综合超前地质预报技术在某岩溶隧道中的应用研究_沈洪伟.pdf

年第 期 第 卷隧道施工作者简介：沈洪伟，年生，大学本科，助理工程师，主要从事工程物探勘察及检测方面的工作。：综合超前地质预报技术在某岩溶隧道中的应用研究沈洪伟（上海同济检测技术有限公司，上海）摘 要：在我国西南地区岩溶隧道施工过程中极易发生突泥、突水等地质灾害，为了保证隧道施工安全，需要利用超前地质预报技术来查清开挖工作面前方不良地质情况。结合四川某岩溶隧道超前地质预报工作，采用宏观地质分析法、地震波反射法、地质雷达法与超前地质钻孔法相结合的综合超前地质预报技术，探明了隧道掌子面前方溶蚀管道、溶洞及隐伏含水体的空间位置分布情况，提高了地质预报精确度，降低了隧道施工风险。关键词：岩溶隧道；突泥突水灾害；综合超前地质预报；溶洞；隧道施工安全中图分类号：.文献标志码：引 言在我国西南地区隧道工程建设过程中，往往需要穿越各种复杂多变的地质环境及不良地质带，其中岩溶地质条件是制约隧道施工的重要因素。受岩溶发育的影响，隧道修建过程中极易发生塌方、突泥、突水等地质灾害，严重威胁到施工技术人员的生命财产安全。因此为了降低隧道施工风险，减少施工的盲目性，需要利用超前地质预报技术来查清开挖工作面前方不良地质情况。目前，国内外常用的隧道超前地质预报方法大致分为宏观地质分析法、地震波法、地质雷达法、瞬变电磁法以及超前钻探法等。由于受多种因素的影响，任何一种单一的预报方法都很难得到准确的预报结果。因此，应采用多种方法相结合、相互验证、相互补充的原则进行探测和综合分析，以提高预报的准确度。本文简述了综合超前探测方法的基本原理，并结合四川某岩溶隧道超前地质预报工作，提出以宏观地质分析为基础，采用 与地质雷达以及超前水平钻探相结合的综合探测方法，使用该方法成功预报了 段范围内的含水夹泥岩溶管道及泥质充填型溶腔，避免了塌方、突泥、突水等严重地质灾害的发生。综合超前预报技术.地震波法 是属于三分量地震波反射技术，其预报原理是利用少量炸药爆破激发产生的地震波在岩体中以球面波的形式传播，当地震波遇到弹性波阻抗差异界面时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质继续传播。反射的地震信号被三分量地震检波器接收，通过测量直达波速度、反射回波的时间、波形和强度，可以达到预报隧道掌子面前方地质条件的目的。.电磁波反射法电磁波反射法（地质雷达）是利用超高频电磁波探测地下介质分布一种方法，它的工作原理是发射天线向掌子面前方发射一定强度的高频脉冲电磁波信号，电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时即产生反射，反射信号被接收天线接收。通过分析反射电磁波信号的振幅、频率、强度、双程走时等参数信息即可达到对地下介质探测的目的。.超前钻探法超前地质钻探是利用钻机在隧道工作面钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法。布置超前钻孔时，在断层、节理密集带或其他破碎富水地层每循环可只布置一个钻孔；富水、岩溶发育区每 年第 期 第 卷隧道施工循环布置 个钻孔。超前钻探过程中应在现场做好钻探记录，根据钻进速度、钻孔压力、冲洗液颜色、卡钻位置及岩屑变化等钻进特征，来判断开挖面前方异常地质体的类型和空间位置分布。综合探测应用实例.工程概况及地质分析某岩溶隧道隧址区位于四川省西南部及四川盆地向云贵高原过渡地带，总体地势西北高，东南低，属构造剥蚀高中山地貌。隧址区内地层为岩溶中等发育区，岩溶形态主要以小规模的溶洞、溶孔、溶蚀沟槽为主。地下水主要为岩溶管道水、松散孔隙水、裂隙岩溶水。隧道进口地段岩溶水处在地下水位垂直渗入带或季节交替带，其余地段多处于季节变动带，部分为饱水带。在掘进过程中可能出现集中涌、突水灾害，并可能伴有管道中充填物涌出。总体来说岩溶地下水对隧道施工的安全影响较大。.地震波反射法超前探测采用 地震波反射法对该岩溶隧道施工里程段 范围内进行超前地质预报，接收炮孔数 个，激发炮孔 个，炮间距为.。