李 偉

0 引言

隧道施工超前預報就是利用一些儀器來探測隧道掌子面前方圍巖的地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件等地質(zhì)條件[1]。這樣看來,超前預報主要需要兩個方面的知識:物探知識與地質(zhì)理論知識。而那些超前預報儀器只是探測掌子面前方圍巖中的異常情況,難以具體地判斷出是哪種地質(zhì)災害,另外一些基于地質(zhì)理論知識的超前預報方法,如地質(zhì)素描法、工程地質(zhì)綜合分析法等。單純地靠物探方法來預報隧道掌子面前方圍巖情況,由于地質(zhì)基礎理論知識和地質(zhì)工作經(jīng)驗方面的欠缺,盲目相信探測結(jié)果,往往易導致預報結(jié)果對界面性質(zhì)的判斷失誤或錯誤,而不進行界面產(chǎn)狀的修正又造成隧道掌子面前方界面距探測面所在位置距離不準。單純地靠地質(zhì)理論知識與工作經(jīng)驗來預報隧道掌子面前方圍巖地質(zhì)情況,由于所掌握的物探知識有限,往往表現(xiàn)為對探測結(jié)果的茫然,而又固守于對地質(zhì)條件的掌握和經(jīng)驗,難以做出大膽的判斷。只有把兩者結(jié)合起來才能既提高超前預報的精度,又保證超前預報快速進行,少占用隧道施工時間,才是一種實用型綜合超前預報方法。

1 隧道綜合超前預報技術(shù)

超前地質(zhì)預報是隧道信息化施工的有機組成部分,在隧道信息化施工中占有重要的地位。超前地質(zhì)預報工作可以減少隧道地質(zhì)災害的發(fā)生,降低隧道建設成本,保證隧道施工安全。建設單位根據(jù)超前地質(zhì)預報成果組織協(xié)調(diào)各相關(guān)單位采取相應的工程處理方案;超前地質(zhì)預報結(jié)果可為設計單位設計變更提供重要的參考,施工單位根據(jù)預報成果采取合理的施工方法及相應的工程應對措施;超前預報的準確性是其工程應用中的基礎。

現(xiàn)場隧道超前地質(zhì)預報,是理論結(jié)合實際的重要步驟,也是超前預報技術(shù)應用于生產(chǎn)實踐的直接的體現(xiàn)。相對于TSP、超前地質(zhì)鉆孔、紅外探水儀等超前地質(zhì)預報方法而言,地質(zhì)雷達探測和地質(zhì)素描具有成本低、操作簡單、對施工干擾小等優(yōu)點,既能保證超前預報準確性又便于操作,因而其具有廣泛的應用基礎。

綜合超前地質(zhì)預報方法是以工程地質(zhì)報告為基礎,主要是結(jié)合地質(zhì)雷達探測與地質(zhì)素描,同時參考現(xiàn)場監(jiān)控量測的數(shù)據(jù),對施工期間隧道掌子面前方的地質(zhì)情況進行預報。該預報方法主要包括:地質(zhì)素描、監(jiān)控量測、洞內(nèi)觀測及地質(zhì)雷達探測四個方面,其中地質(zhì)素描的主要任務是通過收集資料、現(xiàn)場地質(zhì)素描宏觀地掌握掌子面前方及相關(guān)段圍巖巖性、地質(zhì)構(gòu)造及含水情況,監(jiān)控量測的主要內(nèi)容包括:地表下沉、拱頂下沉、水平收斂、圍巖內(nèi)部位移、錨桿內(nèi)力、圍巖接觸應力、鋼支撐內(nèi)力等,洞內(nèi)觀測主要內(nèi)容包括:側(cè)墻觀測、拱頂拱腰觀測、圍巖級別觀測,地質(zhì)雷達的作用是探測測線位置掌子面前方圍巖剖面圖。

