陳澤翼
摘 要:隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)于鐵路的建設(shè)也提出了新的要求。本文從超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)出發(fā),分析其意義和目前應(yīng)用時(shí)候的問(wèn)題,并列舉了一些目前較為常見(jiàn)的預(yù)報(bào)方法;同時(shí)根據(jù)實(shí)際工程分析超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,旨在為相關(guān)工程人員提供參考意見(jiàn)。
關(guān)鍵詞:超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù);鐵路隧道施工;技術(shù)應(yīng)用
1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)概況
1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的意義
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是在隧道開(kāi)挖的時(shí)候,對(duì)掌子面前方及其周邊(主要是鐵路隧道)的圍巖與地層情況做出超前預(yù)報(bào)。由于隧道掌子面的前方及其周邊地質(zhì)條件的影響,使得隧道容易出現(xiàn)涌水、塌方等安全事故,會(huì)影響工程周期、工程設(shè)備的損壞等,造成經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致工程出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題甚至造成人員傷亡事件。隧道圍巖的地質(zhì)情況比較復(fù)雜,在進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查的時(shí)候,調(diào)查結(jié)果會(huì)受到勘探深度、地形限制、分辨率的影響,會(huì)出現(xiàn)一定幾率的結(jié)果不準(zhǔn)確的現(xiàn)象??碧浇Y(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)施工工程的影響不容忽視,如果勘探結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確的反應(yīng)隧道的實(shí)際地質(zhì)情況的話(huà),勢(shì)必會(huì)對(duì)后期隧道施工的開(kāi)展造成不良的影響[1]。
1.2 目前鐵路隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)存在的問(wèn)題
在目前的鐵路隧道施工當(dāng)中,地質(zhì)預(yù)報(bào)工作采用的都是比較單一的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法,即預(yù)報(bào)隧道工作面的前方信息。但是這種單一的預(yù)報(bào)方法所能提供的有效信息非常的有限。尤其是在地質(zhì)條件比較特殊的隧道施工中,其地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜,出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的概率比較大。因此受其高風(fēng)險(xiǎn)性的影響,這種單一的預(yù)報(bào)方式已經(jīng)對(duì)隧道工程的安全性造成了很大的影響[2]。
2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)常用方法
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)常用的方法比較多,分類(lèi)也不盡相同,根據(jù)《客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》的相關(guān)規(guī)定,對(duì)幾類(lèi)工程中比較常見(jiàn)的方法及其應(yīng)用范圍進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹,并對(duì)目前比較主流的地震波法超前預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。
2.1 機(jī)械鉆探
機(jī)械鉆探通過(guò)超前地質(zhì)鉆桿在隧道的斷面若干處開(kāi)展鉆探,然后根據(jù)鉆桿上的巖土構(gòu)造和水文地質(zhì)來(lái)判定前方圍巖的特性。該方法通常在隧道斷面的中上部、左側(cè)、右側(cè)取3個(gè)點(diǎn)(可以視實(shí)際情況多選幾個(gè)),對(duì)鉆探出的圍巖進(jìn)行綜合對(duì)比分析,并在每?jī)擅滋幱涗泧鷰r的狀況,超前鉆桿的長(zhǎng)度多數(shù)以20m左右為主[3]。
2.2 電法
電法包括直流電法和高密度電阻法,直流電法能夠探測(cè)隧道的掌子面及側(cè)幫的含水構(gòu)造情況;高密度電阻法能夠探測(cè)洞穴、巖溶、地質(zhì)界線(xiàn)等。
2.3 電磁法
電磁法包括甚低頻法和地質(zhì)雷達(dá)法,甚低頻法能夠探測(cè)隱伏斷層和破碎帶,探測(cè)巖體的接觸帶,也能探測(cè)含水構(gòu)造以及地下暗河等;地質(zhì)雷達(dá)法能夠探測(cè)隱伏斷層和破碎帶,對(duì)地下巖溶、洞穴、地層的劃分情況的探測(cè)效果也比較優(yōu)越。
2.4 紅外探水
紅外探水能夠探測(cè)局部地溫是否存在異常現(xiàn)象,也用于對(duì)地下脈狀流、脈狀的含水帶、隱伏含水體等結(jié)構(gòu)所在位置的探測(cè)。
