超前水平探测预报技术

赵金祥

摘要：本文结合丹大快速铁路金固隧道工程实例，详尽的论述了在隧道施工中超前水平探测预报技术的原理、工艺特点、适用范围、超前水平探测预报的工艺流程及超前水平钻探预报实施操作要点，并在工程结束后就此技术进行了认真的总结，积累了许多宝贵经验，可为类似工程施工提供一些可借鉴的经验。

关键词：隧道；超前；水平；探测；技术

Abstract: this paper JinGu Dan rapid railway tunnel engineering examples, discusses in detail the construction of the tunnel advance level detection forecast technology principle, technological features, scope of application and advance level detection forecast process and advanced level drilling forecast implementation operation, and the key point in the project ends in this technology has carried on the earnest summary, accumulated a lot of valuable experience for the similar engineering construction, can provide some experience can be used for reference.

Keywords: tunnel; Lead; Level; Detection; technology

中图分类号：O434.12文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言

为确保隧道开挖施工安全，在开挖至地质异常体前（约10~20m）,施作20~50m的超前水平钻孔，以查明地质异常体是否真正存在，其确切位置、破碎程度以及是否有瓦斯和涌水，以指导制定相关施工技术措施。

1、超前水平钻探预报原理

在隧洞内利用钻机进行水平钻进，根据钻进速度的变化，岩芯鉴定，钻孔冲洗液颜色、气味，岩粉及遇到的其他情况和钻孔资料来推断隧洞前方的地质情况。此法可以直观反应岩体的情况，施工人员可根据实际地质情况进行下步施工组织。

2、工艺特点

预报直观、准确，操作简单，与物探等其他探测手段综合进行地质分析预报效果最佳。

3、适用范围

适用于复杂地质条件隧道不良地质探测，特别是在富水洞段对水的探测。探测深度为20~50m。

4、超前水平探测预报工艺流程

工艺流程见图1。

图1超前水平探测预报工艺流程图

5、超前水平钻探预报

（1）实施的前提

利用综合地质分析技术，对断层影响带等大的地质构造到掌子面特定的地层岩性、构造和节理裂隙发育情况、地下水状态、围岩稳定性等具体地质现象进行预报和判断，然后在此基础上进行50m以上的远距离物理探测，进一步对前方地质情况进行确认。通过上诉地质分析和物探手段预报，可以比较准确地定性预报出前方一定范围的不良地质情况，当判断出前方有对工程影响严重的不良地质现象，即可采用水平地质钻探进行直观的探测预报。

（2）探孔数量。

钻孔数量根据实际的工程地质确定，原则上布置1~9个不等。对一般富水洞段可以布置1~3个个探孔，对高压强富水洞段需要在掌子面前方成放射状布置6~9个探孔。

（3）探孔深度

钻孔深度取决于储水构造的走向。当储水构造垂直于洞线时，各个孔深几乎相同，当以小角度斜交时，孔深需根据其几何关系确定，不同部位的探孔深度不同。

（4）钻孔方案设计

根据地质分析和物探方法对前方工程地质的初步判断，并结合掌子面揭露的实际情况，有针对性地设计几个探孔。对每个孔的具体位置、孔向、深度进行专门的设计。

施工过程中，对地下水的探测遵循“探一个孔分析一个孔，处理一个孔”的原则，杜绝几个设计孔同时钻探或者待全部孔钻完后再处理的做法。

6、钻探施工

（1）孔口处理

当确认前方可能有水时，在开钻前需要安装孔口管。安装孔口管主要有两个重要作用：一是当出现涌水时可以再安全退钻后对水进行可控排放；另一方面可以利用孔口管进行原孔注浆。一般富水洞段孔口管采用钻孔注浆预埋方式；对可能揭露高压水的洞段还需利用锚杆杆固定孔口管，确保稳固，孔口管的埋设方位要根据设计的孔向进行。

孔口管安装后要安装压力表，同时留出减压阀。

（2）施工准备及钻机固定

孔口管安装好后，可以进行钻孔前准备。钻孔前主要准备好照明、动力、钻机平台及钻机安装等。钻机安装牢固，要根据预计出水压力与钻头大小计算水压力给钻机的推力，然后根据最大推力的2~3倍系数进行钻机的加固，确保高压水揭露后不会推翻钻机。

参与钻进、记录的相关人员、物探工程师、地质工程师到场，各种记录表格准备齐全，测量仪器（如秒表、容器等）准备齐全。

（3）钻进

准备工作就绪后，可以开始钻进。

（4）现场跟踪及地址判断

①钻进速度控制与记录。在孔口管内开口时，放慢钻进速度，严格按照设计的角度从孔中心钻进，避免钻进过快孔位偏离损伤孔口管。待钻过孔口管，钻头不会冲击孔口管后，适当加快钻进速度，保持中速钻进。钻进过程中，每10min记录一次钻进速度，要及时记录钻进过程中突发的过快过慢。

②钻进压力控制与记录。钻进速度和钻进压力成正比关系，钻进压力保持稳定来控制钻进速度。同时，比较稳定的压力也是进行地质判断的基准。

随时注意钻进压力的变化，一般情况下每10min记录一次钻进压力，对突发的压力增大或突然地卸压情况必须及时记录，并记录好相应的钻杆数量，以此推算发生压力突变的孔深位置。

③孔内流出物判断。孔内流出物主要是循环水和水携带的其他物质，比如石屑、石粉、揭露出的水等。根据不同岩石粉化后的性状和颜色，大致可以判断出钻进位置岩石的岩性，同时可以通过孔内返水和循环进水水量之间的关系判断孔内是否有水揭露出来，当有压力水射出时就明显表示揭露出了高压水。

④水量估算与测量。当水被揭露出来后，需对水量进行测量，测量可以通过容积法方式测量，当容积法测量有困难时，可以采用目测估计的方式进行，但估算人需要有一定的经验，否则误差较大，影响判断精度。

⑤适时停钻与退钻。一旦发现孔内出水，应该立即停止钻进，观察判断出水情况。

对水量的判断：停钻后，通过各种方法对出水量进行判断，当水量不大于30L/S并没有增大的迹象时，不必退钻。

对水压的判断：通过射水距离、手触等方式对水压力进行估计。一般情况下，如果触手可摸或水平孔出水口和水落地点连线角度小于45°时，则压力不会大于0.8~1MPa。当水量小于30L/S，压力小于1 MPa，且通过观察发现水量没有增大迹象时，可以谨慎钻进。但从新起钻后，只要发现压力和水量任何一项增大，马上停止钻进，并小心退钻，预示前方可能储有较大的地下水。