摘要：在隧道施工期中，采用各種技術(shù)、手段和方法對隧道掌子面前方地質(zhì)條件(情況)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測，從而使隧道施工可以提前采取預(yù)防措施、避免災(zāi)害的發(fā)生或者在一定的程度上減少災(zāi)害造成的損失，同時(shí)也滿足環(huán)境生態(tài)保護(hù)和安全生產(chǎn)的要求。本文首先闡述了隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容和方法，其次，分析了隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的形式和圍巖地質(zhì)條件與施工的關(guān)系，具有一定的參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：圍巖地質(zhì),施工,隧道地質(zhì),超前預(yù)報(bào)

　　1. 前言

　　近些年，隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，隧道工程已經(jīng)成為鐵路、公路和水利水電、礦山等大型項(xiàng)目中的重要工程。在這種形勢下，隧道工程的重要性越來越顯著，隧道工程的數(shù)量大幅度增加，隧道工程的長度明顯增加，規(guī)模不斷擴(kuò)大。因此隧道工程的順利安全施工和貫通，是不可回避的重要任務(wù)和技術(shù)難題。由于隧道工程屬于隱蔽工程，其埋深大、穿越地質(zhì)單元多，遇到的工程地質(zhì)問題較其他工程多，因此隧道的施工進(jìn)度常成為控制整個(gè)工程進(jìn)展。大量的隧道工程建設(shè)實(shí)踐表明，由于地質(zhì)勘察精度、經(jīng)費(fèi)等條件的限制，根據(jù)地質(zhì)勘察資料作出的設(shè)計(jì)與實(shí)際不相符的情況常有發(fā)生，因此隧道施工洞內(nèi)塌方、突水、突泥、瓦斯爆炸、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，給隧道施工造成了相當(dāng)大的危害。因此在隧道施工期中，采用各種技術(shù)、手段和方法對隧道掌子面前方地質(zhì)條件(情況)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測，從而使隧道施工可以提前采取預(yù)防措施、避免災(zāi)害的發(fā)生或者在一定的程度上減少災(zāi)害造成的損失，同時(shí)也滿足環(huán)境生態(tài)保護(hù)和安全生產(chǎn)的要求。

　　2. 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容和方法

　　2.1　隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容

　　超前地質(zhì)預(yù)報(bào)依據(jù)預(yù)報(bào)距離可分為長期(長距離)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和短期(短距離)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)兩類長期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可以探明工作面前方250 m~300 m范圍內(nèi)規(guī)模較大,嚴(yán)重影響施工的不良地質(zhì)體的性質(zhì)、位置、規(guī)模及含水性。

　　短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)距離一般在15 m~30 m左右,依據(jù)工作面的特征,通過觀測、鑒別和分析,結(jié)合長期預(yù)報(bào)成果,推斷前方可能出現(xiàn)的地層巖性情況以及掌子面不良地質(zhì)體的延伸情況,并提出適當(dāng)?shù)氖┕し椒ā⒊爸ёo(hù)和施工支護(hù)建議。

　　2.2　超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作方法

　　2.2.1　長期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方法

　　(1)前兆定量預(yù)測法。根據(jù)斷層形成的力學(xué)機(jī)制和地應(yīng)力能量釋放形成的基本理論可以推知:斷層破碎帶的厚度(寬度)與斷層影響帶內(nèi)的兩個(gè)異常帶的厚度之間有必然的聯(lián)系。這種聯(lián)系可以用數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來,這樣就可以應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式超前預(yù)報(bào)隧道工作面前方隱伏斷層的位置和破碎帶厚度(寬度),并且通過斷層產(chǎn)狀與隧道走向和隧道斷面的高度和寬度資料,預(yù)測影響隧道的長度。該方法的關(guān)鍵在于斷層影響帶內(nèi)強(qiáng)度降低帶的辨認(rèn)和始見點(diǎn)的位置確定,這要通過掌子面上大量的地質(zhì)編錄工作來實(shí)現(xiàn)。

　　(2)儀器探測法。儀器探測法主要有地質(zhì)雷達(dá)法、淺層地震反射法和TSP-202系統(tǒng)探測法。地質(zhì)雷達(dá)法是屬于電磁波勘探的一種物探方法,雷達(dá)波的發(fā)射是通過一領(lǐng)結(jié)狀面天線向地下輻射,此種方法在石灰?guī)r中應(yīng)用最合適,探距可達(dá)30 m。淺層地震反射法原理與TSP-202系統(tǒng)大致相同,探測距離可達(dá)100 m。TSP-202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是由瑞士來卡公司生產(chǎn),探測距離為250 m~300 m,最高分辨率為1 m,探測空間為掌子面的前上方。TSP-202系統(tǒng)的解釋主要是將探測后形成的圖像結(jié)合地質(zhì)實(shí)踐、地質(zhì)調(diào)查,確定不良地質(zhì)體的位置、性質(zhì)及大小等相關(guān)地質(zhì)特征。

　　2.2.2　短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

　　短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是在地面地質(zhì)調(diào)查和長期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上,結(jié)合它們的成果進(jìn)行的一種更加準(zhǔn)確的預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)范圍一般在掌子面前方15 m~20 m,主要的技術(shù)手段有臨近前兆預(yù)測法和掌子面編錄推斷法。

　　2.2.3 中距離預(yù)報(bào)

