高軍 林曉

摘要：在鐵路隧道動態(tài)信息化施工當(dāng)中，三維探測超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，可以有效提升鐵路隧道施工的安全性，確保隧道工程順利進行?；诖耍疚闹攸c探究基于三維探測超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)家在鐵路隧道動態(tài)信息化施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維探測超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)；鐵路隧道；信息化施工；應(yīng)用

引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)今信息化技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，也產(chǎn)生了信息化施工技術(shù)。從當(dāng)今新建鐵路隧道工程現(xiàn)狀來看，受到隧道長度、深埋等因素影響，工程地質(zhì)條件也變得愈加復(fù)雜。如果隧道深埋較大，在初期勘探當(dāng)中所采用的宏觀地面調(diào)繪、鉆探、波速測井等方法無法精準(zhǔn)的觀測到地質(zhì)條件、水文條件、不良地質(zhì)條件，最終造成工程在施工當(dāng)中出現(xiàn)突泥、突水、坍塌等現(xiàn)象，給工程后續(xù)施工帶來了極大的影響，甚至是造成施工安全事故問題。而基于三維探測超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)（下文簡稱“超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)”），能夠提前對每個施工段進行預(yù)測分析，根據(jù)圍巖穩(wěn)定性對不利地段做出判定，在開挖前做好預(yù)防措施，這樣即可避免盲目施工，確保隧道施工的安全性。

1、超前地質(zhì)預(yù)報指導(dǎo)原則與要求

1.1地質(zhì)調(diào)查法

結(jié)合現(xiàn)有的工程勘察資料、地表補充地質(zhì)調(diào)查資料、隧道內(nèi)地質(zhì)素描，采用層層對比、地層分界線、構(gòu)造線、地下與地表相關(guān)性分析、斷層要素、隧道幾何參數(shù)等分析，這樣即可對隧道不良地質(zhì)千兆進行預(yù)測，推測出工程口開挖工作面可能產(chǎn)生的地質(zhì)情況。

（1）地表補充地質(zhì)調(diào)查

巖性、地層在隧道表面的出漏和接觸關(guān)系；地質(zhì)構(gòu)造在隧道地表出露、規(guī)模、性質(zhì)、產(chǎn)狀變化情況；認(rèn)為坑洞位置、走向、高程和隧道個工程的空間關(guān)系。根據(jù)隧道地表補充的調(diào)查結(jié)果，結(jié)合工程的勘察資料、設(shè)計文件、設(shè)計圖紙等，對超前地質(zhì)預(yù)報的重點區(qū)段進行核實、修整。

（2）內(nèi)地質(zhì)素描

將隧道工程當(dāng)中所揭示隧道地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、構(gòu)造面產(chǎn)狀、地下水露出點、出水狀態(tài)等信息記錄，并繪制成為圖表，主要包含了開挖面地質(zhì)素描、洞身地質(zhì)素描。通過對不同水文條件、地質(zhì)條件進行記錄，保證隧道下方圍巖的穩(wěn)定性、支護方式、初期支護后變形控制等。并對隧道工程施工圍巖進行分級。

1.2超前鉆探法

（1）方法

使用超前鉆探法是利用沖擊鉆、回轉(zhuǎn)鉆獲取到巖芯，在施工中兩種工具配合使用，這樣可以保證鉆探效率和精準(zhǔn)率，降低開挖施工周期。普通地段采用沖擊鉆即可，沖擊鉆不取芯，而沖擊器的鉆進變化、沖擊、巖粉、卡鉆、鉆桿振動、沖洗液流量變化等，即可獲取到巖石特性、強度、完整度、溶洞、暗河等情況。在地質(zhì)較為復(fù)雜的地區(qū)采用回轉(zhuǎn)取芯鉆，該設(shè)備可以有效獲得鉆芯，并確定地層變化歷程，只有在特殊地段、地層以及需要精準(zhǔn)判定的情況下使用。

（2）工作要求

超前地質(zhì)鉆探要求每個施工孔長度要大于30m、搭接長度大于5m；加深炮孔探測通常循環(huán)9-14個，炮孔深度應(yīng)大于5m，實際深度需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。

1.3物探法

（1）彈性波反射法（TSP）

地震波的震源點通常是設(shè)計在右邊或左邊墻上，大約有23-25個炮點，采用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。在數(shù)據(jù)檢測當(dāng)中可以采用的TSPwin軟件處理，最終可以獲得巖石力學(xué)參數(shù)、強度指標(biāo)，結(jié)合反射波組合特性和動力學(xué)特性、巖石物理力學(xué)參數(shù)等判定地質(zhì)特性。

