隧道施工中超前地質預報技術的應用

劉訓

烏魯木齊鐵建工程咨詢有限公司，新疆烏魯木齊830026

摘要 新疆地理環(huán)境特殊，白晝溫差較大，影響隧道土木施工作業(yè)，所以在實施隧道工程前應做好相應的地質勘察，做好該區(qū)域的地質預測以及預報工作，但是新疆地區(qū)巖體的復雜性，經常導致了勘察資料與實際的隧道施工后的結果出現一定的出入，對隧道的安全、質量以及后期的施工作業(yè)周期產生了一定的影響，如何做好地區(qū)的隧道地質預測工作，是一種挑戰(zhàn)，所以本文結合實際工作情況，總結論述了當前應用的中超前地質預報技術，以此作為同行的借鑒以及參考。

關鍵詞 新疆地理環(huán)境；隧道地質；隧道施工

中圖分類號P62 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0148-02

隧道土木工程，關系國家百年大計，所以保證其質量是項目實施成功的關鍵，為了保證質量，做好項目施工前的預測工作，是保證質量的前提，但是由于地質的巖體具有復雜性以及多種因素的影響，在對隧道施工前，需要根據新疆地區(qū)的地質情況進行相應的勘察，根據地質勘察對將要實施的隧道作業(yè)環(huán)境做出初步的預測與分析，但是設計隧道以及施工前的地質測試工作不能夠完全概述出實際的地理環(huán)境，預測以及預測報告結果存在著一定的片面性。隨著新疆地區(qū)經濟的發(fā)展，公路工程，鐵路工程建設的數量越來越多，在施工過程中面臨的隧道作業(yè)工程也越來越多，而且相對的作業(yè)環(huán)境規(guī)模也越來越大，就其作業(yè)難度也不可忽視，地質環(huán)境的特殊性，導致了作業(yè)周期加長，預報實施方案的不確定性調整等情況發(fā)生。在以往經常出現隧道冒頂、滲水等現象除了施工方面的問題，導致隧道出現質量問題的原因，除了施工方面的問題外，還有施工前的勘測預報不完整性的原因，所以我們應該針對新疆地區(qū)的地理環(huán)境特點，采用超前地質監(jiān)測以及預報技術對其地質環(huán)境進行有效的監(jiān)測預報，通過準確的預測技術，反映隧道施工過程中掌子面前方的地質環(huán)境。對于當前的隧道工程，采用系統(tǒng)的超前地質監(jiān)測、預報方法，對后期施工，以及保障隧道質量具有十分重要的意義。

1 超前地質預報的內容及預報流程

1）預報掌子面前方與工程前勘測到的資料的不同數據、變化情況和地質環(huán)境對施工的影響；

2）提供掌子面前方突然涌水的地點及多少、富水帶的位置、地下水的含量等因素幫助施工人員進行止水、改變施工方式等依據；

3）預報掌子面前方的斷層及不穩(wěn)定巖層的位置、規(guī)模、屬性，幫助施工人員及時更改施工方案，保障工程安全；

4）預報可能出現的影響施工的斷層、富水帶、易塌方地區(qū)及滑動面等問題，包括各種問題的位置、規(guī)模、屬性及發(fā)展趨勢，方便施工人員及時做出反應，處理問題；

5）預報流程首先研究既有資料并制定相應的預報分級預報方案，針對預報距離，分別進行，長、中、短距離預報，其次對預報數據進行綜合分析，并對預報成果提出預報技術建議，提供相應的技術決策以及相應的施工方案，最后進行隧道施工作業(yè)，如果在施工過程中出現了問題，需要把施工問題及時反饋，并對信息以及預報方案重新規(guī)劃處理。

2 超前地質預報的分析方法

地質分析法和物探法是超前地質預報的兩個基本的系統(tǒng)方法。對于地質分析方法，首先需要進行地質調查，因為不同的巖層，不同的巖層厚度以及巖層位置都會影響到后期的施工作業(yè)情況，進行超前地質預報工作中，地質調查是地質預報的基礎性工作，根據工作情況以及地理環(huán)境特點，首先需要建立新疆地區(qū)標準地層剖面，根據地層剖面，確定作業(yè)隧道地理環(huán)境中，各個巖層的層次順序，各個巖層的厚度以及位置。

2.1地質分析法

地質分析法是為了有針對性的補充施工前的地質勘測資料而將地貌、地質調查、地質推理相結合的一種預報方法。地質分析法可以補充以下兩點：地質構造在隧道地表的分布、出露、性質、變化及變化規(guī)律；不同地層、巖質在隧道地表的出露和接觸的關系。

地質分析法要根據設定的標準地層剖面結合地底物質的沉積規(guī)律，確定各個巖層的層次、次序、厚度以及所處位置。在對地質構造進行全面系統(tǒng)的調查之后，根據不同的隧道的各方面情況，展開研討會，詳細地核查細化過的資料，為地質預報做好鋪墊。

