高軍 林曉

摘要：在鐵路隧道動(dòng)態(tài)信息化施工當(dāng)中，三維探測(cè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，可以有效提升鐵路隧道施工的安全性，確保隧道工程順利進(jìn)行。基于此，本文重點(diǎn)探究基于三維探測(cè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)家在鐵路隧道動(dòng)態(tài)信息化施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維探測(cè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)；鐵路隧道；信息化施工；應(yīng)用

引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)今信息化技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，也產(chǎn)生了信息化施工技術(shù)。從當(dāng)今新建鐵路隧道工程現(xiàn)狀來(lái)看，受到隧道長(zhǎng)度、深埋等因素影響，工程地質(zhì)條件也變得愈加復(fù)雜。如果隧道深埋較大，在初期勘探當(dāng)中所采用的宏觀地面調(diào)繪、鉆探、波速測(cè)井等方法無(wú)法精準(zhǔn)的觀測(cè)到地質(zhì)條件、水文條件、不良地質(zhì)條件，最終造成工程在施工當(dāng)中出現(xiàn)突泥、突水、坍塌等現(xiàn)象，給工程后續(xù)施工帶來(lái)了極大的影響，甚至是造成施工安全事故問(wèn)題。而基于三維探測(cè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)（下文簡(jiǎn)稱“超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)”），能夠提前對(duì)每個(gè)施工段進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，根據(jù)圍巖穩(wěn)定性對(duì)不利地段做出判定，在開(kāi)挖前做好預(yù)防措施，這樣即可避免盲目施工，確保隧道施工的安全性。

1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)指導(dǎo)原則與要求

1.1地質(zhì)調(diào)查法

結(jié)合現(xiàn)有的工程勘察資料、地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查資料、隧道內(nèi)地質(zhì)素描，采用層層對(duì)比、地層分界線、構(gòu)造線、地下與地表相關(guān)性分析、斷層要素、隧道幾何參數(shù)等分析，這樣即可對(duì)隧道不良地質(zhì)千兆進(jìn)行預(yù)測(cè)，推測(cè)出工程口開(kāi)挖工作面可能產(chǎn)生的地質(zhì)情況。

（1）地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查

巖性、地層在隧道表面的出漏和接觸關(guān)系；地質(zhì)構(gòu)造在隧道地表出露、規(guī)模、性質(zhì)、產(chǎn)狀變化情況；認(rèn)為坑洞位置、走向、高程和隧道個(gè)工程的空間關(guān)系。根據(jù)隧道地表補(bǔ)充的調(diào)查結(jié)果，結(jié)合工程的勘察資料、設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)圖紙等，對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)區(qū)段進(jìn)行核實(shí)、修整。

（2）內(nèi)地質(zhì)素描

將隧道工程當(dāng)中所揭示隧道地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、構(gòu)造面產(chǎn)狀、地下水露出點(diǎn)、出水狀態(tài)等信息記錄，并繪制成為圖表，主要包含了開(kāi)挖面地質(zhì)素描、洞身地質(zhì)素描。通過(guò)對(duì)不同水文條件、地質(zhì)條件進(jìn)行記錄，保證隧道下方圍巖的穩(wěn)定性、支護(hù)方式、初期支護(hù)后變形控制等。并對(duì)隧道工程施工圍巖進(jìn)行分級(jí)。

1.2超前鉆探法

（1）方法

使用超前鉆探法是利用沖擊鉆、回轉(zhuǎn)鉆獲取到巖芯，在施工中兩種工具配合使用，這樣可以保證鉆探效率和精準(zhǔn)率，降低開(kāi)挖施工周期。普通地段采用沖擊鉆即可，沖擊鉆不取芯，而沖擊器的鉆進(jìn)變化、沖擊、巖粉、卡鉆、鉆桿振動(dòng)、沖洗液流量變化等，即可獲取到巖石特性、強(qiáng)度、完整度、溶洞、暗河等情況。在地質(zhì)較為復(fù)雜的地區(qū)采用回轉(zhuǎn)取芯鉆，該設(shè)備可以有效獲得鉆芯，并確定地層變化歷程，只有在特殊地段、地層以及需要精準(zhǔn)判定的情況下使用。

（2）工作要求

超前地質(zhì)鉆探要求每個(gè)施工孔長(zhǎng)度要大于30m、搭接長(zhǎng)度大于5m；加深炮孔探測(cè)通常循環(huán)9-14個(gè)，炮孔深度應(yīng)大于5m，實(shí)際深度需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

1.3物探法

（1）彈性波反射法（TSP）

地震波的震源點(diǎn)通常是設(shè)計(jì)在右邊或左邊墻上，大約有23-25個(gè)炮點(diǎn)，采用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。在數(shù)據(jù)檢測(cè)當(dāng)中可以采用的TSPwin軟件處理，最終可以獲得巖石力學(xué)參數(shù)、強(qiáng)度指標(biāo)，結(jié)合反射波組合特性和動(dòng)力學(xué)特性、巖石物理力學(xué)參數(shù)等判定地質(zhì)特性。

