《探讨隧道掘进面地质信息编录与物探综合超前预报技术研讨[公路隧道]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探讨隧道掘进面地质信息编录与物探综合超前预报技术研讨[公路隧道]（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、公路 隧道 2 0 1 2年第 2期 4 第 7 8期 隧道掘进面地质信息编录与物探综合超前预报技术研讨 刘光福 曹大明 成都 畅达 通地 下工程科技发展有限公司成都6 1 0 0 4 1 摘 要在工程区域地质资料分析的基础上 应用隧道掘进面地质信息编录 当接近特殊丁程地质段时 采用地 质物探综合预报技术 特别是采用瞬变电磁法和地质雷达法相接合进行更精确的短期预报 依据瞬变电磁视电阻 率表征高 低电阻变化探查溶洞空腔和溶洞充填状态和雷达反射波 相位及频率等变化探查断层与地下水赋存情 况 该综合超前预报技术在隧道穿越岩溶 断层和突水突泥段施工中取得了满意的效果 关键 词 隧道工程地质灾害物探综合
2、预报技术掘进面地质信息编录瞬变电磁地质雷达 J I l 刖 舌 西部大开发 基 础建设快速大发展 洞线长 埋 深大并穿越地质单元多的隧道大量 出现 隧道开挖 掘进施工 中常常遇到断层 溶洞等特殊地质地段 易 发生地质 灾害 由于隧址 区工程地质条件 复杂多 变 施工前的勘察T作无法准确查明隧道掘进施工 中可能发生地质灾害的位置 规模等 开展隧道地 质灾害超前探测和预报 进行隧道信息化施工 对减 少施工盲 目性 确保工程安全有着重要意义r 1 j 地质超前预报主要分为直接法和间接法 直接 法包括超前 导洞 坑 法 和超前 钻孔法 超前 导洞 坑 法通过开挖导洞 坑 探明前方 的地质情况 超 前钻
3、孔法通过掘进面上岩芯 岩屑 回水情况来判断 前方围岩岩性 级别 含水情况 以及有害气体等 直 接法结果直观 可靠 但费用较高且费时 间接法包 括地质分析法和物探法 受构造影 响强烈地区 由 于岩性变化极为复杂 地质分析法预报难度很大程 度 物探法以各种不 同介质间物理性质差异为基础 主要有地震波反射 法 电磁法 和红外探测法 等 根 据测试装置布置和数据处理方法 的不 同 地震波反 射法分为负视速度法 水平地震单 面法 陆地声 纳 法 TRT和 T S T法 TS P法 I S I S法 以及被动震源 地震反射 波法等 电磁法包括地质雷 达法 GP R 瞬变 电磁法 TE M 电磁剖面法 MT
4、 等 2 红外 探测法的基本原理是含水结构辐射场 与其它岩体 不同 采用红外测温仪跟踪量测开挖面的岩石温度 寻找不同于正常红外辐射场 的温度异常点 根据异 常点的分布规律探查含水构造 由于物探结果的多 解性 以及受施工环境影响大 仅利用物探方法进行 超前地质报并不十分可靠 3 j 为了提高预报的准确性 减少工程费用 国内外 学者提出了综合超前地质预报法 王锦山等建立 了 广义 狭义隧道超前地质预报实施的技术方案 提出 了宏观预报 长期预报 短期预报和灾害临近预报的 整套超前预报 手段 曲海 峰等E 以地面地质 调查 法 地质雷达 T S P为基础 采用定性 和定量两种方 法相结合 以系统科学理
5、论为指导 配合科学 的信息 化管理 建立综合超前地质预报体系 李术才等 5 提出 三结合 原则的综合超前地质预报方法 即洞 内勘察与洞外勘察相结合 地质分析与物探分析相 结合 长距离预报与短距离预报相结合 多种方法相 互配合 在运用地质分析方法对隧道进行风险分级 的基础上 采用与风险等级相对应 的综合预报方案 目前综合超前地 质预报法主要是 以地质分析 为基 础 同时借助不同物探设备仪器进行长距离预报与 短距离预报 由于地质超前预报与施工过程紧密联 系 为有效地指导施工 须根据区域地质条件 结合 围岩揭露情况 提 出具体 的预报手段 优化综合超前 地质预报流程 现以一铁路隧道为背景 结合不同现