2 溶洞綜合超前預報實例

從貴州晴隆隧道超前預報中挑選出典型溶洞實例,論述實用型結(jié)合超前預報方法在預報溶洞中的應用。

超前預報的具體里程為晴隆隧道右線進口YK83+371。掌子面情況:巖體巖性為微風化灰?guī)r,底部夾有少量黃泥,層理發(fā)育明顯,巖層較薄,層厚約 0.2 m ～ 0.4 m,產(chǎn)狀為55°∠20°;節(jié)理發(fā)育,掌子面左右兩側(cè)各有一組節(jié)理,左側(cè)節(jié)理產(chǎn)狀 125°∠90°,右側(cè)節(jié)理產(chǎn)狀為125°∠86°,節(jié)理縫隙內(nèi)均夾有黃泥;在掌子面上有多處滴水。隧道附近發(fā)現(xiàn)一些溶洞,據(jù)勘察資料記錄,此段溶巖發(fā)育。

采用瑞典MALA公司的RAMAC系列地質(zhì)雷達采集到的數(shù)據(jù),經(jīng)過相應的雷達軟件Reflexw處理后,繪制出地質(zhì)雷達深度剖面圖(見圖1)。

結(jié)合地質(zhì)素描資料,可能初步推斷出:從掌子面(YK83+371)至其前方 30 m(YK83+401)范圍內(nèi),巖石巖性保持不變,為微風化灰?guī)r,夾有少量石英巖與黃泥,層理發(fā)育明顯,節(jié)理發(fā)育,巖體整體性較好,在掌子面前方18 m(YK83+389)處,存在一微弱的電磁波反射面,推測在該處很可能為一裂隙或是一平行于掌子面的節(jié)理;在掌子面左側(cè),從掌子面前方12 m(YK83+383)處至掌子面前方20 m(YK83+391)處,反射信號比信號規(guī)則且比較強烈,推測該范圍內(nèi)含水量較高;在掌子面右側(cè),從掌子面前方6 m(YK83+377)處至掌子面前方12 m(YK83+383)處,存在一寬度約1 m的電磁波強反射區(qū),推測該處為一含水破碎帶,也可能為一含泥夾層或是溶槽。下面以圖2為例說明溶洞地質(zhì)雷達圖像的解譯。從圖 1可看出,在100 ns～250 ns之間存在一個強反射區(qū),且局部有較多的雙曲線型同相軸特征,250 ns以后,反射波強度較弱,但仍存在一些局部零星的小反射區(qū)。雖然存在著雙曲線型同相軸,但雙曲線型同相軸后續(xù)的反射波具有直線型同相軸的特征,可能是空洞內(nèi)存在充填物的征兆。在500 ns以后,反射信號有增強的趨勢,只是受時間長度限制和電磁信號衰減的影響,在本次測量剖面上反映不明顯,在本段巖石暴露后應該進一步觀察下一區(qū)段巖石介質(zhì)的雷達反射波特征。從地質(zhì)雷達剖面結(jié)合工程地質(zhì)條件,初步判斷掌子面前方存在較多大小不等的溶洞,溶洞內(nèi)可能存在充填物。由于區(qū)域1中溶洞充填物吸收信號中高頻成分稍強些,可見其充填物中粘土或充填物含水量稍高于區(qū)域2的溶洞。后經(jīng)開挖證實,左側(cè)溶洞內(nèi)充填粘性土,右側(cè)溶洞內(nèi)充填砂性土。

3 結(jié)語

巖溶與其周圍的介質(zhì)存在著較明顯的物性差異,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。無疑探測出這個界面的情況,也就知道了巖溶的位置、范圍、深度等內(nèi)容。當有巖溶發(fā)育時,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。一般溶洞的反射波為低幅、高頻、細密波型,但當溶洞中充填風化碎石或有水時,局部雷達反射波可變強。溶蝕程度弱的石灰?guī)r的雷達反射波組為高頻、低幅細密波;素填土的雷達反射波特征為低幅高頻短波長,同相軸較連續(xù);雜填土中的雷達反射波具有強幅低頻,同相軸不連續(xù)的特點。

[1]何發(fā)亮,李蒼松,陳成宗.隧道地質(zhì)超前預報[M].成都:西南交通大學出版社,2006.

[2]張建兵,陳永林.超前地質(zhì)預報技術(shù)在隧道施工中的應用[J].山西建筑,2009,35(13):312-313.