隧道施工期地质超前预报技术

【摘要】隧道工程地质情况的复杂多变性，导致在隧道施工过程中经常会遇到地质条件与勘查设计不符、围岩条件变化大以及突发性地质灾害等情况，地质超前预报能够对隧道前方围岩的不良地质情况进行及时预测，以达到提前预防、及时发现、及时处理、降低工程风险的目的。本文就隧道施工期地质超前预报技术的发展进行探讨。

【关键词】隧道施工；地质状况；超前预报技术

引言

由于实际情况的复杂性，当施工过程中遇到复杂地质情况时，采用综合超前地质预报技术措施往往比单一技术手段更具工程实用价值，因此如何结合实际情况针对不同的超前地质预报结果进行综合分析和解释，对于实际工程而言更具实际意义。

一、工程概况

某隧道长4884.14m，属特长隧道。其西段为陡崖，东段为斜坡。隧址区地形总体呈不规则M 形状。地势总体西高东低，西部属中低山峡谷地貌，绝对高程170～1035m。不良地质现象有：岩溶及岩溶水，穿煤压煤及有害气体等。由于隧道区紧邻峡谷，处于地下水季节变化地带附近，地下水的运动相当强烈，分布数量众多的大型复杂干溶洞、充填溶洞及地下暗河，对工程影响较大。

二、隧道超前地质预报设计

采取多种预报手段相结合的综合预报方法，以工程地质法（地质素描法）进行超前宏观预报为前提，结合TSP-203 超前地质预报系统、探测仪、超前探孔、超前导洞、经验法等综合手段，分长期预报、中期预报、短期预报三个阶段对岩体特征、涌水、瓦斯等不良工程地质进行超前预测预报，具体方法如下：采用TSP 系统与地质分析法相结合进行长期（长距离、大于100m 范围）地质预报；采用仪器和钻孔进行30～100m 距离的中期地质预报；采用在钻爆循环中加深炮眼钻孔或超前探水进行掌子面前方几十米范围探测。结合掌子面地质素描进行掌子面作业影响区域内的当前地质预报。

三、超前地质预报的措施及方法说明

3.1 施工经验法预测

根据投标文件中提供的地质资料及隧道施工经验，对洞内渗水、涌水特性以及施工方法、工艺类比地质情况、施工方法及工艺。并根据类比情况对相关问题提出预报。从地质资料及国内已有涌水有关资料表明，下述部位将可能出现大量涌水、突水突泥地带，作为地质超前预报重点部位：弱可溶岩进入强可溶岩的边界部位；进入导水构造发育的向斜一翼；开挖出现渗、滴水段逐渐变成线状渗水段，前方可能出现集中涌水段；钻孔时出现有清水变为泥水时，前方可能有溶洞；当地温出现比已开挖段低时。

3.2 地质分析法预报

对地表进行GPS 测量，绘制地形图，计算汇水面积，判断不良地质，利用1/10000 的地面测绘和其它基础资料对的地层界线、围岩类别、涌水以及其他的特殊工程地质问题进行预测。通过地表区域地质调查和掌子面已暴露地层进行观测、记录，以图文方式及表格形式来宏观判断可能以发生地质灾害及其程度。

3.3 地质仪器法预报

TSP203：传感器能采集不同方向的地震信号，能根据地震反射波判断发射截面的三维几何形态，经电脑分析，自动得出图像和结果。可以比较准确的预报工作面前方100-200m 范围内工程地质和水文地质情况，解决的主要技术问题如下：能探测工作面前方存在的断层、破碎带、特殊软岩、富水岩层和煤系地层与其他地层的界线、溶洞、暗河和岩溶陷落柱，还能探测岩浆岩岩体、岩脉、孤石等特殊地质体；能查明前述不良地质体的位置和规模，能判别不同类别围岩的分界线，并提供相应岩层的地质力学参数（杨氏弹性模量、泊淞比等）；能探测和较准确的解释距离为：软岩一般能探测250m（最大可达400m），硬岩一般能探测400m（最大可达500m），有效解释距离为150m；对不良地质体的地质性质判断，一般较准确；对不良地质体的位置判断精度可达90%以上；对不良地质体的规模的判断精度可达85%～90%以上。地质素描及数码相机分析法预报：利用地质素描判定工作面前方短距离范围内的地质情况。掘进施工时，派有经验的地质工程师在每循环后对工作面进行地质观察、记录，必要时照相摄影，并绘制地质素描图。根据掌子面地质情况，通过对地质素描图的分析，用工程类比法对开挖面前方短距离内的岩体稳定性进行分析，通过综合分析判断，提出地质预测报告。

3.4 涌水的预测

3.4.1 超前炮眼钻孔或超前探水钻孔的涌水量预测

根据开挖工作面上的超前炮眼钻孔的涌水量预测前方几米至几十米的水情这种方法的原理是利用爆破后的出水量和爆破前炮眼水喷距的一定比例关系，用喷距的大小来预测开挖后的涌水量。根据炮眼口水流射速，可以预报爆破的水量。但炮眼水喷射速度不易实测，它和炮眼水喷射的水平距离有一定的比例关系：式中：S-水平喷距（m）；v-喷射速度（m/s）；y-炮眼距隧底面高度（m）；g-重力加速度。

在实际应用中，应用工程类比法，可用喷距代替射速进行预报，具体方法是：暂时封闭水量较小的炮眼，只留一个喷距最远的测量其喷距（如完全封闭有困难，可尽量堵塞，减小其流量）；把实测喷距，换算成标准条件下的喷距即高出隧底面10m（y=1）时的喷距；根据换算后的喷距，对涌水量进行预报。一般喷距小于5m，为裂隙渗水和中、小股涌水，流量小于100m3/h；喷距5～9m，为小型突水，流量100～400m3/h，可加大炮眼长度，试探前进；喷距9～12m，为中型突水，流量400m3/h 以上，应停止施工，查明情况；喷距12m 以上，为大型突水，应停止施工，查明情况，从速处理。

3.4.2瓦斯预测

根据设计文件有关资料，进一步查明瓦斯地层分布范围，在开挖面快接近瓦斯地层时，加强地质超前预报，采用超前导坑法探孔，安设瓦斯遥测装置、定点报警仪，查明瓦斯种类和含量，确保施工安全。

四、结束语

根据具体的地质情况，应因地制宜，有效利用地质超前预报技术，方能建立起完整的地质超前预报体系， 才能起到真正准确的预报作用，从而确保快速、安全施工、提高施工进度，降低工程费用。

参考文献：

[1]徐凯.隧道施工期超前地质预报技术的应用[J].山西建筑，2016，42（18）：163-165.

[2]黄侃. 地质雷达与TSP在公路隧道超前地质预报中的应用[D].东南大学，2016.