隧道施工期地質超前預報技術

【摘要】隧道工程地質情況的復雜多變性，導致在隧道施工過程中經常會遇到地質條件與勘查設計不符、圍巖條件變化大以及突發性地質災害等情況，地質超前預報能夠對隧道前方圍巖的不良地質情況進行及時預測，以達到提前預防、及時發現、及時處理、降低工程風險的目的。本文就隧道施工期地質超前預報技術的發展進行探討。

【關鍵詞】隧道施工；地質狀況；超前預報技術

引言

由于實際情況的復雜性，當施工過程中遇到復雜地質情況時，采用綜合超前地質預報技術措施往往比單一技術手段更具工程實用價值，因此如何結合實際情況針對不同的超前地質預報結果進行綜合分析和解釋，對于實際工程而言更具實際意義。

一、工程概況

某隧道長4884.14m，屬特長隧道。其西段為陡崖，東段為斜坡。隧址區地形總體呈不規則M 形狀。地勢總體西高東低，西部屬中低山峽谷地貌，絕對高程170～1035m。不良地質現象有：巖溶及巖溶水，穿煤壓煤及有害氣體等。由于隧道區緊鄰峽谷，處于地下水季節變化地帶附近，地下水的運動相當強烈，分布數量眾多的大型復雜干溶洞、充填溶洞及地下暗河，對工程影響較大。

二、隧道超前地質預報設計

采取多種預報手段相結合的綜合預報方法，以工程地質法（地質素描法）進行超前宏觀預報為前提，結合TSP-203 超前地質預報系統、探測儀、超前探孔、超前導洞、經驗法等綜合手段，分長期預報、中期預報、短期預報三個階段對巖體特征、涌水、瓦斯等不良工程地質進行超前預測預報，具體方法如下：采用TSP 系統與地質分析法相結合進行長期（長距離、大于100m 范圍）地質預報；采用儀器和鉆孔進行30～100m 距離的中期地質預報；采用在鉆爆循環中加深炮眼鉆孔或超前探水進行掌子面前方幾十米范圍探測。結合掌子面地質素描進行掌子面作業影響區域內的當前地質預報。

三、超前地質預報的措施及方法說明

3.1 施工經驗法預測

根據投標文件中提供的地質資料及隧道施工經驗，對洞內滲水、涌水特性以及施工方法、工藝類比地質情況、施工方法及工藝。并根據類比情況對相關問題提出預報。從地質資料及國內已有涌水有關資料表明，下述部位將可能出現大量涌水、突水突泥地帶，作為地質超前預報重點部位：弱可溶巖進入強可溶巖的邊界部位；進入導水構造發育的向斜一翼；開挖出現滲、滴水段逐漸變成線狀滲水段，前方可能出現集中涌水段；鉆孔時出現有清水變為泥水時，前方可能有溶洞；當地溫出現比已開挖段低時。

3.2 地質分析法預報

對地表進行GPS 測量，繪制地形圖，計算匯水面積，判斷不良地質，利用1/10000 的地面測繪和其它基礎資料對的地層界線、圍巖類別、涌水以及其他的特殊工程地質問題進行預測。通過地表區域地質調查和掌子面已暴露地層進行觀測、記錄，以圖文方式及表格形式來宏觀判斷可能以發生地質災害及其程度。

3.3 地質儀器法預報

TSP203：傳感器能采集不同方向的地震信號，能根據地震反射波判斷發射截面的三維幾何形態，經電腦分析，自動得出圖像和結果。可以比較準確的預報工作面前方100-200m 范圍內工程地質和水文地質情況，解決的主要技術問題如下：能探測工作面前方存在的斷層、破碎帶、特殊軟巖、富水巖層和煤系地層與其他地層的界線、溶洞、暗河和巖溶陷落柱，還能探測巖漿巖巖體、巖脈、孤石等特殊地質體；能查明前述不良地質體的位置和規模，能判別不同類別圍巖的分界線，并提供相應巖層的地質力學參數（楊氏彈性模量、泊淞比等）；能探測和較準確的解釋距離為：軟巖一般能探測250m（最大可達400m），硬巖一般能探測400m（最大可達500m），有效解釋距離為150m；對不良地質體的地質性質判斷，一般較準確；對不良地質體的位置判斷精度可達90%以上；對不良地質體的規模的判斷精度可達85%～90%以上。地質素描及數碼相機分析法預報：利用地質素描判定工作面前方短距離范圍內的地質情況。掘進施工時，派有經驗的地質工程師在每循環后對工作面進行地質觀察、記錄，必要時照相攝影，并繪制地質素描圖。根據掌子面地質情況，通過對地質素描圖的分析，用工程類比法對開挖面前方短距離內的巖體穩定性進行分析，通過綜合分析判斷，提出地質預測報告。

3.4 涌水的預測

3.4.1 超前炮眼鉆孔或超前探水鉆孔的涌水量預測

根據開挖工作面上的超前炮眼鉆孔的涌水量預測前方幾米至幾十米的水情這種方法的原理是利用爆破后的出水量和爆破前炮眼水噴距的一定比例關系，用噴距的大小來預測開挖后的涌水量。根據炮眼口水流射速，可以預報爆破的水量。但炮眼水噴射速度不易實測，它和炮眼水噴射的水平距離有一定的比例關系：式中：S-水平噴距（m）；v-噴射速度（m/s）；y-炮眼距隧底面高度（m）；g-重力加速度。

在實際應用中，應用工程類比法，可用噴距代替射速進行預報，具體方法是：暫時封閉水量較小的炮眼，只留一個噴距最遠的測量其噴距（如完全封閉有困難，可盡量堵塞，減小其流量）；把實測噴距，換算成標準條件下的噴距即高出隧底面10m（y=1）時的噴距；根據換算后的噴距，對涌水量進行預報。一般噴距小于5m，為裂隙滲水和中、小股涌水，流量小于100m3/h；噴距5～9m，為小型突水，流量100～400m3/h，可加大炮眼長度，試探前進；噴距9～12m，為中型突水，流量400m3/h 以上，應停止施工，查明情況；噴距12m 以上，為大型突水，應停止施工，查明情況，從速處理。

3.4.2瓦斯預測

根據設計文件有關資料，進一步查明瓦斯地層分布范圍，在開挖面快接近瓦斯地層時，加強地質超前預報，采用超前導坑法探孔，安設瓦斯遙測裝置、定點報警儀，查明瓦斯種類和含量，確保施工安全。

四、結束語

根據具體的地質情況，應因地制宜，有效利用地質超前預報技術，方能建立起完整的地質超前預報體系， 才能起到真正準確的預報作用，從而確保快速、安全施工、提高施工進度，降低工程費用。

參考文獻：

[1]徐凱.隧道施工期超前地質預報技術的應用[J].山西建筑，2016，42（18）：163-165.

[2]黃侃. 地質雷達與TSP在公路隧道超前地質預報中的應用[D].東南大學，2016.