综合超前预报技术在王家坝隧道中的应用

谢旭强, 张武毅,杜飞天

(1.浙江公路水运工程监理有限公司,杭州 310004；2.浙江交科工程检测有限公司，杭州 311215；3.浙江省交通规划设计研究院，杭州 310006)

综合超前预报技术在王家坝隧道中的应用

谢旭强1, 张武毅2,杜飞天3

(1.浙江公路水运工程监理有限公司,杭州 310004；2.浙江交科工程检测有限公司，杭州 311215；3.浙江省交通规划设计研究院，杭州 310006)

本文首先对综合超前预报方法进行了简单介绍，重点分析了综合超前预报法在王家坝隧道的应用。根据实际开挖过程的反馈信息表明：相较与单一的预报手段，综合超前预报法能够提高预报的精确度，同时阐述了各种单一预报方法在综合超前预报中的作用。

综合超前预报；TGP206；探地雷达；超前钻孔

0 引 言

在当前我国地下工程尤其是隧道工程蓬勃发展的背景下，复杂多样的工程地质条件在隧道工程中不断地显现，施工难度也因此不断地增加。同时由于隧道工程具有区别于其它工程一些特点，如其隐蔽性、复杂性和不确定性等，因此，仅仅通过前期工程地质勘测远远不能满足现场施工技术人员的技术需求，还有大量的未知地质情况需要伴随实际施工的开展才能不断的被了解和掌握。基于隧道施工的特殊性，综合超前地质预报技术被提出及应用。

1 综合超前预报技术

目前，传统超前预报方法主要为地质素描法、超前钻探法、声波法、电测法、地质雷达法、TGP超前地质预报仪等，这些方法各有其独特优点和缺点。例如，超前钻探法优点是直接可靠、准确率较高，缺点是占用工时较多、探测距离较短；TGP超前预报优点是间接方便、探测距离较长，缺点则是在缺少工程地勘资料时会出现一定偏差，准确率不高。由此可见，单独的一种超前预报方法很难在预报距离和预报精度方面取得有效统一。

然而，综合超前地质预报技术则是在综合上述超前预报方法的优点上而建立起的一种综合超前地质预报方法。此种方法以“地质—物探—钻探”为隧道施工超前地质综合预报的指导思想，并依此来提高超前预报的精度。它主要采用掌子面素描法、超前钻探法、TGP206超前地质预报仪和地质雷达法对掌子面前方围岩进行探测，通过各种方法的优缺互补，从而达到在超前预报距离和预报精度方面的协调统一，此种方法在王家坝隧道中广泛应用，并取得了良好效果。

2 工程简介

王家坝隧道工程所处在地貌为低山区剥蚀地带。上覆第四系全新统粉质粘土、圆砾土、软石土；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上端(J2S)泥岩夹砂岩。单斜构造，隧道围岩以软质岩为主，右侧岩体顺层，易产生掉块，泥岩含水量较少，砂岩地下水较丰富，预计隧道涌水量674 m3/d。隧区属川西北含天然气地质构造环境，本隧按低瓦斯隧道设计。

3 实例应用

里程DK487+940～DK488+095为洞口段，地勘资料显示地形地质变化较大，设计围岩等级为Ⅴ级。据此,为保障施工安全及施工进度，开挖过程中主要采用以掌子面素描法、超前钻探法、TGP206及探地雷达法相互结合的综合超前预报方法来为项目顺利实施提供保障。

3.1 掌子面素描法

为了了解开挖断面的地质状况，因此，对各个掌子面进行了地质素描分析，对每个开挖步进行记录。例：对隧道进口段掌子面DK487+940的地质编录(图1)。通过现场的观察发现：该掌子面围岩为泥岩，节理裂隙发育一般，掌子面附近无明显地下水发育特征，现场初步判定围岩级别为V级。

图1 掌子面地质情况

3.2 超前钻探法

根据现场实际情况，在不影响正常施工的前提下，本次超前钻孔探测在掌子面的钻孔布设如图2所示。超前探孔初始里程为DK487+950.8，探孔终止里程为DK488+000.4。偏(仰)角均为5度。

图2 超前探孔位置布置示意图

实际操作中采用水钻，螺旋钻进取芯。分段钻孔显示地质状况较为相似，即围岩岩性主要为泥岩，裂隙发育，岩体破碎；中间里程存在裂隙中且有泥质填充的现象。

根据对于超前钻孔记录表(图3)的分析，预测区段围岩总体较为单一，不存在非常明显的地质变化预兆。超前钻孔显示在钻孔各段里程范围内，围岩总体保持稳定，但需要注意的是中间段里程之后的围岩变化，即里程975之后围岩岩性可能存在变化。

图3 超前钻探记录表

3.3 TGP206超前地质预报仪

根据TGP超前地质预报仪采集的TGP地震波数据，通过专业软件处理得到TGP综合超前地质预报成果图(包括纵、横波绕射偏移图、反射界面俯视图和纵、横波速度变化图)，按照一般成果图的分析经验，在成果分析解释中应遵循以下准则：

