超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在歌樂山隧道施工中的應(yīng)用

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1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在歌樂山隧道施工中的應(yīng)用第19卷　第1期2008年3月地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)JournalofGeologicalHazardsandEnvironmentPreservationVol.19,　No.1March2008文章編號(hào):　1006-4362(2008)01-0109-04祝云華,劉新榮,黃明(重慶大學(xué)土木工程學(xué)院,重慶　400045)隧道在施工中不可避免地會(huì)遇到諸如溶洞、突水、坍塌等常見的地質(zhì)災(zāi)害,為了將地質(zhì)災(zāi)害影摘要:　響程度降到最低,施工前進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是十分必要的。詳細(xì)介紹了TSP超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法的原理,并以歌樂山隧道為

2、例子,針對(duì)該隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件,施工過程中采用超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和紅外線探測(cè)技術(shù)相結(jié)合,成功地預(yù)報(bào)了掌子面前方的地質(zhì)信息以及隧道涌水情況,工。關(guān)鍵詞:　隧道;TSP;施工;超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中圖分類號(hào):P588.3;U452　:1　引言隧道工程設(shè)計(jì)的基本依據(jù)是地質(zhì)勘察資料,而隧道施工的依據(jù)主要是設(shè)計(jì)文件。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)等諸多條件的限制,根據(jù)地質(zhì)勘察資料作出的設(shè)計(jì)與實(shí)際不符的情況屢有發(fā)生,如巖溶突水、軟弱圍巖大變形、塌方、沉陷、巖爆、瓦斯突出等,而這些災(zāi)害性地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生,輕則影響施工進(jìn)度,增加工程成本,重則損毀機(jī)械設(shè)備,甚

3、至危及施工人員的生命,而且事故發(fā)生后的處理工作難度較大,因此給隧道施工帶來嚴(yán)重的影響[1]。近幾年,隨著隧道工程數(shù)量的增加,規(guī)模的擴(kuò)大,遇到的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜,這一問題變得更加突出。為了盡量避免和減少地下工程施工中可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害,在做好地質(zhì)勘察的同時(shí),采用工程地質(zhì)方法和超前預(yù)報(bào)方法相結(jié)合,對(duì)地下工程前方的地質(zhì)條件及時(shí)和準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)是防止施工中突發(fā)性災(zāi)難、保證施工工期和施工質(zhì)量的有效措施。歌樂山隧道屬于渝懷高速公路建設(shè)中的一個(gè)控制性工程,地質(zhì)條件比較復(fù)雜。根據(jù)工程地質(zhì)勘察,該隧道在施工中存在巖溶涌水、斷層破碎帶界面和圍巖局部失穩(wěn)的可能性。為了保障

4、隧道施工的順利實(shí)施,減少可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害,在歌樂山隧道復(fù)雜地段施工過程中,采用地質(zhì)調(diào)查和物探相結(jié)合的超收稿日期:　2007207226　　改回日期:　2007211220前預(yù)測(cè)技術(shù),取得了滿意的施工效果。2　TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)(TunnelSeismicPre2dictionSystem),是由瑞士安伯格測(cè)量技術(shù)公司專門為隧道及地下工程施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)的,是目前國(guó)內(nèi)外在這個(gè)領(lǐng)域最先進(jìn)的科技成果,屬于地球物理探查方法的一種。它具有以下特點(diǎn):適用范圍廣,即適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況,探測(cè)斷層、大的巖性界面等平

5、直地質(zhì)界面效果較好;預(yù)報(bào)距離長(zhǎng),理論上能預(yù)報(bào)掌子面前方500m,考慮地震波干擾等因素能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方100～350m;對(duì)隧道施工干擾小,它只要求在接收信號(hào)時(shí)為減少噪音干擾作短暫停工;探測(cè)時(shí)間短,一次完整的探測(cè)僅僅需要45min,加上探測(cè)前的準(zhǔn)備工作和探測(cè)以后系統(tǒng)清除所用的時(shí)間也不過2h;節(jié)約投資費(fèi)用,據(jù)國(guó)外隧道施工經(jīng)驗(yàn)估計(jì),采用TSP法比不進(jìn)行預(yù)報(bào)節(jié)省費(fèi)用是全部工程的15%。由于以上等優(yōu)點(diǎn),TSP適合長(zhǎng)期、長(zhǎng)距離和復(fù)雜地質(zhì)條件下超前預(yù)報(bào)[2～4]。2.1　預(yù)報(bào)原理TSP根據(jù)地震波的回波原理制成,人工制造一系列有規(guī)則排列的輕微震源,形成一個(gè)地震源

6、斷面,同時(shí),三維地震波接收器在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下采集這110地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)2008年些震源所發(fā)出地震波沿隧道前方及四周區(qū)域傳播而遇不良地質(zhì)體(如地層層面、節(jié)理面,特別是斷層破碎帶界面和溶洞、暗河等)被反射返回的地震波數(shù)據(jù)。這些回波信號(hào)的傳播速度、延遲時(shí)間、波形、強(qiáng)度和方向是與相應(yīng)的不良地質(zhì)體的性質(zhì)和分布狀況緊密相關(guān)的。在一定間隔距離內(nèi)連續(xù)多次采用上述方法,可以得到前方地層的地質(zhì)力學(xué)參數(shù),如楊氏模量和橫向變形系數(shù)等?，F(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料可以準(zhǔn)確地預(yù)知前方及周圍地質(zhì)變化狀況[5～6]。TSP測(cè)量原理見圖1。==1-rρAi2v2+ρ1v1

7、(4)式中,Ai為入射波振幅;Ar,At為反射波和透射波ρ振幅;v1,v2為反射界面兩側(cè)介質(zhì)的速度;ρ1,2為反射界面兩側(cè)介質(zhì)的密度;r為界面的反射系數(shù)。當(dāng)入射波振幅Ai一定時(shí),反射波振幅Ar與反射系數(shù)r成正比,而反射系數(shù)與反射界面兩側(cè)介質(zhì)的波阻抗ρv有關(guān),且主要由界面兩側(cè)介質(zhì)的波阻抗差決定,波阻抗差的絕對(duì)值越大,則反射波振幅Ar就越大。當(dāng)介質(zhì)Ⅱ的波阻抗大于介質(zhì)Ⅰ的波阻抗,即地震波從較為疏松的介質(zhì)傳播到較為致密的介質(zhì)時(shí),反射系數(shù)r>0,此時(shí),反射波振幅和入射波振幅的符號(hào)相同,反射波和入射波具有相同的極性;反之,如果地震波從較為致密的介質(zhì)傳播到

8、較為疏松的介質(zhì),此時(shí)反射系數(shù)r<0,則反射波振幅和入射波振幅符號(hào)相反,,[9～11]。(面向掌子面)的同一水平圖1