铁路隧道施工地质超前预报技术

铁路隧道施工地质超前预报技术

作者：杨文斌

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第36期

【摘要】随着经济与山区交通建设的发展，隧道工程越来越多，隧道施工的安全越来越受人关注。在隧道施工过程中，不同的地质状态下岩土的岩性等变化较大，对可能的地质灾害开展超前地质预报，将对隧道的正常施工和顺利贯通发挥举足轻重的作用。本文介绍了几种常见的地质超前预报技术，并以实际工程为例探讨了地质超前预报技术在铁路隧道工程中的应用。 【关键词】地质超前预报；物探；钻孔；雷达

隧道地质超前预报技术其实质是隧道施工地质勘察，与其他工程勘察一样，应以地质为基础，以洞内洞外的地质调绘编录、物探、钻探等多种勘察手段相结合的勘察方法，综合分析、预测隧道工作面前方可能遇到的不良地质体及由此可能发生的地质灾害的性质、分布位置、规模，最大程度的查明隧道地质信息，为隧道施工开挖提供依据。 一、地质超前预报技术

隧道工程中，所处地质条件千差万别，不同的地质条件所要求的超前地质预报方法也不尽相同。对于可溶性地层，超前预报的重点是岩溶的位置及其规模。岩溶充填的性质以及其涌水突泥量也是超前预报的关键。对于非可溶性岩层，超前预报的重点是围岩非稳定块体坍塌的位置及规模。对于深埋硬质完整岩体，超前预报的重点是可发生岩爆的位置及规模。对于煤系地层超前预报的重点是可发生瓦斯突出的位置。因此，隧道施工时，超前预报不一定只进行某一方面的预测，往往兼有其他内容。根据超前预报时，采用的技术手段，地质超前预报通常分为地质分析法、超前钻探法、地球物理勘探法和超前导坑法。 （一）地质分析方法

地质分析方法是地质超前预报的最基本方法，不管是物探方法还是水平钻孔方法，都是地质分析方法向前方延伸的手段，对物探和钻孔超前探测资料的任何解释和应用，都离不开施工过程中随时随地观测和采集到的地质资料的判断。缺少了这个基础性环节，采用任何超前探测方法都很难取得好的效果。 （二）物探法

采用物探方法进行超前预报的优点是；快速，超前探测距离大，与施工干扰相对小，可以多种方法组合应用，但由于物探[常规电法、震探、顺变电磁、大地音频电磁（EH-4、V6、GDP32）等等]是利用物理性质进行地质判断的间接方法，一是不同的物探方法受限于不同的场地和地质条件，各种方法都有一定的局限性；二是对物探资料的地质解释，需要与地质分析资料深入结合，有一定技术难度。

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（三）深孔钻探方法

深孔钻探方法是最直观的超前预报方法，缺点是成本高，对施工影响大，而且钻孔的方向控制和钻探工艺有一定的技术难度。 （四）超前导坑法

超前导坑法一般分为两种，超前平行导坑法和超前正洞导坑法。超前平行导坑法是将小断面导坑与正洞保持一定距离，但是平行布置；超前正洞导坑法则是把导坑直接布置在正洞中。但是不论如何布置导坑，其作用均是依靠开挖的导坑把遇到的地质构造以及地下水情况进行素描，然后依靠地质扫描图对未开挖地质进行预测。超前导坑法能够直观高精度的进行较长距离的预测，而且由于导坑的存在，使得施工进度得以加快，还可以利用导坑进行排水减压，改善通风。但是超前导坑法预报成本较高，有时甚至需要将整个隧道洞口实施平导开挖。 二、铁路隧道施工地质超前预报技术应用 （一）工程概述

某隧道施工单位承包A铁路线Ⅱ标一分部，自H隧道PDK354+160至F隧道

PDK355+126处，全长2966米。主要工程量包括H隧道出口往进口方向1387米，其中包括Ⅲ级围岩725米，Ⅳ级围岩475米，Ⅴ级围岩182米，明洞5米；F隧道进口往出口方向1471米，其中包括Ⅲ级围岩625米，Ⅳ级围岩250米，Ⅴ级围岩596米。地层岩性以灰岩为主。隧道存在岩溶及大规模高压涌（突）水、浅埋段存在较大规模的河水渗漏、硬质岩岩爆和软质岩大变形等重大工程地质问题，此外还存在局部煤层瓦斯等问题，地质构造异常复杂。 （二）预报技术