①成果图的分析解释应当以各项数据综合考虑，不能以偏概全，把某一项数据分析结果作为TGP综合预报结论；②考虑到同对侧原始数据差异，以同侧处理结果解释为主、对侧处理结果为辅的原则；③考虑到纵横波分别反映不同的地质状况，因此，应把纵横波分别作为单独参数指标进行分析解释；④正反射界面表明此处围岩的岩性较好或有转好趋势；负反射界面则说明此处围岩较差或有变差趋势；⑤纵波能较好的反映围岩岩性的变化，横波则对裂隙含水情况较为敏感。

通过对成果图(图4)的分析，隧道围岩变化主要集中在DK487+980～D4K488+012围岩段。具体变化为：在K487+980～D4K488+012段纵波波速呈现较大变化，说明该段围岩整体完整性可能存在较大变化；横波变化则不是很大，反射较弱，说明该段地下水含量较少，裂隙水不发育；但从绕射偏移图上可知，色调呈现较为明显的冷暖交替，表明该段围岩岩性的变化幅度可能较大，施工时应加强监控。该段围岩同前后段相比要差。应列为重点关注部位。

3.4 探地雷达法

上述超前钻孔分析以及TGP206预报仪均显示里程DK487+980左右围岩出现变化。鉴于该段岩层为进口段围岩，岩性变化对施工影响极大，因此需加强对该段的预测，工程中在里程DK487+970处进行了一次短距离的探地雷达预报，以明确掌子面前方围岩的具体变化，详细成果图如图5所示。

图4 DK487+940～DK488+095成果图

图5 DK487+970～DK488+020成果图

本次预测范围内雷达波形整体较为均匀，在隧道掌子面前方0～30 m范围内，雷达波形整体度较好，推测该段岩体与掌子面类似，仍为砂岩且完整性好，但需要注意在右幅掌子面前方8～12 m范围内雷达波形波动明显且有弱波反射，判定该处岩体较掌子面岩体破碎，局部裂隙发育且有基岩裂隙水溢出，隧道开挖后可能有地下水以点滴状产出；在掌子面30～50 m范围内雷达波形总体与前段类似，但波形反射强度增加，推测该段围岩完整性较差，岩体节理裂隙增多，同时在掌子面前方32～35 m范围可能有围岩夹层存在。

3.5 综合预测结论

综合掌子面素描、超前探孔、TGP206超前地质预报仪和地质雷达的预报结果，较为明确的判定了里程DK487+980处存在较为明显的地质变化，且判定了主要的变化范围：掌子面右侧围岩。实际开挖过程揭示：里程DK487+980～D4K488+020区段内围岩岩性较前后段要差。因施工方根据超前预报的结果采取了相应的施工措施，保证了施工安全及进度。

4 结 语

在王家坝隧道施工过程中，通过结合掌子面素描、超前探孔、TGP超前地质预报仪和地质雷达等进行综合地质超前预报，并贯穿整个隧道施工的过程当中，使隧道施工技术人员在特殊地质地段或不良地质地段能够及时采取有效的预防措施。因此，隧道地质超前预报对于隧道工程施工的安全、成本控制方面有着重要意义。通过本文的研究，可得出以下结论：

(1)综合地质超前预报结合了长、中、短三种预报手段的优势，能够有效的提高预报精度。特别在复杂隧道施工地质预报工作中，应尽可能的采用综合超前预报法。

(2)对于物探法而言，如TGP206、探地雷达等，采集到的第一手数据是准确预测的前提，因此，现场预报过程中应尽量排除施工干扰。

(3)分析综合超前地质预报：长距离预报(TGP206)作为确定重点预报里程的基础；中距离预报(超前钻孔、探底雷达)作为重点预报手段，具有较好的精确性；短距离预报(掌子面素描)作为现场分析依据，能够实时反映围岩的变化，为现场施工提供第一手资料。

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Application of Comprehensive Geological Prediction in Wangjiaba Tunnel

XIE Xu-qiang1，ZHANG Wu-yi2，DU Fei-tian3

(1.Zhejiang Supervision on Highway and Water Way Transp ortation Construction Engineering Co,Ltd, Hangzhou 310004,China; 2.Zhejiang Traffic Detection Co,Ltd,Hangzhou 311215,China;3.Zhejiang Provincial Institute Of Communications Planning Design&.Research, Hangzhou 310006,China)

This paper gives a brief introduction on the comprehensive advanced prediction, which was analyzed in the application of Wang Jiaba tunnel emphatically. The feedback information of actual excavation process shows that the comprehensive advanced prediction compared with single forecasting method can improve the accuracy of forecasting, meanwhile, the feedback information expounds the role of various single forecast methods in comprehensive advanced prediction.

comprehensive advanced prediction; TGP206; ground penetrating radar; advance borehole

2014-07-02

谢旭强(1973-)，男，浙江遂昌人，高级工程师，E-mail：xxq5858@sina.com。

U456.3

A ?

10.3969/j.issn.1671-234X.2014.03.006

1671-234X(2014)03-0028-04