邢 野

(貴陽交通工程監(jiān)理站)

淺析超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)用與研究

邢 野

(貴陽交通工程監(jiān)理站)

根據(jù)烏鞘嶺隧道8#斜井地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的應(yīng)用情況，介紹隧道在復(fù)雜地質(zhì)條件下TSB203的應(yīng)用技術(shù)。

超前地質(zhì)預(yù)報(bào);隧道施工;應(yīng)用

在隧道施工中，某些隧道埋深較大地質(zhì)鉆孔勘察費(fèi)工費(fèi)時(shí)而時(shí)間緊迫因而在施工前沒有詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料，在施工中由于地質(zhì)條件復(fù)雜極可能出現(xiàn)斷層、破碎帶、軟弱地層等不良地質(zhì)段或突然的涌水涌泥、圍巖失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害，使得施工難度大大加大甚至造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。怎樣預(yù)防和避免掘進(jìn)過程中這一系列事件的發(fā)生了。我們通過地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，就能了解前方圍巖變化情況，并根據(jù)圍巖變化情況及時(shí)調(diào)整一些支護(hù)參數(shù)，做到超前思考，提前安排，為施工組織管理、地質(zhì)災(zāi)害防治提供依據(jù)，準(zhǔn)確地指導(dǎo)施工隊(duì)伍安全高效施工，從而達(dá)到保證工期和質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。以下以烏鞘嶺隧道8#斜井為例簡(jiǎn)述超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的應(yīng)用技術(shù)。

1 8#斜井工程概述

烏鞘嶺隧道位于甘肅省天祝縣和古浪縣境內(nèi)，是蘭新線蘭州至武威段增建第二線打柴溝車站至龍溝車站之間的一座特長(zhǎng)隧道，全長(zhǎng)20 050 m，是目前國內(nèi)最長(zhǎng)的鐵路隧道。8#斜井全長(zhǎng)2 773.76 m，正洞設(shè)計(jì)為兩座單線隧道我部承擔(dān)左線正洞施工1 235 m、右線1 510 m施工任務(wù)。兩座隧道線路縱坡相同，主要為11‰的下坡。烏鞘嶺為高山區(qū)，地形起伏，志留系下統(tǒng)板巖夾千枚巖，三疊系砂巖、志留系變質(zhì)砂巖等巖性錯(cuò)綜復(fù)雜，受構(gòu)造影響嚴(yán)重，巖體產(chǎn)狀多變，節(jié)理、裂隙發(fā)育。有“地質(zhì)博物館”之稱，而由于埋深較大(達(dá)1 100 m)工期又緊，施工前對(duì)于斜井無詳盡的地質(zhì)資料。

2 TSP203系統(tǒng)應(yīng)用原理

TSP203地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是由瑞士安伯格測(cè)量技術(shù)公司研發(fā)的新一代超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，同由接收單元、記錄單元及附件和引爆設(shè)備三大部分組成，利用波的反射原理進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)時(shí)，通過爆破產(chǎn)生地震波，地震波在隧洞中的巖體內(nèi)傳播，當(dāng)遇到一地震界面時(shí)，如斷層、破碎帶、溶洞，大的節(jié)理面等，一部分地震波就被反射間回來，反射波經(jīng)過一段時(shí)間后到達(dá)傳感器被記錄儀接收，然后經(jīng)專門的分析軟件進(jìn)行處理，就得到清晰的反射波圖像。通過對(duì)反射波特征的分析，如發(fā)射與反射之間的時(shí)間差、相位差、反射信號(hào)強(qiáng)弱、縱波與橫波的比率等，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、跟蹤觀測(cè)地質(zhì)資料就可以確定隧洞前方及周圍區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置和特性。

3 應(yīng)用實(shí)例

下面以8#斜井工區(qū)斜1+780～+580段為例，預(yù)報(bào)長(zhǎng)度200 m。測(cè)試前先提前在距地面約1.0～1.5 m高的單側(cè)邊墻上，按水平線位置、間距1.5 m、孔深1.50 m、孔徑35～38 mm、下傾15°～20°的標(biāo)準(zhǔn)鉆24個(gè)炮孔，最后一個(gè)炮孔距掌子面1 m左右。兩只高精度傳感器對(duì)稱布置于距掌子面約58 m處的兩側(cè)邊墻上，其孔深2.0 m、孔徑42～45 mm、上傾5°～10°。將已鉆好的炮孔的孔深、傾角、間距測(cè)量出來，并作好記錄，以備數(shù)據(jù)處理時(shí)用。

爆破采集數(shù)據(jù)使用硝胺炸藥，零延時(shí)電雷管，各炮孔裝藥后，按順序逐個(gè)引爆，并由儀器記錄下各道信號(hào)。在數(shù)據(jù)采集過程中，根據(jù)反射波信號(hào)能量的強(qiáng)弱，隨時(shí)對(duì)藥量進(jìn)行調(diào)整。數(shù)據(jù)采集時(shí)，為減少噪聲對(duì)采集數(shù)據(jù)的影響，工區(qū)內(nèi)應(yīng)停止其它施工作業(yè)，尤其是針對(duì)巖體的作業(yè)。

預(yù)報(bào)成果通過分析處理軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)處理后，由軟件直接提供的一些有關(guān)地質(zhì)情況發(fā)生變化的位置、該位置的巖性參數(shù)等信息。通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析處理，在掌子面前方200 m內(nèi)探測(cè)出六個(gè)較為明顯的反射界面，它們可能是巖性發(fā)生變化的分界面。

反射面巖性參數(shù)見表1;波速、泊松比、密度曲線和反射面二維圖見圖1。

表1 反射面巖性參數(shù)表

圖1 波速、泊松比、密度曲線和反射面二維圖

4 預(yù)報(bào)結(jié)論與實(shí)際情況對(duì)比

通過對(duì)掌子面前方200 m范圍內(nèi)圍巖的巖性參數(shù)，如波速、泊松比、密度等進(jìn)行分析，結(jié)合數(shù)據(jù)處理后的二維、三維圖和掌子面地質(zhì)觀測(cè)的信息得出結(jié)論與實(shí)際情況對(duì)比如下:

表2 超前預(yù)報(bào)與實(shí)際情況對(duì)比表

續(xù)表2

5 結(jié)論與體會(huì)

(1)于地質(zhì)復(fù)雜，巖性交錯(cuò)地段，巖性的級(jí)別判斷不夠準(zhǔn)確。

(2)于裂隙發(fā)育，裂隙水豐富地段分辯不準(zhǔn)，不能準(zhǔn)確定位水量大小及位置。

(3)采集數(shù)據(jù)的過程中，藥量多少、灌水程度及炮孔施鉆角度、位置等對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度均有不同程度的影響。

(4)于最后的預(yù)報(bào)分析只有同當(dāng)?shù)貐^(qū)域地質(zhì)資料及物探等一些取得的資料對(duì)比分析，才能取得更為準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

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2014－01－25