屏超前预报与施工通风工交流(管理局PP

1、1.可溶岩地层超前地质预报重点之我见可溶岩地层超前地质预报重点之我见 2. 特长隧道无轨运输巷道式射流施工通风技术特长隧道无轨运输巷道式射流施工通风技术 杨家松杨家松 2009年年11月月 锦屏辅助洞施工关键技术交流锦屏辅助洞施工关键技术交流 (之三之三) 一、可溶岩地层超前地质预报重点之我见一、可溶岩地层超前地质预报重点之我见 前言：前言： 西端在辅助洞K4+500前采取了陆地纳、 TSP203、瞬变磁、红外线、 表面雷达等物探方法，之后至K9+800洞段又相继采取了TSP203、表面雷 达、钻孔雷达、引进了电法，使用了CT等物探手段，基本上包括了目前国 内所有的物探方法。 TSP203、陆

2、地纳、雷达等均能对掌子面前方地质情况作出大的宏观预 测，这些判断均建立在物理的参数上或经验上，它们的共性也只能是对掌 子面前方的构造作出基本分析，而对水的反映也不是十分地明显； 至于电 法、瞬变电磁、红外线，研究者较多，对水的敏感程度要高于前述物探方 法，但它们在给出准确的判断上仍不是很理想，甚至也有过“预测”的猜 测。 由于超前预报由于专业性较强，这方面我不赶多论些什么，但至少通过辅助洞 的施工运用至少有以下一些方面值得关注： 1、预报体系建立预报体系建立 辅助洞西端构建了以TSP （陆地声纳）、雷达（包括孔内雷达、瞬变电磁、 电法、红外线）等物探方法为主，结合地质分析，辅以超前钻探的预报体

3、系，即 简称地（质分析）物（探）钻（探孔）体系。 物探方法中以TSP中期预报为主、以雷达短期预报为主、以钻孔雷达为精细预 报为主。 各类物探方法各有其特点与优势及适用范围。在一个项目上不可能完全包括这 些手段，而且也没必要，但至少应该有两种方法，可以做到相互验证。至于选择 那两种什么样的方法与一个人的经验及习惯有关。采集到的地质信号正确解释是 物探的核心，这个正确解释依靠的是经验积累，不是仪器智能化能够解决的问题。 基于这一点认识，我认为建立一个适用预报体系很重要。 2、准确预报与判断含水构造是防止突涌水（泥）的关键、准确预报与判断含水构造是防止突涌水（泥）的关键 穿越锦屏山的隧道或地下工程在

4、客观上存在较强的富水环境，一旦在掌子面前方有大的含 水构造或含水带或破碎带，并伴有水量逐渐增大、有一定压力或有水质变浊等迹象存在时， 施工过程中产生突涌水的可能性比较大。 突涌水（泥）的危险决于地下水发育程度、地下水的水头，富存的水量大小，或是否携带 泥砂，如果这些问题并存，在施工过程中如果不慎被揭露， 有可能对施工安全构成极大威胁， 甚至带来灾害性事故的发生。 辅助洞已经揭露高压大流量地下水，在杂骨脑组大理岩中衰减较快，补给有限；而在白山 组大理岩洞段揭露后，其压力与流量在短时间内衰减也较快，但一旦达到某一恒定流量后就 相对长时间稳定。然而这些富存的地下水都有一个共性：其储存的地质环境一般在

5、溶洞、大 型溶蚀管道、张扭性断层和裂隙密集带、破碎围岩带等不良地质洞段。 结合辅助洞的认识：结合辅助洞的认识：4条引水洞在这类工程地质背景下组织施工，预报考虑的重点就是如条引水洞在这类工程地质背景下组织施工，预报考虑的重点就是如 何准确预报这些工程地质现象是极其重要的！何准确预报这些工程地质现象是极其重要的！ 前面所述，要比较准确地预报这些不良地质现象，构建一个适用性的预报体系 并保持科学运转非常重要：通过地质分析先圈点工程需要重点加强关注的洞段或部 位，过程中当快要接近该洞段与部位时，就必须使用物探手段如TSP进行中期预报， 在该预报成果的基础上对进一步需要核实的地段再进行短期预报，如采取雷

