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1、超前地质预报在隧道施工中应用研究 宋浪 中铁西南科学研究院有限公司 摘 要： 隧道地质超前预报系统具有较强的针对性, 在预报隧道的地质施工、将施工中存在于掌子面前方的不良地质以分布图的形式作出预报, 就其性质、规模以及灾害的发生概率等做出预报, 使有关施工方能够根据其预报处的不良地质而采取合理及时的治理与预防方案, 将由于施工揭露而发生地质灾害的可能性降到最低, 使由于施工而导致不良地质被揭穿发生灾害损失的可能性得到降低, 可见其作用十分重要。反之, 缺乏较强针对性、复杂程度较高的隧道地质超前预报系统, 一方面会浪费大量的资源, 另一方面对隧道在洞内的施工也有不利影响, 同时在判断掌子面前方的
2、隧道施工不良地质过程中产生干扰, 困难程度加深, 不能准确及时的做出预报, 对施工不能发挥其指导作用。关键词： 超前地址预报; 隧道; 施工; 作者简介：宋浪 (1983 年生) , 男, 重庆人, 工程师, 长期从事地质勘探研究工作。当前交通建设的发展速度越来越快, 隧道工程所要穿越的地质问题也更加繁杂, 险情的排除、坍塌事故的预防、安全的保证等是目前发展地下工程的关键所在。1 隧道施工超前地质预报现状开挖的隧道前方的掌子面地质变化存在不良地质情况的工程、探测的形状、位置等进行预报和解释, 并及时的提出相应解决方案就是隧道施工超前地质预报。从严格意义上讲, 当前的隧道施工地质超前预报使用的方
3、法由下面几种组成:地面地球物理探测法、洞内地球物理探测法、地质调查法、超前钻孔法、超前 (平行超前) 隧道 (导坑) 法、岩体温度探水法等。总体而言, 当前中国还没有完善的预报技术, 施工技术目前还不能获得相应的满足, 问题主要包括下面几点: (1) 用单一的方法和参数来解决和预报具体的问题缺乏较高的精度, 多解性明显; (2) 判断地质类型仅依靠单一的探测方法, 局限性较大; (3) 对隧道的掌子面超前地质预报而言, 地面勘探设备还无法适应。2 超前地质预报方法的可靠性和局限性分析2.1 隧道施工地质超前预报方法当前的隧道施工地质超前预报方法包括以下几种:地面地球物理探测法、洞内地球物理探测
4、法、地质调查法、超前钻孔法、超前 (平行超前) 隧道 (导坑) 法、岩体温度探水法等。2.2 隧道施工地质超前预报方法的局限性地面地球物理探测法, 其探测的剖面决定了其探测的深度, 判释异常体性质必须与设计隧道的地质资料相结合, 从一定角度上讲, 判释者的工作经验以及掌握的隧道地质的背景情况决定了判释的准确与否。洞内地球物理探测法, 判释层析成像中存在的异常体和界面间的介质的性质等都必须密切联系隧道所设计的地质资料, 判释者的工作经验以及掌握的隧道地质的背景情况决定了判释的准确与否。地质调查法, 必须依靠专业的地址人员, 预报的准确程度和距离都受预报人员的经验的影响。计算界面位置时建立在电磁波
5、、声波以及地震波的速度的基础之上的, 是从探测位置到第一界面之间的一个传播速度, 而后面再进行的预报则缺乏较高的准确率;预报距离方面, 最长的是地震波, 其次是声波, 最后是电磁波。超前平行的隧道与导坑、后施工的隧道等都存在较小地记间距, 其地质条件也都以沉积岩为主, 这种情况下存在较高的预报率;而地质以火成岩为主, 结构较为复杂的情况下, 则预报就会响应的降低准确度。超前导航法用于构造变化不大的非可溶岩地区的预报, 一般较为准确, 而用于地质情况相对复杂的岩溶发育区则会相应的降低准确度。超前孔法适用于非可溶岩地区, 而对于可溶区, 尤其是探测溶岩分部情况时, 钻孔的数量和布置情况都决定了其准
6、确与否。适用于基岩孔隙裂缝水的探测, 而导水性能较好的可联系地表水的断层破碎带涌水、泥沙等, 在钻孔方面存在较大的风险, 对防突设备的要求较高。岩体温度法探水, 隧道洞内的施工不会对其测试的数据产生影响, 预报人员是否对隧道地区的地质水和地质条件熟悉、是否具有丰富的经验等都不会影响其判断结果, 具有较高的准确率。2.3 正确认识超前地质预报的探测能力地质预报体系在一定程度上会受到地质环境的影响, 影响因素有下面几点: (1) 仪器的精确程度; (2) 介质所处的环境噪音; (3) 目标体及其所处介质环境的物性差异。随着传播距离的衰减, 激发波的振幅也会随之衰减, 探测的深度也响应减小。3 空间
7、超前地质预报可靠性分析对于介质较为复杂的地质的研究, 通常采用的“点-线-平面-空间”观测法因为具备统一的观测系统, 目前在隧道施工中的应用最为广泛。3.1 TSP 与空间探测的比较通过将空间探测与 TSP 预报方法的所取得结果进行对比, 发现: (1) 对于波形受位置影响而发生的变化的查看主要通过空间探测, TSP 则主要是在隧道的轴线上呈现出周边的图像; (2) 周围出现异常波形时, TSP 对这一投影不能给出准确的解释, 在定位方面也存在误差, 所以空间三维探测的适用性相对更加普遍。3.2 角度+位置偏移联合体系经过采集某一隧道的空间数据, 对不同时间段的预报做出验证发现, 空间超前地质
8、预报技术的使用范围十分广泛, 具有极大的可靠性, 可以轻易的识别其波形解释。4 结语从技术和方法方面对隧道施工超前地质预报进行分析发现, 不同的预报技术在指导隧道施工方面发挥着不同的作用。然而我们必须强调, 隧道施工的地质预报方法中, 尤其是地球物理探测法, 他们本身不同的特征决定了他们适用于不同的地质条件, 不是任何一种方法就能对不良地质体进行性质与规模的做出准确的判定的, 不同方法需要综合使用, 互为长短, 通过不同的地质方法的结合, 共同为不良地质体探测准确位置、性质以及规模等贡献力量。参考文献1李术才, 刘斌, 孙怀凤, 等.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势J.岩石力学与工程学报
9、, 2014, 33 (6) :1090-1113. 2徐桃, 尹雷.超前地质预报技术在隧道施工中的应用研究J.城市建设理论研究 (电子版) , 2015 (20) . 3王为, 严成明, 黄亮.地质雷达超前地质预报方法在隧道施工中的应用研究J.科技资讯, 2012 (6) :38. 4王利伟, 徐永明.综合超前地质预报在隧道施工中的应用探讨J.铁道标准设计, 2014 (s1) :164-167. 5唐金.超前地质预报在公路隧道施工中的应用研究J.科技风, 2010 (4) :119. 6郭有劲.综合物探方法在隧道超前地质预报中的应用研究J.中国地质大学 (北京) , 2010. 7张存亮.隧道超前地质预报方法及应用研究J.西安科技大学, 2011. 8李和志, 贺建清, 赵永清.综合超前地质预报方法在观音山隧道施工中的应用J.矿业工程研究, 2011, 26 (4) :49-52. 9王宁.某高速公路隧道施工超前地质预报技术应用研究J.华南理工大学, 2014.
