楊文斌

【摘要】隨著經(jīng)濟與山區(qū)交通建設(shè)的發(fā)展，隧道工程越來越多，隧道施工的安全越來越受人關(guān)注。在隧道施工過程中，不同的地質(zhì)狀態(tài)下巖土的巖性等變化較大，對可能的地質(zhì)災害開展超前地質(zhì)預報，將對隧道的正常施工和順利貫通發(fā)揮舉足輕重的作用。本文介紹了幾種常見的地質(zhì)超前預報技術(shù)，并以實際工程為例探討了地質(zhì)超前預報技術(shù)在鐵路隧道工程中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)超前預報；物探；鉆孔；雷達

隧道地質(zhì)超前預報技術(shù)其實質(zhì)是隧道施工地質(zhì)勘察，與其他工程勘察一樣，應(yīng)以地質(zhì)為基礎(chǔ)，以洞內(nèi)洞外的地質(zhì)調(diào)繪編錄、物探、鉆探等多種勘察手段相結(jié)合的勘察方法，綜合分析、預測隧道工作面前方可能遇到的不良地質(zhì)體及由此可能發(fā)生的地質(zhì)災害的性質(zhì)、分布位置、規(guī)模，最大程度的查明隧道地質(zhì)信息，為隧道施工開挖提供依據(jù)。

一、地質(zhì)超前預報技術(shù)

隧道工程中，所處地質(zhì)條件千差萬別，不同的地質(zhì)條件所要求的超前地質(zhì)預報方法也不盡相同。對于可溶性地層，超前預報的重點是巖溶的位置及其規(guī)模。巖溶充填的性質(zhì)以及其涌水突泥量也是超前預報的關(guān)鍵。對于非可溶性巖層，超前預報的重點是圍巖非穩(wěn)定塊體坍塌的位置及規(guī)模。對于深埋硬質(zhì)完整巖體，超前預報的重點是可發(fā)生巖爆的位置及規(guī)模。對于煤系地層超前預報的重點是可發(fā)生瓦斯突出的位置。因此，隧道施工時，超前預報不一定只進行某一方面的預測，往往兼有其他內(nèi)容。根據(jù)超前預報時，采用的技術(shù)手段，地質(zhì)超前預報通常分為地質(zhì)分析法、超前鉆探法、地球物理勘探法和超前導坑法。

（一）地質(zhì)分析方法

地質(zhì)分析方法是地質(zhì)超前預報的最基本方法，不管是物探方法還是水平鉆孔方法，都是地質(zhì)分析方法向前方延伸的手段，對物探和鉆孔超前探測資料的任何解釋和應(yīng)用，都離不開施工過程中隨時隨地觀測和采集到的地質(zhì)資料的判斷。缺少了這個基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，采用任何超前探測方法都很難取得好的效果。

（二）物探法

采用物探方法進行超前預報的優(yōu)點是；快速，超前探測距離大，與施工干擾相對小，可以多種方法組合應(yīng)用，但由于物探[常規(guī)電法、震探、順變電磁、大地音頻電磁（EH-4、V6、GDP32）等等]是利用物理性質(zhì)進行地質(zhì)判斷的間接方法，一是不同的物探方法受限于不同的場地和地質(zhì)條件，各種方法都有一定的局限性；二是對物探資料的地質(zhì)解釋，需要與地質(zhì)分析資料深入結(jié)合，有一定技術(shù)難度。

（三）深孔鉆探方法

深孔鉆探方法是最直觀的超前預報方法，缺點是成本高，對施工影響大，而且鉆孔的方向控制和鉆探工藝有一定的技術(shù)難度。

（四）超前導坑法

超前導坑法一般分為兩種，超前平行導坑法和超前正洞導坑法。超前平行導坑法是將小斷面導坑與正洞保持一定距離，但是平行布置；超前正洞導坑法則是把導坑直接布置在正洞中。但是不論如何布置導坑，其作用均是依靠開挖的導坑把遇到的地質(zhì)構(gòu)造以及地下水情況進行素描，然后依靠地質(zhì)掃描圖對未開挖地質(zhì)進行預測。超前導坑法能夠直觀高精度的進行較長距離的預測，而且由于導坑的存在，使得施工進度得以加快，還可以利用導坑進行排水減壓，改善通風。但是超前導坑法預報成本較高，有時甚至需要將整個隧道洞口實施平導開挖。

二、鐵路隧道施工地質(zhì)超前預報技術(shù)應(yīng)用

（一）工程概述

某隧道施工單位承包A鐵路線Ⅱ標一分部，自H隧道PDK354+160至F隧道PDK355+126處，全長2966米。主要工程量包括H隧道出口往進口方向1387米，其中包括Ⅲ級圍巖725米，Ⅳ級圍巖475米，Ⅴ級圍巖182米，明洞5米；F隧道進口往出口方向1471米，其中包括Ⅲ級圍巖625米，Ⅳ級圍巖250米，Ⅴ級圍巖596米。地層巖性以灰?guī)r為主。隧道存在巖溶及大規(guī)模高壓涌（突）水、淺埋段存在較大規(guī)模的河水滲漏、硬質(zhì)巖巖爆和軟質(zhì)巖大變形等重大工程地質(zhì)問題，此外還存在局部煤層瓦斯等問題，地質(zhì)構(gòu)造異常復雜。

