基于公路隧道的地震波反射法超前地质预报应用效果研究.pdf

福建建设科技 工程勘测基于公路隧道的地震波反射法超前地质预报应用效果研究郑晋溪 梁文铭 陈建强 李 勤 薛翔宇(.福建省建筑科学研究院有限责任公司 福建省绿色建筑技术重点实验室 福建福州.福建省林业勘察设计院 福建福州)摘 要 超前地质预报技术在隧道工程中预报效果的准确性对指导施工安全及进度具有重要意义尤其是针对断层破碎带、突水、岩体不良等存在安全隐患的隧道研究超前地质预报的工作是关键所在 因此本文通过研究地震波反射法中的 技术与 技术在工程应用中的优劣性对比这两种方法的应用效果以提高工程预报技术的准度经比对发现 技术具有操作简单、经济性高但存在预判结果不准的缺陷而 的经济性与操作性相比于 技术略有不足但是预报结果较为准确具有与实际开挖结果更为贴合的优点该研究结果可为公路隧道超前地质预报探测提供参考借鉴关键词 公路隧道地震波反射法地质预报工程应用 :科技项目:福厦泉国家自主创新示范区滨海地下工程群抗浮关键技术研发与产业化协同创新平台项目()作者简介:郑晋溪()男硕士研究生岩土工程专业高级工程师主要从事地基基础研究与检测工作 引言随着社会的发展与进步公路隧道的建设是带动城乡居民流动的纽带发展经济离不开交通的便利性因此在建设过程中公路隧道所面临的诸如破碎带、突水、岩体不良等地质条件仍是建设所要关注的重点超前地质预报的准度直接影响建设过程中安全性工作的开展 由于长预报具有预报距离长的特点能够及时预判开挖前方土体的岩性因此预报精准度至关重要目前国内外使用地震波反射法的预报方式屡见不鲜我国最常用的要以 技术与 技术为主从应用结果上看两种技术手段仍存在不足预报结果与实际结果比较具有偏差较大的现象安全隐患的排除还不够彻底 因此比较 技术与 技术的优缺点对工程施工超前预报具有一定的指导价值国内外学者针对超前地质预报也展开了大量的研究许江波 等通过比较多种预报技术手段提出各种技术手段的优缺点并提出综合应用的方式赵永贵以隧道含水性为研究对象采用、与 等技术手段对预判隧道含水性的效果提出预判技术的局限性蒋辉等提出以 技术的软件分析优势改进 技术的不足获得了较好的结果赵学恭以 法与 法的应用效果分析了在超前地质预报的适用性侯伟清等依托于盾构隧道工程采用地震波反射法并跟踪开挖现状进行了现场试验陈利杰以统计学理论为依托研究了地震波波速与围岩等级之间的界定区间 技术与 技术应用较为广泛预报结果具有各自的优劣性具体实施情况与比对结果的分析还需进一步深入研究因此本文基于某公路隧道对 技术与 技术的探测效果进行比较通过现场围岩开挖实际情况验证方法的准度与不足为公路隧道超前地质预报探测提供参考借鉴 地震波反射法技术特点地震波反射法超前地质预报以 技术与 技术为主要手段本小节以这两种技术原理及优缺点展开分析 技术特点 偏移成像技术能够直观地表现出发射界面的构造状态、顺序关系、定位以及界面性质更有利于对图像进行构造分析但在数据处理过程中缺陷也较为明显 主要表现在试验条件不能满足地震数据采集所要求的横向偏移距在这个前提工程勘测福建建设科技 下采集的数据不能满足各向异性的特点且中心点与深度点各向同性性质要求也不满足因此围岩波速的精度难以保证 技术将数据采集过程中的地震数据进行修改在数据处理分析过程中所得到的最优速度并不准确、偏移位置的可信度不高对偏移技术的应用容易进入误区最终可能造成误判现场采集数据前需提前建立观测系统判断深度范围内的节理产状虽本身具有反射地震波干扰小的优势但针对平行节理以及与隧道夹角小的因素影响观测容易受到限制存在对位置定位不准的缺陷容易出现侧向干扰不易消除、围岩波速判定不准的现象 技术特点 技术的采集系统主要采用检波器进行采集采集系统不仅具有能够对掌子面前方的地震波反射信号准确接收还具有对各向异性的反射信号进行精准接收的特点检波器的采集路径较广所接收的信息各不相同 