隧道综合超前地质预报技术应用研究

李昊东

摘要：本文详细介绍了隧道工程超前地质预报的内容、工作开展情况需要用到的方法以及预报工作的处理结果。

关键词：隧道工程；超前地质预报；方法

1引言

隧道施工中，常常会突然遇到不良地质地段，进而引发各种地质灾害。因此，在隧道施工过程中，必须做好超前地质预报工作，以保证隧道施工的安全。

2隧道地质超前预报的内容

隧道地质预报在道路施工建设过程中发挥着至关重要的作用,一方面能提高隧道施工的安全性,另一方面还能提高施工质量,是现代社会道路施工发展建设的主要手段之一。隧道地质超前预报要求工作人员通过地质推断法将岩石周围的地质变化趋势展现出来,并利用物探方法预报前方围岩的实际状况,预报工作人员结合自身专业经验和地质分析原理了解前方的地质状况和围岩的等级类别,并判断可能出现事故的围岩类型和场所,最后,针对问题提出具有科学性的解决措施。不良地质体涉及范围非常广,主要包括破碎带、溶洞、节理密集带以及富水带等,以上各位置的性质、特点是超前预报的基础和主要依据,并对超前预报的结果有至关重要的影响。另外,地质原理分析和推断还存在着典型的成灾型,这是地质超前预报中至关重要的环节,此环节还会直接成为提出施工建议的主要依据。因此,地质条件预报、灾害类型及可能性预报以及围岩级别预报和施工建议之间存在紧密联系,其中,地质条件预报直接决定灾害类型和预报级别,在确定以上各参数后结合隧道施工实际状况制定科学合理的施工方案。

3超前地质预报工作开展情况

隧道施工中，超前地质预报关系到工程安全、质量和进度，应通过综合超前地质预报手段探明前方地质条件，以便采取有效的施工措施，避免施工突发灾害的发生，确保各项目标顺利实现。

隧道设计采用的主要预报方法：地质调查法、加深炮孔超前探测。地质调查法、加深炮孔超前探测由工程部实施。将以上方法所得的资料进行综合分析与评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及先兆进行预测、判断。根据超前地质预测预报结果，相应优化调整措施，制定应急预案，以确保施工安全及结构安全。同时组成地质超前预报完整的技术体系，并坚持将超前地质预报合理纳入工序进行组织管理。

3.1超前地质预测预报组织

由工程部组织实施，纳入施工工序管理，并根据预报结果，及时反馈设计单位，调整设计、改变施工方案。在设计单位提供的地质资料和施工补充勘探的基础上，将超前地质预测预报工作纳入到隧道施工的正常工序中，以探明前方围岩的变化情况，预测施工中可能出现的地质灾害。及时修改、补充和完善隧道施工设计，为隧道的施工提出措施建议，避免重大事故的发生，保证施工的顺利进行。地质超前预测预报由总工程师直接负责，具体工作由工程部承担。开工前制定详细的工作大纲，施工中严格按照大纲进行日常的预测预报工作。将预测预报结果及时提交总工及架子队技术层，作为现场施工的依据。

3.2超前地质预报方法

结合隧道工程施工特点以及工程地质、水文地质条件，开展下列超前地质预报工作：

3.2.1预报的内容

（1）不同岩性接触带的位置，岩层风化程度、接触带岩体破碎程度、地下水富存及发育情况；

（2）隧道内围岩级别变化趋势；

（3）断层破碎带及可溶岩与非可溶岩接触带富水情况；

（4）岩溶发育程度、分布范围、形态及与隧道的相互关系。

3.2.2预报的方法

全隧采用常规地质法进行短距离超前地质预报，根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分钻孔深度5～10m的探测情况，如地层岩性特征、岩体破碎程度、地下水发育情况、结构面性质、洞型变形破坏特征等，对掌子面进行地质素描，并进行地质作图（几何作图、块体坐标作图、赤平投影作图、洞身地质展示图等），结合地表调查情况，对掌子面前方一定范围（约5～20m）的地质条件进行预测、预报。每一开挖循环，均应进行一次，定期形成预报成果报告。若发现掌子面存在危及施工安全的其他异常情况，应及时上报监理、设计及建设单位，并采取相应措施。地质调查法和加深炮孔探测法具体操作程序如下：

