謝斌

摘 要：本文結合牡綏鐵路三座長大隧道的具體施工實踐，就長大鐵路隧道地質超前預測及預報施工進行了闡要闡述。

關鍵詞：長大鐵路隧道；地質預測預報；技術控制

牡丹江至綏芬河擴能改造工程施工Ⅳ標段起訖里程為濱綏線DK450+500～DK470+250及濱綏線DK491+434～DK499+100，線路長度約27.416km，位于黑龍江省穆棱市，東寧縣、綏芬河市境內。第四標段主要工程內容包括：隧道19.815km，占正線長度的72.3%，其中紅房子隧道6437m，雙豐隧道7224m，綏陽隧道6161m；本文就隧道地質超前預測及預報施工進行簡要闡述。

組建地質超前預報專業(yè)小組，進行超前地質探測預報，制定不良地質條件下的施工預案。以常規(guī)地質綜合分析法為基礎，TSP203地質超前探測預報系統(tǒng)做長距離宏觀控制，地質雷達做近距離判斷，紅外線探水儀做連續(xù)地下水探測，通過水平鉆孔等，形成綜合地質超前預報系統(tǒng)。

1 工程地質預測法

工程地質預測法是工程地質技術人員根據(jù)設計地質圖紙、現(xiàn)場地質紀錄，運用工程經驗和地質知識進行分析、預報地質的一種方法。此法的關鍵在于工程地質工程師的經驗豐富和現(xiàn)場詳細的地質紀錄和物探資料。

施工前預報：根據(jù)設計給出的隧道地質條件說明資料，認真分析隧道的地質斷面圖、平面圖，掌握隧道的地質特點和水文特點。進行長距離宏觀預報各段隧道可能出現(xiàn)的不良地質情況。

施工常規(guī)地質法預報：主要完成開挖面的地質素描，地質展開圖，并利用TSP203預報資料、雷達檢測資料、紅外線探水資料、超前鉆孔資料進行地質分析預報，是綜合地質預報的中樞。

綜合超前地質預報系統(tǒng)：施工準備→制定預報方案→地質分析→地質綜合判斷→施工建議→施工方案選擇→隧道施工→地質素描→下循環(huán)預報

施工階段地質資料記錄：首先對已開挖地段進行地質調查，調查的主要依據(jù)為隧道開挖面地質素描、巖石結構面調查和涌水觀測記錄。

開挖面地質素描內容有：巖性、地質年代、巖層產狀、軟弱夾層、巖脈穿插情況；斷層及破碎帶的形態(tài)、產狀、寬度、填充物特征；主要節(jié)理裂隙的形態(tài)、產狀、規(guī)模及相互切割關系。圍巖巖體結構類型、完整性、圍巖的物理力學性能。

巖石結構面調查內容有：圍巖的巖石結構產狀、物理力學屬性、節(jié)理的延伸性、粗糙起伏情況、張開程度。地下水出露情況、水量大小等；地下水的分布形態(tài)、大小、位置走向等；圍巖節(jié)理內含水情況。

地質素描采用圖表形式形象紀錄。

施工階段前推法預測：根據(jù)開挖面地質素描、巖石結構面調查記錄采用前推法預測前方地質情況，首先按1∶100的比例作出開挖面前方一定長度的展開圖，逐一將開挖面地質素描和巖石結構面的記錄資料，按其產狀、節(jié)理軌跡線繪制到展示圖上，最后按其節(jié)理走向和軌跡延伸，結合TSP203的預報成果、地質雷達預報成果和超前鉆孔的鉆芯地質資料畫出前方地質情況。地下水地質預測：現(xiàn)場技術人員根據(jù)以往施工經驗對地下水做出經驗性預報。

當隧道由弱可溶巖進入強可溶巖的邊界部位時，可能發(fā)生涌水；突水點的涌水特征：一般有滲、滴水段→線狀滲水段→集中涌水段→高壓噴水段；當隧洞由滲、滴水段進入線狀滲水段時，作好出現(xiàn)集中涌水的準備，進行超前預報的施工防治能取得較好效果；鉆孔內出現(xiàn)渾水、噴水、地溫測值變化較大，前方可能有涌水。掌子面附近出現(xiàn)鐵錳質富集或泥質充填的裂隙，則表明前方有涌水的可能。

2 TSP203超前地質預報系統(tǒng)

TSP203系統(tǒng)在圍巖較好地段可測出前方100～200m范圍內的巖層分界面、巖層的物理性質、斷層等，圍巖完整性較差時，預測范圍在50～100m之間。

TSP203作業(yè)流程：準備工作→測量孔位、鉆孔→埋設傳感器→記錄孔位→連線檢查→暫停施工→爆破拾波→恢復施工、成果分析。

鉆孔：在距離工作面50米處鉆深度為1.5m的孔，布置傳感器；自工作面起，每隔1.5m鉆孔一個，鉆孔深度為1.5m，最后一個孔與傳感器的距離大于20m。所有鉆孔的高度盡可能的在同一標高線上。鉆孔位置如圖“TSP203系統(tǒng)作業(yè)布置示意圖”所示。鉆孔完畢后，逐個測量孔的深度和傾斜度，并作好紀錄。

