摘要：在隧道施工期中，采用各种技术、手段和方法对隧道掌子面前方地质条件(情况)进行及时准确的预测，从而使隧道施工可以提前采取预防措施、避免灾害的发生或者在一定的程度上减少灾害造成的损失，同时也满足环境生态保护和安全生产的要求。本文首先阐述了隧道地质超前预报的主要内容和方法，其次，分析了隧道地质超前预报的形式和围岩地质条件与施工的关系，具有一定的参考价值。
关键词：围岩地质,施工,隧道地质,超前预报
1. 前言
近些年，随着我国基础建设规模的不断扩大，隧道工程已经成为铁路、公路和水利水电、矿山等大型项目中的重要工程。在这种形势下，隧道工程的重要性越来越显著，隧道工程的数量大幅度增加，隧道工程的长度明显增加，规模不断扩大。因此隧道工程的顺利安全施工和贯通，是不可回避的重要任务和技术难题。由于隧道工程属于隐蔽工程，其埋深大、穿越地质单元多，遇到的工程地质问题较其他工程多，因此隧道的施工进度常成为控制整个工程进展。大量的隧道工程建设实践表明，由于地质勘察精度、经费等条件的限制，根据地质勘察资料作出的设计与实际不相符的情况常有发生，因此隧道施工洞内塌方、突水、突泥、瓦斯爆炸、岩爆等地质灾害时有发生，给隧道施工造成了相当大的危害。因此在隧道施工期中，采用各种技术、手段和方法对隧道掌子面前方地质条件(情况)进行及时准确的预测，从而使隧道施工可以提前采取预防措施、避免灾害的发生或者在一定的程度上减少灾害造成的损失，同时也满足环境生态保护和安全生产的要求。
2. 隧道地质超前预报的主要内容和方法
2.1 隧道地质超前预报的主要内容
超前地质预报依据预报距离可分为长期(长距离)超前地质预报和短期(短距离)超前地质预报两类长期超前地质预报可以探明工作面前方250 m~300 m范围内规模较大,严重影响施工的不良地质体的性质、位置、规模及含水性。
短期超前地质预报,预报距离一般在15 m~30 m左右,依据工作面的特征,通过观测、鉴别和分析,结合长期预报成果,推断前方可能出现的地层岩性情况以及掌子面不良地质体的延伸情况,并提出适当的施工方法、超前支护和施工支护建议。
2.2 超前地质预报的工作方法
2.2.1 长期超前地质预报工作方法
(1)前兆定量预测法。根据断层形成的力学机制和地应力能量释放形成的基本理论可以推知:断层破碎带的厚度(宽度)与断层影响带内的两个异常带的厚度之间有必然的联系。这种联系可以用数学公式表达出来,这样就可以应用经验公式超前预报隧道工作面前方隐伏断层的位置和破碎带厚度(宽度),并且通过断层产状与隧道走向和隧道断面的高度和宽度资料,预测影响隧道的长度。该方法的关键在于断层影响带内强度降低带的辨认和始见点的位置确定,这要通过掌子面上大量的地质编录工作来实现。
(2)仪器探测法。仪器探测法主要有地质雷达法、浅层地震反射法和TSP-202系统探测法。地质雷达法是属于电磁波勘探的一种物探方法,雷达波的发射是通过一领结状面天线向地下辐射,此种方法在石灰岩中应用最合适,探距可达30 m。浅层地震反射法原理与TSP-202系统大致相同,探测距离可达100 m。TSP-202超前地质预报系统是由瑞士来卡公司生产,探测距离为250 m~300 m,最高分辨率为1 m,探测空间为掌子面的前上方。TSP-202系统的解释主要是将探测后形成的图像结合地质实践、地质调查,确定不良地质体的位置、性质及大小等相关地质特征。
2.2.2 短期超前地质预报
短期超前地质预报是在地面地质调查和长期超前地质预报的基础上,结合它们的成果进行的一种更加准确的预报,预报范围一般在掌子面前方15 m~20 m,主要的技术手段有临近前兆预测法和掌子面编录推断法。