（1）地质调查法

①原理

地质法（相关关系法、趋势外推法、断层参数法）隧道地质超前预报主要根据隧道洞内外地质调查结果和隧道施工期掌子面地质条件调查结果（如岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等的变化特征），通过地质作图及构造相关性分析，由地面构造产状推测其在地下隧道穿越深度位置的出露位置（相关关系法），由掌子面岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等变化特征推测掌子面前方可能出现的构造及其性质（趋势外推法），进行超前预报。主要预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面特别是火成岩与沉积岩间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。

②方法与工具

隧道掌子面每次开挖后和初喷后通过肉眼观察和锤击检查，描述和记录围岩地质情况：岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性等。判断围岩类别是否与设计相符，必要时应拍照，测量地下水流量；观察支护效果。

③观察内容

a.无支护的观察内容有：

A.岩石种类和产状；

B.岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造；

C.地层时代归属及产状；

D.节理特性、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，填充物的类型和产状等；

E.断层的性质、产状、破碎带宽度、特征；

F.地下水类型，涌水量大小、涌水位置、涌水压力、水的化学成分等；

G.开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。

b.有支护的观察内容有：

A.初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录；

B.有无锚杆被拉坏或垫板陷入围岩内部的现象；

C.喷射混凝土是否产生裂隙或剥落，要特别注意喷射混凝土是否发生剪切破坏；

D.有无锚杆和喷射混凝土施工质量问题；

E.钢拱架有无被压曲现象；

F.是否有底鼓现象。

（2）加深炮孔探测法

加深炮孔探测是在掌子面钻眼的时候，为了确保下一循环围岩情况而加深炮眼（每断面按距离拱顶、边墙1m位置按三角形布置3～5个固定延续的加深炮孔，与开挖轮廓线成5°外插角，加深5～10m），来探测掌子面前方的溶洞、泥槽、涌水、流沙等的一种超前地质预报方法。在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性构造性质及地下水等情况掌握的地质资料，综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定不良地质体的规模。加深炮孔探测具有设备轻便、探测时间短、直观、可多孔同时进行的优点，一般要求每个开挖都应进行加深炮孔探测；加深炮孔探测的孔数、间距、偏角等要素应根据开挖面尺寸、安全岩盘厚度、要求的探测范围综合确定。

3.3预报成果分析及处理

地质预测预报的结果由技术人员进行汇总，原始资料整理后上报设计单位。在综合分析的基础上，由测量组组长主持编写综合超前地质预测预报成果，对各种岩性进行描述，包括岩体应力、应变特征。量化岩体参数、综合确定围岩级别，对不连续界面、层面的构成进行细化，着重查清地质构造、岩溶、断层破碎带。同时查明地下水循环规律和水流动特征以及地下水化学成份等。成果提交项目总工程师，然后由总工程师牵头，工程部、测量组参加，会同有关专家对提交的成果进行再次分析，对可能出现的地质问题提出必要的安全措施。以指导现场施工。并根据预报结果，及时反馈设计单位，调整设计、改变施工方案。

4结语

不同的地质特长其地质预报的情况也是不同的，在隧道施工中，其超前的预报方法也不断开发并加以实践，这样可以使其在不同的范围和条件下都适用。因此我们要做好从超前地质预报的实际情况，根据隧道地形勘察的调查数据分析，选取不同的超前预报方法，对分析预报结果进行不断的总结，结合传统预报技术，不断提高预报的准确率，，研发出适用于隧道施工环境的超前预报方法，从而起到指导施工、预防事故的目的，在实践的运用中积累技术和经验。

参考文献:

[1]杨果林，杨立伟．隧道施工地质超前预报方法与探测技术研究［J］．地下空间与工程学报，2006，(4):627－630，645．