超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在巖溶隧道施工中的研究

文/武敬成、龐寶明、梁蘇強(qiáng) 中交第一公路工程局有限公司 北京 100024

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在巖溶隧道施工中的研究

文/武敬成、龐寶明、梁蘇強(qiáng) 中交第一公路工程局有限公司 北京 100024

伴隨深長(zhǎng)山嶺隧道等高難度隧道工程施工建設(shè)的需要，給工程地質(zhì)勘察工作帶來(lái)了更高的要求。由于地表勘察技術(shù)手段有限以及地形地質(zhì)條件復(fù)雜等原因，在隧道施工前期，難以全面準(zhǔn)確地掌握工程區(qū)域的工程地質(zhì)情況，再加上破碎巖體、溶洞、斷層等不良地質(zhì)存在較強(qiáng)的隱蔽性，對(duì)隧道沿線不良地質(zhì)情況很難做到準(zhǔn)確揭示。因此，對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道施工中的應(yīng)用展開(kāi)相應(yīng)研究具有極為重要的作用。

隧道工程；地質(zhì)勘察；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；研究

隧道施工,特別是復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工面臨著很多地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)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(zāi)害事故的發(fā)生,開(kāi)挖前必須對(duì)掌子面前方的地質(zhì)條件有一個(gè)較好的了解,從而采取相應(yīng)的防范措施。本文主要針對(duì)酉沿高速中的酉陽(yáng)2號(hào)隧道施工所使用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)體系進(jìn)行討論分析，常規(guī)的單一地質(zhì)探測(cè)方法已很難滿足當(dāng)前隧道施工的高精度要求，只有根據(jù)隧道實(shí)際地質(zhì)情況來(lái)因地制宜，結(jié)合各種不同探測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)組合形成一個(gè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)[1]，才是了解掌子面前方地質(zhì)條件最好保證,是提高預(yù)報(bào)精確度和效率最佳可行策略之一。

1 國(guó)內(nèi)地質(zhì)預(yù)報(bào)相關(guān)技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)目前在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中常用方法有以下幾種：①超前地質(zhì)的鉆探與導(dǎo)坑法[2]。這種方式事實(shí)上就是直接探測(cè)方法，該方式可以直接呈現(xiàn)施工中掌子面的前方地質(zhì)實(shí)際情況，要探測(cè)準(zhǔn)確需要加大探孔密度，準(zhǔn)確但費(fèi)時(shí)費(fèi)力②物探法。主要是從巖土體間不同物理性質(zhì)進(jìn)行分析，借助不同探測(cè)方式與儀器，對(duì)水文地質(zhì)狀況進(jìn)行判斷，屬于間接測(cè)試。因?yàn)槲锾椒ㄔ谡谱用娴氖┕し矫婊緵](méi)有影響，在地質(zhì)破壞方面的程度較輕，近幾年發(fā)展速度較快③地質(zhì)法[3]。就目前而言，我國(guó)隧道施工中超前地質(zhì)的預(yù)報(bào)過(guò)程比較常用的方式就是地質(zhì)法，主要就是根據(jù)掌子面、地表與隧洞調(diào)查實(shí)際結(jié)果來(lái)實(shí)施超前的預(yù)報(bào)，直觀而粗略。

2 巖溶隧道施工中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)體系

2.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

所謂超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)就是指合理結(jié)合不同的預(yù)報(bào)技術(shù)與方法，比如地質(zhì)法與物探方法結(jié)合、多種物探方法結(jié)合等，通過(guò)多種分析方法和處理手段，相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，從而達(dá)到預(yù)報(bào)隧道施工期間對(duì)前方地質(zhì)狀況變化的綜合技術(shù)。酉陽(yáng)2#隧道所處位置主要以微風(fēng)化、中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r組成，從設(shè)計(jì)單位的地勘結(jié)論上可以看出在隧道中間間斷的出現(xiàn)了斷層破碎帶，有溶隙發(fā)育。簡(jiǎn)單的選用大面積加密布設(shè)超前鉆這種保守的探測(cè)手段，雖然在探測(cè)預(yù)報(bào)精度上可以有所保障，但是會(huì)增大費(fèi)用支出，制約隧道掘進(jìn)的施工進(jìn)度。針對(duì)此類出現(xiàn)間斷性不利地質(zhì)的巖溶隧道施工，本項(xiàng)目采取了長(zhǎng)短預(yù)報(bào)相結(jié)合，超前水平鉆探為輔的一個(gè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。使得各種地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)予以了充分發(fā)揮，彌補(bǔ)了單一地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)存在的局限性與片面性，能夠?qū)λ淼朗┕ぐ踩L(fēng)險(xiǎn)予以更好地規(guī)避，并有效的節(jié)省了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的成本和隧道施工工期。

