综合地质预报技能在隧道施工中的应用

综合地质预报技术在隧道施工中的应用1前言公路隧道在设计时，一般先做地质勘察获得地质资料，进行技术设计。但是，在隧道施工时，上述地质资料，尚不能完全反映出实际地质状况。特别是在复杂地质条件时，对于开挖面前方地质情况，如果事先不明，当遇到不良地质，一旦发生突泥涌水、塌方病害，必然措手不及，不仅给施工带来巨大困难，还时常导致人身伤亡、设备损失、延误工期，造成巨大的经济损失。因此，在隧道开挖过程中，应当采用相应的探测手段，实施地质超前预报，探测前方围岩状况，为开挖作业提供信息，做到有备无患。目前的超前预报在实践中已经积累了很多成功的经验，也暴露出了应用单一预报方法产生的误判、漏判等问题。方法技术研究和预报实践都表明，采用综合预报技术，洞内探测与地表物探相结合、地球物理探测与地质研究相结合，会大大提高预报的准确性，减小预报的风险。这一做理念法正逐渐被专业队伍和业主接受。比较有效的地表物探方法有高密度电法、EH4、瞬变电磁等，可以与隧道内的地质雷达、TSP技术等相结合，发挥综合物探的优势。现就综合预报方法的有关技术要点和应用效果说明如下。2综合地质预报探测方法及原理在xx路隧道群施工中，先后采用了高密度电阻率法，地质调查法，TSP（隧道地震探测）法，GPR（雷达探测方法），个别地质条件极复杂的隧道还采用坑内超前钻探。2.1高密度电法高密度电阻率勘探法，实际上是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统。它是对直流电法的发展，其功能相当于三极测深与电剖面法的结合。其勘探原理是：通过电极向地下供电,形成地下人工电场。在地下，人工电场分布状况与地下岩土介质电阻率ρ密切相关，然后，再通过对地表人工电场测量，便掌握了地下介质视电阻率ρs的分布；根据岩土介质视电阻率的分布，推断解释地质体结构状况。这种方法原理简单，应用历史较长，是一种成熟的物探方法。特别是随着数据采集技术的改进和发展，加快了勘探速度，增大了剖面覆盖面积。在强干扰的环境下，明显提高了信噪比，更能够准确地探测地质体。在工程地质勘探和矿产资源勘察中，有着广泛和成功的应用。在xx路隧道群施工中,使用该方法对复杂地段进行了探测，提供了大面积地质信息。2.2TSP203TSP（203）是TunnelSeismicPrediction的缩写，是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震设备，专门为隧道地质超前预报设计的。其特点是：快速、准确，并以三维空间方式，反映出开挖周围及前方地质情况，为隧道施工、矿藏开采、洞穴和墓穴探测，能提供比较准确的预报信息。该种物理勘探方法属于地震勘探。TSP203探测仪的预报系统，类似于一般物探勘测方法，采用回声测量原理，对开挖前方地质状况做出预报。在进行地质预报前，在隧道边墙脚处布设测线，测线上布设炮点，即为人工震源点，用小量炸药激发地震，产生振动声波。振动声波向进深方向传播，当遇到不同介质时，一部分声波返回，一部分声波继续向前传播。当继续向前传播的声波，遇到第二种介质时又返回，直至振动波能量全部被吸收。事先设在隧道内的接收器，分次采集到回声波，利用设备自带软件进行分析处理，依次做出地质信息预报。探测原理如图1所示。图1TSP203地质探测原理Fig.1TSP203geologyinspectiontheory在xx路隧道群施工中，使用TSP（203）系统，实施跟进长距离超前预报，探测范围可达到100m，硬质较完整的岩层甚至可达200m，在现场进行数据采集时，及时提供地质超前预报信息，能伴随施工连续采集，基本上不影响掘进作业。为隧道安全施工，减少地质病害损失做出了贡献。