地質(zhì)條件預(yù)報、災(zāi)害類型及可能性預(yù)報以及圍巖級別預(yù)報和施工建議之間存在緊密聯(lián)系，其中，地質(zhì)條件預(yù)報直接決定災(zāi)害類型和人圍巖級別預(yù)報，在確定以上各參數(shù)后結(jié)合隧道施工實際狀況制定科學(xué)合理的施工方案。

2. 道施工中不良地質(zhì)超前預(yù)報方法分析

2.1 常規(guī)地質(zhì)超前預(yù)報法

2.1.1 地質(zhì)素描法

在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中，人們最早使用的方法便是地質(zhì)素描法。地質(zhì)素描法是利用地質(zhì)理論和作圖法，準(zhǔn)確地將隧道掌子面及其周邊所揭露的地層構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、地下水出水情況等一一記錄并繪制成圖表，然后，與設(shè)計地質(zhì)資料對比，來預(yù)測隧道開挖面前方地質(zhì)條件。在隧道開挖過程中，每一開挖循環(huán)均要求作地質(zhì)素描圖來推斷前方地質(zhì)。地質(zhì)素描圖主要內(nèi)容，包括斷層、破碎帶的位置、產(chǎn)狀、規(guī)模，地下水出水點情況等。

2.1.2 超前導(dǎo)坑預(yù)報法

超前導(dǎo)坑預(yù)報法有平行導(dǎo)坑和正洞導(dǎo)坑法兩種，其中，平行導(dǎo)坑法斷面小，在實施過程中要做必要的測試試驗，并同時做好相關(guān)記錄，對隧道穿越地層分布結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行平面的展示，做出地質(zhì)素描圖，可以指導(dǎo)較小間距的平行隧道，對隧道施工進(jìn)行預(yù)報。正洞導(dǎo)坑法的精度優(yōu)于平行導(dǎo)坑法，它是先確定隧道的中心軸線，沿隧道的正洞開挖出小導(dǎo)坑，進(jìn)行初步探測，再將小導(dǎo)坑進(jìn)行擴大為斷面，實現(xiàn)超前預(yù)報功能。我國的北京八達(dá)嶺隧道施工就運用了這一方法。

2.1.3 超前水平鉆孔預(yù)報法

這一預(yù)報方法是將鉆機設(shè)備移入隧道之內(nèi)，按照水平方向鉆進(jìn)，根據(jù)鉆機鉆進(jìn)的速度測試、巖芯采取率、強度鑒定等數(shù)據(jù)，來推斷隧道掌子面前方的巖層節(jié)理構(gòu)造、巖體的地形構(gòu)造等大概情況，隧道施工人員可以對這些檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如：對巖芯采取率的鑒定，如果巖芯采取率低，則表明有裂隙在形成和發(fā)育；如果巖芯采取率高，則表示巖體沒有裂縫，完整性良好，完成地質(zhì)超前預(yù)報。但是，這種超前水平鉆孔預(yù)報方法也有其局限性，即往往出現(xiàn)隧道施工中，由于這種方法的“一孔之見”而導(dǎo)致不良地質(zhì)體的漏報，使之無法準(zhǔn)確預(yù)報復(fù)雜的地質(zhì)地形條件，對隧道掌子面前方的小斷層及與軸線平行的斷面也無法進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，還有待于更多的探索和實踐應(yīng)用。

2.2 地球物理超前預(yù)報方法

2.2.1 TSP預(yù)報法

TSP（Tunnel Seismic Prediction）是隧道地震波法的簡稱。TSP設(shè)備由瑞士安伯格研發(fā)生產(chǎn)，采用回聲測量原理，在我國應(yīng)用較廣泛。TSP法的地震波信號通常由小量炸藥爆炸產(chǎn)生，其傳播到不同的巖層界面時被反射，產(chǎn)生的反射波被三維高靈敏度的地震檢波器接收，利用計算機軟件對反射波進(jìn)行解析，可推斷掌子面前方地質(zhì)情況。在確定相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性后，預(yù)報人員通過反射波數(shù)據(jù)庫的基本情況進(jìn)行深入研究分析，就可以準(zhǔn)確判斷相關(guān)隧道剖面及巖石的物理性質(zhì)和基本力學(xué)參數(shù)，隧道施工建設(shè)以此為依據(jù)便能在保障安全性和可靠性的同時在更短的時間內(nèi)完成。