2.2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)流程

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施流程：整體預(yù)報(bào)→長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)→短距離預(yù)報(bào)→近距離預(yù)報(bào)。整體預(yù)報(bào)階段主要是通過(guò)深入的地質(zhì)調(diào)查收集現(xiàn)有的區(qū)域地質(zhì)資料，運(yùn)用相應(yīng)的地質(zhì)分析方法，對(duì)隧道地質(zhì)情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和分級(jí)，辨識(shí)并標(biāo)記出高風(fēng)險(xiǎn)段落。長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)階段是指利用TGP206地震波反射回波法對(duì)掌子面前方的160m范圍內(nèi)的地質(zhì)圍巖情況進(jìn)行物理探測(cè)，國(guó)產(chǎn)的TGP206探測(cè)儀設(shè)備相比瑞士的TSP203探測(cè)儀設(shè)備，因?yàn)榧ぐl(fā)同步信號(hào)的方法不同使得TGP206在現(xiàn)場(chǎng)安裝使用過(guò)程更簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。此階段主要是利用向掌子面前方發(fā)射地震波，然后分析采集的反射波信息，對(duì)前方圍巖情況進(jìn)行預(yù)判。結(jié)合整體預(yù)報(bào)階段得到的數(shù)據(jù)信息來(lái)判斷是否需要進(jìn)行下一步的更為詳盡的探測(cè)。短距離預(yù)報(bào)階段是利用地質(zhì)雷達(dá)法與TGP206相結(jié)合對(duì)距離掌子面前方（30m范圍之內(nèi)）的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，達(dá)到相互驗(yàn)證目的，每次預(yù)報(bào)30m，前后兩次預(yù)報(bào)的疊加長(zhǎng)度為5m。近距離預(yù)報(bào)階段就是靠人眼對(duì)已經(jīng)揭露出來(lái)的距離掌子進(jìn)行掌子面地質(zhì)分析，結(jié)合前面幾個(gè)階段得出的結(jié)論如果掌子面巖層無(wú)異常就正常開(kāi)展下一個(gè)循環(huán)的開(kāi)挖施工，如果揭示出來(lái)的掌子面圍巖情況和前幾階段的結(jié)論相同，有破碎或巖隙發(fā)育跡象則需要進(jìn)行超前水平鉆探，來(lái)直接探測(cè)前方不良地質(zhì)規(guī)模及位置，為下一步的掌子面開(kāi)挖施工提供參考依據(jù)。

2.3超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案就是指，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，針對(duì)不同區(qū)段其不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定不同的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案。在實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)使用了主要手段進(jìn)行探測(cè)之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)依據(jù)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。②對(duì)需要防范的巖溶災(zāi)害類型應(yīng)當(dāng)使用主要手段予以大概確定。③原則上應(yīng)當(dāng)用地質(zhì)雷達(dá)法來(lái)確認(rèn)巖溶洞穴和近端水體，用全空間瞬變電磁法來(lái)確定較遠(yuǎn)水體。④對(duì)于加大的不良的地質(zhì)體，超前鉆探是最為直接的手段。

3 結(jié)論

熔巖隧道其施工能否安全，關(guān)鍵就在于在施工期間能否對(duì)隧道里地質(zhì)情況予以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。單種地質(zhì)預(yù)報(bào)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(xiàn)有的地質(zhì)預(yù)報(bào)理論及技術(shù)，不斷改進(jìn)和更新相關(guān)儀器和設(shè)備，通過(guò)積極探索，采取多種預(yù)報(bào)手段，將洞外勘探和洞內(nèi)預(yù)報(bào)結(jié)合，物探方法和地質(zhì)方法結(jié)合等多種措施共同實(shí)施，通過(guò)彼此印證和相互補(bǔ)充，從而形成多手段多層次結(jié)合的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，使其更好地為隧道施工服務(wù)，促進(jìn)我國(guó)地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

[1]李術(shù)才，劉斌，孫懷鳳，等.隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014,（06）：1090-1113.

[2]吳回獲，侯小軍，曹小軍.提高TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的研究與對(duì)策[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015,（02）：484-490.

[3]張?zhí)抻?超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在地質(zhì)復(fù)雜隧道施工中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2015,（10）：4-7.