超前地質預報在銅南山隧道開挖施工的應用

曹金滸，饒雪蘭

(貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司)

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超前地質預報在銅南山隧道開挖施工的應用

曹金滸，饒雪蘭

(貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司)

隧道安全施工需要超前地質預報的保證。在南山隧道施工中采用物探與勘探結合的方法，根據地勘資料及隧道掌子面圍巖采取不同的超前預報儀器及方法，從而準確預報隧圍巖斷層破碎帶、富水區、暗河等不良地質情況，并對工作流程進行介紹，為類似隧道施工提供參考。

隧道；超前地質預報；預報方案

1 隧道超前地質預報方案

1.1 超前地質鉆探

超前地質鉆探是利用水平鉆機在隧道掌子面進行水平地質鉆探獲取地質信息的一種地質超前預報方式。它可直接提示隧道開挖面前方幾十米的地層巖性、巖體結構完整程度、構造、地下水、巖溶洞穴填充物及其性質、巖體完整程度等資料，還可通過巖芯試驗獲得巖石強度等定量指標。

超前地質鉆孔擬采用QFZ-22鉆機，超前探測30～150 m，驗證中近距離物探超前探測的異常地段。鉆孔是否取巖芯根據不同地質條件確定。超前地質預報鉆孔采用兩種方式布置鉆探方案。

2.2 TSP202探測技術

(1)TSP202系統預報原理

TSP202是一種通過定點接收多點爆破產生的地震波進行預報物探方法。其主要利用地震波在不同性質的巖層或介質中的傳播速度不同的原理來進行預報。預報時，通過爆破產生地震波，地震波在隧道中的巖體內傳播，當遇到地質界面如斷層、破碎帶、溶洞、大的節理面等時，一部分地震波就被反射回來，反射波經過一段時間到達傳感器后被接收并被記錄主機記錄下來，然后通過專門的物探分析軟件進行分析處理，就得到清晰的反射波圖象。再通過對反射波特征的分析，如發射與反射之間的時間差、相位差、反射信號強弱、縱波與橫波的比率等，并結合區域地質資料、跟蹤觀測地質資料就可以確定隧道前方及周圍區域地質構造的位置和特性。

TSP202是隧道施工超前地質預測預報的重要手段，是目前中遠距離預報的主要手段之一。TSP202主要適用于斷層、巖性變化界面和較大規模的溶洞的探測，其探測距離一般約100～200 m。

(2)探測方法及步驟

炮點布置在隧道隧洞的一側，共24個炮點，炮孔深度1.5 m，間距1.5 m，炮孔孔位應盡量保持在水平面的一條直線上，炮孔成形后要測量各炮孔傾角。接受器布置在與隧道軸線垂直的鉛垂面上，可以單壁或雙壁布置，接受炮孔孔位為離與距其最近的炮孔位置20 m處，孔深2.0 m，與炮孔成一條直線。其工作流程如下：施工準備、試爆檢測、爆破和信號采集、信號分析、預報及反饋。

預報后，在施工過程中不斷與實際地質情況進行對比，一方面修正預報結論提高后續預報的準確性，保證施工安全，另一方面提高預報水平。

2.3 地質雷達探測技術

(1)地質雷達工作原理

其工作原理是：發射器通過發射天線向隧道襯砌與圍巖中定向發射電磁波，工作時天線貼在掌子面表面，沿測線勻速移動。在掌子面前方巖體內部定向傳播的電磁波當遇到有電性(介電常數和電導率)差異的界面時即發生反射。反射波由處于接收狀態的接收電線和接收器所接收。另外，最先收到由發射天線經天線所在巖體表面到達接收天線的直達波并作為系統時間的零點。通過對反射波信號進行一系列的后處理(輸入有關參數、濾波、放大、改變顯示方式和編輯等)后，取反射波往返時間之半，乘以相應介質的雷達波速度即為反射目標深度。再根據反射波的強度、形狀及其在豎向和豎(環)向上的變化情況來判別反射目標的性質(目標識別)，如斷層、空洞及破碎帶等。

(2)探測實施

地質雷達探測之前，對掌子面進行適當清理，然后將地質雷達的主機及天線等配套儀器運送到掌子面附近較為合適的地方，借助撐桿或者其中設備將地質雷達的天線架設到預先設定的測線位置。待儀器調整完畢后即可進行數據的采集。數據采集完畢后，進行內業分析，最后得出地質雷達的超前預報報告。

3 超前地質預報實施原則

(1) 隧道先行洞主要以TSP202超前地質預報為主控方法，即從進隧道50 m開始，TSP超前預報系統每次的探測距離取100～150 m，與下次探測搭接20 m，直至隧道出口段完工。

(2) 隧道后行洞超前預報主要采取地質素描和洞身地質素描觀察的方法，對左、右洞同一開挖斷面的掌子面和洞身的地質情況進行對比分析，并與前期地質勘察資料進行核對，存在疑問時對隧道后行洞進行相應的超前地質預報。

(3) 在進行TSP202超前地質預報后發現隧道掌子面前方地質情況存在疑問，應輔以近距離物探方法地質雷達進行復查，從而進一步核實前方地質情況。

(4) 利用地質雷達進行超前地質預報后發現隧道掌子面前方地質情況存在疑問時，采用超前地質鉆探的方法，進一步查清該地段的地質情況；

(5) 采用超前地質鉆孔進行超前地質預報時，若前方巖體存在隱伏含水體時，采用超前地質鉆孔不取芯的方法；若前方不存在隱伏含水體時，采用超前地質鉆孔取芯的方法。

(6) 地質雷達預報采用“二橫三豎”的布置方式(如圖1)。地質雷達探測距離可達35 m，為提高探測精度，每次探測有效距離取30 m。同時為了保證探測的質量，每兩次探測間取5 m范圍為搭接長度。

5 結 語

經過現場應用表明，采用超前鉆孔、TSP、地質雷達等超前地質預報方案能夠滿足探測隧道掌子面前方的圍巖的要求，該方案能夠非常準確地預報巖溶破碎帶、巖溶裂隙水與圍巖級別，從而保證隧道施工安全的需要。

[1] 趙永貴． 隧道圍巖含水性預報技術[J] ． 地球與環境,2005,33(3):29-35.

[2] 薛翊國,李術才,張慶松,等．TSP203 超前預報系統探測巖溶隧道的應用研究[J].地下空間與工程學報，2007，3(7):1187-1191.

2015-01-18

U445

C

1008-3383(2015)09-0134-01