6、达预报 等手段，但当需要更进一步地比较准确判断这些异常带是否存在不利的构造时，采 取钻孔、孔内雷达或其它方法进行精细预报非常必要。 通过钻孔取芯或孔内摄像，能够确定构造的特性，在通过孔内雷达预报可更为精 准地综合分析构造的空间规模，注意这里强调的是空间概念，是一般物探不能解决 的。至于常说的电法、瞬变电磁等物探方法，虽然它们对水的敏感程度要高，不过 它们仍然不能直接判断出水的规模与压力，因此更为精细的预报作者认为首推钻孔 雷达。下面重点介绍对掌子面前方含水构造能进行比较准确地预报的适用方法 钻孔雷达结合超前探孔预报法： 3 3、推荐使用钻孔内雷达结合超前探孔、推荐使用钻孔内雷达结合超前探孔 预

7、预 报报 地地 下下 含含 水水 构构 造造 3.1 3.1基本操作原理及优点基本操作原理及优点 钻孔雷达(Borehole Radar)探测是利用电磁波的反射原理，根据雷达介质中的反 射波形成雷达剖面，通过异常体反射波的走时、振幅和相位特征来识别目标体，判明 其位置、岩性及几何形态。它必须借助于超前探孔它必须借助于超前探孔，把探头(发射和接收天线)放入钻 孔中进行测试，并根据各个孔所测得的异常分布和各个孔的位置，通过空间几何交汇 的方法，能够准确判定掌子面前方不良地质体的位置与规模。 预报具有超强的高分辨率，可达到在岩体中分辨3m范围内的管道、裂隙与夹 层； 采用双孔法测定岩体电磁波速，对计

8、算含水构造位置更加准确； 在钻孔内移动接发射天线，操作过程不受任何外界的干扰，提高了预报的准 确率； 对掌子面前方空间地质信息的全方位预报，避免了预报盲区。 图2 雷达天线100MHz 2.0m 图1 探孔布置示意图 2.0m 孔2 涌水孔 孔1 0.2m 3.0m 1.7m 关键技术：三孔不能在一 条直线上且间距大于2m。 关键之一关键之一:钻孔深度不宜小于钻孔深度不宜小于15m,孔数孔数 1 3个个;关键之二关键之二:图像的解释图像的解释. 3.23.2施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 3.2.13.2.1工艺流程图工艺流程图 成果报告 现场布置超前探孔与第一次钻孔 SIR-2

9、0雷达信号采集与处理 仪器接线与放置天线 是否存在异常地质体 中期、短期预报确定探孔方案 图5.1-1 钻孔雷达预报流程图 第二、三次钻孔 YES NO 3.2.2 3.2.2 操作要点操作要点 钻孔深度不宜小于15m，但也不宜超过100m，其钻孔孔径不小于48。 三个钻孔位置选择不能在同一直线上或靠得太近，在工作面上相互 要构成三角形，边长大于2m、最小角度不小于300。 钻孔尽量避开选择在比较容易出水的构造位置上。 发射天线和接受天线同在一个钻孔中并以固定间距从内向外移动， 以固定间距触发，一般采用间隔为0.51m。 4 4、应用实例、应用实例 根据TSP在BK5+019掌子面的中长距离预

10、报推测，在BK5+062072段裂 隙发育，并且含水。经表面雷达预报在BK5+072左右发育一条溶蚀裂隙，并 富水，不排除是断层发育；在BK5+074BK5+087段为受裂隙影响的破碎带， 且含水严重；在BK5+049BK065段右壁还发育另一条溶蚀裂隙，并含水， 延伸后将在BK5+089左右与隧洞相交。为进一步探明在BK5+072处的异常性 质与规模，在开挖到BK5+072处时采用了孔内雷达测试，图1、图2分别为左、 右下角钻孔的孔内雷达测试成果图。 探孔利用三臂液压台车钻孔，孔深13m，孔径48，2个钻孔。 073 074075076077078079080081082083084BK5+

11、072BK5+085 深 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 度 （ m ） 图3 孔1测试信号 BK5+072073074075076077078079080081082083084BK5+085 深 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 度 （ m ） 图4 孔2测试信号 关键技术：关键技术：信号解释及不良地质体位置确定。信号解释及不良地质体位置确定。 综合图1、图2分析，掌子面前方BK5+072BK5+085段存在两个 异常，推测为两条主要富水裂隙，其中一条裂隙宽612cm，另一条宽 1020cm。且在探测范围内(BK5+072BK5+085)未发现大型溶洞。 通过孔内雷达测试，确