2.2物探法

物探法是在施工過程中不同的物質來進行超前預報。其中，長期地質預報一次預報150m，采用TSP203超前地質預報儀進行勘探；中期地質預報一次預報20m，采用地質雷達進行勘探；短期預報一次預報5m~10m，采用鉆孔取芯進行勘探。中長期超前地質預報要求在進入隧道洞口50m后才可以實施。

1）長期超前地質預報

在長期超前地質預報中采用TSP203系統(tǒng)，在實施預測過程中，需要設立24爆破孔以及一個探測孔，在該實施過程中，第一個爆破孔距掌子面應該在2m左右，剩下的23個爆破孔之間的孔距為1.5m，探測孔距最后一個爆破孔的距離為15m，各種孔位布置在距隧底1.5m的一條直線上。爆破孔用φ38的鉆頭進行鉆孔，孔深為1.5m，孔位向下傾斜10°~20°，探測孔用φ42的鉆頭進行鉆孔，孔深為2m，孔位向上傾斜5°~10°，以便于接受爆破地震波。準備工作完成后，需要進行測量、安裝接收器以及爆破孔裝藥、連接線路，最后是進行數據收集，以及長期TSP203預測報告。

2）中期超前地質預報

中期地質預報采用地質雷達進行預報，地質雷達是以電磁波反射為原理進行勘探的，通過勘測與含水性相關的節(jié)點常數的波動來測定含水的斷層、充水的地質體以及巖層的性質等等。

地質雷達可以進行短距離（10m~40m）的勘測，它可以預報驚喜巖性的結構變化情況。在高水壓段，TSP203對于異常體的性質、規(guī)模、影響有判斷困難時可以利用地質雷達進行勘測；同時，對于隧道頂部、邊墻、底部或其他出水部位隱藏的伏巖洞穴探測具有良好的效果。

預測方法 預報成果

探測充水的地質 確定斷層、巖性和溶洞的界面，

確定異常巖體的規(guī)模、性質、危害程度。

隧道底部、邊墻、

隧頂外或其它出水部位 可能隱伏巖溶洞穴

地質雷達預報方法和預報成果表

不同的探測曲線的特征可以幫助判斷含水體及含水構造存在的潛在危害。

根據工程的隧道橫切面的大小及控制橫切面上下左右?guī)r溶變化，測點的布置可以采用3種完全不同的方法。在切面底部的兩側和中心各1.6米的地方安排3個垂直向下的測點；在隧道的左右兩側的垂直邊墻安排兩個測站，分別以水平0°、仰角+10°、+20°、+30°、+40°、+50°、+60°及少部分的+70°、俯角-10°、-20°、-30°、-40°、-50°、-60°、-70°、-80°、-90°勘探；在移動車上，安排3個測站，其中，在中心測站距離隧道頂部的垂直高度為1.2米的地方，以左+50°、+60°、+70°、+80°、+90°和右、80°、+70°、+60°、+50°探測，再在距離中心點1.6m的地方分別以仰角+40°、+30°、+20°、+10°、0°和俯角-10°、-20°進行勘探。

3）短期地質預報

在隧道的施工期間，將水平鉆孔納入施工工序中可以保證巖質破碎地帶也能夠安全施工。正洞超前鉆孔要在每個斷面布置兩個鉆孔。

獲得的地質信息需要進行整理分析，根據分析結果得出地質結論。如果預測到掌子面前方巖層環(huán)境有變化的時候，應該立刻填寫超前地質預報通知書，送到現場施工隊伍的管理人員手中；如果掌子面前方的巖層環(huán)境沒有變化，但是有不利于施工進行的地質條件或可能帶來地質災害的判斷是，也應該立刻通知施工現場的管理人員，并提出建議，采取何種保護措施來保障施工的安全性。

短期地質預報主要是預報地下水活動及可能構成不穩(wěn)定地質的塊體等情況，中期地質預報主要預報巖層空洞等情況，長期地質預報主要預報不同巖質、斷層等情況。超前預報系統(tǒng)綜合了超前地質預報的所有技術，極大限度的提高了預報的準確性和科學性，但是也有可能延緩工期、增加成本。

在項目的實施過程中，施工單位應根據實際情況選擇預備方案，高效的利用預報方法，保正隧道施工的質量、進度，尤其是安全。

3 結論

在實際工作中，中長短期地質預報主要針對不同的預測主體等情況，比如，長期預報主要預測不同巖體、斷層；而中期地質預報主要預測巖體孔洞等情況，短期預報主要預測可能構成不穩(wěn)定塊體的大裂隙和地下水活動等情況。在新疆地區(qū)隧道施工過程中，應該根據不同的地理環(huán)境進行綜合的技術分析，綜合超前地質預報綜合技術，這將會有力的提升地質超前預報的準確性。

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