将收集的数据通过数据处理，可获得工区内隧道掌子面前方地质状况成果图，主要有 波和 波绕射偏移成果图及数据综合成果图。在数据分析时，通常我们采取以同侧数据为主，对侧数据为辅，波数据为主，波数据为辅的原则。由图 绕射偏移成果图可知 范围内纵、横波冷暖色条带成组出现，横波负反射振幅较纵波强，并且存在明显的短尖灭弧现象，表明在该范围内岩质软弱，岩体破碎，岩溶发育，含水量丰富；在图 反射界面俯视、侧视图中可以看出 里程段蓝线、红线分布十分密集，形成多个强反射界面，表明该里程段围岩溶蚀裂隙密集发育，裂隙内含水量较高或夹泥较多；在比速度分布图中发现里程 内纵、横波比速度曲线段呈现出“凹”形特征，纵、横波波速出现较大幅降低，表明该段围岩介质密度较小，孔隙率增大，区域内介质与前后围岩的明显差别较大，存在较大充水夹泥溶洞。综合以上所述，推断在里程段 范围内局部发育溶蚀裂隙破碎带、溶洞和溶蚀管道，溶洞内多为泥质充填，地下水发育，为富水带。.地质雷达法超前探测根据 预报的结果，范围内可能存在较大的溶蚀裂隙或含水夹泥充填型溶洞。当隧道掌子面开挖至 时，为了进一步了解掌子面前方的地质情况，采用地质雷达对里程段 开展了一次短距离探测工作。本次使用的设备为劳雷 型地质雷达，屏蔽天线，雷达的采集样本点数为，记录时窗为 。（）同侧绕射偏移成果 （）对侧绕射偏移成果图 绕射偏移成果图沈洪伟：综合超前地质预报技术在某岩溶隧道中的应用研究（）反射界面俯视 （）反射界面侧视（）比速度及反射符号分布图 同侧数据综合成果图如图（）地质雷达探测结果剖面所示，里程桩号 内左侧存在 组倾斜方向的强反射小波，振幅明显且变化较大，同相轴错段，反射电磁波与入射电磁波相位相反，表明该段里程范围内岩体完整性较差，岩体破碎，节理裂隙发育，斜向发育有夹泥裂隙带、溶蚀管道；里程段 范围内右侧同相轴连续性一般，相位发生反转，并且存在多组明显弧形反射界面，反射振幅强，介电常数差异大，表明该段里程范围内开挖面右侧可能发育有较大的溶洞，溶洞内多为泥质充填；从图（）单道时间频率谱图可知，强振幅异常区域主频大致在 范围内，相对偏低，推测溶洞、裂隙内充填物为饱水松散混合岩土体，岩体含水量较高，为富水区。综合推断在里程桩号 范围内左侧斜向发育有溶蚀裂隙破碎带、溶蚀管道，裂隙间多为泥质充填，为富水带，多为岩溶管道水出露；里程 范围开挖面右侧可能发育有含水夹泥溶洞。.超前水平钻探根据 和 综合探测结果基本上确定了掌子面前方岩溶发育的大致情况，从施工安全考虑，为了更加准确直观地反映探测结果，决定在 处掌子面布置超前水平钻探，布置 个钻孔，深度 ，钻孔布置示意图如图 所示。钻探结果如表 所示，钻孔 显示深度 段出现突水，为股状出水，水质混浊夹泥，钻进过程中存在卡钻和突进现象；钻孔 发现在钻进深度 时冲洗液颜色由灰白变成黄褐色，钻机压力表压力偏低，钻进速度过快，出水量渐增。对超前地质钻孔的冲洗液颜色、出水流量及突进段落位置等特征进行分析，初步得到以下结论：前方 范围内左、中侧发育有溶蚀裂隙破碎带、溶蚀管道，充填物为含水泥质充填，地下水发育；段右侧发育有泥质充填型溶腔，地下水较发育。.综合预报结论根据前期地勘资料、地质雷达、超前钻孔等结果进行综合分析，预报里程段主要为中风化白云质灰岩，岩质较坚硬，岩体破碎，节理裂隙发育，里程段 范围内开挖面左侧局 年第 期 第 卷隧道施工（）地质雷达探测结果剖面（）单道时间频率谱图 地质雷达探测结果剖面及典型单道时间频率谱图 超前钻孔布置表 超前水平钻探成果钻孔深度 地质描述及结论 处（），钻孔钻进过程中存在卡钻和突进现象，钻机液压表压力忽高忽低，钻孔冲洗液呈黄褐色，夹泥，孔口有股状流水。孔、孔未见异常 处（），钻机钻进过程中液压表压力偏低，钻进速度快，钻孔冲洗液呈黄褐色，夹泥，孔口有少量出水。孔、孔未见异常钻机钻进过程中无卡钻现象，钻进速度稳定，钻孔排渣主要为灰白色岩屑，孔口不出水部发育有溶蚀裂隙破碎带、溶蚀通道，多为饱水松散混合岩土体充填，地下水发育，为富水区；里程段右侧发育泥、砂质充填型溶腔，围岩含水量较高。