公路隧道超前地质预报应用技术研究

Science&TechnologyVision科技视界公路隧道超前地质预报应用技术研究李学华康创张春喜渊云南省建设投资控股集团有限公司袁云南昆明650501冤揖摘要铱为对TSP地震波反射法进行研究袁以便进一步指导隧道超前地质预报的准确实施袁本文首先对现有超前地质预报方法的优缺点进行了概括总结袁接着采用TSP法对云南某隧道出口ZK34+089~ZK33+980段进行了超前地质预报遥对于指导地质情况类似的隧道掌子面施工具有重大意义遥揖关键词铱超前地质预报曰隧道曰TSP曰掌子面中图分类号院U452.11文献标识码院ADOI院10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.002文章编号院2095-2457渊2019冤21-0006-0030引言近年来袁我国公路建设又迎来了一次建设高潮袁尤报都被化为一个十分重要的环节袁可见超前地质预报对于指导隧道掌子面施工具有重大意义[4]遥TSP法超前预报是上世纪90年代瑞士安伯格公司其是高速公路的建设[1]遥在我国西南省份公路建设的一大难题就是公路隧道袁在一些地形条件和地质构造复杂的地区袁不良地质体尧断层带尧地下水丰富等又增加了隧道的施工难度[2]遥在进行隧道施工时若没有及时的对掌子面前方进行不良地质体预报袁很容易就会研发的隧道地震预报系统袁近年来逐步得到推广应用遥对TSP超前预报的研究不仅可以提高实际应用的精确性袁也可更加贴合实际的指导施工袁避免不必要的生产事故发生袁同时可以增加相同围岩状态下掌子面的施工经验[5-7]出现坍塌尧突水突泥等灾害遥相关研究表明袁准确的超前地质预报对于指导隧道的安全施工具有举足轻重的作用[3]遥国内外隧道施工过程时袁掌子面的超前地质预表1常用方法地质调查法主要内容研究袁对现有超前地质方法进行了概括总结袁同时采用TSP法对云南某隧道出口ZK34+089~ZK33+980段进行了超前地质预报袁为隧道施工支护提供了科学的遥本文为对隧道超前地质预报进行常用超前地质预报概述优点操作简单尧方便袁不耽误施工遥缺点预报结果受调查人员影响较大遥使用范围各种地质条件遥对隧道掌子面的地质特征进行现场地质调查袁并将得到的信息绘制成图遥TSP依据人工激发的地震波所产分辨率高尧对隧道施工只能在洞壁上布置观划分地层界限尧查找地干扰小袁可长距离预测系统袁受观测系统布生的反射波特性来预报掌质构造的范围遥报遥置影响遥子面前方的情况遥通过接受和分析红外辐射信号进行超前地质预报遥可准确探测掌子面前方有无水体遥只适用于探测有无水体遥探测有无水体存在及其方位遥红外探测超前地质钻探采用水平钻机在隧道掌子面可直观地勘察钻孔纵深费用高且速度慢袁耽误富水软弱断层破碎带尧进行水平地质钻袁探获取地范围内的岩性尧岩体完隧道正常施工遥富水岩溶发育区遥整度尧含水发育情况遥质信息以此进行超前预报遥采用风钻或凿岩台车等在隧影响隧道正常施工袁预较超前地质钻探袁可加各种地质条件袁尤其适报精度受仪器操作人道掌子面钻小孔径浅孔获取深距离预报遥用于岩溶发育区遥员影响遥地质信息进行超前预报遥利用电磁波在隧道作业面前方围岩的传播和反射袁根据波的传播速度和反射脉冲波走势进行超前预报遥接受和分析声波信号进行超前预报遥加深炮孔探测电磁波反射法渊地质雷达冤分辨率高尧图象直观尧预报时间短遥检测时受金属影响较大遥岩溶尧断层破碎带等不均匀地质体遥陆地声呐法精度高尧不影响隧道施工遥精度受仪器操作人员影响遥富水软弱断层破碎带尧富水岩溶发育区遥作者简介院李学华渊1971要冤袁男袁高级工程师遥6科技视界Science&TechnologyVisionScience