超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在小斷面隧道施工中應(yīng)用

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1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在小斷面隧道施工中應(yīng)用　　摘要：作為隧道監(jiān)控量測(cè)的重要組成部分，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要是在隧道施工過程中，根據(jù)巖土工程勘察及設(shè)計(jì)資料和已經(jīng)揭露的地質(zhì)情況，采用儀器設(shè)備和地質(zhì)數(shù)學(xué)方法，對(duì)隧道掌子面前方一定范圍內(nèi)圍巖級(jí)別變化、不良地質(zhì)做出預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果優(yōu)化方案并指導(dǎo)施工，有效的控制災(zāi)害。本文以西氣東輸三線東段管道隧道工程為例，對(duì)超前預(yù)報(bào)中地質(zhì)雷達(dá)在小斷面隧道施工中的應(yīng)用做了闡述。關(guān)鍵字：地質(zhì)雷達(dá)管道隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)地質(zhì)構(gòu)造中圖分類號(hào)：F407.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1、前言超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)中后期，是工程地質(zhì)的一個(gè)分支，我國從上個(gè)世紀(jì)70年代后期逐漸開始重視這一方面的

2、研究和應(yīng)用。進(jìn)人21世紀(jì)，伴隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的啟動(dòng)，隧道工程也明顯增多。由于隧道長度、埋深等各方面因素的影響，地質(zhì)條件越趨復(fù)雜，隧道施工中遇到的問題也會(huì)相應(yīng)地增多，不可預(yù)料的地質(zhì)災(zāi)害如突泥、突水、塌方等成為困擾工程施工的主要難題。近十幾年來，隧道施工技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，為了保證在隧道施工時(shí)的安全和高效，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究及應(yīng)用工作顯得越來越重要。2、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（地質(zhì)雷達(dá)）的主要內(nèi)容7根據(jù)工程所處的地質(zhì)環(huán)境，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（地質(zhì)雷達(dá)）的主要內(nèi)容包括：（1）預(yù)報(bào)掌子面前方的圍巖級(jí)別與設(shè)計(jì)是否吻合，并判斷其穩(wěn)定性，提供修改設(shè)計(jì)參數(shù)、調(diào)整支護(hù)類型、確定二次襯砌施做時(shí)間的建議等；（2）預(yù)

3、報(bào)前方可能出現(xiàn)塌方、滑動(dòng)的部位、形式、規(guī)模及發(fā)展趨勢(shì)；（3）預(yù)報(bào)圍巖裂隙發(fā)育狀態(tài)，可能出現(xiàn)突然涌水的地點(diǎn)、涌水量的大小及對(duì)施工的影響；（4）對(duì)隧道將要穿過不穩(wěn)定巖層或較大的斷層破碎帶做出預(yù)報(bào)，以便提早改變施工方法，做好應(yīng)急預(yù)案。3、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理地質(zhì)雷達(dá)與探空雷達(dá)技術(shù)相似，也是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測(cè)目標(biāo)體，是通過對(duì)電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律的研究與波場(chǎng)特點(diǎn)的分析，查明介質(zhì)結(jié)構(gòu)、屬性、幾何形態(tài)及其空間分布特征。地質(zhì)雷達(dá)由地面發(fā)射天線T將高頻電磁波（主頻為Hz）以寬頻帶短脈沖形式送入地下，經(jīng)地下目標(biāo)體或不同電磁性質(zhì)的介質(zhì)分界面反射后返回地面，為另一接收天線R所接收，而其余電磁能量則穿過

4、界面繼續(xù)向下傳播，在更深的界面上繼續(xù)反射和折射，直至電磁能量被地下介質(zhì)全部吸收，如圖1所示。7圖1反射探測(cè)原理根據(jù)圖1，回波走時(shí)（電磁波行程所需時(shí)間）t為：（1）式中，x為兩天線的間距；z為反射點(diǎn)A的法線深度；v為電磁波在地下介質(zhì)中波速。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速v為已知時(shí)，則可根據(jù)天線間距（已知值）x和雷達(dá)記錄的回波走時(shí)t，由式（1）可求出反射體的埋深。反射體或目標(biāo)體的埋深及其變化，是描述其空間分布最重要的參數(shù)之一，因此也是探地雷達(dá)方法必須獲得的基本數(shù)據(jù)，雷達(dá)所記錄的回波走時(shí)t是從雷達(dá)剖面上讀取的。圖2為一地質(zhì)模型及其對(duì)應(yīng)的雷達(dá)記錄（即雷達(dá)剖面）示意圖。設(shè)發(fā)射天線T與接收天線R的中點(diǎn)為記錄點(diǎn)，則測(cè)線

5、上各測(cè)點(diǎn)的接收天線所接收的反射波均記錄在各自記錄點(diǎn)的下方，從而形成雷達(dá)剖面。在雷達(dá)剖面上，橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位，縱坐標(biāo)為雙程走時(shí)，各點(diǎn)的反射均以波的形式被記錄下來。波形的正、負(fù)峰分別以黑、白色表示，或以灰色或彩色表示。這樣，同相軸、等灰度或等色線即可直觀地表示地下反射界面的形態(tài)及深度變化。根據(jù)雷達(dá)圖像上波的傳播時(shí)間和波速資料，經(jīng)時(shí)深轉(zhuǎn)換，便可獲得目標(biāo)體和地層的深度剖面，從而達(dá)到探測(cè)的目的。圖2雷達(dá)記錄示意圖74、地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用實(shí)例以西氣東輸三線東段隧道工程項(xiàng)目小池隧道K1+059-K1+038段為例，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)在小斷面隧道施工中的應(yīng)用做一簡單介紹?！　?.1工程概況西氣東輸三線東段（江西吉安—福建

6、福州）工程起于西二線江西吉安分輸清管站，途經(jīng)江西、福建兩省，終于福建福州末站。沿線穿越長江中下游流域贛東南水系和東南沿海諸河流域，經(jīng)過贛中丘陵區(qū)、贛南閩西丘陵低山區(qū)、閩東南丘陵臺(tái)地。西三線東段沿線共有52條山嶺隧道穿越工程，其中13條隧道為控制性工程。小池隧道為西三線管道專用隧道。隧道位于福建龍巖市小池鎮(zhèn)，進(jìn)口位于小池鎮(zhèn)南山村，出口亦位于小池鎮(zhèn)南山村。隧道水平長度732.29m，實(shí)長733.30m，縱向坡度采用“一”字坡設(shè)計(jì)，坡度為5.7%（約3.26o）。隧道洞身凈斷面尺寸為3.2m×4.0m。圖3小池隧道位置圖7隧道施工過程中防涌水、防塌方是整個(gè)施工的關(guān)鍵問題，整個(gè)隧道施工要始終貫徹超前

7、預(yù)報(bào)。為保證隧道安全施工，及時(shí)了解掌子面前方圍巖巖性及不良地質(zhì)賦存情況，中國礦業(yè)大學(xué)于2012年11月24日對(duì)小池隧道出口端掌子面K1+059進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，探測(cè)里程為K1+059-K1+038。4.2掌子面揭露情況描述通過對(duì)施工揭露的掌子面的觀察，小池隧道掌子面以淺灰色花崗巖為主，節(jié)理裂隙錯(cuò)綜發(fā)育，但無成組現(xiàn)象；圍巖多呈巨塊狀或塊狀，無松散或破碎現(xiàn)象；洞內(nèi)潮濕并伴有滴水，K1+059掌子面照片如圖4所示