簡單超前地質預報方法在施工中的應用

吳丙峰 申維英

（1.中國水利水電第六工程局有限公司二分局 遼寧 丹東 118001；2.中國水利水電第六工程局有限公司安全部 遼寧 丹東 118001）

1 引言

為確保隧洞施工安全質量，根據設計提供的工程及水文地質資料，結合地質超前預報，進行分析研究，制定完整的施工技術方案；做好技術、物質、機械設備的準備，避免地質災害的發生，使之達到施工設計及施工規范的要求，確保工期目標的實現，是隧洞超前地質預報目的。

由于隧洞工程地質條件復雜，隧洞安全問題是施工的重點。大型工程施工中采用先進TRT-6000或TSP203型地質預報儀、PULSEEKKO-100A型地質雷達及簡單的超前鉆孔等進行探測預報不良地質，嚴格按新奧法原則進行施工，建立并完善安全控制體系，確保施工安全，是現代施工的主要趨勢。現實中，無論采取哪種預報方法均有一定的缺陷，因此施工中，多采用幾種方法綜合使用，以相互印證，提高預報的準確程度。

但是，由于先進的地質超前預報要求實施的單位資質較高，有此能力的較少，收取的費用也很高（每百m隧洞大約在10000～15000元左右）；同時，先進的地質超前預報也須采用簡單的方法進行輔助。因此，在無大的地質災害、小型隧洞施工過程中，傳統的、簡單的超前地質預報仍然發揮著重要的作用。

2 各種地質超前預報方法的特點

綜合地質超前預報中各種方法的特點：TRT6000或TSP203作業快，測距長，干擾相對少，可以與多種預測法結合應用，但精度不高，解釋難度大，適于做長距離預測；地質雷達可以準確測定短距離內隧洞四周和低部的空洞、水體情況，可補充TRT6000的不足；超前水平鉆孔基本可以100%的揭示地下水及圍巖物理力學性能，但干擾大，用時長。在施工中，根據各種方法的特點確定地質超前預報的原則是：以常規地質綜合分析法為基礎，TRT6000或TSP203地質超前預報系統做長距離宏觀控制，地質雷達做近距離判斷，水平鉆孔為特殊地段必做項目，形成綜合地質超前預報系統。并組成專業預報小組，建立健全隧洞地質超前預報工作制度，配備先進的儀器設備，開展地質超前預報工作。

3 簡單的工程地質預測方法

簡單的工程地質預測方法一般采用超前水平非取芯鉆孔和開挖面地質素描相結合的方式進行。

超前水平非取芯鉆孔，一般采用手風鉆（小于6m）或風動鉆（6m～30m）鉆孔。預測時，依靠對鉆孔速度變化、回水顏色等的直覺，判斷前方圍巖的變化。短距離鉆孔可以結合超前小導管施工，直接利用超前小導管鉆孔進行判斷；中長距離鉆孔可以結合超前管棚施工，直接利用管棚鉆孔進行判斷。

地質素描通過對開挖面巖性、巖層產狀、軟弱夾層、巖脈穿插情況；斷層及破碎帶的形態、產狀、寬度、填充物特征；主要節理裂隙的形態、產狀、規模及相互切割關系等，推測前方圍巖狀況。

如果采用分部開挖的方法，超前導洞可以直接揭示滯后的開挖分部地質情況，不需再做地質預報。

表1 超前地質預報方式工作范圍及作業方式表

表2 手風鉆鉆孔預報地質對應表

4 簡單的工程地質預測方法技術要求

4.1 地質素描

地質素描在隧洞施工全段進行，地質素描采用圖表形式形象紀錄。開挖面地質素描內容有：巖性、巖層產狀、軟弱夾層、巖脈穿插情況；斷層及破碎帶的形態、產狀、寬度、填充物特征；主要節理裂隙的形態、產狀、規模及相互切割關系。

巖石結構面調查內容有：圍巖的巖石結構產狀、節理的延伸性、粗糙起伏情況、張開程度。

地下水出露情況、水量大小等；巖溶的形態、大小、位置走向等；圍巖節理內含水情況。

施工階段地質預測：根據開挖面地質素描、巖石結構面調查記錄采用前推法預測前方地質情況，首先按1∶100的比例做出開挖面前方一定長度的展開圖，逐一將開挖面地質素描和巖石結構面的記錄資料，按其產狀、節理軌跡線繪制到展示圖上，最后按其節理走向和軌跡延伸并結合超前鉆孔的資料畫出前方地質情況。

4.2 超前鉆孔預測

采用鉆孔預測時，采取以下方法：短鉆孔深度以6m為限，中長鉆孔深度為6m～30m，如出現異常情況時，按預定方案實施。鉆孔出水，安裝壓力表及水表，測定地下水的壓力和流量。日常的預測以短距離鉆孔為主，長距離鉆孔為輔。

（1）短距離鉆孔。

在每次鉆孔過程中，指定在拱頂、兩側拱腰附近的1～2個輔助眼加深1m～5m，依靠對鉆孔速度變化等的直覺，判斷前方圍巖的變化。鉆孔采用YT-28手風鉆進行。短距離鉆孔可結合超前小導管施工，直接利用超前小導管鉆孔進行判斷。判斷的方法如表2所示。

（2）長距離鉆孔。

長距離鉆孔采取YQ-80風動鉆鉆孔，判斷方法與短距離鉆孔相同。該方法一般只在設計有管棚的洞段使用，以減少因預報產生的工期和費用。

4.3 地下水地質預測

現場技術人員根據以往施工經驗對地下水做如下經驗性預報。

（1）當隧洞由弱可溶巖進入強可溶巖的邊界部位時，可能發生涌水。

（2）根據大突水點的涌水特征：一般有滲、滴水段→線狀滲水段→集中涌水段高壓噴水段，當隧洞由滲、滴水段進入線狀滲水段時，應做好出現集中涌水的準備；進行超前預報的施工防治能取得較好的效果。

鉆孔內出現渾水，前方可能有涌水；若渾水能噴射5m以上，則前方可能有大于30 L/s～50L/s的涌水存在；當超前鉆孔能噴射3.5m以上，或涌水速度大于7m/s，或風鉆孔內有涌水速度大于14m/s的出水，則前方可能出現大于20L/s的涌水存在。

5 施工程序及工藝流程

5.1 施工程序

根據隧洞地質復雜的特點，本著“早預報、早預防”的原則組織施工，采用鉆孔超前探測、開挖面及其附近的地質觀測素描等綜合手段，預測不良地質的位置、性質、規模和對施工的影響程度。

5.2 工藝流程

工藝流程見圖1所示。

5.3 地質信息收集與處理

圖1 超前預報工藝流程圖

超前地質預報建立一個地質信息系統，通過各種方法收集地質信息，進行綜合分析、判斷，并將處理結果反饋給施工。通過地質信息系統的及時、準確預報，為施工提供決策依據，及時調整施工方法和支護參數。

采用新的施工方法和支護參數后，又從施工過程中獲取新的地質信息，更新地質信息系統，經處理后，再一次反饋給施工。如此往復，形成地質信息系統化。

6 結語

筆者在多個小型項目中，由于難以協議到實力強的預報單位，因此采用了傳統的、簡單的超前地質預報方法，取得了非常好的效果。同時，簡單的超前地質預報方法一直是先進預報方法的有益補充。因為其操作簡單、費用較低，但預報準確，因此，在無大的地質災害、小型隧洞施工過程中，仍然發揮著、而且還會繼續發揮重要的作用。陜西水利