2.3GPR探测方法(地质雷达法)姓GP摩R场（恰Gro释und显Pe笔net肃rat持ing荷Ra码da计r贿）探测烧方法，岭是利用吊电磁波禾反射方农法迈,踪确定地轮下介质在分布技定术。其浇方法是鱼利用高缎频电磁骆波小（公1MH到z-1市GH答z复），通愈过发射泽天线，芒以定向泡的脉冲线方式，今向地下撕发射电京磁波。性在地下传均匀介垒质中，电电磁波旨以正常漂速度传月播。当巧地下存镰在着不渠同岩性牵时，电鼓磁波传灶播速度捏会产生窜不同的瓜影响。洽电磁波懂在地下雷传播过视程中，个当遇到湾不同岩毙性界面邪时，便孟发生反严射，返冠回到地救面天线艰，由在毕地面安港放主机悄接受。仰通过天阻线雷达羽主机系营统采集童返回的饥电磁波杀，并以袍数字形晨式记录革下来。泄再通过魂对记录厅的数据禾处理，狐可以获航得电磁墙波时间亲或深度尝剖面。持分析界间面反射绸回来的绵电磁波佣的时间雨、频率搏和振幅铺等特征珍，进而未推断出云地下介尘质的空屋间位置森、结构丘性质及贴几何形队态，从撕而达到京对地层凯或地下升目标体裂的探测捷。谁在坦x哪x裤路隧道匪群施工叔过程中净，使扇用买GP楼R孙探测方潮法，实谁施跟进刘开挖探昌测学,型及时提掌供了短角程预报亮信息。光3裹综合地书质预报废流程行x搭x鸭路隧道柳群的超队前预报烘探测主木要采用眯以下流含程（净图拐2菊）：邻3.竿1由准备阶绣段衡收集前标期地质欠资繁料颈,遥隧道勘关测设计逢阶段，未对隧道混沿线进黑行地质诵调查，凳调查地躺表露头璃的岩层蝴，钻孔令勘探，渔从而获烟得地质事信息，南作为隧替道预设席计的依键据。在运地表进鞠行高密洞度电法堡探测时谷，收集毛前期地吨质资料宪，作为浮探测的引参考依询据之一拒。弃3.挤2晕高密度冻电法地丈表探测末通常情巷况下，厨在隧道衣的上方湖地表沿坑隧道轴报线方向部布置高皱密度电高法探测醒剖面进皇行探测族，当地讨质构造皮复杂的枯地段，际应根据纷需要增闹加探测构剖面。犬查明隧猾道通过纷区域内渡有无大番的断层冰破碎带封、溶洞仁、暗河朵等不良草地质灾再害。痛3.等3灵地表地月质调查筒根据高炼密度电焦法探测复出的异驱常区，撕结合前楼期地质伞勘察资腰料进行音地表地年质调查率，推定哥异常的录性质，禁初步判忠定不良拍地质灾芦害的位蜻置、规爱模及对永隧道施誉工的影紫响程度柳。哥3.气4凝洞内长绪距离预蒙报仓（站TS厕P折法）耗在制x谋x各路隧道捧开挖过摊程中，纯洞内长利距离预露报主要采采键用紧TS要P决仪器获序得掌子闷面前方触围岩付的位P离波范、律S尚H关波痰、绕S彻V太波的时丛间剖面饿、赌以辜P卵波资料环为主对淹岩层进耻行划分永，结合耀横波资扶料对地朗质现象谣进行分咬析。偿获得围惰岩纵波饿速度、该密度、煤泊松比通、静态塌杨氏模绞量等物词理量，然根据《头公路隧扣道设计闹规范》纤（回JTG史-02掏6最—碎200迟4森）和含秘水情况吩，预报桐不良地及质地段渗，推断冠围岩级产别。柄Fig汉.2宁The榴fl副owc失har馆to延fc净omp袖reh止ens纯ive旧ge饼olo乐gy肉pre寨dic瞧tio艰nt偷ech罪niq泊ue骗3.零4招洞内短亏距离预世报魄(古GPR绑)抗x锡x旬路隧道纤开挖过朝程中，想洞内短贷距离预包报主要隶采辛用继GP村R雷仪器获什得掌子锻面前方逢围岩的溉地质雷型达探测夺剖岛面将,起结合掌耀子面地写质情况搁进行判露定。由盘于短期桥预报是率在长期云预报的插基础上健进行的典，所以钞，预报读的精度花一般要猴超过长滴期超前歌地质预鬼报，特烟别是对拖不良地橡质性质称的预报麻更是如敏此，短得距离预鹅报的主凳要内容械有：围自岩岩性脑、节理紫裂隙发量育情况仅、围岩签级别等必，预报魔出掌子劣面进深票方向的败地质状同况，并详向施工侧单位发粮出报警泼，提出蕉施工建夏议。蓄3.伞5珍坑内钻架孔孕坑内钻腐孔探测捕，主要均用于隧蓬道开挖四范围内疾地质条晕件特别缸复杂的熊区段，耳虽然采倒用多种舰物探手张段，但讽每种方立法都有蚂一定的图局限性侨，很难铸定量。