公路隧道超前地质预报施工技术

公路隧道超前地质预报施工技术

盛永锋 杨成 魏成

中建八局第三建设有限公司 210046

摘要：近年来，中国公路建设迎来了建设的另一个高潮，特别是高速公路建设。我国道路建设的主要问题之一是道路隧道问题，由于地质条件和地质构造复杂，由于地质条件差、断层和地下水丰富，道路隧道的建设更加困难。如果在隧道施工过程中及时预报手掌正面的地质预报不差的话，很容易发生塌方和突水等灾害。研究表明，准确和先进的地质预报对于指导隧道的安全建造至关重要。国内外隧道施工过程中，手面超前地质预报成为很重要的一部分，可见超前地质预报对指导隧道手面施工具有重要意义。

关键词：公路隧道工程；超前地质预报；施工技术；

引言

在我国经济蓬勃发展的大背景下，在地形地貌复杂的西部地区修筑公路、铁路改善交通条件以促进经济发展是不可避免的趋势。在我国西部在建、拟建的隧道数量众多，且这些隧道往往埋深大、长度大。在这些地区修建隧道存在着许多风险和困难，岩爆、塌方、断层等地质灾害时有发生，这些灾害严重地威胁着施工安全和人员安全。各种地质灾害在造成人员伤亡、巨大经济损失的同时，还会破坏隧道地区的生态环境，造成长期性地形地貌的改变。由于工程地质和水文地质条件的复杂性、多变性且建设的隧道大多埋深较大、洞线较长，以及勘察设计水平、施工人员水平等原因，勘察设计单位想要在隧道建设初期阶段调查清楚施工区域岩体的地质条件难度很大，特别是不良地质体的准确位置、规模等。因此，在保证施工进度并确保不发生地质灾害的情况下，探究如何有效地对隧道开挖工作前方的岩石性状、不良地质体的发育情况，特别是有无岩溶、断层等不良地质体等开展超前地质预报，并针对具体特征提出相应的施工方法、地质灾害预防处理措施建议，能有效降低经济损失、减少人员伤亡。单一的超前预报方法有其局限性，同样的方法对相同的区域开展地质预报的结果也不尽相同。例如，地质分析法结果较为粗略，只可大体上推断水文与地质情况；地质雷达法有预报距离较短、对施工有一定的影响等缺点；而超前钻探法则很难预测钻孔与钻孔间的地质情况。

1超前地质预报主要内容

隧道超前地质预报主要是预测隧道手面前围岩的地质状况、地质体方向不良、围岩形态、水文状况等。，从而判断隧道围岩水平，为隧道施工提供技术基础，防止潜在工程风险，确保合理施工措施，指导隧道施工安全，减少施工过程中遇到的风险，努力使隧道施工更加科学合理。

2公路隧道施工中常用的超前地质预报技术

2.1TSP技术

地震反射隧道地质预报(TSP技术)利用波的传播和反射来预测地质状态。技术方法是在隧道尾部的墙上钻几个洞，并在其中填充少量炸药，通过引爆炸药模拟声波，形成地震波。地震波在岩石体中的传播形式是球状波。如果在传播过程中，它遇到一个界面，其岩石环境的阻抗差异很明显，即断层、破碎区域、光刻变化等。，地震波通过两条传播渠道反射，要么是朝向隧道前面的手掌表面，要么是朝向地震探测器。地震检波器根据返回的地震波信号的时间和方向，自动测量体内的垂直波速、水平波速、弹性模量和鱼系数，并利用软件生成围岩剖面图，以可视化岩性变化的位置。TSP技术具有应用优势，例如地质预报范围广、使用简便、预报时间短、预报成本低、应用条件有限、对隧道施工没有影响，是预测地质位置差、产量和宽度的有效勘探方法在道路隧道中，反射率和波阻抗之间的差异随着反射幅度的增大而增大。(2)刚性岩层确定标准为正反射幅度，弱岩层确定标准为负反射幅度；(3)鱼类系数的突然增加表明可能存在液体；(4)内部垂直波速下降表明岩体孔隙率增加。