（2）電磁波反射法

應(yīng)用控制單元向地層發(fā)射機高頻率電磁波，在遇到不同介質(zhì)時，電磁波的能量轉(zhuǎn)換成為反射波回到地面，雷達接收到反射波，并對反射波進行分析，從而獲得地層厚度、巖層完整性、巖層含水率。

（3）工作要求

彈性波反射法沒循環(huán)探測距離在100-150m之間，重疊部分應(yīng)大于10m；電磁波反射發(fā)每循環(huán)探測距離應(yīng)小于30m，重疊部分應(yīng)大于5m。

2、超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)在隧道工程信息化施工中的應(yīng)用

為了能夠掌握超前地質(zhì)預(yù)報重點，提高超前預(yù)報效率和精度，需要結(jié)合設(shè)計單位提供風(fēng)險隧道分級、隧道施工圖、隧道風(fēng)險評估，掌握隧道風(fēng)險等級、風(fēng)險主要因素等，標(biāo)段隧道超前地質(zhì)預(yù)報實施過程中可能出現(xiàn)的不同風(fēng)險以及風(fēng)險段落，針對性應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報法。

2.1地質(zhì)調(diào)查法

對所有的隧道段都采用地質(zhì)調(diào)查法展開超前預(yù)報。

2.2根據(jù)風(fēng)險區(qū)段確定超前預(yù)報方法

標(biāo)段隧道風(fēng)險區(qū)域劃分需要結(jié)合設(shè)計單位的《隧道風(fēng)險評估設(shè)計圖》決定，根據(jù)隧道區(qū)段風(fēng)險等級確定使用哪種超前預(yù)報方案。

（1）極高風(fēng)險地段采用地質(zhì)素描、超前水平鉆孔、TSP203、超長炮孔、地質(zhì)雷達、紅外他測綜合預(yù)報法。

（2）高風(fēng)險地段采用地質(zhì)素描、超前水平鉆孔、TSP203、超長炮孔的綜合預(yù)報方案。

（3）中度風(fēng)險地段采用地質(zhì)素描、TSP203的綜合預(yù)報法。

（4）低度風(fēng)險主要是應(yīng)用地質(zhì)素描方法。

2.3按照不良地段確定超前預(yù)報法

結(jié)合實際的設(shè)計文件、長距離地質(zhì)預(yù)報結(jié)果、地質(zhì)素描等技術(shù)，識別隧道工程中所存在的溶洞、斷層破碎帶、承壓水、溝谷淺埋、巖層接觸帶等風(fēng)險源地段，并且在前后延長50m范圍，結(jié)合高度風(fēng)險等級展開地質(zhì)超前預(yù)報。如果確定是極高的危險等級，需要按照極高風(fēng)險的方案進行超前預(yù)報，補充紅外探測預(yù)報、地質(zhì)雷達預(yù)報，將最終的檢測結(jié)果反饋給設(shè)計單位，對極高風(fēng)險等級地質(zhì)條件進行深度研究，決定采用炮孔、超前水平鉆、超前水平導(dǎo)坑等各類方法，查明地質(zhì)狀況。

（1）在斷層破碎帶、褶皺核部位、節(jié)理密集帶、溝谷淺埋地段預(yù)報當(dāng)中，在施工中采用紅外探測方案，深度為30-50m，如果探測前方?jīng)]有水，使用單孔超前水平鉆驗證。如果檢測有水，則確保超前水平鉆探的斷面鉆孔數(shù)量不低于3個，檢測水量。

（2）承壓水段落，施工前采用紅外測測預(yù)報技術(shù)，深度為50m，之后采用超前水平鉆探方案，每個斷面鉆孔數(shù)量不得低于3個，并得到水量和水壓參數(shù)。

（3）熔巖、人為空洞地段，施工前使用紅外探測、雷達探測技術(shù)進行預(yù)報，深度為30-50m，之后采用超前水平鉆探，每個斷面鉆孔數(shù)量不低于3個，開挖時采用加深炮孔探測，炮孔數(shù)量、長度根據(jù)工程實際確定。

（4）巖層接觸帶采用3孔超前水平鉆驗證即可。

結(jié)束語

綜上所述，在鐵路隧道施工中采用超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，能夠有效加強隧道施工工序管理，采用上下對照、長短結(jié)合、定量、定性分析等方案，實現(xiàn)相互印證，開展綜合的地質(zhì)超前預(yù)報，保證了預(yù)報精度和效率，這對保證施工效率、施工質(zhì)量有著重要意義。

參考文獻

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（作者單位：1.國家鐵路集團武廣高鐵公司；

2.中國石油大學(xué)（北京））