12、定前方无大型溶洞和大的张性断层等含水构造 后，施工时采取短进尺掘进。 后经开挖证实：桩号BK5+073BK5+075m发育一小断层，产状： N6070E/NW，80，宽度0.42.0m，为方解石及方解石胶结 的角砾岩，断层面均附有钙华物，在该断层附近，裂隙极为发育，形成 与该断层走向平行的裂隙密集带，裂隙带内出现了3050L/s的较大涌 水。 5、小结、小结 在预报成果分析的基础上，如果怀疑隧道掌子面前方有异常带存在，在 常规物探方法均不能正确判断的前提下，进一步实施超前探孔是非常重要的， 而且也是必要的。钻探法是最为直接的预报方式，再结合孔内电视或雷达测 试，基本上能完全了解掌子面前方的空间

13、地质信息，提高了预报的准确度。 特别值得一提的是：钻孔雷达测试是借助于超前探孔，同时再辅助CT等 物探手段，既达到完全摸清掌子面前方的地质条件，又能够比较准确地分析 在危险半径范围内是否存在不良地质现象。 引水隧洞在进入富水带时，应该重点关注大的含水构造的预报！当然预 报不局限于对含水构造的预报，也必须重点关注对工程软岩的准确预报，防 止隧道塌方影响进度。至于赏识下常规物探方法预报岩爆也可作些研究工作 有必要。 二、特长隧道无轨运输巷道式射流施工通风技术二、特长隧道无轨运输巷道式射流施工通风技术 1.1.技术特点技术特点 锦屏辅助洞是非常典型的上下行隧道，正好构成巷道式通风条件。而 且洞内需风

14、可直接从洞口进入（有露头），将隧道作为大风道，既加大了 风量，又减少了风阻损失。 西端自第三个横向通道形成后，便改变通风 方案，即掌子面采取轴流通风，轴流所需要风量及巷道内的需风及污浊空 气的排除全部使用射流风机提供，有效地保证了在无轨运输条件下的独头 通风达到9725m的全国纪录。 1.1取消了在排除污浊空气的隧道洞口附近设置风门，对风流循环无 影响，方便进出车辆，提高了运行速度。 1.2 把巷道作为主风道，断面大，减少了风阻，提高了通风效果。 1.3提高了无轨施工通风距离，减少了辅助坑道工程量； 1.4可开展洞内多工序平行作业，减少施工干扰，施工组织相对有轨 低方便灵活。 1.5以射流风机

15、为主，在开挖工作面附近布置风管作局部通风，避免 了在隧道内全程布设风管，减少了对施工的干扰。 2 2射流巷道式通风技术原理射流巷道式通风技术原理 充分利用两个（A、B）相邻隧道相互构成平行导洞的特点，将公路隧 道运营通风原理和理念大胆地运用到隧道（洞）施工通风中来，采用射 流风机和轴流风机构成混合式通风方式，可有效解决无轨运输洞通风技 术问题。 具体内容是：当互为平导的两隧道（洞）第二个横向通道贯通后 （一般横向通道间隔500m），就在A、B线内布置一定数量的射流风机向 洞内分别供入新鲜风和排除污浊空气；并在进入新鲜风的A线或B线， 离开挖工作面最近的横向通道后方约80100m位置布置轴流风机

16、，通过 轴流风机与风管将其后方的新鲜空气直接压入到A线或B线开挖工作面。 详见通风示巷道式无风门通风原理见图2-1。 图2-1 巷道式无风门通风原理图 3 3施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 3.1 3.1 施工工艺流程施工工艺流程 施 工 通 风 设 计 风管延伸、移动轴流风 增加或调整射流风机 每完成一个横向通道 风 门 封 堵 通风质量检查 日常维护管理 风管检查风门检查 否否 1、 射射 流流 风风 机机 安安 装装 方方 向、向、 高高 度、度、 位位 置置 2、 射射 流流 风风 机机 间间 距距 与与 功功 率、率、 风风 速速 相相 关关 3、 风风 门门 封封 堵