隧道施工中应尽量减少对溶腔、溶蚀管道的扰动，防止发生突泥、涌水事故。.开挖揭露情况开挖面里程 洞身左侧拱腰位置发育有泥质充填型岩溶管道，管道内充水，为股状出水，见图（）；在 右拱角附近发育半充填型黏土溶腔，腔体内湿润，见图（）。（）揭示的岩溶管道（）揭示的溶腔图 开挖揭示的岩溶管道与溶腔 结 论（）以地质调查分析法、地震波法、地质雷达电磁波法以及超前水平钻探为一体的综合超前预报体系，在岩溶隧道超前地质预报中取得了良好的效果。（）本文采用综合超前预报体系准确预报了 范围内左侧含水夹泥溶蚀管道及 段右侧泥质充填型溶腔，为制定施工措施，保障施工安全提供了可靠依据。（）综合预报体系实施过程从宏观到具体，预报手段长短结合，采用多种探测方法相互补充、验证，增强了超前地质预报的准确性和可信度。同时该预报体系也为其他类似岩溶地区超前预报工作提供了参考和借鉴。参 考 文 献 吴江滨超前预报在隧道工程中的应用工程地质学报，（）：黄勐，杜风华，叶文，等超前地质预报技术在地铁隧道不良地质体中的应用建筑安全，（）：（下转第 页）年第 期 第 卷脚手架与模架安全标高的复核，同时进行顶板次龙骨的安装，次龙骨为 钢木龙骨，钢木龙骨间距为，次龙骨上铺设 厚木胶合板。质量控制要点（）首先需保证测量放线的准确性，对梁及板的轴线位置确认标齐，其次是对高支模的水平标高进行控制，架体支设过程中严格做好模板的定位工作，定时对架体进行复核检查。（）立杆应设立于可靠的垫板上，应保证支架基层的稳定性，同时随着支设高度的增加，应检查重点立杆的垂直度，保证结构的轴心受力，并确保支撑体系的安全性。（）由于梁下采用扣件式架体，主要靠扣件的摩擦力传力，要求扣件螺栓的紧固扭矩在规范要求的 ，需对工人的操作进行规范化培训，并对扣件拧紧力矩进行检查。（）上部混凝土浇筑时，应注意勿在同一地方堆放混凝土过多，控制施工荷载，避免集中荷载过大而发生破坏的情况，同时浇筑时重点关注支撑架体是否发生扣件松动或杆件失稳等危险现象。结束语高支模工程作为危大工程项目中的重点分部分项工程，其施工技术在各项实际工程中的应用情况十分重要。本文依托西安市某项目的高支模工程，对各类高支模支撑架体的工艺特征进行总结分析，并针对项目实际情况，优选出盘扣式架体与扣件式架体组合的支撑体系，分析论述了组合支撑体系的施工工艺和主要控制要点，该工艺的应用证明了组合支撑体系的可行性，也为项目的安全施工和整体质量提供了保证，同时还能为其他的高支模工程提供应用参考。参 考 文 献 李雨水平荷载及缺陷对扣件式脚手架承载力的影响分析西安：长安大学，周伟桥梁工程高支模中扣件式钢管脚手架的应用交通世界，（）：韩学威碗扣式高支模架力学性能试验研究郑州：郑州大学，赫宏伟教来河特大桥满堂支架整体受力分析四川建筑，（）：何春平，孙江龙承插型盘扣式支撑架在大型厂房施工中的应用施工技术，（）：李志伟，翟桂庆高空大跨度悬挑模架支撑体系设计研究施工技术，（）：中华人民共和国住房和城乡建设部建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范：北京：中国建筑工业出版社，（本文收稿：）（上接第 页）王玉琴，高树全综合超前地质预报技术在贵南铁路岩溶隧道中的应用工程地球物理学报，（）：廖烟开，李瑞林，唐进才，等综合超前预报技术在某岩溶瓦斯隧道中的应用山西建筑，（）：覃晖，唐玉，王峥峥，等综合探测技术在隧道超前地质预报中的应用现代隧道技术（增刊），（）：周轮，李术才，许振浩，等隧道综合超前地质预报技术及其工程应用山东大学学报（工学版），（）：李俊杰，张红纲，王伟，等综合物探技术在灰岩地区隧洞超前预报中的应用地质与勘探，（）：张志却，田方正，王晓形基于 与 技术对公路隧道溶洞探测的综合应用浙江交通职业技术学院学报，（）：江杰，黄厚，钟一和，等岩溶地区地铁一种综合超前地质预报方法（）：刘云祯 隧道地震预报系统与预报技术探讨铁道建筑技术，（增）：（本文收稿：）