2.2.2 紅外探水預(yù)報法

通常情況下，在應(yīng)用紅外探水原理之前，工作人員必須確定一個比較穩(wěn)定的地質(zhì)體，并將該地質(zhì)體作為探測對象所必須的場源，由于探測對象所形成的紅外場強度和場源本身的場強度幾乎保持一致，如果地質(zhì)體中含有一定地下水，此時，地下水場源產(chǎn)生的紅外場將直接影響地質(zhì)體場源多產(chǎn)生的紅外場。以圍巖紅外場的變化來預(yù)報前方是否含有水體，并以隧道的走向為依據(jù)，判斷紅外探水與場源強曲線之間的關(guān)系。最后，在利用紅外探水原理進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報的過程中還應(yīng)該根據(jù)實際探測狀況建立各監(jiān)測點的場強與測點到掘進(jìn)面的距離之間的函數(shù)關(guān)系，并繪制函數(shù)關(guān)系示意圖，再結(jié)合函數(shù)圖形的基本特點完成超前探水預(yù)報要求。

2.2.3 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報法

地質(zhì)雷達(dá)法簡稱GPR（Ground Pene－trating Radar），其利用發(fā)射天線向隧道掌子面前方地層發(fā)射脈沖形式的高頻電磁波，經(jīng)地層界面反射回掌子面的回波信號由另一天線接收，對回波信號進(jìn)行分析，可短距離預(yù)報掌子面前方地質(zhì)。地質(zhì)雷達(dá)法對含水帶、破碎帶等不良地質(zhì)擁有較高的識別能力，在富水地層以及溶洞發(fā)育地區(qū)和深埋隧道，效果好，應(yīng)用較廣泛，具有操作速度快、對施工干擾小、探測精度高等優(yōu)點。

3. 道施工中超前地質(zhì)預(yù)報方法的選擇

上面介紹的預(yù)測方法，各自有不同的運用情況，應(yīng)該選取合適的方法加以應(yīng)用。首先在預(yù)報方法選取上要遵循一定的原則，比如要保證施工時所用時間不能過長，對施工產(chǎn)生的影響應(yīng)該盡量小，預(yù)報誤差應(yīng)該小于 5%，可以完整掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)、含水狀況、破碎程度、完整性等。遵循這些原則，選擇合適的預(yù)報方法。另外預(yù)報方法的選取還應(yīng)當(dāng)充分考慮地質(zhì)風(fēng)險等級，地質(zhì)風(fēng)險等級與預(yù)報方法的選取直接相關(guān)，要在判斷國風(fēng)險等級之后再來選取預(yù)報方法。

根據(jù)公路隧道地質(zhì)風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，把地質(zhì)風(fēng)險等級劃分成了四個等級，分別是A級、B級、C級、D級，四個等級代表的分別是特大型地質(zhì)風(fēng)險、大型地質(zhì)風(fēng)險、中～小型地質(zhì)風(fēng)險、局部小型地質(zhì)風(fēng)險，除了這四個基本等級之外還可以根據(jù)工程地質(zhì)狀況在各個等級下面劃分出亞級，通過這種方式來反映那些介于其中兩個等級之間的地質(zhì)風(fēng)險。當(dāng)確定了地質(zhì)風(fēng)險等級之后，可以參照《不同地質(zhì)風(fēng)險等級的預(yù)報方法選取標(biāo)準(zhǔn)》來確定預(yù)報方法。

結(jié)束語

總之，綜合物探方法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報過程中具有較高的應(yīng)用價值，工作人員必須結(jié)合施工現(xiàn)狀，從多方面著手，為提高施工質(zhì)量做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。眾所周知，隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作在隧道施工建設(shè)過程中具有重要的作用，它一方面能引導(dǎo)施工人員準(zhǔn)確掌控施工所在地的地質(zhì)情況，另一方面還能為施工人員的人身安全提供安全保障。

[1]戴前偉，王鵬飛，馮德山，張富強.綜合物探方法在隧道掌子面超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用[J].工程勘察，2012，02(08).

[2]呂喬森，左昌群，梁禹.公路隧道施工地質(zhì)預(yù)報方法選取與預(yù)警機制建立[J].中外公路，2012，32(5).

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1007-6344（2015）12-0184-01