埋設傳感器桿：埋設傳感器前，先清孔，清除孔底虛渣，放入環(huán)氧樹脂藥卷，插入傳感器套桿，用鉆帶動其鉆動，保證環(huán)氧樹脂藥卷充分攪拌。待傳感器桿固定后，插入傳感器，傳感器方向朝向掌子面。

連線檢查：把傳感器、檢波器（電腦）、起爆器、同步器連接起來，并檢查其是否正常工作，此時起爆器與雷管斷開。

測量時間：測量時間選在施工交接班時間，要求工作面800米范圍內停止機械作業(yè)和作業(yè)人員作業(yè)，作業(yè)前與現(xiàn)場施工員聯(lián)系，以確定停工時間，此時準備好爆破藥卷、電雷管等。

裝藥爆破：由最里邊炮孔開始，逐個依次裝藥聯(lián)線，起爆器起爆，裝藥量根據(jù)圍巖情況，一般控制在50～80g左右，圍巖較差時，可加大，但不能超過100g。

恢復施工：爆破一結束，馬上可以恢復施工，一般停工時間在45min左右。

成果分析：采用TSP203自帶的軟件分析系統(tǒng)，剔除一些明顯的干擾波，軟件自動分析，自動生成圖表，反映前方圍巖的物理特性，巖層分界線、軟弱帶、斷層的位置等信息。

在本標段施工中，TSP203系統(tǒng)按每50～100m段進行預測。

3 紅外線探水

紅外線探水儀可預測掌子面前方20～30米范圍內的地下水情況。

操作方法：進入探測地段時，首先沿隧道一個壁，以5米點距用粉筆或油漆標好探測順序號，一直標到終點，或者標到掘進面處。

在掘進面處，首先對斷面前方探測，在返回的路徑上，每遇到一個順序號，在隧道中央，分別用儀器的激光器打出紅色光斑，使之落在左壁中線位置、頂部中線位置、右壁中線位置、底板中線位置，分別讀取探測值，并作好紀錄。然后轉入下一序號點，直至全部探完。

把探測數(shù)據(jù)輸入計算機后，由專用軟件繪成頂板探測曲線、底板探測曲線、兩壁探測曲線。根據(jù)探測曲線可以很明了的預報出前方地下水的情況。紅外線探水儀從探測到得出分析結果非常快，且探測儀器輕便，方法簡單。在本標段施工中每20米采用紅外線探水儀探測一次，在通過富水區(qū)斷層破碎帶時，適當加密探測頻次。

4 地質雷達

當TSP203系統(tǒng)預報前方有斷層、巖層破碎等不良地質時，其規(guī)模、形態(tài)需要具體了解，可用地質雷達實施探測。

本標段在地下水發(fā)育地段，對隧道周壁采用地質雷達探測，預報隧道周圍地質形態(tài)。地質雷達實施探測前，在平板車上搭設檢測平臺，雷達儀置于車體或平臺上，由平臺上的操作手將雷達天線觸板與所測點接觸，利用超聲波在不同圍巖介質中具有不同傳播速率的原理，通過雷達接受儀接受反射波的時間差，據(jù)以分析所測部位的地質形態(tài)。同時采用地質雷達進行襯砌厚度的識別。

5 超前鉆孔探測

當TSP203系統(tǒng)預報前方有斷層、破碎帶、巖層層理明顯時，采用地質鉆機進行超前探孔。

用鑿巖臺架鉆孔探測鉆孔深度以30m為限，30m以內出現(xiàn)異常情況時，按預定方案實施，鉆孔出水，安裝壓力表及水表，測定地下水的壓力和流量。

30m以內無異常情況時，改用ZYG-150鉆機探測，繼續(xù)鉆孔，深度為100m，無異常情況，按正常程序施工，出現(xiàn)異常按預案實施并測定水壓和水量。100m以后的探測則由下一循環(huán)鉆孔探測完成。

日常的鉆孔探測：在每次鉆孔過程中，指定在拱頂、兩側拱腰、兩側邊墻腳及仰拱底部附近的1～2個輔助眼加深1～5m，依靠對鉆孔速度變化的直覺，判斷前方圍巖的變化。

6 結語

經過對以上關鍵環(huán)節(jié)進行了嚴格的技術控制，牡綏鐵路紅房子、雙豐和綏陽隧道三座長大隧道的地質超前預測及預報施工合格率100%，為隧道安全高效施工奠定了堅實基礎。