隧道施工时探查、预报断层、岩溶、地下水的技术新进展

经十余年的不断努力,特别是2003年以后,由于国家有关部门的重视和支持,在探查预报隧道掌子面前方断层、破碎带、溶洞、暗河、地下水等方面有较大进展,结合探查实例,介绍以陆地声纳法为代表的弹性波系列方法、瞬变电磁法和探地雷达组合的成套方法技术,在断层的空间定位、探查地下水、探查溶洞、暗河等方面的理论研究成果和实测预报中取得的效果。     

陆地声纳法在隧道施工时预报断层、溶洞的效果

作为地震反射法一个变种的陆地声纳法,是一种易掌握、仪器轻便的隧道掌子面前方地质预报的方法,它用锤击震源在隧道掌子面上设排列和测点工作,在预报岩溶、断层及破碎带、岩脉等方面成功地进行了20多个工区的预报,1995年通过了铁道科学院和铁道部鉴定.近年来这种由我国研究人员发明的方法特别在预报溶洞等方面显示了优于其它方法的特长,并已投产了第4代陆地声纳仪LDS-3.     

陆地声纳法在隧道施工超前地质预报中的应用

通过工程实例,介绍陆地声纳法对隧道施工进行超前地质预报的技术,包括原理与特点、预测点选择、测线布置、数据采集、数据分析、开挖揭露与支护调整等。可供相关工程借鉴和参考。     

断层破碎带隧道地质综合超前预报应用实践

依托工程以地质法为基础,采用“物探先行、钻探结合”的方法,充分利用超高密度电阻法、陆地声纳法、瞬变电磁仪法、钻探法各自的特点,多方法地质综合超前预报,根据所得数据,综合分析、筛选、判断掌子面前方地质情况,并据此制定处治方案。经开挖验证,隧道注浆浆脉的分布与多寡程度基本反映出综合超前预报判断的地层破碎及含水情况,取得了较好的处治效果,弥补了勘察设计阶段地质勘察的不足及单一方法预报的漏判错判现象,为隧道施工决策提供了有效的依据,一定程度上避免了隧道较大型突泥涌水等地质灾害的发生,降低了施工风险,效果良好。     

隧道地震超前预报技术现状分析与新进展

国内外应用的隧道超前预报技术有陆地声纳、负视速度法、HSP水平剖面法、TSP203、TGP206、TRT等多种,良莠不齐,缺乏严谨的科学基础。普遍存在的技术缺陷有两点,其一是未能区分地下三维波场和滤除侧向波,其二是不能准确地确定围岩波速和准确定位,这些技术缺陷给超前预报带来很大的风险。为克服上述点,作者开发出TST超前预报技术。通过对隧道内三维地震波场的复杂性和地震资料处理技术的深入研究,建立起隧道超前预报技术严谨的理论基础与技术流程,促使超前预报技术健康发展。     

陆地声纳法在广州某地铁矿山法施工隧道塌陷区探测中的应用

广州某地铁隧道发生坍塌事故，使隧道衬砌背后形成空区，且有民用液化气罐埋在塌陷区。为消除安全隐患，采用陆地声纳法对塌陷区及影响区进行探查，探明了液化气罐分布位置及衬砌背后空区，对修复工程的安全施工起到了积极作用。     

TSP203探测系统在隧道施工地质超前预报中的应用

该文介绍了TSP203探测系统的原理、数据处理、解译技术和在雪峰山隧道施工地质超前预报中的应用。通过对比分析验证了预报结果的准确性,展示了TSP203探测系统在隧道施工地质超前预报中的广阔应用前景。     

适于TBM施工的HSP法实时预报技术设计与实现

为实现TBM施工隧道的实时地质预报,以TBM刀盘滚刀破岩震动作为震源的HSP法地质预报技术为基础,通过分析TBM施工工艺与机身结构特点,对HSP系统硬件和软件进行优化设计,使其小型化、自动化和智能化,并搭载于TBM上进行智能控制。在TBM掘进过程中,首先,通过隧道轮廓位置的检波器连续或高频次地采集地震反射波信号; 然后,经系统软件对数据的自动处理,实时获取掌子面前方地层反射特征参数图谱; 其次,通过智能识别技术完成对不良地质反射界面的有效拾取与判识; 最后,实现不良地质的探测。通过对适于TBM施工的HSP法实时预报技术进行优化设计,实时探查前方地层不良地质(体)位置、规模与性质,为TBM的高效施工起到一定的推助作用。     

