隧洞超前地质预报实施模式探讨

李俊伟

(云南省滇中引水工程有限公司, 云南 昆明 650051)

滇中引水工程是支撑云南省中部地区可持续发展的关键性基础工程, 是全国172 项节水供水重大水利工程之一, 输水总干渠全长664.24km, 其中隧洞总长611.99km。 受勘察精度、 技术手段、 勘察经费、地形条件等限制[1], 隧洞地质勘察资料与开挖后实际情况可能有出入[2], 特别是隧洞涌水突泥(遭遇岩溶管道、 断层及向斜储水构造等)、 软岩大变形、 高外水压力等关键性地质问题很难在勘察期间准确定位和定量。 根据类似工程经验, 必须在施工期加强超前地质预报工作, 及时发现掌子面前方地质异常情况, 以合理规避施工灾害、 动态优化隧洞支护设计和调整施工方案, 提高施工效率、 保障施工周期、 减少工程损失、 节约工程投资。 超前地质预报可由隧洞施工单位实施, 也可由建设单位单独委托专业机构实施; 前者工作面交接干扰少、 协调难度小、 工作流程简单, 但出于成本上的考虑以及受专业和经验限制, 预报成果质量不高, 不能及时、 高质地用于优化设计和指导施工; 后者工作面交接干扰较多、 协调难度较大、 工作流程相对复杂, 但通过合同对超前地质预报进行专项管理, 确保了经费和人员的投入, 为超前地质预报工作的基本质量提供了保障, 利用专业机构的技术和经验优势, 充分发挥超前地质预报工作效能。 滇中引水工程在全洞段实施施工“超前地质预报” 的基础上,对高风险洞段实施“专项超前地质预报”, 充分发挥超前地质预报的预测和避险作用, 对实现工程的高效、 安全、 科学施工具有重要意义。 本文从协同工作方式、 预报成果管理与应用、 成果质量考核与技术总结方面对滇中引水工程超前地质预报管理工作亮点和经验进行系统分析和梳理总结。

1 设计概算中超前地质预报费用的计列方式

公路工程隧道超前地质预报费用一般含于建筑安装工程费的施工辅助费中, 分摊至建安单价中[3], 不单独计列。 铁路工程则一般将超前地质预报费用计入安全生产费[4], 也不单独计列。 基于超前地质预报费用一般含于建安单价或计入安全生产费中, 超前地质预报工作一般也由施工单位组织实施并支付费用[5]。

水利工程设计概算编制办法并未明确超前地质预报费用的记取和列项方式[6]。 考虑到超前地质预报工作目的是准确查明工程岩体的状态、 特性, 准确预测隧洞施工中可能发生地质灾害的位置、 性质和规模[7], 为合理规避地质风险而设, 滇中引水工程初设概算将超前地质预报费用列入相应预报洞段所在隧洞的工程造价, 不计入安全生产费。 初设概算中将费用单独列项, 为建设单位将超前地质预报单独委托第三方专业机构实施创造了条件。

2 施工超前地质预报与专项超前地质预报的关系

滇中引水工程将隧洞超前地质预报分为施工期常规超前地质预报与专项超前地质预报, 两者预报的目的是相同的, 预报成果相互验证、 互为补充, 不具有互相替代性。 但两者在预报洞段、 预报方法、 实施主体方面存在一些区别[8], 主要如下。

2.1 预报洞段不同

专项超前地质预报是针对地质灾害风险等级高(如区域性断裂、 规模较大断层、 岩溶发育、 储水向斜核部) 洞段、 前期勘察判断存在较大风险洞段进行的预测预报。

2.2 预报方法不同

施工超前地质预报主要采用地质分析法预报, 爆破后及时查看掌子面地质状况, 利用常规地质理论[9], 通过与地质资料的对比, 作出变化趋势分析,必要时采取加深炮孔预报, 研判下一开挖循环的地质情况。

