超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中的应用

发表时间:2019/3/7   来源:《建筑学研究前沿》2018年第33期   作者:杨帆
[导读] 目前,隧道工程在我国得到了广泛的应用。在施工过程中,经常会遇到复杂的地质条件,岩溶、河流或跨海隧道经常出现。

重庆市市政设计研究院  重庆市  400020
  摘要:随着社会经济的发展和科学技术的提高,隧道建设规模不断扩大,地质条件越来越复杂,超前地质预报在复杂地质隧道工程中的应用是必然趋势。在此基础上,以超前地质预报为研究对象,分析了超前地质预报在复杂地质隧道开挖中应用的重要性,分别从地质分析法、隧道地震波法以及地质雷达法等方面详细阐述超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中常见的方法,并分析其中的优缺点,推动技术的进步,提高施工效率与施工质量。
  关键词:超前地质预报;复杂地质;隧洞开挖
  
  
  目前,隧道工程在我国得到了广泛的应用。在施工过程中,经常会遇到复杂的地质条件,岩溶、河流或跨海隧道经常出现。现在,随着技术的发展,它们逐渐发展起来,应用先进的地质预测开发技术,可以有效地预测泥石流、崩塌、涌水、涌泥、瓦斯爆炸,有效预防地质灾害,减少严重灾害的发生,保障人身安全,提高施工效率。
  1 复杂地质隧洞开挖中应用超前地质预报的重要性分析
  在复杂地质隧道开挖的早期阶段,由于勘察精度和技术手段的限制,影响勘察时间,实际地质条件与勘察的差距较大,导致对复杂地质隧道开挖工程地质条件的认识不足以及实际施工的盲目性。一旦哪个环节出现问题,就会出现不可预测的情况。地质灾害具有突发性、严重危害性,严重威胁着人们的生命和建筑质量。先进的地质预报作为一种科学、合理的监测手段,能够对施工过程中可能出现的地质灾害进行分析和预测,帮助施工人员首次发现问题,一旦发现异常部位即刻了解,从而改变安全设计的相关参数。为复杂地质隧道的开挖和施工提供安全有效的措施,施工人员也可以获取有效的数据和信息,综合保护施工的安全可靠性。
  2 超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中常见方法与优缺点分析
  目前我国超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中常见的使用方法主要有地质分析法和物探法,其中物探法分为隧道地震波法和地质雷达法,地质分析法是超前地质预报的基础,物探法是使用物探的方式获得地质信息情况,再对地质加以分析后进行实时地质预报。
  2.1 地质分析法
  超前地质预报中地质分析法是指根据地质基本理论和地质作图法,结合当前复杂地质隧洞开挖已经有的勘察资料和地表补充地质调查信息,对地层的层序进行对比,对地层分界线与构造线进行分析,根据相关几何参数情况加以研究,推测施工位置当前地质情况。地址作图,指的是通过地质表面或者超前导洞揭露的地层、岩性接触面以及构造面的走向与倾向,利用作图法对地下和外面的位置进行展示;地质素描也是地质分析法的重要内容,这种方法是要现场进行的,经验丰富的工作人员在现场进行地质素描的时候,建议对掌子面或者附近进行科学的观察,从地质岩性与完整性、出水量、地质软硬程度以及地层的实际颜色几方面加以研究,多角度掌握当前地质情况。