（2）電磁波反射法

應(yīng)用控制單元向地層發(fā)射機(jī)高頻率電磁波，在遇到不同介質(zhì)時(shí)，電磁波的能量轉(zhuǎn)換成為反射波回到地面，雷達(dá)接收到反射波，并對(duì)反射波進(jìn)行分析，從而獲得地層厚度、巖層完整性、巖層含水率。

（3）工作要求

彈性波反射法沒(méi)循環(huán)探測(cè)距離在100-150m之間，重疊部分應(yīng)大于10m；電磁波反射發(fā)每循環(huán)探測(cè)距離應(yīng)小于30m，重疊部分應(yīng)大于5m。

2、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在隧道工程信息化施工中的應(yīng)用

為了能夠掌握超前地質(zhì)預(yù)報(bào)重點(diǎn)，提高超前預(yù)報(bào)效率和精度，需要結(jié)合設(shè)計(jì)單位提供風(fēng)險(xiǎn)隧道分級(jí)、隧道施工圖、隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，掌握隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)主要因素等，標(biāo)段隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施過(guò)程中可能出現(xiàn)的不同風(fēng)險(xiǎn)以及風(fēng)險(xiǎn)段落，針對(duì)性應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)法。

2.1地質(zhì)調(diào)查法

對(duì)所有的隧道段都采用地質(zhì)調(diào)查法展開(kāi)超前預(yù)報(bào)。

2.2根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段確定超前預(yù)報(bào)方法

標(biāo)段隧道風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分需要結(jié)合設(shè)計(jì)單位的《隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估設(shè)計(jì)圖》決定，根據(jù)隧道區(qū)段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定使用哪種超前預(yù)報(bào)方案。

（1）極高風(fēng)險(xiǎn)地段采用地質(zhì)素描、超前水平鉆孔、TSP203、超長(zhǎng)炮孔、地質(zhì)雷達(dá)、紅外他測(cè)綜合預(yù)報(bào)法。

（2）高風(fēng)險(xiǎn)地段采用地質(zhì)素描、超前水平鉆孔、TSP203、超長(zhǎng)炮孔的綜合預(yù)報(bào)方案。

（3）中度風(fēng)險(xiǎn)地段采用地質(zhì)素描、TSP203的綜合預(yù)報(bào)法。

（4）低度風(fēng)險(xiǎn)主要是應(yīng)用地質(zhì)素描方法。

2.3按照不良地段確定超前預(yù)報(bào)法

結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)文件、長(zhǎng)距離地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果、地質(zhì)素描等技術(shù)，識(shí)別隧道工程中所存在的溶洞、斷層破碎帶、承壓水、溝谷淺埋、巖層接觸帶等風(fēng)險(xiǎn)源地段，并且在前后延長(zhǎng)50m范圍，結(jié)合高度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)展開(kāi)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。如果確定是極高的危險(xiǎn)等級(jí)，需要按照極高風(fēng)險(xiǎn)的方案進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，補(bǔ)充紅外探測(cè)預(yù)報(bào)、地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)，將最終的檢測(cè)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)單位，對(duì)極高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)地質(zhì)條件進(jìn)行深度研究，決定采用炮孔、超前水平鉆、超前水平導(dǎo)坑等各類方法，查明地質(zhì)狀況。

（1）在斷層破碎帶、褶皺核部位、節(jié)理密集帶、溝谷淺埋地段預(yù)報(bào)當(dāng)中，在施工中采用紅外探測(cè)方案，深度為30-50m，如果探測(cè)前方?jīng)]有水，使用單孔超前水平鉆驗(yàn)證。如果檢測(cè)有水，則確保超前水平鉆探的斷面鉆孔數(shù)量不低于3個(gè)，檢測(cè)水量。

（2）承壓水段落，施工前采用紅外測(cè)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)，深度為50m，之后采用超前水平鉆探方案，每個(gè)斷面鉆孔數(shù)量不得低于3個(gè)，并得到水量和水壓參數(shù)。

（3）熔巖、人為空洞地段，施工前使用紅外探測(cè)、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)，深度為30-50m，之后采用超前水平鉆探，每個(gè)斷面鉆孔數(shù)量不低于3個(gè)，開(kāi)挖時(shí)采用加深炮孔探測(cè)，炮孔數(shù)量、長(zhǎng)度根據(jù)工程實(shí)際確定。

（4）巖層接觸帶采用3孔超前水平鉆驗(yàn)證即可。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在鐵路隧道施工中采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，能夠有效加強(qiáng)隧道施工工序管理，采用上下對(duì)照、長(zhǎng)短結(jié)合、定量、定性分析等方案，實(shí)現(xiàn)相互印證，開(kāi)展綜合的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，保證了預(yù)報(bào)精度和效率，這對(duì)保證施工效率、施工質(zhì)量有著重要意義。

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（作者單位：1.國(guó)家鐵路集團(tuán)武廣高鐵公司；

2.中國(guó)石油大學(xué)（北京））