2.2.3 中距离预报
中距离预报距离为6~30 m,探测方法以物探和地质超前钻探相结合。主要目的是探测掌子面前方30 m范围内的不良地质体和含水构造的准确属性、位置余额空间分布规模,并对短距离预报的结果进行验证,提高探测预报精度。
2.2.4有害气体的预测
有些隧道通过区的地层为煤系地层,为了使施工顺利安全进行,采用沼气-氧气两用报警仪,在隧道进行长期跟踪量测,采取数据,进行预报。根据数据的积累统计分析,对掌子面前方的有害气体进行预测,为隧道安全施工提供科学依据。在坑道开挖时,工作面上瓦斯量超过1. 0%,就不准放炮;超过2. 0%,人员就要全部撤出工作面。一般主风流处瓦斯含量不得超过0. 5%,总回风风流处不得超过0. 75%。
3. 隧道地质超前预报的形式
3. 1 长期预报单
在分析既有的设计资料,进行详细地质调绘核对补充设计资料,综合分析判释物探测试等工作后,通过综合分析得出结论,向施工单位提交掌子面前方50~100 m左右的地质、地下水情况及施工措施建议,以书面形式提出长期预报单。
3. 2 常规预报单
通过掌子面地质素描、有害气体的量测、针对性地面调绘等工作,再结合长期预报单的情况,进行地质作图,预测掌子面前方15~30 m的工程地质条件、水文地质条件、围岩类别、有害气体的情况等,并提出相应施工措施建议,以书面形式连续向施工单位提交预报通知单(一式两份)。
3. 3 简单说明及口头通知
根据掌子面的地质情况和前方不良地质情况及施工单位主管技术领导以口头或作草图的形式解释预报单的情况,并重点说明施工中最应注意的问题,作为施工组织安排的参考依据
4. 围岩地质条件与施工的关系
4.1 围岩地质条件对开挖方法的影响
隧道的开挖方法是根据隧道所处的围岩类别,施工机械化水平,以及断面大小等因素综合确定。施工中开挖面的围岩稳定与否与采用的开挖方法密切相关。若在开挖之前,能准确判定围岩的工程地质特征、岩体结构及完整程度、地下水特征等,然后选择正确的开挖方法,即使遇到的围岩类别较低,施工也能顺利进行,不致发生坍塌。
4.2 围岩地质条件对爆破技术的影响
目前钻爆法施工是隧道开挖的主要方法,提高隧道开挖的掘进速度,提高爆破质量,降低工程成本是目前钻爆法施工的主要任务。开挖中是否能取得较好的钻爆效果与炮眼布置密切相关。炮眼布置应根据岩石强度和地质特征综合考虑,根据地质状况,合理进行钻爆设计,既可提高爆破效果,加快施工进度,又可限制爆破对围岩的破坏和震动,从而避免进一步松弛岩体的结构而增大围岩压力,造成塌方。
4.3 围岩地质条件与施工支护
隧道开挖前,岩体中的初始压力处于平衡状态,开挖后,岩体中的应力将重新分布,洞室周围围岩发生变形。由于围岩岩性和岩体结构特征的不同,这个过程有快有慢。对于坚硬的岩石,洞室开挖后,围岩回弹变形快,采用开挖后及时支护的方法较为合适。对于软弱围岩来说,洞室开挖后围岩变形往往要经过一个较长的时期,选择支护方式时,应以柔性支护为主,既允许围岩有一定的变形,又要对其变形加以控制,防止松散和坍塌。
5.结语
隧道地质超前预报工作其实质是隧道施工地质勘察,与其他工程勘察一样,应以地质为基础,以洞内洞外的地质调绘编录、物探、钻探等多种勘察手段相结合的勘察方法,综合分析、预测隧道工作面前方可能遇到的不良地质体及由此可能发生的地质灾害的性质、分布位置、规模,最大程度的查明隧道地质信息,为隧道施工开挖提供依据。
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