  2.2 隧道地震波法
  隧道地震波法应用比较普遍,地震波在不均匀的地质层中会有着不同的反射波,隧道地震波法经常使用爆破方式传播地震波信号,通常情况下只需要使用小药量就能实现爆破,不同的地质岩层界面都可以被反射地震波信号,然后施工人员使用高精度的接收器接收得到的地震波信号,在计算机软件的应用下对地震反射波加以研究和分析,就能够得到前方地质情况。隧道地震波法属于多波多分量探测技术,能够科学检测出掌子面前方岩性变化情况,隧道地震波法适用于不连续面以及夹层软弱地区的探测。使用隧道地震波法对数据进行采集的时候,施工人员应该在复杂地质隧道的一边沿着直线布置多个风钻孔,将小分量的炸药放在风钻孔中,并且在左边和右边两侧钻取两个检波器孔。然后,按照顺序激发各个炸药,炸药带来的地震波产生,地震波会以球面波形的模式进行传播,在掌子面的前方任一阻抗差异界面反射的信号,以及直达波的信号被两个检波器成功接收。
  隧道地震波法有着明显的优势,该方法的探测距离比较长,最低可达100m,最高150m,隧道地震波法时施工干扰比较小,在施工现场进行数据采集的时候只需要两个小时就能完成。而且隧道地震波法探测精度比较高,对于不连续面和断层面能够得到精准的探测信息,是目前应用最广的探测手法,但是隧道地震波法对岩溶或者不规则体的探测效果不是很明显,隧道地震波法的应用要根据实际地质情况加以分析。
  2.3 地质雷达法
  地质雷达法也是物探法的一种,地质雷达法是利用超高频电磁波实现探测的,对地下介质分布情况加以分析和探测,地质雷达法工作原理很简单,就是通过发射机从掌子面或钻孔中发射一定频率和脉冲的电磁波讯号,电磁波讯号在遇到出现异常地质情况的时候,就会变成特定的反射信号,这些特定反射信号能够通过接收天线实现接收,并输入接收机中,接收机完成记录工作后形成雷达剖面图,人们根据图中的信息得知当前施工处的地质异常,从而寻找有效的方式解决问题,省时省力,且保证了施工的安全性。对于地质雷达法的数据分析,施工人员能够从反射信号加以研究,根据得到的信号判断是否有被测目标存在,这是因为使用地质雷达法进行检测的时候,电磁波传播的路径、波形以及强度都会因为介质的电磁波特性与几何形态的变化而变化。施工人员根据得到的电磁波时间、频率以及幅度,对雷达剖面图加以分析,确定掌子面前方地质界面和目标物体的距离情况、位置信息以及结构特点。
  使用地质雷达法的优势明显,和其他方法比较,地质雷达法对空洞和岩洞的探测更加灵敏,探测的精度比较高且速度快,每次探测的时候时间只需要20min,地质雷达法对施工的干扰比较小。但是地质雷达法探测距离比较短,有效探测距离高于10m,低于30m,施工人员不得不使用地质雷达法频繁进行探测,因此地质雷达法的探测工作量很大。探测布置会因为隧洞内通风管、高压风管、水管以及供电线受到影响,地质雷达法得到的探测效果也会因为施工初期支护以及施工二次衬砌中金属物受到影响,除此之外,施工中掌子面如果凹凸不平也会影响到地质雷达法探测的结果。
  11月6日,青岛地铁1号线海底隧道顺利通过。它是我国第一条地铁海底隧道,也是我国最深、最长的地铁海底隧道。为了控制风险,建设单位结合了世界上最先进的地质探测和预测方法。通过系统的比较和分析,消除了漏判和误判,实现了风险的准确预测和识别。在此基础上,对风险点采取具体的预处理措施,从而对风险进行事前预防和控制。主要探测和预报手段有TSP法、高分辨电法、地质雷达、红外探水、地质素描、超前探孔、超前地质取芯钻孔等方法。超前地质探孔采用长短结合的组合方式,并纳入工序实施管理,长孔取芯采用日本多功能水平地质钻机,每次钻孔长度150m,推进速度6m/min;短孔钻进采用阿特拉斯地质钻机,每次钻孔30m,搭接8m,有效距离22m,循环推进;采用孔内高精度的成像技术和孔内地层CT法,结合岩芯综合判断地质,准确预报可能引发隧道地质灾难的不良地质体(带)的位置、规模和性态,确保零失误。
  3 总结
  总而言之,随着社会经济的发展与地质勘探技术的进步,本文以分析复杂地质情况下隧洞施工中各项超前地质预报的方法应用,分析各种探测方法的优势与缺点存在,分析超前地质预报对隧洞施工安全的突出作用,从而全面实现安全施工,保证施工人员人身安全,实现工程的经济效益与社会效益。
  参考文献
  [1]苏利军.深埋软岩隧洞双护盾TBM施工围岩稳定控制理论与技术[D].武汉大学,2017.
  [2]吴国晓.锦屏二级水电站辅助洞超前地质预报技术研究[D].河海大学,2017.
  [3]吴松涛,齐琳.超前地质预报在深圳东部供水网络干线工程隧洞开挖中的应用[J].岩土工程界,2012(01):41-42+44.

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