隧道超前地質(zhì)預報原理及新方法應用實例

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1、隧道超前地質(zhì)預報工作中常用的物探方法工程物探方法都是應用于地表和井中的勘探方法,要在隧道中采用物探方法進行隧道超前地質(zhì)預報,我們必須對那些用于二維地表探測的物探方法進行適當?shù)奶綔y裝置和處理軟件改進,使其適合三維隧道場地條件和施工環(huán)境的隧道超前地質(zhì)預報工作。從多年的實踐努力和經(jīng)驗來看，我們認為：能在隧道內(nèi)進行隧道超前地質(zhì)預報工作的工程物探方法有:1、彈性波反射法(常用的方法:地震反射波法)2、電磁波反射的法(常用的方法:地質(zhì)雷達法)3、紅外探測法(常用的方法:紅外探水法)4、高分辨直流電法(常用的方法:三極空間交匯探測法)說明:瞬變電磁法還不太

2、成熟,還未列如《鐵路隧道超前地質(zhì)預報技術指南》,本次就不介紹方法。四、物探方法在隧道超前地質(zhì)預報中的重要性1、隧道超前地質(zhì)預報工作的必要性⑴由于隧道深埋于地下，工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件復雜多變，而目前地質(zhì)勘察工作又受技術、地形和工期所限，期望在施工前查明隧道圍巖的狀態(tài)、特性，特別是要準確地預測隧道施工中可能發(fā)生的地質(zhì)災害的位置、規(guī)模和性質(zhì)是十分困難的；⑵由于地質(zhì)災害體的存在，僅依靠施工揭露再行處理的辦法，帶有很大的盲目性，常常發(fā)生各種突發(fā)事故，造成投資增加、人員和施工設備傷害、工期延誤等諸多問題。因此，采用科學的、先進的隧道超前地質(zhì)預報方法

3、來準確地預報隧道所通過范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體的性質(zhì)、規(guī)模和狀態(tài)是非常必要的。2、物探方法在隧道超前地質(zhì)預報中的重要性按照《鐵路隧道超前地質(zhì)預報技術指南》鐵建設【2008】105號中的規(guī)定：隧道超前地質(zhì)預報應采用地質(zhì)調(diào)查與勘探相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合、長距離預報與短距離預報相結(jié)合、地面與地下相結(jié)合、超前導坑與主洞相結(jié)合的指導思想，通過對各種方法的預報結(jié)果綜合分析解釋，相互印證，有利于提高預報的準確率，積極為隧道的安全施工提供必要的技術支撐。根據(jù)上述規(guī)定可以看出：物探方法在隧道超前地質(zhì)預報中占有非常重要的地位，再加上物探方法具有施測快捷、預報結(jié)果提

4、供及時、費用低（相對超前鉆探而言）等特點，物探方法在隧道超前地質(zhì)預報中得到了廣泛應用。根據(jù)鐵路隧道的開挖方式、工期要求和各物探方法的優(yōu)缺點，我院認為:隧道內(nèi)的物理探測應采用長距離預報（彈性波反射法）和短距離預報（地質(zhì)雷達法或紅外探測法）相結(jié)合的綜合物探方法。根據(jù)隧道的風險等級和不良地質(zhì)情況采用不同的綜合物探預報方法，具體規(guī)定如下表（表-１）。隧道超前地質(zhì)預報采用綜合物探方法一覽表表-１序號適用條件適用風險等級物探類型采用物探方法1軟弱夾層，非可溶巖接觸帶，地表物探異常帶、差異風化帶及可能出現(xiàn)其它不良地質(zhì)體。含炭（煤）地層。坍方風險及變形風險為

5、中度。WT-1地震反射波法（TSP）2非可溶巖地段斷層及其破碎帶、可溶巖巖溶中度發(fā)育地段、可能出現(xiàn)的節(jié)理密集帶。風險為高度、突水突泥風險為中度及以上。WT-2以地震反射波法（TSP）為主、紅外探測法為輔的綜合物探預報方法3可溶巖巖溶強烈發(fā)育地段、可溶巖與非可溶巖接觸帶等可能出現(xiàn)溶洞、溶蝕破碎帶及富水節(jié)理密集帶。突水突泥高度風險、地表失水高度風險、坍方高度風險。WT-3以地震反射波法（TSP）為主、地質(zhì)雷達法或紅外探測法為輔的綜合物探預報方法4巖溶發(fā)育（極強烈）地段；煤層采空區(qū)。高壓富水斷層。水突泥極高風險、地表失水極高風險、坍方高度風險。WT

6、-4以地震反射波法（TSP）為主、地質(zhì)雷達法或紅外探測法為輔的綜合物探預報方法按照《鐵路隧道超前地質(zhì)預報技術指南》鐵建設【2008】105號中的劃分，隧道內(nèi)的物理探測方法有以下四類：⑴彈性波反射法；⑵電磁波反射法；⑶紅外探測法；⑷高分辨直流電法。下面按上述分類探討物探方法在隧道超前地質(zhì)預報中的原理及方法。第二部分隧道超前地質(zhì)預報的物探方法原理與施作要點一、彈性波反射法二、電磁波反射的法三、紅外探測法四、高分辨直流電法一、彈性反射波法彈性波反射法是利用人工激發(fā)的地震波、聲波在不均勻地質(zhì)體中所產(chǎn)生的反射波特性來預報隧道掌子面前方地質(zhì)情況的一種物探

7、方法，它包括地震波反射法、水平聲波反射法、負視速度法和極小偏移距高頻反射連續(xù)剖面法等方法。由于地震波反射法相對其它三種方法應用相對普遍和成熟，且從預報距離、探測精度和預報復雜不良地質(zhì)問題的適應性幾方面綜合考慮，本次只介紹地震波反射法。目前，采用地震波反射法進行隧道超前地質(zhì)預報的儀器主要有：TSP(瑞士)、TRT(美國)、TGP(中國)、TST(中國)等，由于目前隧道超前地質(zhì)預報中使用最多的儀器是瑞士Amberg公司生產(chǎn)的TSP系列儀器，所以下面以TSP203儀器為例介紹地震波反射法在隧道超前地質(zhì)預報中的應用情況。1、TSP的基本原理圖1-1T

8、SP法工作原理示意圖圖1-2儀器：瑞士TSP-203圖1-3儀器：瑞士TSP-203現(xiàn)場工作照片2、TSP的應用效果⑴小型溶洞預報實例隧道地質(zhì)情況:某鐵路隧道全長2