TGP12型隧道地质预报仪在大坪隧道超前地质预报中的应用

随着工程等级的不断提高,在隧道开挖中遇到的地质环境越来越复杂,隧道地质超前预报在隧道开挖中的作用越来越显著。因此,如何选择有效的预报措施对隧道开挖中人员、设备的安全和隧道硐室的支护方式具有重要意义。主要介绍TGP12型隧道地质预报仪探测系统的原理、数据处理、解释技术和在大坪隧道施工中的超前预报应用。通过对比分析验证了预报结果的准确性,展示了TGP12型隧道地质预报系统在隧道施工地质超前预报中的广阔应用前景。     

超特长隧洞TBM施工“115”超前地质预报系统创建与实践——以北疆供水二期工程为例

超特长引水隧洞是跨流域调水工程项目的控制性工程,施工面临突涌水、塌方等诸多地质灾害风险。为研究适用于TBM法施工超特长隧洞地质灾害预报方法,通过调研地质灾害预报预警技术的发展历程与技术现状,提出TBM法施工超特长隧洞地质灾害预报面临的挑战和关键问题。针对上述挑战与难题,建立超特长隧洞TBM施工不良地质全覆盖预报系统,即"115"超前地质预报系统。该系统包括"1km"千米级宏观地质预报、"100m"百米级长距离地质预报和"50m"十米级短距离精细探查预报3个层次,通过多元信息联合反演分析,实现对掌子面前方不良地质和可能由其引发的地质灾害形式的全覆盖预报。采用"115"超前地质预报系统在北疆供水二期工程地质灾害预报中开展了工程实践和应用,准确预报了隧洞施工过程中不良地质发育情况,保证了超特长隧洞TBM高效掘进和安全施工。     

方解石的形成机制及其在岩溶隧道地质预报中的应用研究

为提高岩溶隧道中地质预报的准确性,通过对方解石与岩溶、断层及地下水的产出特征变化研究以及其含量变化统计,通过现场的统计分析及追踪调查表明,在隧道施工中可以根据方解石的含量变化及产出特点再结合物探方法来推测隧道掌子面前方的地质情况。主要结论如下:1)根据方解石的产出特征规律结合物探方法能识别出前方即将出现的地质异常体;2)地质预报工作需要地质方法和物探方法相结合,才能取得准确判释;3)在地质学上,通过对微观现象的统计整理,再对其进行分析研究,可以对宏观构造现象的判断起到帮助作用。     

综合超前地质预报在锦屏辅助洞F6断层中的应用

隧道施工中不可避免地会遇到诸如涌水、断层、塌方等地质灾害问题。为了避免或减少这些问题发生,保证工程顺利进行,就需要在施工中运用超前地质预报对前方的地质有准确把握。而单一的超前地质预报方法很难对前方的地质作出准确的预报,这就需要我们运用综合的超前地质预报方法。本文就综合超前地质预报方法作简要探讨和在锦屏辅助洞F6断层中的应用作详细的介绍,实际预报结果表明综合超前地质预报方法取得较好的效果,能够满足施工要求。     

地质雷达在南会隧道超前地质预报中的应用

在隧道施工中通常会遇到诸如围岩坍塌、岩溶涌水等地质灾害,施工前进行超前地质预报,能够最大程度地降低地质灾害对工程的影响。以太行山高速公路南会隧道工程为例,研究了施工中应用地质雷达超前预报技术,较为成功地预报出掌子面前方出现的富水、裂隙带等情况,确保了隧道的施工安全。     

TSP203在复杂施工环境灰岩隧道超前地质预报中的应用

超前地质预报在隧道施工中能够及时探明掌子面前方围岩地质情况,预警可能发生的地质灾害,指导隧道施工,有着重要的安全意义和经济意义。本文结合TSP203超前地质预报系统在云南省东部地区灰岩隧道中的应用,论证了TSP203在复杂的施工环境下具有较高的超前地质预报准确度,总结了地震波法超前地质预报对于较小含水体和少量基岩裂隙水预报精度的不足,提出了运用"三个以上证据准则"综合解译物探结果提高预报准确度的方法。     

TSP203超前地质预报系统在田坝岭隧道中的应用

结合贵广铁路田坝岭隧道应用实例,介绍了TSP203超前预报系统的实际应用情况,并通过探测推断与实际对比,给出了该系统在地质方面的应用效果及其探测准确性评价。结果表明：从洞身围岩揭示隧道超前地质预报结论符合现场施工实际情况;参考超前地质预报结论及施工建议,提前采取有效措施,保证了田坝岭隧道进口掌子面的安全施工。     