专项超前地质预报指采用地质法、 物探法、 超前钻探法辅以水文气象监测、 超前导洞等综合手段对掌子面前方地质情况进行的预测和预报。 其中, 长距离物探预报的探距为100m 左右, 以地震法为主, 能够在较远的距离上识别不良地质构造并进行粗略定位;中距离物探预报探距为50 ~80m, 主要采用电磁法和地震法, 可判别不良地质体的性质, 并对其空间位置进行进一步修正; 短距离物探预报探距为30m 左右,通常采用直流电法和电磁法, 可对溶洞等含导水构造的形态和位置进行较为准确的探测, 并大致估算其充填水量。 超前钻探法是利用钻机向隧洞前方进行钻探获取地质信息, 是最直接的超前地质预报方法, 包括超前取芯钻、 超前潜孔冲击钻和加深炮孔等。

2.3 预报主体不同

施工超前地质预报由隧洞施工单位实施, 专项超前地质预报由建设单位招标选择的工程试验检测单位、 科研院所、 高校或勘察设计等专业单位实施[10]。

滇中引水工程线路长, 隧洞占比大, 地质条件特别是水文地质条件非常复杂, 活动断裂、 软岩大变形、 涌水突泥、 高地应力等多重风险叠加, 超前地质预报成果的可靠性关乎工程施工安全、 进度和投资。因此, 在对全洞段实施施工超前地质预报的基础上,选择综合实力强、 预报经验丰富的队伍实施专项超前地质预报, 通过多种超前预报技术相互结合、 相互验证、 相互补充、 相互约束, 降低多解性, 提高探测可靠性, 确保超前地质预报工作能高质量发挥其应有的作用, 为工程建设顺利推进提供有力支撑。

3 专项超前地质预报工作管理模式

3.1 协同工作方式

3.1.1 成立专项超前地质预报工作小组

为协调专项超前地质预报的实施、 流转、 应急处置决策等工作, 并充分发挥预报单位专业咨询作用,由建设单位组织预报单位、 设计单位、 监理单位、 施工单位成立专项超前地质预报工作小组[11], 其组长由预报单位委派具有较高专业水平和丰富预报经验的行业专家担任。 专项超前地质预报工作小组负责对预报实施方案的审批和预报成果的管理, 根据预报成果对地质风险进行研判并提出相应的初步处置建议, 根据风险等级提出启动应急预案的建议。

但是，在好氧条件下硝化菌工作、反硝化菌处于抑制状态，仅靠硝化工艺并不能有效将污水脱氮。根据反硝化作用的原理，在缺氧条件下反硝化菌能将NO3

3.1.2 施工单位专项超前地质预报配合工作

专项超前地质预报工作中的超前地质钻探工作和TSP、 TGP 等地震波预报法所需的钻孔及火工材料供应由施工单位承担。 施工标招标清单应计列相关工程量, 由施工单位报价。 施工合同应明确施工单位关于专项超前地质预报的配合工作内容。

a. 施工单位应配备专业技术人员和设备, 并按预报单位提出的实施方案和技术要求进行钻孔, 并提交地质钻孔相关成果(钻孔施钻详细记录, 钻孔芯样、 岩屑、 岩粉, 代表性岩体或土层的即时照片等)。

b. 施工单位应配合提供专项超前地质预报工作场地、 操作平台、 施工用水电、 洞内排水、 洞内交通、 安全防护、 洞内通风。 在进行地震波等物探超前预报过程中, 施工单位应停止隧洞开挖作业, 将实施地点周围的噪声等影响尽可能降到最低, 并按预报单位提出的技术要求给予人力(测量人员放点、 炮工施打风钻、 电钻孔等) 和物力(例如采用TSP 法时每次预报需24 发雷管、 2kg 炸药) 等方面的现场配合。

c. 施工单位应编制专项超前地质预报施工配合实施方案并将专项超前地质预报的配合工作纳入施工工序、 工期进行统筹管理。 配合开展专项超前地质预报所需时间均包含在总工期内, 施工单位应对此风险予以充分考虑。

3.1.3 监理单位专项超前地质预报工作职责

专项超前地质预报监理职责主要体现在专项超前地质预报实施方案的审核、 工作量的认定与监督、 预报成果的流转与响应、 成果分析的研判等环节。 其中, 实施方案的审核特指预报方案的形式审核, 即是否按照相关管理办法及技术要求编制预报方案; 成果分析研判主要指组织会商并参与研判。