2.2物探法

物探法主要包括TSP地震波法、高密度电法、地质雷达法等。因本工程处于岩溶地区，可能有突水风险，而地质雷达对含水带、破碎带较为敏感，有很强的识别能力，且操作方便、成本较低，故本工程主要采用地质雷达法进行预报。在天成坝隧道出口，右幅掌子面YK110+483采用地质雷达进行超前地质预报工作，预报区段为YK110+513~YK110+483。从掌子面前方0~30m内电磁波反射波形来看，整体波形较整齐，同相轴连续性较好，能量消散较慢，15~30m波幅整体较大，能量团分布整体较均匀并按一定规律衰减，推断该区段围岩与掌子面情况类似，围岩无特别异常情况，主要为灰色微风化灰岩，局部夹杂少量灰岩，层状结构，围岩自稳能力较差，贯通性较差，延展性一般。

2.3地质雷达

地质雷达是以宽带短脉冲的形式，由掌子面向地下层发射高频电磁波，当高频电磁波在传输中遇到不良介质时会反射回到地面天线接收器，接收器自动记录相关信息，可视化呈现雷达波面图。高频电磁波的传播路径、传播波形以及电磁波场强度都会受到传输介质不同的几何形态、电性等因素的影响，所以运用地质雷达方法进行隧道地质预报，可根据电磁波发射信号的振幅、频率变化，对地下岩体的性质进行推断。

3超前地质预报实施程序

1. 地质分析法，首先对地质资料进行分析，以相关工程地质和水文地质资料为基础，结合洞内外地质调查等方法判断致灾构造的大致位置、类型。同时，地质资料的分析也为物探和钻探提供信息基础，指导施工人员选取合适的物探方法及钻探方案。（2）物探识别，即地球物理勘探方法，这一阶段主要采用多种物探手段，探测掌子面前方10~100m的不良地质体。对得到的结果进行解译，确定不良地质体的类型、规模、方位以及段岩石的力学特性等数据。（3）钻探揭露，通过钻探过程中钻孔的速率快慢、难易程度、是否有异常现象以及取得的岩样判断隧道掌子面前方地层的实际情况，还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标，最直接、有效地预报超前地质。地质雷达法是目前最主要的物理勘测方法，其实质是利用不同介质界面的电磁特性差异而反射产生的电磁波探查各种介质从而进行地质预报，并通过数据反演，找出不良的地质体。一般用来探测掌子面前方10~30m隧道周围的地质状况。其优点是耗时短、现场操作简便，分辨率高，能反映围岩内部特征，尤其对含水带、破碎带有较好的识别效果。其主要工作方法是首先通过自身携带的宽带天线向前方发射高频的电磁波，遇到不同介质时会产生反射，信号返回后由主机接收，然后根据电磁波的物理特性如时间、振幅、波形等，确定不良地质体的规模、性质等参数。当掌子面前方为完整岩体时，电磁波的波形较均匀、完整，当出现不良地质体时，大多出现能量团分布不均匀，波形杂乱等特点。钻探法主要根据钻探距离与是否取芯划分，根据距离分为长距离、中距离、短距离3种，根据是否取芯分为冲击钻探和取样钻探2种。一般通过钻探速率的快慢、取芯的岩石组成来判断掌子面前方的围岩情况，当出现卡钻、跳钻时，说明出现破碎带、岩溶发育等情况。

结束语

针对复杂地质条件下超前地质预报工作中精确度低、准确性差的问题，采用综合超前地质预报方法对隧道进行预报，分析了工作原理及实施流程，TSP技术与地质雷达法是有效、准确的超前地质预报技术，在公路隧道施工中应用这两种技术方法，可准确探测围岩特点、判定围岩等级，并描述岩性和节理裂隙发育程度，有效识别不良地质条件，为公路隧道施工制定施工方案提供可靠依据，进而大幅度提升隧道工程安全性，规避地质灾害事故发生。

参考文献

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