隧道超前预报
隧道属于地下建筑工程,能够极大地缩短公路的长度,连接一般公路工程无法到达的区域,有着不可替代的重要性。随着国家经济的发展,公路隧道工程的数量越来越多,长度越来越长,埋深越来越大,施工的速度也要求越来越快。然而其地质情况往往令人意想不到,随时会出现各种形状和不同规模的地质体,引发各种地质问题。尤其是在地质条件复杂的山区建设隧道,隧道周围及工作面前方的工程地质和水文地质情况对于隧道施工的质量和安全关系重大。地下地质条件复杂,潜在无法预知的地质因素,如多变的地质条件、地层破碎带、断层、岩溶、富水岩层等。没有预报系统,不良地质条件极容易引起隧道塌方冒顶、沉陷、突泥涌水、支护结构变形,不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难,也常常因突发事故导致人身伤亡、设备损失、工期延误,从而造成巨大的经济损失,影响进度和形象。
通过隧道地质超前预报,并辅以其他地质调查方法,结合设计文件和提供的地质资料,对隧道工作面前方围岩,尤其是隧道掌子面前方围岩的工程地质和水文地质情况的性质、位置和规模进行比较准确、全面、系统的探测和判断,确定不良地质体的空间位置和危害程度,综合考虑围岩和主动支护因素,及时地调整支护参数,提出措施和建议,指导隧道施工,有效控制地质灾害的发生,确保支撑隧道的岩石牢固可靠和施工质量,改善工地的安全,赢得施工时间,降低成本,提高隧道掘进的进度,将风险降低到最小。
隧道超前预报的内容如下:
(1)对照设计文件提供的地质资料,预报隧道掌子面前方围岩软硬变化对施工的影响程度。
(2)预报可能出现破碎带,引起塌方,滑动的部位、形式、规模及发展趋势。
(3)预报可能出现突然涌水的地点、涌水量大小、地下水泥沙含量及对施工的影响。
(4)对隧道穿过不稳定岩层、较大断层作出预报。
(5)对隧道附近出现的溶洞大小、位置作出预报。
(6)能较准确地判定围岩类别并提供岩石力学参数,为确保隧道安全施工、确定隧道施工工艺,及时合理地调整支护参数,为对前方软弱岩层予以提前支护、加固提供可靠的依据。
目前,隧道超前预报方法有很多种,应该依据勘探目标、周期和经济成本等选择合适的方法。具体隧洞超前预报方法分类如下:
(1)工程地质分析。通过对隧洞工程区的地质调绘和对隧洞开挖洞段的地质编录,运用各种地质手段宏观预测隧洞施工掌子面前方的不良地质体性质、位置、规模以及水文地质条件。主要方法有地质体投射法、断层参数预测法和地质编录预报法等。
(2)超前钻探法。利用钻机在隧洞掌子面进行超前水平钻探,探明隧洞前方的地质及地下水情况。超前水平钻探法主要用于探测断层、溶腔、突水、涌泥、瓦斯等不良地质,具有直观、准确的特点。
(3)地球物理探测法。在隧洞内采用地球物理勘探方法,对隧洞施工掌子面及周围临近区域进行探测,根据围岩与不良地质体的物理特性差异,查明不良地质体的性质、位置及规模。目前,应用于隧洞超前预报的地球物理勘探方法主要有地震负视速度法、TSP(tunnel seismic prediction)隧洞超前预报技术、TRT(true reflection tomography)层析扫描超前预报技术、TGP(tunnel geologic prediction)超前预报技术、探地雷达法、红外探测法和BEAM(bore-tunneling electrical ahead monitoring)法等。本节仅介绍地球物理探测法中的TSP隧洞超前预报技术。