金地质条倚件极复途杂的地骡段，应衔采用坑叹内钻孔忠进行进瞎一步验毕证。膝3.惰6靠分析总非结规通过上恢述渠道佳获取地芹质信息纵的同时漆，每进致行一次恭预报，辩也及时兰进行经尾验总结俩，分析考预报误初差产生仆的原因案，以便勾进一步沈改进地曲质信息震预报工班作，使桑预报更梯加准确恐。侨4俊综合地芽质预报狂实例弯4.沫1粱采用高闸密度电浓法探测属隧道区牙内主要侵地质灾萍害摘x竞x脚路大湾良隧道在呼开挖前伍沿隧道巡轴线方旋向在隧首道上方夫地表布窑置一条洋高密度醉电法测残线，查酿明隧罗道通过膛区域内矿有无大骄的断层然破碎带腥、溶洞慌、暗河盼等不良恳地质灾盗害。余从隧道金左幅高触密度电昼法视电读阻率剖洒面图上赚可以看羡出：骡ZK1挡9迁+04足5梳～容ZK勺19释+亩07摩0盖出现一缠相对低桥阻区域槐，推测努为充泥餐或充水膨的岩溶袄发育区析，眨ZK耐20锻+裤200面～救ZK废20句+株30巷0勺推测为任断层破忠碎带。图3大湾隧道高密度电法视电阻率剖面图图3大湾隧道高密度电法视电阻率剖面图巷Fig辆.3驼The都tw颂o-d减ime那nsi俱ona丈lr丑esi槐sti蹈vit肿yi次mag家ing卷pr斗ofi勇le童of菠Daw钩an堤tun姿nel附根据高惯密度电朝法视电虑阻率图剑上异常颗范围，隙用地表灾地质调齐查法进拣一步核储实，确湖定锄F皂1焦、省F誓2酸有存在搜的可能甲，该隧药道围岩堤也具备扒了岩溶贝发育的作条件，暴为了进近一步查甚明不良删地质体吧的位置划及规模示，采用柴（锻TS叮P姑）长距罩离和短黑距离垦（衰GP糕R育）超前纳预报；觉4.受2袜采负用俱TSP帖20间3裳长距离物预报进赖一步探蹲明岩溶余发育情书况乱（容1甚）里程码：左晕幅辨ZK1左8+9艇5园0绿～幼ZK1牌9+1氧0泻0腿，全脂长楼15滥0慧米。社（斤2惭）掌子俊面状况骡：掌子钥面位尘于委ZK1悬8跪＋引95撑0斩，围岩病的颜色竭灰岩，年岩石为悦薄层灰汤岩，节溜理较发派育退,客成碎块斗状镶嵌惹结策构饱,砌裂隙渗青水。狸（驼3毁）测点白布设：头使鲜用暮1灭个接收蓄器，置转于隧道哲右边墙四壁内。叹激眉发占2去2泥炮，预独报距爷离叉150掩m察。炒（它4侦）采集晒数据：肝通过现青场人工晴间断地滑施爆，睬激发人乡工地震软波。激影发出的境地震波切，沿进抖深方向别传播包。耕TSP队20欺3兰探测仪市接收器粮记录采送集的反姥射波信监息。采痒用不TSP纳w楚in乒软件进悟行处理盲，获义得捉P扒波狮、易S张H燕波蓄、遇S给V碑波的时清间剖面吸、女以锦P摸波资料铁为主对困岩层进凡行划分太（如纵图甚4赠所示）旬，结合愁横波资踏料对地埋质现象汪进行分浮析。呢（香5辞）成果府分析：震从进深犁偏移剖唱面图反黄映榆，祥ZK1戚9+0裂4则0题～披ZK1视9+0杏7冒0糠段存在列由较强纯的负反挡射过渡主到较强恨的正反属射，越估过正反兵射，则望为地震嘉反射平兄静区，械无反射树波出现燕。负反攻射波的顾出现，询表明岩吗石软弱然。因此灵，预报肤该段为塌软弱岩秆层或岩截溶发育贯区。凯（渐6小）结论钳：根脂据笛TSP声20答3穷系统探港测结果中，推断抗掌子面箩进抛深必150固m麦范围内侵，围岩阅纵波速争度声为贝425破1装～营456舞4m/酒s尤，密度支约社为笨2.5世5g/拜cm焦3脆，泊松愁比肥为彩0.2寿3筐～程0.3践0追，静态问杨氏模钩量召为浙2雷6扔～假30G闹P先a赌，根据权《公路担隧道设翻计规范脂》京（茄JTG游-02炼6内—秧200喷4尸）和含阁水情况茅，推断壶围岩级失别壮以申I铁V浪级为主挪。围岩附稳定性穿总体较历好，但坑节理较抗发育，不局部富续水决。未ZK1疲9+0仔4猫0套～腔ZK1夜9+0符7允0临段推测茎为节理想裂隙发伶育区或对岩溶发刺育区，洒富水，炕围岩级唱别毕以泽Ⅴ勿级为主在。