数据在处理过程中容易存在干扰信号需要滤掉除掌子面前方以外的干扰由于信号范围较广最容易受到影响的是面波、侧壁反射回波以及噪音量的程度 技术也同样具有偏移成像的功能由于未忽略横向及纵向偏移距的信号在应用上更贴合偏移成像的技术要求 数据处理时 技术主要以延时叠加的方式进行将观测到的信号不断叠加对节理裂隙存在的分层位置能够得到有效反馈 对所获地震波反射信号进行极性变化和幅值波动处理可以准确判断围岩的异常界面情况 地震波反射法现场布置为比对地震波反射法中 技术与 技术的差异性本小节设计了这两种技术在现场布设的方案介绍超前地质预报系统现场数据采集工作为后续结果比对提供依据表 /超前地质预报观测系统设计参数项目接收孔器激发点项目接收孔器激发点设计参数数量 个分别位于隧道左右边墙 个位于隧道左边墙直径/深度/定向垂直隧道轴向上倾 /高度离地面(隧底)高 左右离地面(隧底)高 左右位置距离掌子面约 第 个点位距同侧接收器孔 间距 左右设计参数数量 个分别位于隧道左右边墙 个分别位于隧道左右边墙直径深度 定向垂直隧道轴向上倾 /高度离地面(隧底)高 左右离地面(隧底)高 左右位置孔间距 隧道左右两侧各 个孔间距 隧道左右两侧各 个示意图示意图 技术在数据采集时同时接收三个方向的数据即 向、向、向采集样本时间间隔为 采集样本数为 个每个样本所记录的长度为 地震波激发方式采用爆破方式进行激发采用 技术预报时只有当 超前地质预报系统确定固定的参考坐标系才能准确记录震源激发点、检波器接收点的坐标进而才能准确预报地质异常体的位置 选取掌子面轴线为 轴定义坐标原点位置为 轴与 轴相交处轴为过坐标原点垂直于 轴的延长线且以掌子面前方为“”值方向 与 预报结果比对为研究二者在隧道超前地质预报的适用性本小节根据地勘资料及设计图纸资料显示的围岩现状选取某隧道 地质条件较为复杂的隧道作为研究对象进行隧道超前地质预报比对分析 预报结果解析隧道掌子面为 预报探测范围 开挖面围岩状况揭示为中 微风化凝灰熔岩 根据施工开挖实际以及地勘资料显示结果以二维图像进行显现分析结论见表 及图、图 所示表 地质超前预报数据分析结果里程桩号长度()探测结果推断 较测试段该段围岩平均波速变化不大局部有较强反射面及绕射异常推断该段围岩与已开挖段近似为中风化花岗岩岩体较破碎层间结合程度一般节理裂隙较发育呈块状结构自稳能力较差地下水少量发育呈点滴状出水 较前段该段围岩平均波速下降/增加泊松比变高密度变小杨氏模量变小推断该段围岩为节理裂隙密集带岩体破碎层间结合程度差呈散体结构稳定性差无支护易掉块、发生坍塌地下水发育开挖过程中可能会出现淋雨状出水的情况 福建建设科技 工程勘测图 岩石力学参数反演曲线图 二维速度反演视图 预报结果解析经过 后期处理软件进行色标设置自动生成偏移成像图像 预报区段内构造偏移成像如图 所示图 法地质构造偏移图像 预报系统在速度分布扫描成像及偏移成像的基础上结合已有地质资料进行解译利用 软件将预报区段地质情况分为 段地质解译如下:第 段:()该段围岩波速平均值为/初步判断为级围岩原岩为中 微风化凝灰熔岩节理裂隙发展程度较高分层之间的咬合效果较差岩土体破碎状况较复杂呈现为裂隙块状体围岩自身稳定性偏低第 段:()该段围岩波速偏低平均值为/初步判断为级围岩原岩为中 微风化凝灰熔岩围岩结构面粗糙分层之间的咬合效果差呈现为碎裂状节理裂隙发展程度较高岩土体破碎状况复杂围岩自身稳定性低需及时加强支护避免造成坍塌及掉块现象的发生第 段:()该段围岩波速平均值为/初步判断为级围岩原岩为中 微风化凝灰熔岩节理裂隙发展程度较高分层之间的咬合效果较差岩土体破碎状况较复杂呈现为裂隙块状体围岩自身稳定性偏低 结果比对及验证根据前文预报结果对 段进行比对分析实际开挖掌子面如图 所示 预报、预报评价及现场开挖结果如表 所示表 和 探测结果评价表里程实际开挖结果 