3.1.4 合同载明桩号范围外的专项超前地质预报管理

在合同载明的风险洞段桩号范围之外, 参建各方认为某一洞段可能存在重大施工安全风险的, 均可提请开展专项超前地质预报, 由设计单位决定发起专项超前预报, 预报单位接到监理指令后及时实施。

3.2 预报成果管理与应用

3.2.1 预报成果报送

除专项超前地质预报成果分为单次预报报告、 阶段性汇总报告和竣工验收报告。 其中, 单次预报报告为每次物探、 超前钻探及地质综合分析报告, 按以下规定时限送达。

a. 无明显地质危害情况的, 属于提示性预报,应在48h 内送达。

b. 有较轻微地质危害情况的, 属于预警预报,应在24h 内送达。

c. 发现如岩溶、 突水、 突泥、 岩爆、 较大的断裂破碎带等重大地质问题或风险的, 属于紧急警报,应立即送达, 并同步电话通知建设单位及施工单位。

d. 紧急情况下按时送达正式文件有困难的, 可先发送电子文件或以电话、 短信等形式通知有关各方, 之后再向各方及时送达正式文件。

阶段性汇总报告和竣工验收报告按合同约定时间送达。

3.2.2 预报成果应用

每次专项超前地质预报完成后, 预报单位及时向监理单位报送预报成果, 监理单位同时报送预报工作小组、 建设单位、 设计单位、 施工单位。 专项超前地质预报工作小组收到预报成果后, 应及时对预报的风险进行研判并提出相应的初步处置建议, 根据风险等级提出启动应急预案的建议。 设计单位根据预报成果并结合地勘成果进行设计方案动态调整。 监理单位根据工作小组意见及设计方案及时审(核) 批施工单位调整的施工方案和支护措施, 并监督实施。 建设单位和施工单位应根据预报成果确定的风险等级和处置建议, 决定是否启动施工安全应急预案。

3.3 成果质量考核与技术总结

3.3.1 质量考核

超前地质预报成果应做到项目齐全, 数据可靠,方法合理, 图表完整, 结论明确, 并尽可能地提高准确率。 滇中引水工程按期对专项超前地质预报的成果质量进行考核, 每月支付的进度款额度为监理工程师确认的当月完成合同额度的95%, 每月剩余的5%在年度末由设计单位地质工程师协助监理单位根据隧洞开挖掘进情况对预报报告进行分析验证与评价合格后一次性支付。

3.3.2 技术总结

不同预报方法的技术适用性不同, 针对不同地质条件与施工环境的适用性不同, 针对不同地质风险的敏感程度也不同, 因此, 有必要在开展超前地质预报工作过程中, 不断总结各种技术方法的适用性和敏感性, 在后续的超前地质预报过程中, 有针对性地选择最合适的预报方法, 提高超前地质预报精度。

滇中引水工程建立专项超前地质预报技术总结工作机制, 要求预报单位加强对开挖验证信息跟踪与搜集, 加大洞内巡视与观察的频率, 在掌子面揭露后及时向施工地质人员搜集隧洞施工地质资料, 在超前预报成果有异常的区域, 应亲自到洞内搜集相关地质资料。 定期在阶段性汇总报告中分析预报成果和开挖验证对应关系, 指导优化超前地质预报参数, 从而实现提高超前地质预报精度的需求。 特别是当实际开挖情况与预报结果不符时, 需总结经验, 避免错报、 漏报的发生。

4 结 语

超前地质预报是合理防范施工灾害、 保障隧洞施工安全、 优化工程设计和调整施工方案的重要基础性工作。 滇中引水工程跨度长、 隧洞工程占比大、 工程地质与水文地质条件极其复杂, 在全洞段实施施工超前地质预报的基础上, 选择技术水平高、 实践经验丰富的专业团队对高风险洞段实施专项超前地质预报,并通过成立工作小组、 明确参建各方职责义务确立协同工作方式, 加强预报成果的管理与应用, 做好预报质量考核及技术总结, 充分发挥超前地质预报的预测和避险作用, 对实现工程的高效、 安全、 科学施工具有重要意义。 ■