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隧道超前地质预报工法
更新时间:2021-04-10 17:51
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该隧道洞身部分段落穿越基岩强风化层、断层破碎带、物探异常带,岩体破碎,机构力差,且埋深较浅存在塌方掉块等地质灾害,做好超前地质预报工作,以指导施工。
1. 主要工程地质问题
1.隧道塌方、掉块
该隧道洞身部分段落穿越基岩强风化层、断层破碎带、物探异常带,岩体破碎,结构力差,且埋深较浅,存在塌方掉块等地质灾害。
2.软岩大变形 
 隧道埋深较浅处多为基岩风化层,岩质较软,风化程度严重,岩体破碎,且厚度大,施工开挖后易发生较大的围岩变形,对隧道洞室的稳定和安全造成较大影响。
2. 实施超前地质预报的目的
1.进一步查清楚隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件,指导工程施工的顺利进行;
2.降低地质灾害发生的机率和危害程度,为预防隧道涌水、突泥等可能形成的灾害性事故及时提供信息,以指导施工单位安全高效施工,保证工期和质量,避免事故损失、节约投资;
3.为正确选择开挖方法、支护措施,优化工程设计及施工方案提供地质依据。
3. 超前地质预报的方法及内容
根据隧道地质情况及主要工程地质问题采取不同的超前探测方法,分别为地质调查法、超前地质钻探法、物探法等。
1.地质调查法:包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等。
(1)地表补充地质调查主要内容为:地层、岩性在隧道地表的出露及接触关系,特别是标志层的熟悉和确认;
(2)洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描主要内容为:
地层岩性:地层地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。
地质构造:断层破碎带宽度、破碎带的成分及胶结程度、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙特征、节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况,节理裂隙的组合情况。 
出水点位置、水量、水压、水温、水色、悬浮物(泥沙等)测定;出水点和地质环境(地层、构造、岩溶、暗河等)的关系;与地表相关气象、水文观测;洞内涌水与地表径流、降雨的关系;必要时进行水样分析。
(3)记录不同工程地质条件、水文地质条件下隧道围岩稳定性、支护方式及初期支护后的变形情况。 
 2.超前地质钻探法:包括超前地质钻探、加深炮眼探测及孔内摄影等。 
(1)超前地质钻探:采用单孔水平取岩芯钻探法,超前20—30m,验证中近距离物探超前探测的异常地段。每25m一循环,每孔长30m,钻孔是否取岩芯根据不同地质条件确定。地质预报显示富水岩溶发育区,重大物探异常区时,再增加一孔,以满足安全施工和溶洞处理所需资料为原则。孔位根据地质预报的异常区域结合施工条件布置。

(2)加深炮眼:即加深炮眼超前探测,利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况,在每一循环钻设炮眼时布设3—5个钻孔加深3m以上作为探测孔。施工中应结合地质条件和施工开挖状况,在掌子面上间隔布置,一般情况布置3个加深炮孔,当出现不同地层分界、断层破碎带或预报可能出现地质隐患时,布置5个加深炮孔,炮孔布置形式见示意图1、2。孔径宜与爆破孔相同,孔深应较爆破孔或循环进尺深3m以上。
3.物探法: 
弹性波反射法,适用于划分地层界线、查找地质构造、探测不良地质的厚度和范围,主要有以下几种方法:地震波反射法(探测距离:在软弱破碎地层或岩溶发育区,一般预报距离100m左右,不宜超过150m;在岩体完整的硬质岩地层,预报距离120—180m,不宜超过200m,重叠部分不小于20m)、水平声波剖面法和陆地声呐法(探测距离:在软弱破碎地层或岩溶发育区,一般预报距离20—50m左右,不宜超过70m;在岩体完整的硬质岩地层,预报距离50—70m,不宜超过100m)、负视速度法(在软弱破碎地层或岩溶发育区,一般预报距离30—50m左右,不宜超过70m;在岩体完整的硬质岩地层,预报距离50—80m,不宜超过100m)等。
电池波反射法,主要用于断层破碎带和软弱层等不均匀地质的探测,主要有以下几种方法:地质雷达(探测距离:在完整基岩地段探测距离宜在30m以内,A、B地段的有效探测长度应根据雷达波形判定,最大探测距离不超过25m,连续预报时前后两次重叠长度应在5m以上)、红外探测(有效探测距离应在30m以内)、高分辨直流电法(有效探测距离应在80m以内)等。
本隧道超前地质预报类型
A类:洞身穿越覆盖层、风化层或断层破碎带,极易发生突水、涌泥、塌方段,
采取方法: (1)地质调查法
(2)物探法(弹性波反射法+地质雷达法)
(3)超前钻探法(超前钻孔2孔+加深炮眼)
B类:隧道洞身穿越物探异常、围岩破碎地段, 
采取方法:(1)地质调查法
(2)物探法(弹性波反射法+地质雷达法)
(3)超前钻探法(加深炮眼)
C类:岩体较完整、较破碎的一般地段, 
采取方法:(1)地质调查法
(2)物探法(弹性波反射法)
(3)超前钻探法(加深炮眼)
4. 体会总结
在隧道施工过程中进行地质预报,各种方法都有其长处和短处,特别是在地质条件复杂的隧道中,应综合运用各种预报方法,互相印证、取长补短、综合解释,可以取得较好的地质效果。
参考文献 

[1]《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ 204—2008); 
[2]《时速120公里铁路单线隧道复合式衬砌》图号:和邢施隧参02; 
[3]《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设【2008】105号; 
[4]隧道超前地质预报管理办法(和邢铁路有限责任公司); 
 [5]施工图纸、设计要求和环境、地质条件。

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