公路隧道地质超前预测预报施工技术原创

公路隧道超前地质预测预报技术主讲人：XXXX大学2010年07月25日隧道地质超前预报广义：狭义：工程可行性阶段、勘察设计阶段和施工阶段的预报。隧道施工期的超前地质预报

根据隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势和采用各种地球物理探测手段对隧道施工掌子面前方地质情况的探测结果，结合洞内外地质调查、掌子面素描结果和预报人员地质经验，对隧道前方可能遇到的不良地质体及由此可能引发的地质灾害的性质、分布位置、规模的预测。隧道施工期超前地质预报的定义：隧道地质超前预报概论深埋长大隧道地质复杂隧道水下隧道可能存在大断层、岩溶、大量涌水涌泥、岩爆、瓦斯突出等工程地质灾害的隧道覆盖层太厚、植被良好不易进行地质调查和勘探的隧道可能因开挖造成环境生态破坏的隧道

由于可行性研究阶段和勘察阶段投入的限制，依据既有地质资料和有限的钻孔地质资料、水文地质资料、物探资料及钻孔岩石岩心物理力学试验资料做出的施工设计与实际不符的情况经常出现，隧道地质超前预报在下列情况下显得尤为重要：预测地质剖面实测地质剖面隧道地质超前预报的主要内容包括：断层及其影响带和节理密集带的位置、规模和性质软弱夹层（含煤层）的位置、规模及其性质岩溶发育位置、规模及其性质不同岩类间接触界面的位置工程地质灾害可能发生的位置及规模隧道围岩级别变化及其分界位置不同风化程度的分界位置不良地质体（带）成灾的可能性隧道涌水的位置、水压及水量隧道围岩级别的变化及分布隧道地质超前预报的主要方法有正洞地质素描超前水平钻孔法超前导坑法声波测试红外探水电磁波法弹性波法地质类物探类地质法超前地质预报

该方法根据隧道洞内外调查结果和隧道施工期掌子面地质条件调查结果，如岩体结构面产状及发育情况、岩体破碎程度、岩石变质程度等变化特征，通过地质作图及构造相关性分析，由地面构造产状推测其在地下隧道穿越深度位置的出露位置，由掌子面岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度推测掌子面前方可能出现的构造及其性质，进行超前预报。内容包括：掌子面前面是否存在断层、不同围岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。预报过程3.3超前水平钻孔

通过钻速测试、岩芯采取率统计、钻孔岩芯鉴定等来确定掌子面前方地层的展布、岩石的软硬程度、岩体完整性、可能存在的断层、空洞的分布位置，从而进行地质超前预报。钻速高：软质岩低：硬质岩卡钻：节理裂隙发育或断层破碎带急剧加快：空洞岩芯采取率低：节理、裂隙发育，岩石完整系数低高：节理、裂隙不发育，岩石完整系数高确定不同岩性地层在掌子面前方的分布状况，以及不同岩性地层在轴线上的长度。岩芯鉴定缺点：成本高速度慢影响工期探测结果仅为一孔之见，难以形成面遇软弱岩层取芯困难对岩溶隧道布孔位置带有偶然性遇水或瓦斯地层时会遇到意想不到的问题3.4电磁波（地质雷达）法

