商 琦
(中鐵二十局集團(tuán)第六工程有限公司,陜西西安 710032)
隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,我國在復(fù)雜地質(zhì)條件下修建的隧道越來越多、越來越長,遇到的隧道工程地質(zhì)問題越來越復(fù)雜。由于在隧道的勘察設(shè)計階段對隧道的地質(zhì)勘察的力度有限,受勘察精度、工作經(jīng)費(fèi)等條件的影響,地質(zhì)勘察對隧道的地質(zhì)情況只有一個宏觀的把握,對隧道復(fù)雜的地質(zhì)情況的認(rèn)識還不夠深入。依據(jù)地質(zhì)勘察資料做出的設(shè)計方案與實(shí)際情況經(jīng)常不符,在隧道施工中復(fù)雜的地質(zhì)情況以及地質(zhì)變化都直接影響施工方法和施工工期。對于地質(zhì)情況復(fù)雜的隧道,施工時也會引起地質(zhì)的變化;施工前能了解隧道前方的地質(zhì)情況,有利于隧道的施工,確保施工安全。因此,有必要在隧道施工前對隧道所通過區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報。
超前地質(zhì)預(yù)報工作在隧道工程施工中主要有以下幾方面的作用:1)在復(fù)雜地質(zhì)條件下,能夠保證隧道施工安全,避免施工時隧道洞內(nèi)塌方、涌水、涌沙、涌泥、瓦斯爆炸、巖爆等災(zāi)害的發(fā)生,確保施工人員的安全;2)能減少或避免因地質(zhì)災(zāi)害引起的工期延誤,增加施工成本;3)節(jié)約施工成本。在施工過程中,準(zhǔn)確的隧道地質(zhì)情況預(yù)報能夠減少很多不必要的安全防護(hù)措施,節(jié)約施工成本;4)根據(jù)準(zhǔn)確的隧道地質(zhì)情況預(yù)報,能夠根據(jù)地質(zhì)情況提前對施工方法進(jìn)行調(diào)整,對一些復(fù)雜的地質(zhì)情況能夠提前采取相應(yīng)的技術(shù)措施;5)是完善設(shè)計地質(zhì)資料、優(yōu)化施工方案、指導(dǎo)施工決策和保證施工人員及設(shè)備安全的需要;6)能夠?yàn)樗淼赖脑O(shè)計及變更提供依據(jù);7)在隧道建成使用階段,可作為其地質(zhì)災(zāi)害治理的依據(jù)。
TSP超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的原理:在隧道掌子面后方一定距離內(nèi)布置探測鉆孔,在探測鉆孔放置適量的炸藥,通過引爆炸藥來發(fā)射信號,這些信號能夠在巖體中以球面的形式向四周傳播,其中一部分向隧道前方傳播,經(jīng)隧道前方的界面反射回來,反射信號經(jīng)接受傳感器轉(zhuǎn)換成電信號并放大。從起爆到發(fā)射信號被接收的這段時間是與反射面的距離成比例的。通過反射時間與地震波傳播速度的換算就可以將反射面的位置、與隧道軸線的夾角以及與隧道掘進(jìn)面的距離確定下來,同時還可以將隧道中存在的巖性變化帶的位置方便的探測出來。
采用TSPwin軟件對由TSP超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,能夠得到P波、SH波、SV波的時間剖面、深度偏移剖面和反射層提取以及巖石物性參數(shù)等成果。
在成果解釋中,以P波資料為主對巖層進(jìn)行劃分,結(jié)合橫波資料對地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。
某隧道洞身依次通過三疊系須家河組砂巖夾頁巖、煤線,侏羅系珍珠沖組、自流井組、新田溝組、下沙溪廟組泥巖夾砂巖,穿越銅鑼?shí){背斜。隧道區(qū)主體構(gòu)造為銅鑼?shí){背斜,在它的東面為明月峽背斜,其間為大盛場向斜;在它的西面為龍王洞背斜,其間為沙坪向斜。這些背、向斜均呈北東~南西向延伸、向斜寬緩,背斜緊湊,構(gòu)成背斜與向斜相間排列的構(gòu)造格局。
出口端:在隧道DK18+359的右邊墻位置布置一個地震波信息接收孔,孔徑為50mm。在DK18+346~DK18+312段的右邊墻位置,按約1.5m的間距布置24個激發(fā)孔分別激發(fā)地震波,激發(fā)孔孔深1.5m左右,孔徑約40mm,孔向下傾斜約10°,每個激發(fā)孔裝填的藥量為65g~100 g,激發(fā)孔和接收孔基本保持在同一個高度上。
本次預(yù)報時掌子面里程為DK18+294,結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)和TSP法,本次預(yù)報的里程范圍為DK18+297~DK18+210段。