2.5 地震法超前預(yù)報(bào)
地震法是目前隧道中長(zhǎng)期超前預(yù)報(bào)應(yīng)用較為主流的方法,常涉及的包括TSP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、TST隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、HSP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)等。
2.5.1 TSP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)
該方法利用了隧道圍巖排列方式能夠激發(fā)彈性波,而彈性波進(jìn)行三維空間的傳播過(guò)程中,如果遇到聲阻抗的界面(即地質(zhì)巖的變化界面、構(gòu)造的破碎帶、巖溶發(fā)育帶、巖溶等),會(huì)出現(xiàn)彈性波的反射,布置于隧道圍巖上的接收裝置能夠檢測(cè)該信號(hào),將其傳輸?shù)絻x器當(dāng)中進(jìn)行處理,既通過(guò)掌子面前方巖體所反射的波信息來(lái)進(jìn)行預(yù)報(bào)。
2.5.2 TST隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)
該方法充分的利用了三維波場(chǎng)的復(fù)雜性,能夠?qū)崿F(xiàn)方向?yàn)V波,即只保留掌子面前方的回波,能夠有效的避免目前方法當(dāng)中出現(xiàn)的誤報(bào)率高、虛報(bào)的技術(shù)缺陷。該方法能夠準(zhǔn)確的得出掌子面前方圍巖的波速分布情況,有效的避免了現(xiàn)有方法位置不準(zhǔn)確的問(wèn)題,為巖體的類(lèi)別判定提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
3 實(shí)際應(yīng)用分析
3.1 工程概況
坪山隧道位于桂林市境內(nèi),隧道進(jìn)口里程DK462+160,出口里程DK468+465,全長(zhǎng)6305m,隧道出口端設(shè)平行導(dǎo)坑一座,長(zhǎng)2500m。隧道進(jìn)口端為弱風(fēng)化灰?guī)r,白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖,存在少量危巖落石,隧道左邊順層,巖溶地下水發(fā)育,DK464+250~DK464+450段和DK465+100~DK465+300段隧道洞身上部發(fā)育有溶蝕洼地。隧道中部處于可溶巖與非可溶巖的接觸帶,巖層破碎,上下巖性透水性差異,導(dǎo)致洞身范圍內(nèi)極易形成巖溶地下水大量積聚,產(chǎn)生開(kāi)挖堆囊狀突破。隧道出口端為砂巖、泥質(zhì)砂巖夾灰?guī)r,洞口位于強(qiáng)風(fēng)化層中。
3.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)用
3.2.1 TSP法
在隧道的左右邊墻設(shè)計(jì)了24個(gè)震源點(diǎn),并用少量炸藥激發(fā),在地震波受到巖石影響會(huì)反射,進(jìn)入前方介質(zhì),被信號(hào)接收器接收。通過(guò)TSPwin處理軟件能夠分析出巖石密度、楊氏模量、泊松比、彈性模量等參數(shù),通過(guò)該方法分析出在工程的某段圍巖出現(xiàn)整體破碎、溶蝕破碎帶等。
3.2.2 地質(zhì)雷達(dá)法
地質(zhì)雷達(dá)法預(yù)報(bào)距離30m,搭接5m,使用了瑞典的SLR-3000型雷達(dá)探測(cè)。圖1、2為某掌子面的測(cè)線(xiàn)1、測(cè)線(xiàn)2的探測(cè)圖。顯示掌子面前方8~10m,有較強(qiáng)反射信號(hào),結(jié)合地質(zhì)分析,推測(cè)為小型溶隙,掌子面前方13~15m,有物探異常信號(hào),結(jié)合地質(zhì)分析,推測(cè)為小型溶隙。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)文章的闡述,對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹,包括其常見(jiàn)的問(wèn)題和技術(shù)類(lèi)型,并分析了其重要性,根據(jù)實(shí)際的工程分析了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用,為工程人員提供相關(guān)參考意見(jiàn),但是在實(shí)際的參考當(dāng)中還需工程人員結(jié)合工程的實(shí)際情況來(lái)具體應(yīng)用,不斷的摸索新的辦法,推動(dòng)鐵路建設(shè)工程的發(fā)展和進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)
[1]許亞軍.綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在林家屋基隧道施工中的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2016,(6):191-193.
[2]廖煙開(kāi),戴建玲,吳智,等.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在鐵路隧道動(dòng)態(tài)信息化施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2015,(1):197-202.
[3]王國(guó)豐.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在軟巖隧道施工中的應(yīng)用[D].西南交通大學(xué),2014.
(作者單位:中鐵二十三局集團(tuán)第四工程有限公司)