17、堵 质质 量量 必必 须须 保保 证证 3.2 3.2 操作要点操作要点 3.2.1 施工通风技术方案设计 轴流风机通风距离只考虑10001200m即可，一般选择2110Kw、 2135 Kw变频风机足够，不需要计算；而风管直径不小于1.5m。轴流风 机移动同步进行，即每隔10001200m同步移动一次。 射流风机数量计算较复杂，在设备配备时一般可参考公式计算考虑， 而实际在使用时是以保证现场通风质量为前提，根据试验确定。它与射 流风机的功率、效率、通风质量、隧道断面等直接相关。 出风口 进风口 掌子面 气流方向 射流风机 出风口进风口 掌子面 射流风机气流方向 射流风机推力方向 通风阻力方向

18、 交通通风力方向 通风计算等效简图 施工通风示意图 通风阻抗力 按: 计算; 射流风机产生的推力按： 计算; 隧道内的压力平衡关系式为: 射流风机台数可按： 计算。 通风距离(Km) 实际布置(台) 理论计算(台) 34 5678910 37121215181920 49111214171921 通道开启(台) 1111 2222 风机按经验公式计算与实际只相差12台（横通道开启应扣减相应数量）。 3.2.2风机安装与风门封堵及风机平面布置 风机安装 射流风机施工期间宜设置紧靠隧道(洞)边墙一侧，高度不低于1.2m， 离洞壁必须保证有0.30.5m间距。 轴流风机设置在进入新鲜空气的隧道（洞）

19、中，其位置在紧靠掌子面 的第一个横向通道的后方80100m位置。 轴流风机的风管安装 1）风管安装在拱顶和边墙位置，当无轨运输的净空满足要求时，为便 于维修方便，一般设置在边墙，其悬挂高度不低于2.5m；当净空受限时则 必须安装在拱顶位置，悬挂必须顺直牢靠。 2）风管的弯管安装 风管弯管使用特制的软管制作，并用拉链与主风管相连接。 门封堵 当不需要利用横向通道进入进行其它工序作业时，应将横向通道全部 封堵。封堵可使用角钢、方木和竹制材料，注意预留进入孔。 风机布置平面示意图 风机平面位置布置原则：进风洞数量相对排风洞要少，基本上按3：7 分布可达到较好的通风效果。若射流风机靠近横向通道附件时，

20、风机要布 置在靠风流方向的上方并离通道边壁位置57m，如下图。 4. 4. 质量控制质量控制 正确选择风机是通风中最为重要的环节； 要求在等功率条件下，供风量大，压力大，噪声低，节能。 射流风机偏向于大功率选择。 射流风机最重要的性能参数是风机所能产生的推力值与出风口 速度。为了增加射流风机的推力，可以增加风机的叶片角度，以及相 应的电机功率，以达到更高的风机出口流量与风速。 污染源控制 减少污染源是搞好通风质量控制的关键。 通风管理是重要环节。 j FQ V j FQ V j FQ V j FQ V j FQ V j FQ V j FQ V j FQ V 5.5.辅助洞西端通风情况辅助洞西端

21、通风情况 2008年5月16日辅助洞西A线与东端B线贯通，贯通里程BK9+643、2008 年6月28日B线全线贯通；2008年8月8日A线全线贯通，贯通里程在AK9+725。 创造了单口无轨运输独头掘进9725m的记录和无轨通风记录。 通过相关计算，射流风机计算数量与实际使用数量仅相关2台。当隧 道掘进至9300m的时，请西昌环保局专门进行了通风质量检测如下： 通风质量情况:2008年3月20日西昌环保局检测结果: A线:粉尘3.043mg/m3、 B线：粉尘1.213mg/m3（车辆经过位置） CO：掌子面处77mg/m3； CO：28mg/m3 200m处44mg/m3 200m处14.

22、1mg/m3 400m处16mg/m3 500m处11.6mg/m3 NOx:2.388mg/m3 1.274mg/m3 洞内风速1.52m/s，掌子面到16#间回风速度0.5m/s; 未测得 H2S；能见度100300m。 允许值:粉尘10mg/m3; CO爆破的作业面0.5h内100mg/m3; NOX 为5mg/m3; H2S为6ppm。 完全满足公路隧道施工技术规范JTJ042-94与铁路隧道施工规范 TB102042002和J1632002的规定。 直观感觉是：长时间工作在隧道内的人员鼻孔无黑色污染物，施工四年多 了，通过健康体检，未发现一例职业病患者。 通风检测通风检测 射流风机射