三维转角瞬变电磁超前地质预报探测技术在隧道中的应用

介绍了三维瞬变电磁预报探测技术的工作原理、转角探测方式及三维探测的反演计算,并将该方法用于某铁路杨柳隧道富水段的探测。应用结果表明:1)三维瞬变电磁作为一种超前地质预报方法,可解决隧道穿越岩溶、富水构造、断层破碎带等不良地质体的施工围岩预报难题; 2)三维转转角探测对隧道开挖轮廓线以外的异常体能有效探测,减少了平移探测隧道支护钢架背景场干扰,提高了探测的安全性; 3)提供三维异常体的“定量”空间展示成果和为隧道安全施工提供数据支撑; 4)该方法适用于富水隧道的地下水“定量”超前地质预报探测。     

隧道掌子面前方地质预报的进展

用物探技术在隧道施工时作掌子面前方不良地质预报，取得了好的进展，但还有大的发展空间，仍需要投入更大力量。弹性波类方法，需要解决在测量及使用横波方面有所突破。探查地下水不是弹性波法的强项，希望电法类方法有所突破。雷达探查的效果不错，但探距太小；目前已在研究的瞬变电磁法可望探查80m以远的地下水。实际上，目前还有一大问题要解决，这就是人们的认识问题：地质预报是施工地质的重要组分，应列入施工组织；地质物探要密切结合，要充分掌握勘测阶段和施工中调查得到的地质资料；每种物探方法均有使用条件、长处与弱点，物探资料有多解性，要采用综合物探，将力量多放在资料判释上；地面浅层地质勘探都遇到许多困难，不能满足人们愿望，隧道中条件远不如地面，困难更大；特别是对地质的认识也必须遵循认识的规律，在实践中不断改正和深化对地质情况的认识。     

岩溶隧道超前地质预报几种主要物探方法的选择与实践

超前地质预报的物探方法有多种,由于岩溶发育空间分布的复杂性和岩溶含水介质充填物的多样性,单一的超前地质预报方法都具有局限性,如何针对岩溶的地球物理特征,选择适用的地质预报物探方法,以提高预报成果的准确度非常必要。通过对TSP法、地质雷达法、瞬变电磁法等超前地质预报主要物探方法工作原理、有效探测距离和地球物理特征等进行分析,论述岩溶隧道超前地质预报方法的理论依据和方法选择。以九景衢铁路何家隧道为例,详细论述施工过程中采用的几种主要超前地质预报方法以及组合方法,通过对比分析,验证和总结几种主要物探方法预报成果的适用性和准确度。实践成果表明： 1）单一的超前地质预报方法都具有局限性,难以应对岩溶隧道的复杂地质条件和施工高风险,需采取“三结合”措施,选取不同的超前预报方法作为组合方法,相互验证。2）TSP法未能对是岩溶还是断层破碎带进行区分,必须结合其他方法,进行对比验证才能区分; TSP法+地质雷达法长短结合探测方法,是一般简单岩溶隧道通用的组合。3）瞬变电磁法在岩溶隧道探测中效果明显,判译解释准确度高,适合大型岩溶强发育地段; 超前水平钻+瞬变电磁法+地质雷达法+水文监测地质预报组合,是复杂岩溶隧道超前地质预报可采用的有效组合。叠加超前水平钻与瞬变电磁剖面图进行分析,能详细分析出岩溶的空间分布和形态特征。     

基于突变级数法的隧道地质预报方法优选

为科学地选择隧道施工期间的地质预报方法,提出基于突变理论的隧道地质预报方法优选的突变级数法。首先,对隧道地质预报方法的评价目标进行层层分解;其次,将底层评价因素进行无量纲化、归一化处理;然后,运用不同突变模型的归一公式进行逐层计算,得到突变级数值,给出最优方案。利用该方法对紫金山隧道F2断层中岩溶涌水的5种预报方法进行比选,得出地质雷达法为最优方法。该方法可避免人为确定权重的主观性,且计算简单、可靠性高,优选结果更趋于实际。     

地质超前预报在中条山隧道富水段施工中的应用

地质超前预报能够在隧道施工过程中发挥重要的作用,是保证隧道安全施工的重要环节。本文在中条山隧道富水地段使用地质超前预报技术,有效地预报了掌子面前方的不良地质条件,为设计参数、施工方法的修正提供了依据,对同类工程具有一定参考价值。