公路隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

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1、公路隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)主講人：汪波西南交通大學(xué)2010年07月25日隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)廣義：狹義：工程可行性階段、勘察設(shè)計(jì)階段和施工階段的預(yù)報(bào)。隧道施工期的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)根據(jù)隧道開挖揭示的洞身圍巖條件的變化趨勢(shì)和采用各種地球物理探測(cè)手段對(duì)隧道施工掌子面前方地質(zhì)情況的探測(cè)結(jié)果，結(jié)合洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查、掌子面素描結(jié)果和預(yù)報(bào)人員地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隧道前方可能遇到的不良地質(zhì)體及由此可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的性質(zhì)、分布位置、規(guī)模的預(yù)測(cè)。隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的定義：隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)概論深埋長(zhǎng)大隧道地質(zhì)復(fù)雜隧道水下隧道可能存在大斷層、巖溶、大量涌水涌泥

2、、巖爆、瓦斯突出等工程地質(zhì)災(zāi)害的隧道覆蓋層太厚、植被良好不易進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和勘探的隧道可能因開挖造成環(huán)境生態(tài)破壞的隧道由于可行性研究階段和勘察階段投入的限制，依據(jù)既有地質(zhì)資料和有限的鉆孔地質(zhì)資料、水文地質(zhì)資料、物探資料及鉆孔巖石巖心物理力學(xué)試驗(yàn)資料做出的施工設(shè)計(jì)與實(shí)際不符的情況經(jīng)常出現(xiàn)，隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在下列情況下顯得尤為重要：預(yù)測(cè)地質(zhì)剖面實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容包括：斷層及其影響帶和節(jié)理密集帶的位置、規(guī)模和性質(zhì)軟弱夾層（含煤層）的位置、規(guī)模及其性質(zhì)巖溶發(fā)育位置、規(guī)模及其性質(zhì)不同巖類間接觸界面的位置工程地質(zhì)災(zāi)害可能

3、發(fā)生的位置及規(guī)模隧道圍巖級(jí)別變化及其分界位置不同風(fēng)化程度的分界位置不良地質(zhì)體（帶）成災(zāi)的可能性隧道涌水的位置、水壓及水量隧道圍巖級(jí)別的變化及分布隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的主要方法有正洞地質(zhì)素描超前水平鉆孔法超前導(dǎo)坑法聲波測(cè)試紅外探水電磁波法彈性波法地質(zhì)類物探類地質(zhì)法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)該方法根據(jù)隧道洞內(nèi)外調(diào)查結(jié)果和隧道施工期掌子面地質(zhì)條件調(diào)查結(jié)果，如巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育情況、巖體破碎程度、巖石變質(zhì)程度等變化特征，通過地質(zhì)作圖及構(gòu)造相關(guān)性分析，由地面構(gòu)造產(chǎn)狀推測(cè)其在地下隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、

4、巖石的變質(zhì)程度推測(cè)掌子面前方可能出現(xiàn)的構(gòu)造及其性質(zhì)，進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。內(nèi)容包括：掌子面前面是否存在斷層、不同圍巖類間的接觸界面、隧道前方圍巖的穩(wěn)定性及失穩(wěn)破壞形式等。預(yù)報(bào)過程3.3超前水平鉆孔通過鉆速測(cè)試、巖芯采取率統(tǒng)計(jì)、鉆孔巖芯鑒定等來確定掌子面前方地層的展布、巖石的軟硬程度、巖體完整性、可能存在的斷層、空洞的分布位置，從而進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。鉆速高：軟質(zhì)巖低：硬質(zhì)巖卡鉆：節(jié)理裂隙發(fā)育或斷層破碎帶急劇加快：空洞巖芯采取率低：節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石完整系數(shù)低高：節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖石完整系數(shù)高確定不同巖性地層在掌子面前方的分布狀況，以

