[转载]【科普】隧道施工掌子面前方地质预报的要求 [复制链接]

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助理工程师

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2015-05-22

关键词：岩土工程隧道工程地质预报

1隧道施工地质预报的任务
埋深稍大的隧道，地面地质勘查的难度大，尤其是难以探查到可能造成危害的较小不良地质体，也仅能大致确定许多界面和不良地质体在隧道开挖时可能出现的位置。因此，在施工过程中校准勘查资料，并对掌子面前方的各种不良地质作探查并准确的定位十分必要。
隧道施工中遇到的可能造成地质灾害的不良地质体，主要包括断层、破碎带及破碎岩体、某些强风化岩脉、溶洞、溶管、涌水、涌泥等。由于施工和动态设计的需要，对重要的岩体分界线和岩体的破碎或完好情况也要进一步查清。

隧道内断层

隧道内大溶洞

隧道掌子面前方地质预报首先是查找易造成突发性地质灾害的不良地质体，直接为保证施工安全服务，其次是为动态设计提供岩体分界和岩体完整性情况，但首先是为保证安全服务。鉴于目前施工安全的形势严峻，各方都对隧道施工地质预报给予关注。目前的方法技术还不能适应施工的要求，还有大的提高空间。从事科研及开发的工作者应以提高探查能力、提高定位精度为目标；负责预报的工作人员应注意掌握地质资料，兢兢业业地做好每一次预报工作并注意开挖后及时反馈。
地质预报是一项系统工程，它牵涉到体制、配合、人员培训等方面。

2对物探预报手段的要求
（1）综合物探要达到的目标
①应当基本不遗漏掌子面前方及周边至少1/2隧道跨度范围内的重大隐患，包括断层、破碎带、强风化岩脉、溶洞、溶管、暗河、溶槽溶沟、大中涌水体等；预报的地质体空间定位要有足够的精度，误差应＜5%；
②要能对涌水量做出定量或半定量的估算。

隧道内涌水

因为施工需对于小、中、大涌水分别制定引排或超前注浆堵水等方案，确定是否作水平钻孔及其他措施；要能预报岩体的破碎或完好情况。若围岩情况将有突变，施工方要做好施工措施变更预案，设计方也要作设计的变更，地质预报应从资料方面给予必要的支援；要适应TBM（全断面掘进机）和钻爆法的施工，TBM长达几十米，机械占据了几十米长的全部隧道空间，预报手段要适应其工作方式；要少占用开挖时间，少干扰施工。隧道施工讲求施工速度，通常单线铁路隧道开挖可达200~250m，双车道公路隧道开挖可达100~150m，过多地占用开挖时间、过多地干扰施工，将会影响施工方与预报方的配合。

隧道突涌水后洞内情况

（2）对每一种物探方法的要求：
①要有特长，在综合物探系统中要能独当一面，例如弹性波类方法主要探查断层、破碎带、溶洞等，并能准确定位，能对岩体破碎和完整程度给予一定判定；电磁类方法主要探查含水层；激发极化类方法能区分含水泥砂、淤泥或自由流动的水，并判定涌水量。
②要探查一定远的距离，与开挖速度相适应。一般来讲，主力方法应能探查200m左右，预报100m以上；预报特定目标的方法，也应当探查50m以远。
③要能较准确地作被探查地质的空间定位。
④现场采集时间段，停止掌子面施工工作不要超过1h，对边墙施工烦扰不超过2h。

3各种方法应突破的技术
（1）弹性波类方法。
弹性波类方法有较高的定位定量精度，波速可以和岩体完整程度、密度相联系，探测距离较长，但反射类方法波的反射点，通常都不在掌子面正前方，作时深化后得到的是测点到反射面的距离，要作偏移才能准确确定反射体的空间位置。目前的问题是，如何提高定位精度。

定位精度的关键参数是波速。目前大部分弹性波反射类方法都是在隧道边墙利用折射波法测第一个主反射面以近岩体的波速。当反射面不平行掌子面（不垂直测线）时，便得不到第2层、第3层岩体波速。这一课题应当解决，有些方法已在努力解决、试验中。

一般来讲，只有测点在三维空间布置，才能实测并解出各层波速，否则要考虑其他措施。例如陆地声纳法，将边墙测波速的小折射波测点改成几个零震-检距的测点。即可和掌子面上原布置的水平和铅垂向剖面上的测点结合，根据测得的反射时通过迭代求出各层波速，或通过建模计算解算出波速及各反射面空间参数。

弹性波探测方法之陆地声纳法
有些方法还要进一步解决各类反射面的精确定位方法。
要设法利用横波。在采集的数据中能分离出横波并实测出横波速度，将是弹性波的一个跃进，一些方法用输入经验值从纵波波速计算横波波速，使人走入歧途。

（2）电磁类方法的主要任务是探查地下水。雷达对水是敏感的，但目前探距过小。如果雷达能发展进步到能探到掌子面面前方50~70m以上，将是有前途的。瞬变电磁法可探查到80m以上，是目前广受业内注目的方法。它需要解决三维空间下的正反演和消除隧道中金属物干扰的问题。这些问题得到一定解决后，它将是隧道地质预报的主要方法之一。

（3）激发极化类方法。
这类方法能适应TBM施工，这是其优点之一。它的主要任务是区分含水的泥、砂及溶洞充填物和自由流动的水，并且要估算涌水量。任务是艰巨的，需要有所突破。

4综合物探、综合地质及补充地质勘探
没有一种物探方法可以解决所有的问题，各种方法的资料都有多解性。因此，几种物探方法综合应用是必要的。综合物探也是地面复杂情况下物探应用的一个原则，但方法的选择应当少而精，要互补，主要注意各方法使用的参数互补。

隧道地质预报是隧道施工地质的一个环节。隧道施工还有许多地质工作，如掌子面地质素描、开挖暴露的不良地质体调查测绘、掌子面附件不稳定岩块的判定等。物探工作是地质预报的一个重要内容，必须与地质工作紧密结合，特别要注意资料的地质解释，也要注意开挖后的及时反馈，并据此作必要的校正，注意不断的实践——认识——再实践——再认识……

有时完全依靠隧道中的地质预报也是不合理的。例如在隧道上方几十米或百米之上若有地下暗河，暗河的水可能通过岩溶裂隙与隧道穿过的岩溶裂隙连通。在这种情况下隧道中的预报探查只能探查到掌子面前方的岩溶裂隙。如果在勘测阶段对暗河的探查结果不能满足施工需要，则应当补充地面勘探工作，将补充的地面勘查和隧道中探查相结合，作综合分析。

5提高资料解释水平，注意工作人员的培训
物探资料给出的是各种物理信息，对资料的判释，特别是资料的定性解释是关键。资料的解释对工作人员有一定的要求，要积累经验，因此应十分注意对人员的培训。2006年全国第二次物探工作座谈会上，到会的各类物探院负责人一致提出，就地面物探而言，应下大力加强对解释人员的培训，隧道地质预报更应当加强。不可能出现全智能型的解释软件，只能通过软件更好地积累正演资料，帮助工作人员解释资料，并使工作人员节省辅助工作时间，集中力量和时间在资料的解释上。可以考虑精选出最佳方法搭配，这也利于培训。

隧道地质预报是否能达到应有的水平和要求，与工作体制和各方的配合密切相关。新的公路隧道施工规范中对隧道地质预报将给予必要的重视，对这项工作及技术的发展给予法定的条件。国家自然科学基金和科技部也给予了相当的重视和支持。

（注：本文整理自《隧道施工掌子面前方地质预报的要求》，作者钟世航，公开发表于《中国地球物理》；转载请注明出处。）