曹金滸，饒雪蘭

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

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超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在銅南山隧道開(kāi)挖施工的應(yīng)用

曹金滸，饒雪蘭

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

隧道安全施工需要超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的保證。在南山隧道施工中采用物探與勘探結(jié)合的方法，根據(jù)地勘資料及隧道掌子面圍巖采取不同的超前預(yù)報(bào)儀器及方法，從而準(zhǔn)確預(yù)報(bào)隧圍巖斷層破碎帶、富水區(qū)、暗河等不良地質(zhì)情況，并對(duì)工作流程進(jìn)行介紹，為類似隧道施工提供參考。

隧道；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；預(yù)報(bào)方案

1 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案

1.1 超前地質(zhì)鉆探

超前地質(zhì)鉆探是利用水平鉆機(jī)在隧道掌子面進(jìn)行水平地質(zhì)鉆探獲取地質(zhì)信息的一種地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方式。它可直接提示隧道開(kāi)挖面前方幾十米的地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)完整程度、構(gòu)造、地下水、巖溶洞穴填充物及其性質(zhì)、巖體完整程度等資料，還可通過(guò)巖芯試驗(yàn)獲得巖石強(qiáng)度等定量指標(biāo)。

超前地質(zhì)鉆孔擬采用QFZ-22鉆機(jī)，超前探測(cè)30～150 m，驗(yàn)證中近距離物探超前探測(cè)的異常地段。鉆孔是否取巖芯根據(jù)不同地質(zhì)條件確定。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)鉆孔采用兩種方式布置鉆探方案。

2.2 TSP202探測(cè)技術(shù)

(1)TSP202系統(tǒng)預(yù)報(bào)原理

TSP202是一種通過(guò)定點(diǎn)接收多點(diǎn)爆破產(chǎn)生的地震波進(jìn)行預(yù)報(bào)物探方法。其主要利用地震波在不同性質(zhì)的巖層或介質(zhì)中的傳播速度不同的原理來(lái)進(jìn)行預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)時(shí)，通過(guò)爆破產(chǎn)生地震波，地震波在隧道中的巖體內(nèi)傳播，當(dāng)遇到地質(zhì)界面如斷層、破碎帶、溶洞、大的節(jié)理面等時(shí)，一部分地震波就被反射回來(lái)，反射波經(jīng)過(guò)一段時(shí)間到達(dá)傳感器后被接收并被記錄主機(jī)記錄下來(lái)，然后通過(guò)專門的物探分析軟件進(jìn)行分析處理，就得到清晰的反射波圖象。再通過(guò)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)資料就可以確定隧道前方及周圍區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置和特性。

TSP202是隧道施工超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的重要手段，是目前中遠(yuǎn)距離預(yù)報(bào)的主要手段之一。TSP202主要適用于斷層、巖性變化界面和較大規(guī)模的溶洞的探測(cè)，其探測(cè)距離一般約100～200 m。

(2)探測(cè)方法及步驟

炮點(diǎn)布置在隧道隧洞的一側(cè)，共24個(gè)炮點(diǎn)，炮孔深度1.5 m，間距1.5 m，炮孔孔位應(yīng)盡量保持在水平面的一條直線上，炮孔成形后要測(cè)量各炮孔傾角。接受器布置在與隧道軸線垂直的鉛垂面上，可以單壁或雙壁布置，接受炮孔孔位為離與距其最近的炮孔位置20 m處，孔深2.0 m，與炮孔成一條直線。其工作流程如下：施工準(zhǔn)備、試爆檢測(cè)、爆破和信號(hào)采集、信號(hào)分析、預(yù)報(bào)及反饋。

預(yù)報(bào)后，在施工過(guò)程中不斷與實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行對(duì)比，一方面修正預(yù)報(bào)結(jié)論提高后續(xù)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，保證施工安全，另一方面提高預(yù)報(bào)水平。