根据本隧道围岩地质情况采用以长距离预报为主短距离为辅，长短互补的预报原则。计划采用：TSP203、地质雷达、红外探测仪、超前钻孔、地质素描。将以上方法有机结合、综合应用，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系，将超前地质预报合理纳入工序进行组织管理。 1、地震仪探测

利用R24工程地震仪，采用多道共炮式进行测试，测试记录经处理后认为掌子面前方存在三组负反射波组，经反演得出异常带位置在PDK354+975、PDK355+016和PDK354+963处，推断为二迭系下统茅口组灰岩地层中存在的裂隙、破碎或岩溶强烈发育带。 2、防爆红外探测仪探测

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利用HY-303防爆红外探测仪探测，掌子面前方30米范围内有水；利用水平钻机在掌子面两拱角处各钻一孔，隧洞轴线部位布设一深孔，依据不同的角度在掌子面上进行探孔，左侧浅孔深3m时揭露一层岩溶水，涌水量约5m3/h，浅孔孔深15m时又遇一层岩溶水，涌水量约30m3/h，最大涌水量约80m3/h，估测该岩溶水为一小型充填性岩溶管道水；利用TSP203超前地质预报系统，采用多炮共道式测试，并经数据处理，认为在PDK355+005、PDK354+993和PDK354+984三处围岩完整性较差，地下水发育，存在岩溶管道等，后经施工开挖验证，预报成果与开挖结果基本对应，取得了较好的地质预报效果。 3、地质雷达

选择CW18隧道PDK355+645掌子面上的探测结果进行预报分析。由探测结果可知，其波形主要特征：波形杂乱，至深部反射波都存在一定强度同相轴错乱，波幅衰减很快，反射界面错乱。隧道PDK355+645为深埋段，地表坡度较陡，上部千枚岩及碳质千枚岩变质十分发育，风化程度较大。推断在该掌子面前面地质情况复杂，岩体较破碎，层理发育且含水量少。预计在开挖过程中会经常出现拱顶垮塌造成围岩严重超挖，为了能有效控制这种不利情况，要求施工方在开挖前打设超前注浆锚杆，短台阶进尺，弱爆破或机器开挖，开挖后采用双层支护。经掘进证实，该岩体强度极差，呈层状。

掌子面前方3～15m以内雷达发射波强烈，与15m以外泥灰的微弱发射波形形成鲜明的对比，在3m～15m 围岩回波波形不稳定，回波相似性较差，同相轴不连续，中部偏左缺失，推测为节理裂隙发育，岩性不稳定。掌子面12m中部偏左围岩较破碎，节理裂隙发育。经开挖验证，现场情况与预报结果基本相符。根据1线布置雷达波图像显示掌子面前方两侧雷达波强反射同相轴，局部存在杂乱波形，层面较发育无水，岩体物性差异增大，围岩变差大；围岩呈碎裂～松散结构，围岩破碎，及以后围岩为受构造影响很严重的碎块，软弱破碎。 结束语

超前地质预测预报是规避复杂隧道地质风险的最有效手段，在施工当中应当将超前地质预测预报工作作为一道工序纳入施工设计中。隧道施工过程中，复杂地质条件下的地质超前探测也不再单一的使用一种方法进行预测，而是综合采取几种方法同时进行，对探测的结果进行综合判断分析。

本文综合采用常规地质法、综合超前物探法及超前探孔作为主要的超前地质预测手段，取得了较好的效果。避免了施工过程中坍塌、涌泥、突水、地面沉降、有害气体（瓦斯、深层天然气等）突出等地质灾害或不良的环境影响的发生。 参考文献

[1]孙天学，陈遵义，王秋旺，文孝贵.TRT地质超前预报技术在某矿山的应用研究[J].矿业工程，2013年2期.

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[2]周铫坤.地质超前预报技术在隧道安全施工中的应用[J].科技视界，2013年26期.