　　中距離預(yù)報(bào)距離為6~30 m,探測方法以物探和地質(zhì)超前鉆探相結(jié)合。主要目的是探測掌子面前方30 m范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體和含水構(gòu)造的準(zhǔn)確屬性、位置余額空間分布規(guī)模,并對短距離預(yù)報(bào)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,提高探測預(yù)報(bào)精度。

　　2.2.4有害氣體的預(yù)測

　　有些隧道通過區(qū)的地層為煤系地層,為了使施工順利安全進(jìn)行,采用沼氣-氧氣兩用報(bào)警儀,在隧道進(jìn)行長期跟蹤量測,采取數(shù)據(jù),進(jìn)行預(yù)報(bào)。根據(jù)數(shù)據(jù)的積累統(tǒng)計(jì)分析,對掌子面前方的有害氣體進(jìn)行預(yù)測,為隧道安全施工提供科學(xué)依據(jù)。在坑道開挖時(shí),工作面上瓦斯量超過1. 0%,就不準(zhǔn)放炮;超過2. 0%,人員就要全部撤出工作面。一般主風(fēng)流處瓦斯含量不得超過0. 5%,總回風(fēng)風(fēng)流處不得超過0. 75%。

　　3. 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的形式

　　3. 1　長期預(yù)報(bào)單

　　在分析既有的設(shè)計(jì)資料,進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)調(diào)繪核對補(bǔ)充設(shè)計(jì)資料,綜合分析判釋物探測試等工作后,通過綜合分析得出結(jié)論,向施工單位提交掌子面前方50~100 m左右的地質(zhì)、地下水情況及施工措施建議,以書面形式提出長期預(yù)報(bào)單。

　　3. 2　常規(guī)預(yù)報(bào)單

　　通過掌子面地質(zhì)素描、有害氣體的量測、針對性地面調(diào)繪等工作,再結(jié)合長期預(yù)報(bào)單的情況,進(jìn)行地質(zhì)作圖,預(yù)測掌子面前方15~30 m的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、圍巖類別、有害氣體的情況等,并提出相應(yīng)施工措施建議,以書面形式連續(xù)向施工單位提交預(yù)報(bào)通知單(一式兩份)。

　　3. 3　簡單說明及口頭通知

　　根據(jù)掌子面的地質(zhì)情況和前方不良地質(zhì)情況及施工單位主管技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)以口頭或作草圖的形式解釋預(yù)報(bào)單的情況,并重點(diǎn)說明施工中最應(yīng)注意的問題,作為施工組織安排的參考依據(jù)

　　4. 圍巖地質(zhì)條件與施工的關(guān)系

　　4.1　圍巖地質(zhì)條件對開挖方法的影響

　　隧道的開挖方法是根據(jù)隧道所處的圍巖類別,施工機(jī)械化水平,以及斷面大小等因素綜合確定。施工中開挖面的圍巖穩(wěn)定與否與采用的開挖方法密切相關(guān)。若在開挖之前,能準(zhǔn)確判定圍巖的工程地質(zhì)特征、巖體結(jié)構(gòu)及完整程度、地下水特征等,然后選擇正確的開挖方法,即使遇到的圍巖類別較低,施工也能順利進(jìn)行,不致發(fā)生坍塌。

　　4.2　圍巖地質(zhì)條件對爆破技術(shù)的影響

　　目前鉆爆法施工是隧道開挖的主要方法,提高隧道開挖的掘進(jìn)速度,提高爆破質(zhì)量,降低工程成本是目前鉆爆法施工的主要任務(wù)。開挖中是否能取得較好的鉆爆效果與炮眼布置密切相關(guān)。炮眼布置應(yīng)根據(jù)巖石強(qiáng)度和地質(zhì)特征綜合考慮,根據(jù)地質(zhì)狀況,合理進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì),既可提高爆破效果,加快施工進(jìn)度,又可限制爆破對圍巖的破壞和震動(dòng),從而避免進(jìn)一步松弛巖體的結(jié)構(gòu)而增大圍巖壓力,造成塌方。

　　4.3　圍巖地質(zhì)條件與施工支護(hù)

　　隧道開挖前,巖體中的初始壓力處于平衡狀態(tài),開挖后,巖體中的應(yīng)力將重新分布,洞室周圍圍巖發(fā)生變形。由于圍巖巖性和巖體結(jié)構(gòu)特征的不同,這個(gè)過程有快有慢。對于堅(jiān)硬的巖石,洞室開挖后,圍巖回彈變形快,采用開挖后及時(shí)支護(hù)的方法較為合適。對于軟弱圍巖來說,洞室開挖后圍巖變形往往要經(jīng)過一個(gè)較長的時(shí)期,選擇支護(hù)方式時(shí),應(yīng)以柔性支護(hù)為主,既允許圍巖有一定的變形,又要對其變形加以控制,防止松散和坍塌。

　　5.結(jié)語

　　隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作其實(shí)質(zhì)是隧道施工地質(zhì)勘察,與其他工程勘察一樣,應(yīng)以地質(zhì)為基礎(chǔ),以洞內(nèi)洞外的地質(zhì)調(diào)繪編錄、物探、鉆探等多種勘察手段相結(jié)合的勘察方法,綜合分析、預(yù)測隧道工作面前方可能遇到的不良地質(zhì)體及由此可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害的性質(zhì)、分布位置、規(guī)模,最大程度的查明隧道地質(zhì)信息,為隧道施工開挖提供依據(jù)。

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