2.3 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

(1)地質(zhì)雷達(dá)工作原理

其工作原理是：發(fā)射器通過(guò)發(fā)射天線向隧道襯砌與圍巖中定向發(fā)射電磁波，工作時(shí)天線貼在掌子面表面，沿測(cè)線勻速移動(dòng)。在掌子面前方巖體內(nèi)部定向傳播的電磁波當(dāng)遇到有電性(介電常數(shù)和電導(dǎo)率)差異的界面時(shí)即發(fā)生反射。反射波由處于接收狀態(tài)的接收電線和接收器所接收。另外，最先收到由發(fā)射天線經(jīng)天線所在巖體表面到達(dá)接收天線的直達(dá)波并作為系統(tǒng)時(shí)間的零點(diǎn)。通過(guò)對(duì)反射波信號(hào)進(jìn)行一系列的后處理(輸入有關(guān)參數(shù)、濾波、放大、改變顯示方式和編輯等)后，取反射波往返時(shí)間之半，乘以相應(yīng)介質(zhì)的雷達(dá)波速度即為反射目標(biāo)深度。再根據(jù)反射波的強(qiáng)度、形狀及其在豎向和豎(環(huán))向上的變化情況來(lái)判別反射目標(biāo)的性質(zhì)(目標(biāo)識(shí)別)，如斷層、空洞及破碎帶等。

(2)探測(cè)實(shí)施

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)之前，對(duì)掌子面進(jìn)行適當(dāng)清理，然后將地質(zhì)雷達(dá)的主機(jī)及天線等配套儀器運(yùn)送到掌子面附近較為合適的地方，借助撐桿或者其中設(shè)備將地質(zhì)雷達(dá)的天線架設(shè)到預(yù)先設(shè)定的測(cè)線位置。待儀器調(diào)整完畢后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集完畢后，進(jìn)行內(nèi)業(yè)分析，最后得出地質(zhì)雷達(dá)的超前預(yù)報(bào)報(bào)告。

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施原則

(1) 隧道先行洞主要以TSP202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為主控方法，即從進(jìn)隧道50 m開(kāi)始，TSP超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)每次的探測(cè)距離取100～150 m，與下次探測(cè)搭接20 m，直至隧道出口段完工。

(2) 隧道后行洞超前預(yù)報(bào)主要采取地質(zhì)素描和洞身地質(zhì)素描觀察的方法，對(duì)左、右洞同一開(kāi)挖斷面的掌子面和洞身的地質(zhì)情況進(jìn)行對(duì)比分析，并與前期地質(zhì)勘察資料進(jìn)行核對(duì)，存在疑問(wèn)時(shí)對(duì)隧道后行洞進(jìn)行相應(yīng)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

(3) 在進(jìn)行TSP202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)后發(fā)現(xiàn)隧道掌子面前方地質(zhì)情況存在疑問(wèn)，應(yīng)輔以近距離物探方法地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行復(fù)查，從而進(jìn)一步核實(shí)前方地質(zhì)情況。

(4) 利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)后發(fā)現(xiàn)隧道掌子面前方地質(zhì)情況存在疑問(wèn)時(shí)，采用超前地質(zhì)鉆探的方法，進(jìn)一步查清該地段的地質(zhì)情況；

(5) 采用超前地質(zhì)鉆孔進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)，若前方巖體存在隱伏含水體時(shí)，采用超前地質(zhì)鉆孔不取芯的方法；若前方不存在隱伏含水體時(shí)，采用超前地質(zhì)鉆孔取芯的方法。

(6) 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)采用“二橫三豎”的布置方式(如圖1)。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)距離可達(dá)35 m，為提高探測(cè)精度，每次探測(cè)有效距離取30 m。同時(shí)為了保證探測(cè)的質(zhì)量，每?jī)纱翁綔y(cè)間取5 m范圍為搭接長(zhǎng)度。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用超前鉆孔、TSP、地質(zhì)雷達(dá)等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案能夠滿足探測(cè)隧道掌子面前方的圍巖的要求，該方案能夠非常準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)巖溶破碎帶、巖溶裂隙水與圍巖級(jí)別，從而保證隧道施工安全的需要。

[1] 趙永貴． 隧道圍巖含水性預(yù)報(bào)技術(shù)[J] ． 地球與環(huán)境,2005,33(3):29-35.

[2] 薛翊國(guó),李術(shù)才,張慶松,等．TSP203 超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)巖溶隧道的應(yīng)用研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007，3(7):1187-1191.

2015-01-18

U445

C

1008-3383(2015)09-0134-01