物探法地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)在隧道施工中應(yīng)用

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1、物探法地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)在隧道施工中應(yīng)用　　摘要：以本人參與施工管理的新建渝懷鐵路、宜萬鐵路個(gè)別典型、長大隧道為例，介紹目前在隧道施工中廣泛采用的地震波反射法超前預(yù)報(bào)技術(shù)的工作原理、適用性、優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)施效果等，希望建設(shè)中長大隧道及地下工程施工中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作提供參考或有所借鑒和啟發(fā)。關(guān)鍵詞：物探法；地質(zhì)超前預(yù)報(bào)；隧道施工中圖分類號：TU984文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1概述1.1地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)在隧道施工中運(yùn)用的意義1.1.1通過采用一系列有效的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，對隧道掘進(jìn)掌子面前方巖體的不良地質(zhì)對象的性質(zhì)、規(guī)模進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，對地表勘探成果進(jìn)行校核與進(jìn)一步確定，有利于對

2、隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整、修正；指導(dǎo)施工單位采用合理的施工方法，避免因盲目施工而導(dǎo)致預(yù)料不到的塌方、冒頂、突水、突泥等事故發(fā)生而造成人員傷亡、設(shè)備損壞、資金浪費(fèi)、工期延誤、環(huán)境破壞等不良后果。1.1.27探測隧道開挖輪廓線外周圍是否存在隱伏性地質(zhì)異常體，以及相應(yīng)的規(guī)模、性質(zhì)、其與隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)壁間的最近距離等。通過分析，評估其對隧道結(jié)構(gòu)后期的危害程度，做出是否處理及如何處理的方案，實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)耐久性和安全運(yùn)營的目標(biāo)。1.2隧道施工綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容隧道施工綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容主要有三個(gè)方面，包括斷裂、溶洞、破碎帶等不良地質(zhì)對象的性質(zhì)、規(guī)模的判定；不良地質(zhì)體的位置及

3、產(chǎn)狀的確定；巖體工程類別化的識別等內(nèi)容。2綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的主要方法目前地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)主要包括地質(zhì)分析法、物探法和水平鉆孔法三種。其中物探法使用較為普遍，且預(yù)測預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確的一種綜合方法。物探的方法主要有：地震波反射法、紅外線法、地質(zhì)雷達(dá)法、聲波法、鉆孔測試法等。采用物探法進(jìn)行超前預(yù)報(bào)具有快速、探測距離大、與施工干擾相對小以及可以多種方法組合應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。但也存在一些較為明顯缺點(diǎn)。如：不同的物探方法受限于不同的場地和地質(zhì)條件，各種方法都有一定的局限性。2.1地震波反射法—TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)2.1.1原理7在隧道內(nèi)，人工制造一系列有規(guī)則排列的輕微震源；震源發(fā)出的地震波遇

4、到地層界面、節(jié)理面、特別是斷層破碎帶、溶洞、暗河、巖溶陷落柱、巖溶淤泥帶等不良地質(zhì)界面時(shí)，將產(chǎn)生反射波，它的傳播速度、延遲時(shí)間、波形、強(qiáng)度和方向等均與相關(guān)界面的性質(zhì)以及產(chǎn)狀密切相關(guān)，并通過不同數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來；通過設(shè)備設(shè)置的震源反射波的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感器和記錄儀），將這遞增數(shù)據(jù)經(jīng)微機(jī)處理后儲存起來。然后，將數(shù)據(jù)輸入帶有特制軟件的電腦，經(jīng)過電腦進(jìn)行復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算后，最后形成反射波（縱波）波形圖、反映相關(guān)界面或地質(zhì)體反射能量的影像圖和隧道平面、剖面圖，供工程技術(shù)人員解譯。2.1.2特點(diǎn)①適用范圍廣。適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。②預(yù)報(bào)距離長。能預(yù)報(bào)掌子面前方100～350m

5、范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越完整預(yù)報(bào)長度就越大。③對隧道施工干擾小。它可在隧道施工間隙進(jìn)行，操作時(shí)間為30min左右。④提交資料及時(shí)。在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)經(jīng)過專用處理軟件分析處理后，即可出具相應(yīng)成果及圖表等。2.2地質(zhì)雷達(dá)法2.2.1原理7利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，由掌子面通過發(fā)射天線向前發(fā)射，當(dāng)遇到異常地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生反射并返回，被接收天線接收，并由主機(jī)記錄下來，形成雷達(dá)剖面圖。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁波場強(qiáng)度以及波形將隨所通過介質(zhì)的電磁特性及其幾何形態(tài)而發(fā)生變化。因此，根據(jù)接收到的電磁波特征，既波的旅行時(shí)間、幅度、頻率和波形等，通過雷達(dá)圖像的

6、處理和分析，可確定掌子面前方界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)前方巖體完整的情況下，可以預(yù)報(bào)30m的距離；當(dāng)巖石不完整或存在構(gòu)造的條件下，預(yù)報(bào)距離變小，甚至小于10m.雷達(dá)探測的效果主要取決于不同介質(zhì)的電性差異，即介電常數(shù)，若介質(zhì)之間的介電常數(shù)差異大，則探測效果就好。由于該法對空洞、水體等的反映較靈敏，因而在巖溶地區(qū)用得較普遍。2.2.2特點(diǎn)當(dāng)采用TSP系統(tǒng)預(yù)報(bào)前方或周邊有溶洞、暗河水體、巖層層面等不良地質(zhì)后，在采用地質(zhì)雷達(dá)法就能較好探測其規(guī)模、形態(tài)。缺點(diǎn)是洞內(nèi)測試時(shí)，由于受干擾因素較多，往往造成假的異常，形成誤判。此外它預(yù)報(bào)的距離有限，一般以不超過30m，且要占用掌子

7、面的工作時(shí)間。2.3紅外線法探水2.3.1原理7所有物體都發(fā)射出不可見的紅外線能量，這能量的大小與物體的發(fā)射率成正比。而發(fā)射率的大小取決于物體的物質(zhì)和它的表面狀況。當(dāng)隧道掌子面前方及周邊介質(zhì)單一時(shí)，所測得的紅外場為正常場，當(dāng)前面存在隱伏含水構(gòu)造或有水時(shí)，他們所產(chǎn)生的場強(qiáng)要疊加到正常場上，從而使正常場產(chǎn)生畸變。據(jù)此判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)有無含水構(gòu)造。2.3.2操作方法現(xiàn)場測試有兩種方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六條測線的交點(diǎn)測取9個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)這9個(gè)數(shù)據(jù)之間的最大差值來判斷是否有水；二是由掌子面向掘進(jìn)后方（或洞口