综合超前地质预报在深埋超长大隧洞TBM施工中的应用及对比研究

郑杰

【摘要】为了能够很好应对深埋超长隧道TBM施工中可能出现的各种复杂问题，必须进行综合超前地质预报。我国在超长隧道施工中已经使用多种超前地质预报方法，但在超长大隧道TBM施工还缺乏系统的对比应用预报方法。本文对某输水工程TBM1标段使用了几种超前地质预报方法，通过几种发法的对比研究找到在深埋超长大隧道TBM中最合适的综合超前地质预报方法。

【关健词】深埋超长大隧洞；BTM施工；超前地质预报

引言

近些年地下工程项目不断增多，我国在地下工程中机械化的发展中需要不断寻求突破。其中TBM发展尤为迅速，在水利、交通等很多方面都有较快的使用，在一些国家大型工程中像南水北调中有很大的作用，如果仍然使用传统的施工方法是很大达到要求的。TBM具有安全、节约时间、环保高效等众多的优势使其得到广泛的使用。近几年使用TBM进行开挖的隧道已经有1800m之多。当前从事水利项目的施工研究者不断发现TBM的施工项目，在隧道开挖长度不断加长时能够很好的进行综合超前地质预报就显得非常重要，能够保证隧道施工的安全高效的进行。TBM施工是只能够不断前进不能后退的施工方法，在施工过程中不可避免会遇到一些突发情况向塌方、机器设备出现故障等困难情况，应该不断提高前期对地质等的勘察情况，更重要的是能够利用高端技术对前面的情况很好的预报，这样就减少了突发情况发生时产生的损失，从而使得施工很好的进行。根据深埋超长大隧道施工中的特征，通过对某输水工程TBM1段使用多种超前地质预报方法对比分析，发现各种方法的缺点进行不断的改善。

1、超前地质预报工作目的和内容

1.1 超前预报目的。在进行开挖工作前能够很好的勘察分析地形地质对安全施工有着重要的影响作用。通过超前地质预报发现地质中的破坏因素、具体位置、结构形式和含水量信息，确定使用怎样的方法去预防从而找到最佳的开挖断面和支护设计形式，并确定相应的参数形成最佳施工方案，对开挖中可能产生的灾害的预报及时掌握所有信息，使得施工单位准备恰当的措施预防减少资金损失保证足够的施工安全性。因此隧道预报能够提高施工效率和保证安全高效，产生更多的经济效益。

1.2 超前预报内容。一般进行以下几个方面的隧道工程超前预报：对不好地质和灾害进行预报：预报隧道开挖前方是否存在突然出现的气体、水和爆炸等，确定范围、规模和影响力找到合理预防方法；地质中含水量的预报：预报地质中可能产生涌水的地方和水量的大小，研究其对水文地质和环境地质的影响程度；预报存在破碎层或断裂层的情况：判断破碎层的位置、性质和是否有水存在，寻找相应对策；周围岩石稳定性预报：通过对岩石类型的确定不断修改施工设计和支护方法，保证其安全稳定；预报前方可能存在的有害气体，做好一定的防护措施。

2、超前地质预报在深埋超长TBM施工法的对比应用

超长地质预报有很多种类型，有各自的适用条件和特点。下面对该工程的TBM1标段使用几种预报方法进行对比分析。

2.1 直接分析法。它是一种对施工石渣研究的方法。在进行TBM施工时不能对掌子面进行近距离详细观察，所以可以通过开挖时产生的石渣和洞壁裸露面对比已经出现的不好地质情况分析、推测，从而预报出前方是否存在不好的地质情况。如果TBM石渣非常均匀而且两侧岩壁没有破裂痕迹、不是特别湿润，一般认为掌子面是没有问题的，然后继续不断记录石渣和两侧情况随时发现问题。要认真观察挖掘时的推力变化情况，当出现推力突然变小并持续时，那么前面可能是存在不良地质问题。这是一种直接有效的通过观察分析的预报方法。

2.2 地质分析法。此工程所使用的地质分析方法为：地质编录测绘和岩体物探测试共同结合使用。地质编录测绘是全面仔细的记录岩石的特点、结构、名称、颜色情况，有地下水存在和地应力存在时的特点。对于地质情况非常复杂的标段可以使用展开图的方式进行记录，若情况简单时可直接使用线柱图表示。那些断层、破碎层或者易产生岩爆区要使用相机进行拍摄进行标记。TBM施工过程中每天的进展是非常迅速的，因此为了能及时预报挖掘情况必须有工程在现场进行地质描绘，以保证工程能够正常安全的进行施工。

2.3 物探法。岩体的物探测试实际上就是对岩洞内岩石进行弹性测试，得出一个能产生岩石松动的区间范围，如果是地质环境相对简单的情况下，只需对100-200m内进行相应性能的测试，如果地质条件等都非常复杂时需要依据具体情况通过设定一定间距钻空完成测试。在这个工程的TBM标段所使用的物探方法是TSP超前地质预报。

TSP超前预报法是一家测量公司引进目前我国使用最多的一种预报方法。它主要是对隧道和一些地下工程开发形成的一种方法，通过发射地震波在不同地质条件的中传播产生的反射波不同的特质测验前方岩层的变化情况和周围的地质变化，是否有间断面、不规则体和碎石面等。它能够在TBM隧道开挖时时不靠近掌子面达到超前预报的目的。分析反射波分析转换得出前方地质情况，TSP超前预报是当前比较先进的一种探测方法，在我国的地下隧道、鐵路和水利等方面中大量使用。

通过成果的对比分析得到了TSP超前预报基本可以反映前方岩层情况。并且还有一下优点：适用条件宽泛，对地质条件没有要求。能够准确预测出相对较长距离内的掌子面情况，对施工影响非常小。非常节约时间整个探测过程可以和施工同时进行，及时呈报探测结果，对工期不产生任何影响，节约费用为不预报的15%左右。

3、结语

在今后工程中能够更好的预测地质情况，应该准确掌握以下情况：岩层中软弱带的情况、掌子面岩石变化情况、岩体内的缝隙断裂情况等。地质超前预报是将实际探测的地址情况信息同设计进行对比，提高设计资料的质量和适用性。总体而言，综合超前地质预报大大减少了工程中的危险事件的发生、缩短工期、节约费用，保证了TBM施工的安全性，达到高效施工的要求。

参考文献：

[1]钟宏伟等.我国隧道工程超前预报技术现状分析[J].人民长江，2014，（9）.

[2]郭朋超.隧道地质超前预报新技术概述[J].铁道建筑技术，2013，（2）.

[3]刘绍宝等.超前地质预报在TMB施工法中的应用[J].北京振冲技术论文汇编，2013，（2）.