&TechnologyVision科技视界技术依据袁同时大大降低了隧道施工的风险袁对于指导同类隧道施工具有重大意义遥本文仅采用了地质雷达法进行了地质预报袁在实际施工过程中袁为更加准确的预报地质信息袁还应结合现场其他勘测信息遥1超前地质预报概述1.1隧超道前超地前质地预质报预主报要主内要容是预测隧道掌子面前方围岩的地质状况尧不良地质体的方位尧围岩性状尧水文状况等信息袁并以此来判断隧道围岩级别袁为隧道施工支护提供技术依据尧防止可能出现的工程险情尧确保合理的施工措施袁指导隧道安全施工袁降低施工过程中遇到的风险袁力求隧道施工更加科学合理袁降低风险的同时以便更好的服务隧道施工[8]1.2超前地质预报主要方法遥我国隧道超前地质预报目前主要采用地质调查法尧地震波反射法渊TSP冤尧红外探测尧超前地质钻探尧电磁波反射法渊地质雷达冤尧加深炮孔探测尧陆地声纳法七种方法[9-11]范围进行了概括遥总本结文袁以从便其更主好要的内指容导尧优隧缺道点施尧工适袁用详见上表1遥由上表1可以看出袁可依据隧道的不同围岩特性袁选择适合超前预报措施袁以便可以更好的指导隧道施工遥本文结合云南省某某隧道的围岩性质袁拟采用TSP地震波反射法对其进行超前预报袁以便更好的指导现场施工遥2工程应用该隧道为分离式隧道袁左幅起止桩号为ZK24+915耀ZK34980+785袁左育袁岩体较段设计完围整岩幅且等长稳级9870m遥定为性郁较级出好袁口遥该左拟段幅采围ZK34用岩TSP节+089理法裂~ZK33对隙该较段发+围岩进行超前地质预报袁以便指导隧道掌子面施工遥2.1现现场场采检用测为及AmbergMeasuringTechnique分析公司生产的TSP203在ZK34型地质超前预报仪+145左右两侧边袁墙现场掌子面桩号为上分别布置接收ZK34+089器2尧1袁距袁第1炮点14.7m曰在ZK34+130.3耀ZK34+097线路右侧边墙上布置24炮孔袁炮孔间距1.0m耀3.0m袁孔深为1.3m左右袁S24距离掌子面8m左右袁炮点布置详见图1遥图1TSP法预报示意图现场掌子面采用两台阶开挖袁掌子面稳定性较好袁需及时支护遥开挖掌子面潮湿袁揭露围岩为灰白色英安岩,岩性为坚硬岩袁弱风化袁富水性较弱袁围岩整体完整性较好袁以构造型节理或层面为主袁多呈块状袁结合面中等发育袁结合面好袁整体稳定性稍好袁掌子面照片见图2遥2.2检检测测过结程果中及袁分实析际激发并采集地震数据24炮袁但只有23炮有效遥利用TSPwin软件对所采集的数据进行处理袁得到P波尧SH波尧SV波的时间剖面尧深度偏移剖面和反射层提取以及岩体物理及力学参数等成果渊图3~图5冤遥图2掌子面照片图3TSP探测深度偏移剖面图图4TSP探测反射层剖面图利用TSPwin软件通过反演数值计算得出的围岩参数如表2所示遥Science&TechnologyVision科技视界7Science&TechnologyVision科技视界图5TSP探测成果图表2围岩参数统计表速剪切动态杨静态杨序号桩号波型渊度泊松1Psm/比渊模GPa量2ZK34P4421冤15冤氏渊GPa模量40冤氏渊GPa模量冤3ZK34+085P44620.164ZK34+ZK34+08044320.261442245P44130.251538256ZK34+075070P44440.291439217ZK34+P43650.2837228ZK34+065ZK34+060055P43670.290.26154021P43760.25164123109ZK34+P45120.2117452411ZK34+050P44100.2716412812ZK34+045040P