该法采用连续扫描电磁波反射曲线的叠加，利用电磁波在掌子面前方岩层中的传播、反射原理，根据测到的反射脉冲波走时计算反射界面距施工掌子面的距离。

地质雷达法是目前分辨率最高的地球物理方法，但其预报距离短，且易受洞内机器管线的干扰，目前多用于岩溶洞穴、含水带和破碎带的探测预报。岩溶探测

岩溶与其周围的介质存在着较明显的物性差异，尤其是溶洞内的充填物与可溶性岩层之间存在的物性差异更明显。这些充填物一般是碎石土、水和空气等，这些介质与可溶性岩层本身由于介电常数不同形成电性界面。当有岩溶发育时，反射波波幅和反射波组将随溶洞形态的变化横向上呈现出一定的变化。一般来说，溶洞雷达图像的特征是被溶洞侧壁的强反射所包围的弱反射空间，即界面反射是强反射，且常伴有弧形绕射现象;溶洞内的反射波则为弱反射:低幅、高频、波型细密，但当溶洞中充填风化碎石或有水时，局部雷达反射波可变强。岩溶厕带雷岛达波歉形岩溶仰实际庙照片富水鸟带是巷含水有量大场的岩墙体区糠域，股在隧德道开脆挖后幕很可压能产猾生涌深水现叠象，娇水的看相对饺介电吹常数临较大取，当磁岩体赤含水普量较闭大时见，介巾质的阀介电仰常数望有较列大的速增大仪，而丢电磁认波在谜介质稼中的锁传播锣速度吼则会泄降低禁，这订样反扶射波归表现较强轰的正漆峰异脊常，同航出现强反酬射，有宵时亦松会内皮产生绕射、散射现象耀，导界致波形竖紊乱，频湿率成干分由高频惭向低犁频剧玻变。富水出带探馒测在完介整岩姨石与衬断层破破碎举带接玩触界驼面的隐两侧瓦，由坡于破积碎带梢内岩姿石的险孔隙虏度和赴含水昌率均战比完牌整岩方石要膝大，鞠而孔冰隙度博和含驼水率润对介浆质的睡介电贡参数叔等有屠较大鉴影响帆，这碌就造踪蝶成接堵触带予两侧菌存在捎一定倘的波克阻抗崭差异薄，致魔使电谅磁波伏在穿队过界煌面进队入破幼碎带刊内后闷其反桶射波归能量量增强队、波往形幅料值增延大，锯穿过绢破碎骄岩层扁时视排其胶捕结程粗度而祝使得浙波形轿比较剥杂乱金。在雷偷达剖痰面上析的波帜场特达征为:地层顶反射叹波发食育，同相性轴错锋断，反射秒波振参幅能陈量明看显增晕强，电磁仁波频蚕率发菌生变章化，有债时候铁会出忆现断叙面波超、绕胶射波减。因赴此，兄根据松地质勾需达耽的波户形特消征及需相关惰地质宪资料荡，可登以判穗明破午碎带牺的厚锹度以章及它蚕与完喂整岩接石的迈界面律。断层晌破碎哀带探蓝测断层班破碎栏带波捧形断层写破碎摧带实扩际照鱼片裂隙最密集疫带探尤测裂隙嘴密集习带主贞要存继在于缘瑞断层美影响赌带、财岩脉箱带及趴软弱舅夹层葡中，饱由于农裂隙店内有茫不同煮成分凑、不脊均匀竭的充牺填物仓，与按周边铁围岩呢形成求电性辰差异扫，因援此具伐有采虾用地屈质需喘达探测岩给体中腐裂隙辨存在龙的地谎球物同理基猜础。当需临达电术磁波脆传播满到裂络隙表趴面时粒，会债产生较强宽的界条面反逼射波，同相男轴的企连续宋性反映请了裂镇面是失否平必直、博连续;在穿叮越裂柄隙的毒过程劫中会兔产生绕射巷、散静射、碧波形对杂乱读、波狭幅变虚化大，反邻映出违裂隙差内充蒸填物敏的不团均匀都性。3.肉5您TS休P/碗TG幸P法采用TS撒P/窝TG头P进行向超前浸地质诵预报正，其君原理倾主要秃应用粪震动翁波的限回声龙原理概，现皂场实恭施时址先在扑隧道抖左侧绘或者斗右侧影布置18～24个爆灯破点怖，各亩爆破偏点孔敞深1.池5m，间外距1.袋5m，成愿直线贞排列亩，作香为爆震破震祥动声乖源，截并在散爆破而点以旋外距图离20湿m处布谁设接卧收炮舟孔，脸接收密孔深2.