6、场施工管 理 建立综合超前地质预报流程 采用工程地质调查 法 洞内掘进面地质信息编录和瞬变电磁 地质雷达 相结合的预测方法来推断掘进面前方 的地质情况 同时对隧道溶洞 突水 涌水情况进行瞬变电磁 地 质雷达连续跟踪预报 取得了良好的效果 有效地指 导了隧道施工 2 综合超前地质预报技术原理 超前地质预报是隧道信息化施工的重要组成部 分 是保证隧道安全施工的重要环节 国内外对隧 道掌子面前方地质情况十分重视 已有许多方法对 掌子面前方不 良地质体进行探测 常用的地质预报 方法分为两大类 地质分析法 和地球物理法 地质 1 1 公路隧道 2 0 1 2年第 2 期 总第 7 8期 分析法有工程地质
7、调查法 超前导洞 坑 法 超前水 平钻孔法 断层参数预测法和经验法等 地球物理法 包括 TS P隧道地震探测法 地质雷达探测法 瞬变 电磁法 陆地声纳法和激发极化法等 受各种条件 的限制不 同的地质超前预报方法有各 自的预报距离 和 特点 见表 1 表 1 常用超前地质预报技术方法的特点 预报 预报距 方法 离 m 特点 可以随时进行 不影 响施 工 可推 断和预 报 地质 全洞段 隧道工作面前方 的工程 水 文地质 情况 但 分析法 结果较为粗略 需 与物探方法相结合 可反映岩体概况 反应情况 直观 不 足 1 在复杂地质条件下预报效果较 差 很难预测 超前 3 0 到掌子面前方 的小断层
8、和贯穿 性大 节理 特 钻探法 别是与隧道轴线平行 的结构 面 其 预报无反 映 2 钻孔与 钻孔之 间的地质 情况无 法反 映 地质 每次开 不 占用施工时 间 预报效 果好 能为整 个隧 道提供完整的地质资料 缺点 预报距离较 素描法 挖循环 短 可定量反映岩体参数 对工作面前方遇 到与 隧道轴线近垂直的不连续体 节理 裂 隙 断 TS P法 1 5 O 层破 碎带等 的界 面确 定 结 果 比较 可 靠 缺点 对 不连续体 的界面形状不规则 和水预 报精度较差 陆地 1 0 0 探查溶洞 溶槽 以及破碎岩体较 为可靠 缺 声纳法 点 无法准确测 定各层岩体的波速 能预报掌子面前方地层岩性
9、 的变 化 对于断 地质 1 O 3 0 裂带特别是含水带 破 碎带有较 高的识别能 雷达法 力 缺点 雷达记录易受干扰 能够探查掌子面前方的预测断层 溶洞和富 瞬变 电磁法 5 0 水带 的位置和规模 缺点 在隧道 中应用不 T EM法 成熟 易受干扰 能够探 查掌子 面前方 的预测断层 溶洞 和富 激发 3 O 5 O 水带的位置和规模 缺点 在隧道 中应 用不 极化法 成熟 易受 干扰 2 1 工程地 质调 查技 术 工程地质调查法是隧道超前预报 中最早使用最 基本的方法 根据勘察设计 阶段的工程地质成果 结合现场补充地质调查 掌握 隧道所在地区的地层 岩性 地质构造 不 良地 质水文情
10、况 重点调查断层 的产状 性质 破碎带宽度 破碎带成分及其含水情 况以及与隧道 的关系 其 目的在于指导隧道的中 短 期超前地质预报 同时为选择 中 短期超前地质预报 的物探手段 以及为物探手段的优化组合提供指导 尤为重要的是为隧道的动态设计 安全快速施工 防 灾措施的制定提供地质依据 工程地质调查法是一 种宏观的 规律性 的认识 对不 良地质体能做到大概 的预测 其最大的优点就是成本低 速度快 缺点是 精度不高 1 2 2 2 掘进面地质信息编录技术 洞内掘进面地质信息编录是对开挖后隧道掘进 面的地质状况在现场做实地调查 并进行详细编录 采集必要的数据 具体包括对掘进面地层岩性 节 理发育程
11、度 受构造影响的程度 围岩稳定状态等进 行详细编录 实测岩层产状 节理产状及间距 微构 造产状 断层面产状及规模等 通过对掘进面 已揭 露地质体 岩层 不良地质体 进行编录 以掘进面实 见地质体的地质变化为依据 对其掘进面前方延伸 情况进行有依据 的推断 分为岩层岩性变化 预测和 不 良地质地质体影响隧道长度预测 一引 对于断层破碎带和各类条带状不 良岩层 推断 其涉及隧道长度的方法是 依据掘进面揭露的不 良 地质体产状 单壁始见位置 通过一系列三角函数运 算 求得该条带状不 良地质体在隧道两壁上下和拱 顶的边界位置 计算其影响的隧道长度l l6 该方法 对结构面向掘进面前方倾斜的断层预报效果