42920.2616412413ZK34+P45610.1917452414ZK34+035030P42600.2915402815ZK34+025P45930.2515392316ZK34+ZK34+020015P51790.3015392217P0.3020542218ZK34+01046470.26184636P19ZK34+51790.30205429P20ZK33+00500045190.35163836P2321ZK33+995P4209ZK33++990985451247700.23170.3024144528P20385221348科技视界Science&TechnologyVisionZK34通044+089过图~ZK333~图+9805以段及的表围岩2状可以得出隧道掌子面动态段杨围氏岩模纵量波等波物速性尧参横数波稍波微速降尧况低泊院曰松ZK34强比反值+089射较界为~ZK34面稳及定+绕袁射异常密集遥该段围岩与已开挖段近似袁预测出露岩010性应段为纵英横安波岩波袁中速厚降层低状袁泊袁地松层比单值斜降遥低ZK34尧动+态044杨~氏ZK34模+等物性参数值降低遥该段围岩物性较上一段稍有变量好的趋势袁预测出露岩性仍为英安岩袁中风化袁中厚层状为主袁地层单斜袁继续存在顺层偏压问题袁节理较发育袁岩体较破碎袁局部可能有褶曲和小型断层等次生构造发育遥ZK34+010~ZK33+980段纵波波速上升尧横波波速变化不大袁泊松比值上升袁动态杨氏模量等物性参数略微降低曰强反射界面及绕射异常不密集遥该段围岩较已开挖段好袁预测出露岩性应为英安岩袁巨块状袁地层单斜遥ZK34依据现行设计规范要求袁可以预测ZK34呈块+状980结构段袁围围岩岩状整况体院稳节定理性裂较隙好较袁发结育构袁岩面体不较+发完089育整~袁地袁下水不丰富袁可以按照郁级围岩施工遥3小结本文对现有超前地质预报常用方法进行了概括总结袁并采用TSP法进行了实际工程应用袁可以发现TSP法可以较为准确的预报前方掌子面的围岩状况袁对于指导围岩情况较为复杂的隧道具有重要意义遥目前我国超前地质预报还处于探索阶段袁相应技术仍待完善遥咱测1中暂荣的耀应,用孙斌[J,].孙揖参考文献铱重洋庆.超交前通地大质学预学报报在隧道围岩动态分级预(咱6用2)(自然科学版),2017,36暂:18刘-阳23.飞.超特长隧道综咱庄3[铁暂D合超前地质预报工法研究与应张].道聪成都理工大学大.学复杂地质情,况2016.下超前地质预报技术研究[D].石家咱地4质暂周预建报春,2015.技,术李与卫工民程,魏应琴用,等.复杂环境大断面隧道施工超前咱拟5及暂朱应自用强研,究郭有军,刘涛影[J.].地中外公路,2016(4):238-241.咱前6预暂刘报新技荣术,刘[永J].权铁道科学与工质程雷学达报超,杨忠平,等.基于地质,2018前地雷达(1质预报正演模的):隧148道-综155.咱其7工暂周程轮应,[J].岩土工程学报,2015,37(s2):51-56.合超用李[术J].才山,许东振大浩学,学等报.隧道综合超前地质预报技术及咱研8究暂罗咱[J浚].铁,徐道剑科波学,陈与建工平程.:工学版,2017,47(2):55-62.学隧报道,2017综合,超14前(地质预报技术应用究9[暂D许].涛兰.州综合超前地质预报在蒙华铁4路):811隧道-818.中的应用研中的运用贤交通大学咱10暂雒成.GPR地质,雷2017.达法与TSP法在隧道超前地咱勘11察暂科袁学宗[技征J].中国高新区术.地,质2018雷达,2018(12):42.质预报(2在):58岩-溶61.隧道超前地质预报中的应用[J].