超前地质预报在长大隧道中的应用与实践

李嘉 杨晓娟

摘要:隧道超前地质预报(Tunnel Geological Prediction)是指在隧道准备动工时,对所开隧道的周围岩石土层情况以及地质情况和岩层土层含水情况作出的预报。针对不良的地质条件,诸如岩层断裂、岩层变形等情况做出正确判断和合理措施。在隧道动工时以此来判断开挖的正确位置,从而来保证工程的安全和资金的合理规划。

关键词:超前地质预报隧道施工合理规划

中图分类号:U456.3+3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0054-01

1地质环境破坏的影响

地质环境主要是指地下岩层圈以及地表风化的产物,而不良地质现象通常定义为地质灾害,地质灾害直接或间接的危害了人们的正常生活,并一定程度有损了经济建设。常见的地质灾害诸如崩塌、山体滑坡、泥石流已经为人们所熟悉,这些严总损害人们的生活甚至危及生命。但是例如地面塌陷、岩爆、突水突泥、瓦斯泄漏、土壤盐碱化等不常见的地质环境灾害也严重影响了社会经济的可持续发展。

2超前地质预报的介绍

超前地质预报是指采用先进的物探和钻探等手段来检测和监控在隧道、隧洞等此类地下工程施工阶段其周围土层岩层的结构和状态以及地下水的流量情况。以此来引导下一步的施工,来避免工程运行阶段突如其来的地下水涌水、瓦斯泄漏、冲击地压、地址变形等情况。来确保施工的正常和安全进行。超前地质预报的常用物探方法有很,但是在众多眼花缭乱的物探方法中地震波法对地质的超前预报是当前地址超前预报的主流。所谓的地震波法就是利用反射的特点用地震波在弹性介质里反射传播,在地表通过人工向地层以下的深处释放地震波,利用地层以下性质结构不同岩石土层当作介质传播所释放的地震波;在地表专业人员再利用检波器接受所反弹出来的地震波,然后再针对时频和振幅的特性进行分析,从而得到低下图层岩层的具体情况。超前地质预报的检测方法还有很多,例如机械钻探(在底层断面的若干层次进行钻探以此来分析岩层及土层的结构性质)、电发检测(分为直流电法和高密度电阻法)、电磁检测法、红外线法(用来探测局部施工地段地层温度异常以及判断地下隐藏的脉状含水带等)。一般,超前的地质预报的预报内容主要包括以下几点。

第一,施工地带地表以下有无有害气体以及是否存在突水(灾害性涌水)、突泥(涌泥灾害)、岩爆的情况,再根据其可能发生的范围及规模作出合理的施工计划。

第二,预报施工所开挖的洞内其用水量的的变化以及大小规律,并据此对其环境以及水文的影响。

第三,在检测中若发现断层,将其产生位置、断层长度宽度、产生结构,以及判断该断层是否为充水断层,根据判断结果做出相应合理措施。

第四,预测所施工的隧洞内是否含有害气体,以及该气体的成分以及含量以及动态变化情况。

3世界各国长大隧道的概况

现今,世界各国逐渐已经为了经济发展在交通运输以及水利水电和城市排污方面建成了接近两百条长度范围超过十公里的长达隧道。在受到了20世纪末长达53公里的日本Sei-kan隧道以及在本世纪初通车的长达五十多公里的英－法海底隧道的影响。逐渐的,一些规模更加庞大的隧道计划已经落实,并且有相当一部分已经进入了施工阶段。例如:长达250公里的从日本福冈跨越日本海至韓国釜山的日韩海底隧道、57公里的瑞士Gotthard铁路隧道、长达55公里自奥地利至意大利的Basis Brenner铁路隧道以及位于挪威的Laerdal公路隧道等。自20世纪80年代至今,我国对于长达隧道的建设也有了一定的成果。从长度19公里的西康线秦岭到衡广复线大瑶山隧道,从西安－南京铁路东秦岭特长隧道到重庆－怀化铁路圆梁山特长隧道。随着我国西部大开发的迅速开展与进行,在西部地区隧道的建设中面临着一定的严峻考验,从地形的高低起伏、地貌及地质的复杂结构、土质岩层的多变到交通运输和经济的欠发达,所以,在铁路运输、水利电网、矿物资源的开发中修建隧道甚至是长大隧道已成为发展西部地区经济的关键。纵观从古到今隧道的修建历程,长大隧道的建设的制约因素主要可以归纳为施工技术方面和可能遭遇地质灾害。隧道的建设可能遇到的地质灾害主要有包括岩爆(冲击地压)、软岩的变形、突水突泥、地温较高以及瓦斯泄漏。

4长大隧道超前地质预报

隧道超前地质预报对于长大隧道的建设有着举足轻重的地位。通过长大隧道超前预报,可以及时的发现异常的地质情况,以此选择正确的挖掘断面,为突发的灾害性事故提供一定的信息,以提高施工效率来缩短施工周期。隧道超前地质预报分为常规预报、成灾预报和专门预报。所谓的常规预报,就是勘测地质工作阶段的继续,它是隧道施工的一个过程,常规预报应该以施工单位为主体,作出一定符合工程阶段预报并且预报时尽量避开施工作业间断。而成灾预报是指长大隧道施工进行中所遇到的地质环境灾害,而导致施工作业失去正常控制的突发事件。成灾预报是在中、长距离隧道施工的主要任务,对施工地段可能成灾的地质环境作出相应的措施,成灾预报务必有相关施工设计及其单位组成专家小组,进行物探分析做出定量预报,并合理占用部分施工时间段。最后的专门预报就是对特殊的地质问题进行相应的专业性预报,专门预报是隧道超前地质预报的重要内容,需要利用综合性手段定性定量双重考虑做出预报。长大隧道超前地质预报的主要方法有直接预报法、地质分析法、物探法、地质物探综合分析法等。直接预报法主要有水平钻孔(在隧道内放置水平钻机,呈水平方向钻孔来获取关于地质情况的信息)、超前导坑(分为平行导坑和正洞导坑)两种。为了进一步提高长大隧道超前预报的精确率,就必须不断的革新其勘测技术,争取获得三维空间的岩层土层地质情况。目前我国正在进行的大规模的水利建设、铁路运输建设、资源的开采,都需要建设大量的隧道甚至长大隧道,所以先进的长大隧道超前地质预报就起到了关键的作用。长大隧道超前地质预报是工程物理研究中的疑难问题。发展到目前来看超前预报中的工程地质推断和TSP、TRT等先进技术已经产生了一定的效果,但是仍需改进。

综上所述,地质环境的优劣严重影响着隧道的建设,同时间接制约着经济的发展。所以隧道超前地质预报必须加大革新技术,在施工过程中要求严谨,利用先进技术,针对各地地质图层结构的不同作出相应地质预报,这对隧道的建设有一定的促进作用,同时可以节约经济成本,提高效率,为经济可持续发展提供了一定条件。

参考文献

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