隧道地质超前预报(何发亮)

隧道地质超前预报(何发亮)

隧道地质超前预报

何发亮

中铁西南科学研究院有限公司副总工程师

享受国务院政府特殊津贴专家、教授级高工、硕导

成都，610031，028-86649807

隧道地质超前预报(何发亮)

目录

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概述

隧道地质预报现状隧道地质预报方法

隧道施工地质灾害及其预报隧道地质超前预报若干问题探讨

隧道施工地质预报设计及应注意的问题隧道施工地质超前预报工作方法

隧道地质超前预报(何发亮)

1 概述

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严格意义而言，隧道地质超前预报指根据隧道所处区域工程地质、水文地质条件、构造地质条件（可研阶段），隧道勘察、设计成果（勘察设计阶段），隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势、洞内外构造相关分析结果、隧道施工掌子面及其后方实施的地球物理探测结果、超前钻孔揭示的隧道施工掌子面前方的地质情况、超前导坑、平行超前导坑、平行超前施工隧道揭示的地质情况（施工阶段），运用地质学、数学、物理学、逻辑学、概率学、计算机科学等各学科知识，结合预报人员经验，对隧道施工掌子面前方可能遇到的各种不良地质体及因此可能发生的各种地质灾害的性质、分布位置、规模的判断和预报，根据判断和预报结果提出应采取的地质灾害预防和处理措施建议。

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隧道地质超前预报方法包括洞内外地质调查、洞内施工掌子面素描、隧道洞身地质展示图测绘）、（洞内地震波反射法、声波反射法、电磁波反射法、单孔测井法、跨孔透射成像法、波反射成像法、反射电法、瞬变电磁法，地面高密度电法、浅层地震反射法、大地阴频电磁法等）、掌子面超前钻孔法、耳室超前钻孔法、加长炮孔法）、（正洞超前导坑法、超前平行导坑法、超前施工平行隧道法）。

隧道地质预报成果，直接为隧道施工开挖方案制定、支护参数优化和隧道洞内地质灾害的预防和治理措施决策提供依据。

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2 隧道地质超前预报现状

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当今的隧道工程地质工作，进入了以隧道施工期地质超前预报和隧道施工掌子面前方地质灾害的预防和治理为标志的阶段。

经历了众多隧道地质超前预报成功与失败和大量隧道工程实践之后，在各级领导的重视和众多专家的呼吁下，隧道地质超前预报工作作为施工工序的一个重要组成部分已经在许多隧道工程招标文件中明确要求并在施工中实施。

大量的隧道工程建设实践表明，由于地质勘察精度、经费等诸多条件的限制，根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生，隧道洞内外地质灾害仍时有发生。

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以地质法为基础，以地球物理探测方法为主要手段，以超前钻孔法探察致灾不良地质体的隧道施工地质预报体系基本形成，但对隧道施工掌子面前方含水体位置预测预报尚缺乏有效的方法。

片面强调并强行规定使用某一种物探设备进行施工地质超前预报、忽视隧道施工期地质工作、由于认识问题或缺乏地质工程师仅仅靠几个毫无地质基础知识的经过仪器操作和分析软件使用培训人员便开展隧道施工地质预报、片面理解隧道地质超前预报准确率等现象仍普遍存在。

重视洞内探测、忽视隧道所处地质环境条件、构造地质条件、水文地质条件的隧道施工地质预报仍然存在。

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3 隧道施工地质预报方法3.1地质调查法

地质调查法主要根据、、、，对隧道施工掌子面前方施工可能遇到的不良地质体及因此可能发生的地质灾害的性质、分布位置、规模的预测。

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3.2 超前钻探法

在隧道施工掌子面或掌子面一侧耳室进行超前水平钻探，通过、和必要的来确定隧道施工掌子面前方地(岩)层的展布、地层岩石的软硬程度、岩体完整性及可能存在的断层、空洞（岩溶溶洞、在采矿巷和废弃矿巷等）的分布位置，进行隧道施工掌子面前方地质预报。

一般而言，在坚硬岩石中，钻进速度低；在软质岩石中，钻进速度高。在岩体节理裂隙发育岩体和断层两侧破碎带岩体中施钻，易发生卡钻现象，钻进速度相对较低。遇空洞时，钻速突然急剧加快。

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岩芯采取率在相当程度上反映岩体的完整性系数，也即反映岩体节理裂隙的发育状况。岩芯采取率低，表明岩体中节理裂隙发育，岩体完整性系数低，反之表明岩体节理裂隙不发育，岩体完整性好。