1)DK18+297~DK18+294段:地質(zhì)雷達(dá)探測后發(fā)現(xiàn),隧道中線左側(cè)拱頂圍巖松散,裂隙節(jié)理十分發(fā)育,富水,存在約2m~4m空腔(沿隧道中線左側(cè)DK18+294~DK18+297,距拱頂約2m處,存在寬約2m,高約4m空腔)。2)DK18+294~DK18+250段:長度約44m,探測后發(fā)現(xiàn),本段圍巖破碎,強(qiáng)度降低。裂隙節(jié)理十分發(fā)育,部分區(qū)段存在密集反射區(qū),有一定張開度,富水;其中自隧道斷面至DK18+270段,特別是DK18+290~DK18+280附近,圍巖裂隙節(jié)理十分發(fā)育,強(qiáng)度下降,存在軟弱巖層,傾角65°,與隧道軸線夾角50°。約DK18+268~DK18+250段巖層強(qiáng)度降低,注意DK18+274,DK18+268和DK18+253附近區(qū)域裂隙密集發(fā)育,巖體破碎。依TSP法探測結(jié)果初判隧道拱部上方形成坍塌空腔(沿隧道軸線約DK18+294~DK18+290段,縱向高度約6m~7m)。鑒于本段隧道圍巖完整性非常差,巖體破碎呈塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu),開挖后成洞穩(wěn)定性差,易發(fā)生掉塊、坍塌,影響隧道施工安全,施工時務(wù)必加強(qiáng)支護(hù),同時做好防排水。3)DK18+250~DK18+210段:長度約40m,本段圍巖部分區(qū)段強(qiáng)度仍較低,完整性較前段增強(qiáng),但局部伴生的中、小型節(jié)理仍較發(fā)育。約DK18+250~DK18+230段節(jié)理較發(fā)育,注意約DK18+249,DK18+240以及DK18+234附近較破碎。DK18+226~DK18+210段圍巖強(qiáng)度增大,但DK18+220, DK18 + 216 以 及 DK18 + 211附近節(jié)理有發(fā)育,圍巖稍破碎。本段隧道圍巖整體性及強(qiáng)度較前段增強(qiáng),但局部節(jié)理仍較發(fā)育,圍巖稍破碎,易發(fā)生掉塊,提請施工至上述問題區(qū)域時,注意加大支護(hù)力度。
1)在進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報測時,相關(guān)人員應(yīng)詳細(xì)掌握作業(yè)區(qū)的地質(zhì)情況資料以及超前鉆探的相關(guān)資料規(guī)程后方能進(jìn)入作業(yè)區(qū),確定本次超前地質(zhì)預(yù)報的地質(zhì)情況以及目的;2)進(jìn)入作業(yè)區(qū),技術(shù)人員應(yīng)對將要觀測的地質(zhì)情況進(jìn)行仔細(xì)的研究,同時還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,對TSP超前預(yù)報探測系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場測試的位置進(jìn)行確定;3)按照探測鉆孔布置方案進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報探測鉆孔的布置。布置如下:本次測試中總共在隧道側(cè)壁上布置了爆破探測孔24個,爆破測試孔深度為1.5m且垂直于隧道壁,爆破測試孔直徑為40mm~42mm,向下傾斜10°;4)布置接收器鉆孔(2個):在與爆破探測孔同側(cè)隧道壁,同高的延長線上,距離最外一個爆破探測孔(第24號孔)15m~20m處,布置1個接收器鉆孔(第25號孔),同時在25號孔的對側(cè)隧道壁再布置1個接收器鉆孔(第26號孔),接收器鉆孔垂直于隧道壁,深2.0m(切勿超過2m),向下傾斜10°,用直徑50mm鉆制;5)超前地質(zhì)預(yù)報測試炸藥與雷管的選擇。
1)在對TSP超前預(yù)報探測系統(tǒng)進(jìn)行布置和操作時必須按照使用說明書進(jìn)行,同時還要進(jìn)行調(diào)試,確保系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行;2)TSP超前預(yù)報探測系統(tǒng)工作時,隧道內(nèi)必須停止施工,確保周圍環(huán)境的安靜,以免影響探測結(jié)果;3)在1號爆破測試孔中裝好炸藥和電雷管,同時應(yīng)注水將其密封,所有人員應(yīng)撤離至安全區(qū);4)引爆炸藥,TSP超前預(yù)報探測系統(tǒng)將收集相關(guān)數(shù)據(jù);5)所有的測試孔重復(fù)上面兩步,若引爆不成功,應(yīng)重新測試;6)待測試全部完成后,整理好設(shè)備,才能恢復(fù)施工。
1)TSP法現(xiàn)場檢測時間約1h,地質(zhì)雷達(dá)探測現(xiàn)場檢測時間約0.5h,紅外探測法現(xiàn)場檢測時間約0.5h;2)現(xiàn)場檢測時,為確保檢測工作的進(jìn)度及質(zhì)量,各工區(qū)應(yīng)安排2名~3名工作人員配合檢測工作;3)檢測作業(yè)過程中,現(xiàn)場施工作業(yè)應(yīng)暫時停止,鉆機(jī)、沖擊鉆等設(shè)備停止工作,并撤離工作面,確保檢測工作不受干擾,保障檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及完整性。
超前地質(zhì)預(yù)報是信息化施工的要求,信息化施工要求施工過程中獲得施工影響信息,根據(jù)獲得的信息調(diào)整施工與設(shè)計,保證工程與施工安全。
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