图4ZK18+950～ZK19+100TSP深度偏移剖面图图4ZK18+950～ZK19+100TSP深度偏移剖面图睁Fig杀.4高ZK1损9+9鸦50-夏ZK1窄9+1诞00欲TSP攻de气pth检ex汉cur挂sio痕np疲rof俘ile黑4.3坛才采锯用中GP邻R腾短距离注预报进散一步确尤定岩溶庭形态猴（盯1例）里程喝：上行她线才ZK1世9+0案6兰0末～墙ZK1洋9+0斜8展0隔，全惩长叨2识0旗米。蜘（摘2牛）掌子滨面状况遭：诵ZK1伯9敌+弱06灶0宋掌子面卸围岩为兔灰色，友层岩为顺中洁-皆薄层灰煮岩得,渴岩层产刘状近似干直立，脉与隧道坛轴线方后向垂直发。节理符发育，蜂成裤为嚼X侍形胀状抄(慰图庆5站)窄，节理皆间被方萝解石充泄填。岩啄石结构购呈块状宗镶嵌结离构。掌每子面左务侧出现骗渗水现晶象，钻淹孔时有窗股状涌茄水。在驾拱部的这左右两求侧，均炭发现有市溶槽，姻并被黄聋色残留季泥质充铅填。为题此，使遵用探地邀雷达探丘测，查锹明进深诵方是否栗存在溶旱洞。朗（占3致）测线旨布设伴：阵ZK1杀9+0倚6杠0垃掌子四面乐,领在上导恭洞面因上当1.5西m三处，布酿置了一掀条水平鄙测线（池图学5再），探凶测频率瘦分别庸为旦100赖MH蠢z柜和尺400酱MH叉z饺。呆图娇5Z流K19蔬+留06洒0厌测线布梨设和掌阔子面地答质素描引Fig闻.5构ZK1派9+0鄙60谊tes恢tin嘉gl足ine趁la及you劈ta遇nd灾geo端log期ic堤des辟cri滚pti蠢on概of股tun弦nel兵fa先ce赚a阶）测线狡布设眠；碗b约）地质携素描阶a阿）劳锄扑b腐）肆创气图肺6Z斑K19扣+06淹0屯～帝ZK1猜9+0局8蛮0希雷达探呢测剖面老Fig及.6壶ZK1兵9+0忍60-日ZK1晴9+0个80苦GPR溜te磁sti倘ng侍pro愁fil矛e汪a锅）伐100场MH滑z淡探测剖咸面腊图济掌水距圆b纯）卧400钻MH也z稻探测剖骡面见撕仁（本4必）成果穴分析：喊根据雷身达探测炊剖移面唱(巨图象6弹)牙，在掌振子面前谋方商1灰～东2纺m夹之间，瓶反射波糕振幅强熄、连续奉性好，纠可能为订小溶洞喇（溶槽衔）富水耐；滋2红～衬7厌m是之间反泛射波连直续性较汗差、振晴幅强、训频率低锯；嘉7堪～挽20联m练反射波物连续性赔较好，庄左侧振晚幅较强叨，右侧刻弱。推做断围岩斜的岩性捕在稻7坡m炕左右将启逐渐变滤好，节福理较发吊育，左环侧含水品。絮（读5龄）帮卧结论：笋根据地书质雷达公探测结者果，结选合掌子害面的地挖质情况款，探测菠的围岩脏情况是轿：掌子边面进军深牺20剑m忘，宇即揭ZK1对9+0捐6络0小～辆ZK1传9+0察8碍0约段，岩丸性为灰兵岩，有浊小溶洞坦（溶槽惧）、洞芒间富水旨。该洞勒段总体凭以城中袋-耽薄灰岩某为主，悟局部富比水。围起岩类别裁判定扛为较Ⅴ割级。在母灰岩段吧施工时情，注意所涌水情戴况，建倍议适当绞加强超蚀前支护妨，以防玻止塌方钩。5小结袄5.1艳x秒x慨路隧道基群都迁为么x激x且隧道，零隧道大伍部都已炸贯短通直,兄隧道施览工中预耗报非常可成功，躺本次隧涂道超前醒地质预誓报方法歼总结如矩下：鱼5.1疲.讯1倡三结合侧原则堆隧道内招探测与帖隧道外补探测结机合；地绑震法的脑地质构要造探测抓与电法票的含水希性探测紫结合；卧物探分宁析与工园程地质列调查相坑结合。刷5.1典.浓2设循序渐微进的原紫则摸首先从挣地表用抛高密度就电法和菌地质调孝查的方羽法，查阳明有无唯大的断过层、破养碎带、孩软弱带替、含水舍带、节蚊理裂隙钓发育带兴等不良晨地质灾失害，洞播内用长串距离预各报进一驶步验证鼓，开挖少时又用晒短距离制预报跟陪进，从籍已知到乞未知，镜循序渐笨进；妄5.2宽皱隧道开至挖时超贞前地质抛预报工患作是必羊要