超前地质预报在铜南山隧道开挖施工的应用

曹金浒，饶雪兰

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)



超前地质预报在铜南山隧道开挖施工的应用

曹金浒，饶雪兰

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)

隧道安全施工需要超前地质预报的保证。在南山隧道施工中采用物探与勘探结合的方法，根据地勘资料及隧道掌子面围岩采取不同的超前预报仪器及方法，从而准确预报隧围岩断层破碎带、富水区、暗河等不良地质情况，并对工作流程进行介绍，为类似隧道施工提供参考。

隧道；超前地质预报；预报方案

1 隧道超前地质预报方案

1.1 超前地质钻探

超前地质钻探是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种地质超前预报方式。它可直接提示隧道开挖面前方几十米的地层岩性、岩体结构完整程度、构造、地下水、岩溶洞穴填充物及其性质、岩体完整程度等资料，还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标。

超前地质钻孔拟采用QFZ-22钻机，超前探测30～150 m，验证中近距离物探超前探测的异常地段。钻孔是否取岩芯根据不同地质条件确定。超前地质预报钻孔采用两种方式布置钻探方案。

2.2 TSP202探测技术

(1)TSP202系统预报原理

TSP202是一种通过定点接收多点爆破产生的地震波进行预报物探方法。其主要利用地震波在不同性质的岩层或介质中的传播速度不同的原理来进行预报。预报时，通过爆破产生地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到地质界面如断层、破碎带、溶洞、大的节理面等时，一部分地震波就被反射回来，反射波经过一段时间到达传感器后被接收并被记录主机记录下来，然后通过专门的物探分析软件进行分析处理，就得到清晰的反射波图象。再通过对反射波特征的分析，如发射与反射之间的时间差、相位差、反射信号强弱、纵波与横波的比率等，并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧道前方及周围区域地质构造的位置和特性。

TSP202是隧道施工超前地质预测预报的重要手段，是目前中远距离预报的主要手段之一。TSP202主要适用于断层、岩性变化界面和较大规模的溶洞的探测，其探测距离一般约100～200 m。

(2)探测方法及步骤

炮点布置在隧道隧洞的一侧，共24个炮点，炮孔深度1.5 m，间距1.5 m，炮孔孔位应尽量保持在水平面的一条直线上，炮孔成形后要测量各炮孔倾角。接受器布置在与隧道轴线垂直的铅垂面上，可以单壁或双壁布置，接受炮孔孔位为离与距其最近的炮孔位置20 m处，孔深2.0 m，与炮孔成一条直线。其工作流程如下：施工准备、试爆检测、爆破和信号采集、信号分析、预报及反馈。

预报后，在施工过程中不断与实际地质情况进行对比，一方面修正预报结论提高后续预报的准确性，保证施工安全，另一方面提高预报水平。

2.3 地质雷达探测技术

(1)地质雷达工作原理

其工作原理是：发射器通过发射天线向隧道衬砌与围岩中定向发射电磁波，工作时天线贴在掌子面表面，沿测线匀速移动。在掌子面前方岩体内部定向传播的电磁波当遇到有电性(介电常数和电导率)差异的界面时即发生反射。反射波由处于接收状态的接收电线和接收器所接收。另外，最先收到由发射天线经天线所在岩体表面到达接收天线的直达波并作为系统时间的零点。通过对反射波信号进行一系列的后处理(输入有关参数、滤波、放大、改变显示方式和编辑等)后，取反射波往返时间之半，乘以相应介质的雷达波速度即为反射目标深度。再根据反射波的强度、形状及其在竖向和竖(环)向上的变化情况来判别反射目标的性质(目标识别)，如断层、空洞及破碎带等。

(2)探测实施

地质雷达探测之前，对掌子面进行适当清理，然后将地质雷达的主机及天线等配套仪器运送到掌子面附近较为合适的地方，借助撑杆或者其中设备将地质雷达的天线架设到预先设定的测线位置。待仪器调整完毕后即可进行数据的采集。数据采集完毕后，进行内业分析，最后得出地质雷达的超前预报报告。

3 超前地质预报实施原则

(1) 隧道先行洞主要以TSP202超前地质预报为主控方法，即从进隧道50 m开始，TSP超前预报系统每次的探测距离取100～150 m，与下次探测搭接20 m，直至隧道出口段完工。

(2) 隧道后行洞超前预报主要采取地质素描和洞身地质素描观察的方法，对左、右洞同一开挖断面的掌子面和洞身的地质情况进行对比分析，并与前期地质勘察资料进行核对，存在疑问时对隧道后行洞进行相应的超前地质预报。

(3) 在进行TSP202超前地质预报后发现隧道掌子面前方地质情况存在疑问，应辅以近距离物探方法地质雷达进行复查，从而进一步核实前方地质情况。

(4) 利用地质雷达进行超前地质预报后发现隧道掌子面前方地质情况存在疑问时，采用超前地质钻探的方法，进一步查清该地段的地质情况；

(5) 采用超前地质钻孔进行超前地质预报时，若前方岩体存在隐伏含水体时，采用超前地质钻孔不取芯的方法；若前方不存在隐伏含水体时，采用超前地质钻孔取芯的方法。

(6) 地质雷达预报采用“二横三竖”的布置方式(如图1)。地质雷达探测距离可达35 m，为提高探测精度，每次探测有效距离取30 m。同时为了保证探测的质量，每两次探测间取5 m范围为搭接长度。

5 结 语

经过现场应用表明，采用超前钻孔、TSP、地质雷达等超前地质预报方案能够满足探测隧道掌子面前方的围岩的要求，该方案能够非常准确地预报岩溶破碎带、岩溶裂隙水与围岩级别，从而保证隧道施工安全的需要。

[1] 赵永贵． 隧道围岩含水性预报技术[J] ． 地球与环境,2005,33(3):29-35.

[2] 薛翊国,李术才,张庆松,等．TSP203 超前预报系统探测岩溶隧道的应用研究[J].地下空间与工程学报，2007，3(7):1187-1191.

2015-01-18

U445

C

1008-3383(2015)09-0134-01