岩土体破碎状况较复杂节理裂隙发展程度较高岩体干燥 岩土体破碎状况复杂节理裂隙发展程度较高局部岩体裂隙含有少量水评价:操作简单、经济性高、但存在可能预判结果不准的缺陷:经济性与操作性相比于 技术略有不足但是预报结果较为准确具有与实际开挖结果更为贴合的优点实际开挖:实际开挖结果与 最为接近在地下水方面预判可能出现不准的情况()()()()()图 各里程段掌子面开挖结果(下转第 页)福建建设科技 给水排水()衰变池通气管漏设放射性污水静置衰变时间较长产生的沼气应及时排出化粪池、衰变池都需要设置通气管排出口安装吸附过滤器避免放射性物质随沼气逸出多格衰减池可汇合一根立管伸出地面常有人员停留位置通气管管口需高出室外地坪 通气管的做法可参图“埋地汇合通气管”()核医学科放射性污水排放设计存在缺漏缺漏位置:加速器水冷机房感生放射性冷却水直接排放未考虑其为放射性废水需采用储罐收集静置衰变并稀释达标后方可外排动物房、实验室未划定核医学专区专区内产生的污水、动物粪便需收集并排入衰变池处理()放射性污水排放除了排放浓度限值达标排放总量限值也应得到审管部门认可具体可参见电离辐射防护与辐射源安全基本标准 中的要求此项应在设计前期向甲方咨询核医学科的建设规模并进行精确计算()核医学作为新兴学科设备、技术快速发展部分规范、标准、图集更新缓慢目前配套的各类衰变池图集较少给设计工作造成一定的困难为提高设计效率相关部门应及时组织编制、出版 结语核医学科是一门涉及多学科、多领域的综合性学科它是由医学、化学、生物学、核物理学、影像学、计算机技术等学科相结合的产物给排水专业作为工程基础学科服务于医疗卫生工程核医学科污水的排放(处理)关乎人民的健康、安全如何提高设计质量应跨学科了解核医学常识避免设计过程中的错、漏同时随着核医学的快速发展给排水科学与工程技术也应随之发展参考文献顾文超.核医学检查必不可少的放射性药物.思宇:.冀东侯铁钢宋旺旺等.质子治疗中感生放射性辐射防护.核电子学与探测技术():.核工业标准化研究所.电离辐射防护与辐射源安全基本标准:.北京:中国标准出版社.国家环境保护总局.医院污水处理技术指南:环发 号.:.梁耿刘大鹏.医用回旋加速器的联动防护和日常生产保障措施.医疗装备():.(上接第 页)从表 可以看出 技术具有操作简单、经济性高、但存在可能预判结果不准的缺陷而 的经济性与操作性相比于 技术略有不足但是预报结果较为准确具有与实际开挖结果更为贴合的优点 结论本文通过某隧道同一里程段超前地质预报 法与 法预报的工程实例为依据根据实际开挖情况进行对比验证得到以下结论:()技术具有操作简单、经济性高、但存在可能预判结果不准的缺陷()的经济性与操作性相比于 技术略有不足但是预报结果较为准确具有与实际开挖结果更为贴合的优点()在地下水方面预判可能出现误判情况因此在隧道地质条件较为复杂的情况下应综合考虑多方法预报掌子面前方围岩状态若岩体节理后岩质较均匀完整则采用 预报更为便捷经济 研究结果可为公路隧道超前地质预报探测提供参考参考文献许江波晏长根张晓毅等.隧道施工地震超前地质预报方法.土木建筑与环境工程():.尹雪波.岩溶隧道超前地质预报综合预报技术的应用效果分析.四川地质学报():.段铮.隧道断层破碎带综合超前地质预报及塌方防治技术.铁道建筑技术():.赵永贵.隧道围岩含水性预报技术.地球与环境():.蒋辉赵永贵.用 超前预报软件改进 超前预报技术的缺陷/中国地球物理 中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集.:.赵学恭.隧道超前地质预报地震波反射 法与 法的应用及比较.居舍():.侯伟清张星煜叶英.基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报初探.隧道建设():.陈利杰.地震波波速与围岩等级的统计分析.铁道勘察():.