12、较好 因为先在隧道底出露 对岩体稳定性影响不大时就 可以发现在对向掘进面后倾斜的结构面预报效果相 对较差 因为结构面先在顶部出露 岩体不稳定 2 3 地质雷达超前预报技术 地质雷达利用超高频窄脉冲电磁波探测隐蔽介 质和 目标物 通过对反射波形 特性 的分析判断地下 目标体 其探测效果主要取决于地下 目标体与周围 介质的电性差异 电磁波的衰解程度 目标体的埋深 以及外部干扰的强弱等 介质的电性差异和物性差 异是决定地质雷达选用与否的重要标准 介质间的 性质差异越大 二者间的界面越易于分辨L 6 地质雷达图像解释的的基础是研究电磁波的传 播特性 其记录得到电磁波双程走时及电磁波的波 幅 同相轴等波
13、形资料 反映反射界面或 目标体的深 度位置及几何形态l 7 电磁波在正常衰减过程中因 遇到较强的反射界面时 波幅会骤然增加 同相轴明 显 若 目标体中存在有许 多无章 的界面 雷达接收 到这些界面的反射信号时波幅小 波形杂乱 同相轴 不连续 通过同相轴的追踪 确定波组的地质意义 构造地质 地球物理解释模 型 依据剖面解释获 得整个测区的最终成果图 雷达波遇水 的主要特点 1 其它固体介质和水 的性质差异大 雷达波遇水界面反射强 2 雷达波 从其它固体介质到含水层界面反射波相位与入射波 相反 3 雷达波通过含水体后 高频成分被吸收 反 射波的优势频率降低 从雷达反射波的振 幅 相位 以及频率降低
14、等现象探查地下水的赋存情况l 8 J 刘光福等 隧道掘进面地质信息编录与物探 综合超前预报技术研讨 2 4 瞬变电磁超前预报技术 瞬变 电磁法的测量原理是利用不接地 回线 或 电偶源 向地下一次脉冲磁场 或电场 即在发射回 线上供一个电流脉 冲方波 方波后沿下降的瞬间 将 产生一个 向地下传播 的一次瞬变磁场 在该磁场 的 激励下在地质体 内产生涡流 在一次场消失后 涡 流不能立 即消失 它将有一个过渡过程 衰减过程 该过渡过程又产生一个衰减的二次场 向地下传播 在地表用接收线圈接 收二次磁场 该二次磁场 的变 化 将反映地下介质的电性情况 在接收机 中按不同 的延迟时问测量二 次感应 电动势
15、 得到二次场 随时 间衰减的特性 瞬变电磁工作装置选用 中心 回线 发射线 圈边 长 3 m 8匝 接受装置选用 S B一2 5 0 K p 瞬变场磁 探头 在隧道中部垂直 于隧道 中轴作一测线 以测 量隧道内的背景值 测量仪器选用长沙白云仪器开 发有限公 司生产 的 Ms D一1型瞬变电磁仪 发射 频率为 2 5 Hz 发射供电电压 1 2 V 时窗范围为0 0 0 8 0 8 ms 测道数 4 0道 叠加次数 2 0 0次 以下实 例中工作装置 方法与此次相同 1 断电后观测纯二次场 可 以进行 近区观测 减少旁侧影响 增强电性分辨能力 2 可用加大功率的方法增强二次场信号 提高 信噪比从
16、而s D il 勘探深度 3 穿透高阻层能力强 4 由于采用人工源方法 随机干扰影响小 5 采用重叠 回线装置 工作 可 以避 免地形影 响 6 线圈形状方位要求相对不严格 测地工作简 单 工效高 7 由于测磁场 受静态位移的影响小 8 通过多次脉冲激发 场的重复观测叠加和空 间域多次覆盖技术 的应用 可 以提高信噪 比和观测 精度 9 可以通过选择不同的时窗窗 口进行观测 有 效地压制各种噪声 可以获得不 同勘探深度 使剖面 与测深工作于一体 2 5 综合超 前地 质预 报技 术 针对各种地质 预报方法特点 制定隧道施工综 合超前地质预报方法工艺程序如图 1 所示 首先通 过工程地质调查 查清隧道所在 区域 的构造 地质情 况 为隧道超前地质预报提供前期资料 同时在隧道 施工过程中及时进行掘进面地质素描 关注地层岩 性 节理裂隙发育 以及地下水出露情况 为地质雷达 预报的实施提供建议 当接近不 良地质体时 采用地 质雷达进行更精确的短期预报 对可能出现的不 良 地质体通过施工超前钻探进一步确认 钻进过程 中 关注是否回水 钻进速度变化 以及返渣的岩性变化 等 通过以上几种手段相互结合