通过钻孔岩芯鉴定，可以确定不同岩性地层在施钻掌子面前方的分布位置、不同岩性地层在隧道轴线上的长度。必要的钻孔岩芯强度测试，是确定不同岩性地层岩石强度的重要手段。一般来说，多采用现场简易方法进行，如点荷载强度试验。

采用此方法不仅可以确定隧道掌子面前方地质情况，而且可以起到探水的作用，但遇高压大容量涌水时具有极大的风险性。

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该方法的不足之处是速度慢，占用掌子面施工时间长，遇到水体和瓦斯突出等灾害地层时甚至会造成意想不到的灾难，费时又费钱，且其探测结果只是一孔之见，难以形成“面”的概念，且遇软弱岩层取芯困难。对岩溶隧道地质预报，布孔位置带有偶然性。同时，在钻进工程中，因钻头偏移亦可导致探测结果发生误差。3.3超前导坑法

以超前导坑、超前平行导坑、超前施工平行隧道中揭示的地质情况，通过，预报正洞施工可能遇到的地质情况。

超前导坑预报法可分为、和。

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在地层受构造变动影响较小的沉积岩地区，平行超前导坑和平行超前施工隧道法预报准确率较高；在火成岩地区、地层受构造变动影响较大的地区，预报准确率较低。由于岩发育分布的复杂性，平导未揭露岩溶的地段并不代表正洞相应地段不发育岩溶。3.4波反射法

利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接收反射信号，根据波在介质中的传播速度，计算判断隧道掌子面前方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离来进行隧道施工期地质超前预报。

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3.4.1 TSP法

TSP法隧道施工地质预报采用成像深前度进偏移行二维方法，Radon且变在换，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、反射信号比率等强弱,并、结合纵波与区域地质横波的资料、跟踪观测地质资料确定隧洞前方及周围区域地质构造的位置和特

性。

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TSP探测布置

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3.4.2 HSP水平声波剖面法采用极小偏移距在隧道施工掌子面上单点声波反射，探测掌子面前方存在的界面；采用十字剖面的布置方法进行反射界面的空间定位；根据所测波速及界面反射走时，计算反射界面距探测掌子面的最短距离；根据界面产状与探测掌子面关系进行产状校正计算界面在隧道轴线上距探测掌子面的距离；根据反射波相与首波波相关系及地质调查结果判断界面间介质性质

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3.4.3陆地声纳法

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陆地声纳法采用极小偏移距在隧道施工掌子面上单点地震波反射，探测掌子面前方存在的界面；采用十字剖面的布置方法进行反射体的空间定位；根据所测波速及从陆地声纳时间剖面上得到各反射体的反射时间，计算反射体的空间位置；根据频谱和节理、小断裂的密集程度，判定破碎带及岩体破碎情况。

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3.4.4电磁波反射法（地质雷达）

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电磁波反射法采用连续扫描电磁波反射曲线的排列，利用电磁波在地层（介质）中的传播、反射，通过信号采集系统接收反射信号，根据电磁波在岩体（介质）中的传播速度和反射信号走时计算判断隧道开挖工作面前方反射界面距隧道开挖工作面的距离，根据反射波相与接收首波相之间的关系、介质介电系数变化、反射界面阻抗判释界面前方介质性质，进行隧道施工期地质超前预报。

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3.5隧道地表地球物理探测预报法

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隧道地表地球物理探测预报法目前采用的手段主要包括浅层地震法和高密度电法，主要用于浅埋、地表地形起伏较小隧道的探测预报

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3.6地震波反射成析成像(TRT)TRT距离采用维隧道在周掌子面边安设成背后组一定的在接岩收传石表感面器安，设按10个以预定上带型式三前器置放大功能的加速度隧道，由来的掌子面地震源发射的信号传感及信号采用用前方界标面准反射24道地回震子面仪采来前方集，异常直达体波边及隧道界掌收的反射波由接收传反射感回质。根据隧道掌子面前方地器接进情况的三维反射层析成质预报

行隧道施工像。

掌子面前方地

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3.7声波CT成像

声波层析成像法简称CT成像或ＣＴ)。该方法借助医学Ｘ射线断层扫描的基本手段，结合岩土体物理力学性质的相关分析，采用射线走时和振幅来重构岩土体内部声速值及衰减系数的场分布，通过像素、色谱、立体网络的综合展示，以期达到直观反映岩土体内部结构图像之目的

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gkfm.html