笋0m，与荷爆破哗孔成点一条当直线奥，接谱收孔剩可在铜隧道疯一侧驱或双袖侧进泛行设不置，谊如下掉图所漫示。驱爆破西孔及绑接收锣孔布妥置好锈后，版在爆伍破孔毛内安公放雷刚管进悬行爆柏破以数激发祸震动侦声源愉，在院接收婚孔内教安放作接收敌器以购采集逆岩体仍内的妄震动桃波传紫播情货况，滤整个马数据义采集豪过程脂均由站专业秀软件林进行阀。采用TS超P/颗TG隶P法进爽行地排质超响前预日报的游设备TS致P系列TG沙P佛20臭6TG扮P尿21容2TG码P系列TS谨P头20辫0TS齿P棉20离3TS洪P寄20乔3羊PL祸US进口国产TS臂P2压03六P粉LU裙STS弟P/棉TG绑P使用杆步骤魄：（1）布音设炮就孔，终埋设绑检波妖器（2）起晌爆，爹记录艘地震墓波数暗据（3）数旦据处江理，困给出雕预报托结果泊松泄比密度弹性讽模量检波限器数据盗记录预报王距离20姨0m预报留距离10曾0m纵波借偏移买图纵波蠢反射气层面驰提取莲图TG播P粮20浸6测试奏结果围岩怖物性搏参数纵波宾偏移蜡图岩石纵节理编面提绑取成习果TS刮P月20恒3测试劳结果3.痒6涌水斧预报涌水彻压预纠报折减数系数围岩渗透系数>10-2>10-3>10-4>10-5>10-6>10-7折减系数0.9-0.80.8-0.70.7-0.30.3-0.10.1-00涌水联量预槐报1)水理拴统计址法:将河姿流枯墨水期卷单位拐流域压集水习面积约上之包径流誓量视耳为是计隧道范通过锣地区波地下伙水的怨单位粪面积估径流耳量,且在再此范嗽围内私之地档下水奋都流僵入隧熔道内,因此夸隧道刮之总嫩涌水陵量可酬以近产似地焦认为诱等于还隧道活集水闪面积映乘以诉枯水飘期地部表水逆之径呜流量溉。此乔法在蓝有河希流枯雷水期腥流量极记录寨处最封为适滔用。2)水平很衡法该法银为水侦文和役环境另分析杂中最泉常用无的工粥具和咳手段沃根据并水平俗衡原纳理,查明门隧道块施工腥期水暂平衡铅各收遍入、第支出鉴部分拆之间兆的关奸系进荡而获没得施坝工段遇的涌烂水量再。当墓施工产地段接地下皆水的而形成披条件钓较简仍单时,采用饺水平肯衡法可有良费好的格效果,如分吵水岭支地段欠、小屡型自卸流盆迷地等硬。但关是,使用沈水平其衡法震计算迁时,由于朋天然向水平义衡场初受到飞矿坑视采动竖等因示素的猎影响,使渗阴入系趣数、慕均衡武期、主最大挪涌水惑量起形峰期厉等参翻数难纸于确洲定。3）解范析法利用地下厦水动工力学季原理计算拳隧道满涌水们量，滤包括稳定流理孩论和感非稳并定流忌理论，主欣要在席基岩幼地区邻采用意。此狡外，扰根据昼这些史理论,人们而研究者出了蔑许多廉隧道膊涌水饥量预蒜测的充经验认公式,具有怖快速闸实用睛的特烦点。4）比绍拟法比拟糖法应徒用类驾似的萌隧道野水文输地质加资料睛来计玻算,立足况于勘患探区煮与借绳以比慕拟的鼠施工剖区条贩件一弹致。讲比拟负法适拴用于法已开券工隧冬道,通过刻导坑怒开挖门的实厚测涌赞水量流推算虹主坑阴涌水卫量,或用主驱坑已税开挖怨地段兴之实荒测涌雀水量尸推算诉未开董挖地登段之状涌水晴量的方饰法。畜此法耀系在妙地质系比较齐均匀,比拟括地段微的水侍文地统质条稻件相军似,且涌兵水量航与隧画道体贡积成梅正比盒的条竞件下渡进行辽的。数值君分析痕法地下发径流悼模数有法非线尼性理役论方眼法5）其山他方弓法降水友入渗差法地下悔径流聋深度物法地球唤物理增化学危法涌水队位置地预报1）界勉面位缺置预祝报及厕地质惭分析悄法施工施期涌法水往击往与貌含水灾构造川有关央（充宽水岩终