01地质超前预施工工艺.doc

地质超前预报施工工艺 1 前言 1.1工艺概况 超前地质预报技术出现在上个世纪中后期，是工程地质的一个分支。随着铁路、公路隧道设计长度、自然埋深增加等因素的影响，地质条件越趋复杂，隧道施工中遇到的问题也会相应地增多，不可预料的地质灾害如突泥、突水、塌方等成为困绕工程施工的主要难题。 近十几年来，隧道施工技术已经有了很大的发展，为了保证在隧道施工时的安全和高效，超前地质预报工作显得越来越重要。要保证隧道施工的顺利进行，关键是要预防隧道施工中的地质灾害。因此，根据隧道隧洞开挖面前方隐伏断层及破碎带、岩溶规模准确定位和评价，采取准确而有效的防治工作，不仅可以减少隧道塌方、突泥等灾害的发生、加快施工进度，而且可以为施工单位节约大量成本，显著提高经济效益。它既可以产生巨大的经济效益，又具有广泛的社会效益。 施工资料提供了较详细的地质资料。但由于隧道深埋地下，工程岩体地质条件复杂多变，限于目前地质勘探技术水平，要求在勘察阶段就准确无误的探明工程岩体的状态、特征，并预测预报可能引发的隧道地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质是极其困难的，尤其是复杂岩溶地区，受岩性、地层组合、构造、地貌等因素的控制，岩溶发育复杂多变、大小不定，形态各异，给早期勘察工作带来更大困难。这些问题的解决，必须依靠在施工中开展深入细致的施工地质调查和地质超前预报工作。 （1） 通过地质预报，报告施工面前方工程地质、水文地质情况，为隧道动态设计提供可靠有效的地质资料，进一步修正、完善设计，优化设计方案； （2） 通过地质调查，预报、预测可能引发的隧道地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质，并据地质预报的成果，提出相应的技术措施与可行性建议，降低地质灾害发生的机率，确保隧道工程施工人员和设备的安全，进而提高经济效益。 石林隧道工程地质条件非常复杂，需要在设计文件提供的地质勘探数据基础上做进一步的地质调查，并进行综合地质预测预报。在此基础上，制定了施工阶段的工艺实施细则《云桂铁路石林隧道地质超前预报实施细则》，作为隧道施工阶段综合地质超前预测预报工作的指导原则，以TSP203超前地质预测预报系统进行长期预测预报，以地质雷达、红外线探水、掌子面地质编录为短距离进行预报，以超前探孔、涌水量实测作验证预报，实行长距离地质预报和中短距离地质预报相结合的综合超前地质预报技术。 1.2工艺原理 1.2.1地震反射波法（TSP）工作原理、方法 TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点（通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点）用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异接口（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来（图1），一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过TSPwin软件处理，便可了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等）、位置及规模。 1.2.2电磁反射波法（地质雷达）工作原理、方法 地质雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波，当其遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图2)。 图2 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H： (1) 式中，V是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： (2) 式中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0×108m/s； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： (3) 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度越小；频率越高，穿透深度越小。 1.2.3红外探测工作原理、方法 在地层中，由于地层每时每刻都在向外部发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，场就有密度、能量、方向等信息，岩层在向外部发射红外辐射的同时，必然把它内部的地质信息传递出来。干燥无水的地层和含水地层所发射的红外辐射场强度不同，因此根据岩层红外辐射场强的变化值就可以确定地表浅层是否存在隐伏的含水体。红外技术是根据红外辐射场的变化，提前确定水、瓦斯隐蔽灾害源的存在。2 工艺特点 2.1 地震反射波法（TSP） （1）预报范围从100m到150m； （2）操作简