23、流风机 出碴情景出碴情景 特殊叶片，平特殊叶片，平 均风速均风速40m/s 6.引水隧洞通风建议引水隧洞通风建议 西端为不直接露头隧洞通风方式，掌子面的通风不能完全依靠洞口直接进 风，形成良好的巷道式射流通风环境，因此只能依靠风管直接从洞外压入掌子 面，而受支洞断面限制及独头距离长，风管转弯多，导致漏风率或压力损失较 大，以致于风管通风是不满足整个洞内施工通风需要的，因此隧道中间环节的 通风量或随道掘进加长掌子面补充风量及污浊空气的加速排出必须依靠射流通 风技术加以解决。这部分风也只能从支洞进来或其它途径提供，如何办？面临 的问题就是：西端可以从支洞考虑，办法上共用通道加大风速，相对提供比较

24、清晰的空气流，而东端如何办？同样也可以想出一些办法来，关键是设法提供 足够的新鲜风源去作文章。 引水洞是典型的互为平导通风方式，有利于形成良好的巷道式通风，但关关 键是进风源必须得到有效解决，解决了什么问题都好办。键是进风源必须得到有效解决，解决了什么问题都好办。从理论上讲，巷门道 式通风距离可无限长，其通风质量仍能够满足相关要求。 提醒注意: 目前国内尚无无轨运输独头超过5000m的工程实例，有接近5000m的实 例，如铁路乌鞘岭隧道，正洞加斜进接近5000m，使用2135kw变频风机 得到了解决。引水洞钻爆法施工的隧洞，其独头将超过6000m，使用 2135kw能否满足需要，从目前近400

25、0m的通风效果看，预测可能不足， 如果再考虑后续工作面需风量，肯定靠单一的风管压风是不够的。即便更 换大功率风机，也只可以解决掌子面用风，而其它工序的用风与加速掌子 面及沿程污浊空气排出速度，可以采取射流技术，以提高洞内的平均风速。 2135kw风机额定风量2400m3/s（范围20003000m3/s）、风压 5000Pa。据说国产最大的风机， 2200kw的轴流风机，其风压7825124Pa、 风速29735792m3/min，高效风速4731 m3/min。 风管选择:风管大且结构合理，其沿程风阻损失小；同时由于过风断面 大，在风量一定的情况下，可降低风管内的风速，以延长风管使用寿命有

26、利。 无露头独头通风,当掌子面通风距离超过3000m时,必须选择大功率且效 率高的风机。原因很简单：一是其产风量大、二是风压高。对于风管应该 选择大直径螺旋式耐压拉链风管,且容易采取热焊的材料制作.加强通风管理, 降低100m漏风率,确保供入掌子面附近的风量满足施工需要.该风量必须保 证掌子面稀释炮烟用风、机械使用用风，同时如果隧道中途有工序同时与 出碴运输平行作业，还应该计算这部份风量。计算仅供参考，一般大断面 隧道只要洞内达到0.2m/s以上的风速，当然0.51.0m/s以上,其效果更好. 西端掌子面风筒出风量，通过计算百米漏风率为1%左右(掌子面出风管 17m/s、风量1400m3/mi

27、n，可达到掌子面平均回风速度0.23m/s）。 风 门 上 部 开 挖 底 面 通 风 管 道 设 备 名 称使 用 数 量布 置 地 点 1#、 2#隧 洞 洞 口 外 射 流 风 机 917台 2台 通 风 设 备 一 览 表 3、 4#洞 之 间 轴 流 风 机1台 轴 流 风 机 说 明 ：1、 本 图 为 1#、 2#隧 洞 巷 道 式 通 风 布 置 图 ， 图 中 比 例 为 示 意 ， 剖 面 图 尺 寸 标 注 以 厘 米 计 ； 2、 通 风 设 计 为 2#隧 洞 进 风 ， 1#隧 洞 排 风 ， （ 当 施 工 布 置 改 变 时 ， 调 整 为 1#洞 进 风 ， 2# 洞 排 风 ） ； 隧 道 内 布 置 射 流 风 机 ， 随 着 隧 道 掘 进 长 度 增 大 ， 相 应 增 加 射 流 风 机 ； 另 外 在 3#、 4#隧 洞 之 间 安 设 一 台 轴 流 风 机 向 2#（ 1#） 隧 洞 送 风 ； 3、 洞 外 轴 流 风 机 向 掌 子 面 供 风 ， 通 风 管 道 紧 跟 掌 子 面 。 射 流 风 机 通 风 管 道 图 例 新 鲜 风 污 染 风 射 流 风