超前地質預報技術在巖溶隧道施工中的應用

摘 要：超前地質預報基本知識，分析超前地質預報技術分辨溶洞或者斷層。

關鍵詞：超前地質預報技術；TSP；官舟隧道；加深炮孔探測；

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-07-00-02

一、工程概況

本標長隧道1座，單洞累計長度4556米，設計車速：80 km/h，雙洞分離式隧道建筑限界凈寬10.25m，隧道限界凈高5.0m。

官舟隧道為分離式長隧道，隧道左洞起訖樁號為：ZK30+765-ZK33+060，長2295米，隧道右洞起訖樁號為：YK30+800-YK33+061，長2261米。

二、彈性波（TSP203）法簡介

（一）彈性波（TSP203）法：利用人工激發的地震波在不均勻地質體中所產生的反射波特性來預報隧道開挖工作面前方地質情況，用于劃分地層界線、查找地質構造、探測不良地質體的厚度和范圍。

（二）超前地質預報概念及特點：超前地質預報是在隧道開挖時，對掌子面前方的圍巖與地層情況做出超前預報。

三、超前地質預報原理

TSP和其它地震反射波方法一樣，采用了回聲測量原理。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當遇到巖石物性界面（如斷層、巖石破碎帶和巖性變化等）時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號被檢波器接收，反射信號的傳播時間和反射界面的距離成正比，故而能提供一種直接的前方不良地層的數據，再通過專用軟件的分析處理，判讀出前方的地質狀況。

四、超前地質預報方法綜合應用

（一）通過已有的地質、水文資料總結統計后對圍巖范圍做出一定的預判，確定出容易出現巖溶溶洞的范圍。

（二）每一百米做一次TSP，進一步確定掌子面前方圍巖情況，精確圍巖段落，將不好的圍巖段落進行判別。

（三）根據地質調查法和TSP分析得到的數據對掌子面進行開挖，在到達預測圍巖情況較差段落時使用地質雷達法對前方圍巖情況進行再次探測，準確確定掌子面前方是否有溶洞。

（四）如果開挖到掌子面附近存在大量滲水時，或使用地質雷達探測到掌子面前方出現大型溶洞，掌子面前方大型溶洞如果距離較遠采用超前水平探孔，如果距離較近采用加深炮孔進行探測。

（五）如果開挖到掌子面附近存在大量滲水，且使用各種探測手段均出現上下貫通型溶洞時，先使用地質雷達進行探測如果下方出現溶洞就采用地質鉆對下方溶洞進行探測。

（六）探測目的：1、探測是否有溶洞出現；2、探測溶洞大小；3、探明溶洞中是否有充填物；4、探明是否為地下暗河，探明是否會出現突水突泥的情況，提前做好預警；5、探明掌子面前方地質情況。

五、超前地質預報實施方案

隧道施工過程的地質超前預報預測，主要是根據地表和已經開挖的隧道的地質調查和各種探測方法取得的資料，以及地質推斷法預測開挖工作面前方一定長度范圍內圍巖的工程地質條件。如：地面地質調查法、洞身地質素描法、鉆速測試法、鉆探孔法、涌水量觀測、有害氣體預測、巖體結構面量測和圍巖變形觀測。物探測試主要有TSP法、地質雷達法。

預測時根據地質條件的不同，采用一種或幾種方法組合綜合預報，以工程地質法（包括圖析法及地質素描法）進行超前宏觀預報為前提，結合TSP203超前地質預報系統、地質雷達、超前探孔、經驗法等綜合手段，分長期預報、中期預報、短期預報三個階段對隧道巖體特征、斷層、涌水等不良工程地質進行超前預測預報：

采用TSP系統與地質分析法相結合進行長期（長距離）（>80m范圍）地質預報；采用儀器和鉆孔進行30～80m距離的中期地質預報；利用臺車鉆孔和地質雷達、紅外探測儀相結合，進行距離小于30m的短期地質預報；采用在鉆爆循環中加深（4m）3～5個炮孔進行掌子面前方4m范圍的下一循環的探測。結合掌子面地質素描預測法進行掌子面作業影響區域內的當前地質預報。

對物探異常區采用鉆孔進行驗證，以便指導施工。

六、超前地質預報應該預防的問題

（一）TSP彈性波反射法連續預報時，須進行搭接預報，前后應重疊10米以上，保證不出現漏測區域及驗證上次預報結論。

（二）采用潛孔鉆連續預報時，鉆孔深30～50米，前后兩循環鉆孔應重疊5～8米。

七、官舟隧道超前地質預報方法設計

八、預報成果的提交

每次檢測后1天之內提交最終技術報告，報告內容包括：不良地質體的性質、位置和規模；圍巖類別及相關參數；提出相應的技術措施與可行性建議。報告成果及時向現場技術人員進行交底，與現場技術人員保持密切聯系，并且隨著隧道的開挖對預報成果進行驗證，改進探測布置，提高預報的準確率。

參考文獻：

[1]《公路隧道施工技術規范》

[2]《公路隧道施工技術細則》

[3]《官舟隧道兩階段施工圖設計》

[4]《鐵路隧道超前地質預報技術指南》

[5]《巖土工程勘察規范》