（二）預報技術(shù)

根據(jù)本隧道圍巖地質(zhì)情況采用以長距離預報為主短距離為輔，長短互補的預報原則。計劃采用：TSP203、地質(zhì)雷達、紅外探測儀、超前鉆孔、地質(zhì)素描。將以上方法有機結(jié)合、綜合應(yīng)用，從不同方面發(fā)現(xiàn)異常、揭示異常，組成地質(zhì)超前預報完整的技術(shù)體系，將超前地質(zhì)預報合理納入工序進行組織管理。

1、地震儀探測

利用R24工程地震儀，采用多道共炮式進行測試，測試記錄經(jīng)處理后認為掌子面前方存在三組負反射波組，經(jīng)反演得出異常帶位置在PDK354+975、PDK355+016和PDK354+963處，推斷為二迭系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r地層中存在的裂隙、破碎或巖溶強烈發(fā)育帶。

2、防爆紅外探測儀探測

利用HY-303防爆紅外探測儀探測，掌子面前方30米范圍內(nèi)有水；利用水平鉆機在掌子面兩拱角處各鉆一孔，隧洞軸線部位布設(shè)一深孔，依據(jù)不同的角度在掌子面上進行探孔，左側(cè)淺孔深3m時揭露一層巖溶水，涌水量約5m3/h，淺孔孔深15m時又遇一層巖溶水，涌水量約30m3/h，最大涌水量約80m3/h，估測該巖溶水為一小型充填性巖溶管道水；利用TSP203超前地質(zhì)預報系統(tǒng)，采用多炮共道式測試，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理，認為在PDK355+005、PDK354+993和PDK354+984三處圍巖完整性較差，地下水發(fā)育，存在巖溶管道等，后經(jīng)施工開挖驗證，預報成果與開挖結(jié)果基本對應(yīng)，取得了較好的地質(zhì)預報效果。

3、地質(zhì)雷達

選擇CW18隧道PDK355+645掌子面上的探測結(jié)果進行預報分析。由探測結(jié)果可知，其波形主要特征：波形雜亂，至深部反射波都存在一定強度同相軸錯亂，波幅衰減很快，反射界面錯亂。隧道PDK355+645為深埋段，地表坡度較陡，上部千枚巖及碳質(zhì)千枚巖變質(zhì)十分發(fā)育，風化程度較大。推斷在該掌子面前面地質(zhì)情況復雜，巖體較破碎，層理發(fā)育且含水量少。預計在開挖過程中會經(jīng)常出現(xiàn)拱頂垮塌造成圍巖嚴重超挖，為了能有效控制這種不利情況，要求施工方在開挖前打設(shè)超前注漿錨桿，短臺階進尺，弱爆破或機器開挖，開挖后采用雙層支護。經(jīng)掘進證實，該巖體強度極差，呈層狀。

掌子面前方3～15m以內(nèi)雷達發(fā)射波強烈，與15m以外泥灰的微弱發(fā)射波形形成鮮明的對比，在3m～15m 圍巖回波波形不穩(wěn)定，回波相似性較差，同相軸不連續(xù)，中部偏左缺失，推測為節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性不穩(wěn)定。掌子面12m中部偏左圍巖較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。經(jīng)開挖驗證，現(xiàn)場情況與預報結(jié)果基本相符。根據(jù)1線布置雷達波圖像顯示掌子面前方兩側(cè)雷達波強反射同相軸，局部存在雜亂波形，層面較發(fā)育無水，巖體物性差異增大，圍巖變差大；圍巖呈碎裂～松散結(jié)構(gòu)，圍巖破碎，及以后圍巖為受構(gòu)造影響很嚴重的碎塊，軟弱破碎。

結(jié)束語

超前地質(zhì)預測預報是規(guī)避復雜隧道地質(zhì)風險的最有效手段，在施工當中應(yīng)當將超前地質(zhì)預測預報工作作為一道工序納入施工設(shè)計中。隧道施工過程中，復雜地質(zhì)條件下的地質(zhì)超前探測也不再單一的使用一種方法進行預測，而是綜合采取幾種方法同時進行，對探測的結(jié)果進行綜合判斷分析。

本文綜合采用常規(guī)地質(zhì)法、綜合超前物探法及超前探孔作為主要的超前地質(zhì)預測手段，取得了較好的效果。避免了施工過程中坍塌、涌泥、突水、地面沉降、有害氣體（瓦斯、深層天然氣等）突出等地質(zhì)災害或不良的環(huán)境影響的發(fā)生。

參考文獻

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