隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法綜述

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1、隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法綜述?李立功?(中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南洛陽(yáng)471009）??摘要：本文簡(jiǎn)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)，并以渝懷鐵路圓梁山隧道為例，說(shuō)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(guò)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(wèn)題的解

2、決還有待在施工中開(kāi)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(cè)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(guò)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(guò)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(zhǎng)，預(yù)報(bào)也

3、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(zhǎng)，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(kāi)挖；二是在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高。?（2）正洞地質(zhì)素描?地質(zhì)素描是對(duì)開(kāi)挖面的地質(zhì)情況如實(shí)而準(zhǔn)確的反映。素描的主要內(nèi)容包括地層巖性、構(gòu)造發(fā)育情況（含斷層、貫穿性節(jié)理、夾層或巖脈）、地下水的出水狀態(tài)、圍巖的穩(wěn)定性及初期支護(hù)

4、采用的方法等。正洞地質(zhì)素描是利用所見(jiàn)到正洞已開(kāi)挖段的地質(zhì)情況預(yù)報(bào)前方可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)條件（斷層等）。針對(duì)斷層而言，又分?jǐn)鄬勇额^作圖法和斷層前兆特征法。斷層露頭作圖法對(duì)結(jié)構(gòu)面向開(kāi)挖后方傾斜的斷層預(yù)報(bào)效果較好，因?yàn)閿鄬酉仍谒淼赖壮雎叮瑢?duì)巖體穩(wěn)定性影響不大時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)；對(duì)于向掌子面前方傾斜的結(jié)構(gòu)面因?yàn)橄仍陧敳砍霈F(xiàn)，預(yù)報(bào)時(shí)效果相對(duì)較差。正洞地質(zhì)素描的優(yōu)點(diǎn)是不占用施工時(shí)間，設(shè)備簡(jiǎn)單，不干擾施工，出結(jié)果快，預(yù)報(bào)的效果好，而且為整個(gè)隧道提供了完整的地質(zhì)資料；缺點(diǎn)是對(duì)與隧道夾角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報(bào)。?（3）水平超前探孔?水平超前探孔方法是在隧道內(nèi)安放水平鉆機(jī)進(jìn)行

5、水平鉆進(jìn)，根據(jù)隧道中線水平方向上鉆孔資料來(lái)推斷隧道前方的地質(zhì)情況。鉆孔的數(shù)量、角度及鉆孔長(zhǎng)度可人為設(shè)計(jì)和控制。一般可根據(jù)鉆進(jìn)速度的變化、鉆孔取芯鑒定、鉆孔沖洗液的顏色、氣味、巖粉以及在鉆探過(guò)程中遇到的其他情況來(lái)判斷。這種方法可以反映巖體的大概情況，比較直觀，施工人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況來(lái)安排下一步的施工組織。但該方法也存在不足之處：①在復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)報(bào)效果較差，很難預(yù)測(cè)到正洞掌子面前方的小斷層和貫穿性大節(jié)理，特別是與隧道軸線平行的結(jié)構(gòu)面，其預(yù)報(bào)無(wú)反映；②鉆孔與鉆孔之間的地質(zhì)情況反映不出來(lái)。?2物探方法?地球物理探測(cè)是間接、無(wú)損的測(cè)試手段，在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中，

6、常用的方法有地震反射法、聲波測(cè)試、紅外探水、電磁波法等。?（1）聲波測(cè)試?聲波對(duì)裂隙反應(yīng)很敏感，遇到裂隙即發(fā)生介面效應(yīng)（反射、折射和繞射），耗損波能，波形變復(fù)雜，波速減緩，此外，聲波速度的大小還和巖體強(qiáng)度有關(guān)。聲波測(cè)試方法有多種，主要有巖面測(cè)試和孔內(nèi)測(cè)試兩種，其中孔內(nèi)測(cè)試又分為單孔和雙孔測(cè)試兩種。①巖面測(cè)試是在已開(kāi)挖地段進(jìn)行的，由于隧道開(kāi)挖放炮形成許多張裂隙，所測(cè)波速表面巖石比實(shí)際巖體的波速略偏低。②孔內(nèi)測(cè)試分單孔和雙孔兩種。單孔測(cè)試是把發(fā)射源和接收器放在同一孔內(nèi)，但只能測(cè)到鉆孔周圍一倍波長(zhǎng)左右范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。雙孔測(cè)試是把發(fā)射源和接收器放在不同的鉆孔內(nèi)，測(cè)試兩

7、孔之間的巖體波速。③孔內(nèi)測(cè)試按耦合方式又分為干孔和濕孔兩種。濕孔測(cè)試是向鉆孔內(nèi)灌水耦合，但由于水充填了裂隙影響測(cè)試結(jié)果，往往使測(cè)試波速偏高，巖石越破碎偏差越大。干孔測(cè)試是在發(fā)射器和接收器的外面套上環(huán)行膠囊，然后再向膠囊內(nèi)注水，使接收器、發(fā)射器和孔壁耦合，其測(cè)試結(jié)果比較真實(shí)。?（2）紅外探測(cè)?所有物體都發(fā)射出不可見(jiàn)的紅外線能量，這能量的大小與物體的發(fā)射率成正比。而發(fā)射率的大小取決于物體的物質(zhì)和它的表面狀況。當(dāng)隧道掌子面前方及周邊介質(zhì)單一時(shí)，所測(cè)得的紅外場(chǎng)為正常場(chǎng)，當(dāng)前面存在隱伏含水構(gòu)造或有水時(shí)，他們所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)要疊加到正常場(chǎng)上，從而使正常場(chǎng)產(chǎn)生畸變。據(jù)此判斷掌子面

8、前方一定范圍內(nèi)有無(wú)含水構(gòu)