超前地質預報在長大隧道中的應用與實踐

李嘉 楊曉娟

摘要:隧道超前地質預報(Tunnel Geological Prediction)是指在隧道準備動工時,對所開隧道的周圍巖石土層情況以及地質情況和巖層土層含水情況作出的預報。針對不良的地質條件,諸如巖層斷裂、巖層變形等情況做出正確判斷和合理措施。在隧道動工時以此來判斷開挖的正確位置,從而來保證工程的安全和資金的合理規劃。

關鍵詞:超前地質預報隧道施工合理規劃

中圖分類號:U456.3+3 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0054-01

1地質環境破壞的影響

地質環境主要是指地下巖層圈以及地表風化的產物,而不良地質現象通常定義為地質災害,地質災害直接或間接的危害了人們的正常生活,并一定程度有損了經濟建設。常見的地質災害諸如崩塌、山體滑坡、泥石流已經為人們所熟悉,這些嚴總損害人們的生活甚至危及生命。但是例如地面塌陷、巖爆、突水突泥、瓦斯泄漏、土壤鹽堿化等不常見的地質環境災害也嚴重影響了社會經濟的可持續發展。

2超前地質預報的介紹

超前地質預報是指采用先進的物探和鉆探等手段來檢測和監控在隧道、隧洞等此類地下工程施工階段其周圍土層巖層的結構和狀態以及地下水的流量情況。以此來引導下一步的施工,來避免工程運行階段突如其來的地下水涌水、瓦斯泄漏、沖擊地壓、地址變形等情況。來確保施工的正常和安全進行。超前地質預報的常用物探方法有很,但是在眾多眼花繚亂的物探方法中地震波法對地質的超前預報是當前地址超前預報的主流。所謂的地震波法就是利用反射的特點用地震波在彈性介質里反射傳播,在地表通過人工向地層以下的深處釋放地震波,利用地層以下性質結構不同巖石土層當作介質傳播所釋放的地震波;在地表專業人員再利用檢波器接受所反彈出來的地震波,然后再針對時頻和振幅的特性進行分析,從而得到低下圖層巖層的具體情況。超前地質預報的檢測方法還有很多,例如機械鉆探(在底層斷面的若干層次進行鉆探以此來分析巖層及土層的結構性質)、電發檢測(分為直流電法和高密度電阻法)、電磁檢測法、紅外線法(用來探測局部施工地段地層溫度異常以及判斷地下隱藏的脈狀含水帶等)。一般,超前的地質預報的預報內容主要包括以下幾點。

第一,施工地帶地表以下有無有害氣體以及是否存在突水(災害性涌水)、突泥(涌泥災害)、巖爆的情況,再根據其可能發生的范圍及規模作出合理的施工計劃。

第二,預報施工所開挖的洞內其用水量的的變化以及大小規律,并據此對其環境以及水文的影響。

第三,在檢測中若發現斷層,將其產生位置、斷層長度寬度、產生結構,以及判斷該斷層是否為充水斷層,根據判斷結果做出相應合理措施。

第四,預測所施工的隧洞內是否含有害氣體,以及該氣體的成分以及含量以及動態變化情況。

3世界各國長大隧道的概況

現今,世界各國逐漸已經為了經濟發展在交通運輸以及水利水電和城市排污方面建成了接近兩百條長度范圍超過十公里的長達隧道。在受到了20世紀末長達53公里的日本Sei-kan隧道以及在本世紀初通車的長達五十多公里的英－法海底隧道的影響。逐漸的,一些規模更加龐大的隧道計劃已經落實,并且有相當一部分已經進入了施工階段。例如:長達250公里的從日本福岡跨越日本海至韓國釜山的日韓海底隧道、57公里的瑞士Gotthard鐵路隧道、長達55公里自奧地利至意大利的Basis Brenner鐵路隧道以及位于挪威的Laerdal公路隧道等。自20世紀80年代至今,我國對于長達隧道的建設也有了一定的成果。從長度19公里的西康線秦嶺到衡廣復線大瑤山隧道,從西安－南京鐵路東秦嶺特長隧道到重慶－懷化鐵路圓梁山特長隧道。隨著我國西部大開發的迅速開展與進行,在西部地區隧道的建設中面臨著一定的嚴峻考驗,從地形的高低起伏、地貌及地質的復雜結構、土質巖層的多變到交通運輸和經濟的欠發達,所以,在鐵路運輸、水利電網、礦物資源的開發中修建隧道甚至是長大隧道已成為發展西部地區經濟的關鍵。縱觀從古到今隧道的修建歷程,長大隧道的建設的制約因素主要可以歸納為施工技術方面和可能遭遇地質災害。隧道的建設可能遇到的地質災害主要有包括巖爆(沖擊地壓)、軟巖的變形、突水突泥、地溫較高以及瓦斯泄漏。

4長大隧道超前地質預報

隧道超前地質預報對于長大隧道的建設有著舉足輕重的地位。通過長大隧道超前預報,可以及時的發現異常的地質情況,以此選擇正確的挖掘斷面,為突發的災害性事故提供一定的信息,以提高施工效率來縮短施工周期。隧道超前地質預報分為常規預報、成災預報和專門預報。所謂的常規預報,就是勘測地質工作階段的繼續,它是隧道施工的一個過程,常規預報應該以施工單位為主體,作出一定符合工程階段預報并且預報時盡量避開施工作業間斷。而成災預報是指長大隧道施工進行中所遇到的地質環境災害,而導致施工作業失去正常控制的突發事件。成災預報是在中、長距離隧道施工的主要任務,對施工地段可能成災的地質環境作出相應的措施,成災預報務必有相關施工設計及其單位組成專家小組,進行物探分析做出定量預報,并合理占用部分施工時間段。最后的專門預報就是對特殊的地質問題進行相應的專業性預報,專門預報是隧道超前地質預報的重要內容,需要利用綜合性手段定性定量雙重考慮做出預報。長大隧道超前地質預報的主要方法有直接預報法、地質分析法、物探法、地質物探綜合分析法等。直接預報法主要有水平鉆孔(在隧道內放置水平鉆機,呈水平方向鉆孔來獲取關于地質情況的信息)、超前導坑(分為平行導坑和正洞導坑)兩種。為了進一步提高長大隧道超前預報的精確率,就必須不斷的革新其勘測技術,爭取獲得三維空間的巖層土層地質情況。目前我國正在進行的大規模的水利建設、鐵路運輸建設、資源的開采,都需要建設大量的隧道甚至長大隧道,所以先進的長大隧道超前地質預報就起到了關鍵的作用。長大隧道超前地質預報是工程物理研究中的疑難問題。發展到目前來看超前預報中的工程地質推斷和TSP、TRT等先進技術已經產生了一定的效果,但是仍需改進。

綜上所述,地質環境的優劣嚴重影響著隧道的建設,同時間接制約著經濟的發展。所以隧道超前地質預報必須加大革新技術,在施工過程中要求嚴謹,利用先進技術,針對各地地質圖層結構的不同作出相應地質預報,這對隧道的建設有一定的促進作用,同時可以節約經濟成本,提高效率,為經濟可持續發展提供了一定條件。

參考文獻

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