超前地質預報在巖溶隧道施工中的研究

文/武敬成、龐寶明、梁蘇強 中交第一公路工程局有限公司 北京 100024

超前地質預報在巖溶隧道施工中的研究

文/武敬成、龐寶明、梁蘇強 中交第一公路工程局有限公司 北京 100024

伴隨深長山嶺隧道等高難度隧道工程施工建設的需要，給工程地質勘察工作帶來了更高的要求。由于地表勘察技術手段有限以及地形地質條件復雜等原因，在隧道施工前期，難以全面準確地掌握工程區域的工程地質情況，再加上破碎巖體、溶洞、斷層等不良地質存在較強的隱蔽性，對隧道沿線不良地質情況很難做到準確揭示。因此，對超前地質預報在隧道施工中的應用展開相應研究具有極為重要的作用。

隧道工程；地質勘察；超前地質預報；研究

隧道施工,特別是復雜地質條件下的施工面臨著很多地質災害問題,如巖溶地段的突水突泥、斷層破碎帶的塌方等,為了避免這些災害事故的發生,開挖前必須對掌子面前方的地質條件有一個較好的了解,從而采取相應的防范措施。本文主要針對酉沿高速中的酉陽2號隧道施工所使用的超前地質預報體系進行討論分析，常規的單一地質探測方法已很難滿足當前隧道施工的高精度要求，只有根據隧道實際地質情況來因地制宜，結合各種不同探測方法的優缺點來組合形成一個超前地質預報系統[1]，才是了解掌子面前方地質條件最好保證,是提高預報精確度和效率最佳可行策略之一。

1 國內地質預報相關技術研究與應用現狀

國內目前在隧道超前地質預報中常用方法有以下幾種：①超前地質的鉆探與導坑法[2]。這種方式事實上就是直接探測方法，該方式可以直接呈現施工中掌子面的前方地質實際情況，要探測準確需要加大探孔密度，準確但費時費力②物探法。主要是從巖土體間不同物理性質進行分析，借助不同探測方式與儀器，對水文地質狀況進行判斷，屬于間接測試。因為物探法在掌子面的施工方面基本沒有影響，在地質破壞方面的程度較輕，近幾年發展速度較快③地質法[3]。就目前而言，我國隧道施工中超前地質的預報過程比較常用的方式就是地質法，主要就是根據掌子面、地表與隧洞調查實際結果來實施超前的預報，直觀而粗略。

2 巖溶隧道施工中超前地質預報技術體系

2.1超前地質預報技術

所謂超前地質預報技術就是指合理結合不同的預報技術與方法，比如地質法與物探方法結合、多種物探方法結合等，通過多種分析方法和處理手段，相互補充、相互驗證，從而達到預報隧道施工期間對前方地質狀況變化的綜合技術。酉陽2#隧道所處位置主要以微風化、中風化白云質灰巖及灰巖組成，從設計單位的地勘結論上可以看出在隧道中間間斷的出現了斷層破碎帶，有溶隙發育。簡單的選用大面積加密布設超前鉆這種保守的探測手段，雖然在探測預報精度上可以有所保障，但是會增大費用支出，制約隧道掘進的施工進度。針對此類出現間斷性不利地質的巖溶隧道施工，本項目采取了長短預報相結合，超前水平鉆探為輔的一個超前地質預報系統。使得各種地質預報技術的優點予以了充分發揮，彌補了單一地質預報技術存在的局限性與片面性，能夠對隧道施工安全風險予以更好地規避，并有效的節省了超前地質預報的成本和隧道施工工期。

2.2超前地質預報流程

超前地質預報實施流程：整體預報→長距離預報→短距離預報→近距離預報。整體預報階段主要是通過深入的地質調查收集現有的區域地質資料，運用相應的地質分析方法，對隧道地質情況進行風險評價和分級，辨識并標記出高風險段落。長距離預報階段是指利用TGP206地震波反射回波法對掌子面前方的160m范圍內的地質圍巖情況進行物理探測，國產的TGP206探測儀設備相比瑞士的TSP203探測儀設備，因為激發同步信號的方法不同使得TGP206在現場安裝使用過程更簡便、經濟。此階段主要是利用向掌子面前方發射地震波，然后分析采集的反射波信息，對前方圍巖情況進行預判。結合整體預報階段得到的數據信息來判斷是否需要進行下一步的更為詳盡的探測。短距離預報階段是利用地質雷達法與TGP206相結合對距離掌子面前方（30m范圍之內）的地質構造進行探測，達到相互驗證目的，每次預報30m，前后兩次預報的疊加長度為5m。近距離預報階段就是靠人眼對已經揭露出來的距離掌子進行掌子面地質分析，結合前面幾個階段得出的結論如果掌子面巖層無異常就正常開展下一個循環的開挖施工，如果揭示出來的掌子面圍巖情況和前幾階段的結論相同，有破碎或巖隙發育跡象則需要進行超前水平鉆探，來直接探測前方不良地質規模及位置，為下一步的掌子面開挖施工提供參考依據。

2.3超前地質預報方案

超前地質預報方案就是指，依據風險評價，針對不同區段其不同風險等級制定不同的超前地質預報方案。在實施超前地質預報方案時需要注意以下幾點：①當使用了主要手段進行探測之后，應當對風險等級依據探測結果進行修正。②對需要防范的巖溶災害類型應當使用主要手段予以大概確定。③原則上應當用地質雷達法來確認巖溶洞穴和近端水體，用全空間瞬變電磁法來確定較遠水體。④對于加大的不良的地質體，超前鉆探是最為直接的手段。

3 結論

熔巖隧道其施工能否安全，關鍵就在于在施工期間能否對隧道里地質情況予以準確預報。單種地質預報由于其適用范圍存在一定的局限性，這就需要我們不斷完善現有的地質預報理論及技術，不斷改進和更新相關儀器和設備，通過積極探索，采取多種預報手段，將洞外勘探和洞內預報結合，物探方法和地質方法結合等多種措施共同實施，通過彼此印證和相互補充，從而形成多手段多層次結合的超前地質預報，使其更好地為隧道施工服務，促進我國地質預報技術的發展與進步。

[1]李術才，劉斌，孫懷鳳，等.隧道施工超前地質預報研究現狀及發展趨勢[J].巖石力學與工程學報，2014,（06）：1090-1113.

[2]吳回獲，侯小軍，曹小軍.提高TSP超前地質預報準確性的研究與對策[J].地下空間與工程學報，2015,（02）：484-490.

[3]張剔愚.超前地質預報在地質復雜隧道施工中的應用[J].企業技術開發，2015,（10）：4-7.