5、及不同巖性地層在軸線上的長(zhǎng)度。巖芯鑒定巖芯鉆機(jī)缺點(diǎn)：成本高速度慢影響工期探測(cè)結(jié)果僅為一孔之見，難以形成面遇軟弱巖層取芯困難對(duì)巖溶隧道布孔位置帶有偶然性遇水或瓦斯地層時(shí)會(huì)遇到意想不到的問題3.4電磁波（地質(zhì)雷達(dá)）法該法采用連續(xù)掃描電磁波反射曲線的疊加，利用電磁波在掌子面前方巖層中的傳播、反射原理，根據(jù)測(cè)到的反射脈沖波走時(shí)計(jì)算反射界面距施工掌子面的距離。地質(zhì)雷達(dá)法是目前分辨率最高的地球物理方法，但其預(yù)報(bào)距離短，且易受洞內(nèi)機(jī)器管線的干擾，目前多用于巖溶洞穴、含水帶和破碎帶的探測(cè)預(yù)報(bào)。巖溶探測(cè)巖溶與其周圍的介質(zhì)存在著較明顯的物性差異，

6、尤其是溶洞內(nèi)的充填物與可溶性巖層之間存在的物性差異更明顯。這些充填物一般是碎石土、水和空氣等，這些介質(zhì)與可溶性巖層本身由于介電常數(shù)不同形成電性界面。當(dāng)有巖溶發(fā)育時(shí)，反射波波幅和反射波組將隨溶洞形態(tài)的變化橫向上呈現(xiàn)出一定的變化。一般來說，溶洞雷達(dá)圖像的特征是被溶洞側(cè)壁的強(qiáng)反射所包圍的弱反射空間，即界面反射是強(qiáng)反射，且常伴有弧形繞射現(xiàn)象;溶洞內(nèi)的反射波則為弱反射:低幅、高頻、波型細(xì)密，但當(dāng)溶洞中充填風(fēng)化碎石或有水時(shí)，局部雷達(dá)反射波可變強(qiáng)。巖溶帶雷達(dá)波形巖溶實(shí)際照片富水帶是含水量大的巖體區(qū)域，在隧道開挖后很可能產(chǎn)生涌水現(xiàn)象，水的相對(duì)

7、介電常數(shù)較大，當(dāng)巖體含水量較大時(shí)，介質(zhì)的介電常數(shù)有較大的增大，而電磁波在介質(zhì)中的傳播速度則會(huì)降低，這樣反射波表現(xiàn)較強(qiáng)的正峰異常，同出現(xiàn)強(qiáng)反射，有時(shí)亦會(huì)內(nèi)產(chǎn)生繞射、散射現(xiàn)象，導(dǎo)致波形紊亂，頻率成分由高頻向低頻劇變。富水帶探測(cè)在完整巖石與斷層破碎帶接觸界面的兩側(cè)，由于破碎帶內(nèi)巖石的孔隙度和含水率均比完整巖石要大，而孔隙度和含水率對(duì)介質(zhì)的介電參數(shù)等有較大影響，這就造成接觸帶兩側(cè)存在一定的波阻抗差異，致使電磁波在穿過界面進(jìn)入破碎帶內(nèi)后其反射波能量增強(qiáng)、波形幅值增大，穿過破碎巖層時(shí)視其膠結(jié)程度而使得波形比較雜亂。在雷達(dá)剖面上的波場(chǎng)特征為

8、:地層反射波發(fā)育，同相軸錯(cuò)斷，反射波振幅能量明顯增強(qiáng)，電磁波頻率發(fā)生變化，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)斷面波、繞射波。因此，根據(jù)地質(zhì)需達(dá)的波形特征及相關(guān)地質(zhì)資料，可以判明破碎帶的厚度以及它與完整巖石的界面。斷層破碎帶探測(cè)斷層破碎帶波形斷層破碎帶實(shí)際照片裂隙密集帶探測(cè)裂隙密集帶主要存在于斷層影