超前地质预报技术在富水隧道的综合应用研究
韩明强
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韩明强,. 超前地质预报技术在富水隧道的综合应用研究[J]. 地球科学探索,202411. DOI:10.12721/ccn.2024.157234.
摘要: 在富水隧道施工中,掌子面前方工程、水文地质状态都要采用超前地质预报技术进行勘探,降低地质灾害率。在工序管理中开展地质超前预报工作,能够保证隧道工程建设的顺利性。本文研究中,重点探究超前地质预报技术在富水隧道的综合应用,仅供参考。
关键词: 超前地质预报技术;富水隧道;综合应用
DOI:10.12721/ccn.2024.157234
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现代经济高速发展,铁路工程选线多采用“取直取短”原则,致使隧道占比逐渐提升。但部分隧道位于可溶岩富水岩层中,容易遇到高压富水、溶腔溶洞等地质。若无法探明隧道开挖掌子面的地质状态,就会导致隧道出现突泥涌水、坍塌等事故,因此要通过地质预报技术分析围岩工程、水文地质,预判开挖施工风险,并采取有效措施规避风险。

1、隧道地质超前预报的内容

 在道路工程建设中,隧道地质预报的作用显著,可以保证隧道施工的安全性,获得标准的施工质量,因此在公路工程建设中的应用广泛。工程人员在使用隧道地质超前预报技术时,以地质推断法展示出岩石的地质变化趋势,以物探法预报围岩状态,预报人员联合地质分析原理、专业经验,全面了解前方地质状态、围岩类,判断事故高发的围岩类型,从而提出相应的处理对策。由于不良地质的分布范围广,涉及到富水带、节理密集带、溶洞、破碎带,以上位置均为超前预报的勘测范围,直接影响超前预报结果。此外,地质原理分析、推断的成灾特点突出,现已成为地质超前预报的重要内容,能够为后期施工建设提供参考。因此,地质条件预报、灾害乐西、围岩级别、可能性预报的关系紧密。地质条件预报对灾害类、预报级别起到决定性作用。当掌握上述参数后,工程人员应当联合隧道施工状态,编制科学的施工方案。

2、隧道地质预报的原则与手段

 隧道地质预报工作,应当先采用物探法勘测,之后采用钻探法验证。在选择勘测方法时,工程人员要联合勘察设计资料设立预报标准,合理划分不良地质区域,结合物探法、地质素描法、钻探法,预报开挖面前方的破碎带、节理裂隙、围岩登记、岩性,并采用地质雷达法、地质素描法、加深炮孔法、时域瞬变电磁法进行探测。

2.1物探法

 物探法的技术类型非常多,包括时域顺变电磁法、地质雷达探测法、地震波反射法。当隧道的地质条件比较复杂时,就要采用综合物探法、综合分析法检验,保证预报结果的准确性。

2.2钻探法

 钻探法包括加深炮眼探测法、超前地质钻孔法,通过风钻、钻机钻取隧道开挖工作面,从而获取地质信息。钻探法可以探明钻孔经过部位的岩体完整度、地层岩性、地下水发育状态。

3、超前地质预报技术在富水隧道中的应用实例

 本文以A隧道2#斜井裂隙富水段的边界探测为例,阐述隧道超前地质预报方法、验证结果。

3.1施工情况

 2023年10月28日,对A隧道2#斜井的掌子面实行加深炮孔操作,左边墙起弧位置的钻深达到4.7m时,出现股状出水情况。工程人员估测单孔出水量为每小时120m³,掌子面喷出15m。

3.2地质素描

 A隧道2#斜井的掌子面为寒武系灰岩,主要为中厚层,弱风化,岩层接近平层,节理裂隙发育,延伸性强,岩体呈现出碎石状、块石状,地下水清澈。

3.3TSP预报

 在出水之前,地质预报人员采集TSP数据,共设置2个接收器,25个炮眼。预报段的节理裂隙发育,泊松比大,局部发育裂隙水。

3.4地质雷达情况

 A隧道2#斜井的掌子面30m范围内,溶石裂隙、节理裂隙发育,岩体呈破碎状态,层间的结合度不佳。地下水发育,掌子面中部发育小型溶孔。

3.5判定富水地层边界

 为了准确判断前方地质状态、出水边界等信息,预报人员通过长钻杆、超前地质钻孔技术,探测富水地层的出水边界。

 1#钻孔,灰岩岩屑分布在0-30m,冲洗液为灰白色,整个钻进过程稳定。在6.5m、13.8m位置,钻进速度突然加快,进尺5-15cm,流出水源,水质清澈。13.8m位置周边的水量增大,水质呈现黄色浑浊状,终孔水量稳定,达到每小时30m³。

 2#钻孔:灰岩岩屑分布在0-30m,冲洗液为灰白色,整个钻进过程稳定。在3.8m、15m位置,钻进速度突然加快,进尺5-15cm,流出水源,水质清澈。15m位置周边的水量增大,水质呈现黄色浑浊状,终孔水量稳定,达到每小时70m³。

 3#钻孔:灰岩岩屑分布在0-30m,冲洗液为灰白色,整个钻进过程稳定。在6m、8m位置,钻进速度突然加快,进尺5-15cm,流出水源,水质清澈。8m位置周边的水量增大,并且出现顶钻情况,终孔水量稳定,终孔水量稳定,达到每小时100m³。

 4#钻孔:灰岩岩屑分布在0-30m,冲洗液为灰白色,整个钻进过程稳定。在5m、15m位置,钻进速度突然加快,进尺5-15cm,流出水源,水质清澈。15m位置周边的水量增大,水质呈现黄色浑浊状,终孔水量稳定,达到每小时80m³。

分析钻孔情况可知,富水段的围岩岩性为灰岩,预报发育2条节理,宽度约为6-16cm,且泥质充填状态良好,具备较强的延伸性。地下水发育,水质清澈,总出水量为每小时400m³。

 通过长钻杆、超前地质钻孔等探测法,预报人员明确掌子面水源为裂隙水。发育裂隙如下:第一,集中在掌子面前方4.9m;第二,集中在掌子面前方14.9m,贯通左右边墙,宽度约为6-16m。

3.5开挖验证

 第一,明确出水裂隙边界之后,预报人员开挖掌子面,暴露出第一条裂隙,裂隙最大宽度为16m。

 第二,掌子面响炮后,暴露出第二条裂隙,裂隙最宽达到11m。

4、不同预报方法的优势与不足分析

4.1地质雷达法

 地质雷达法能够反射出断裂、溶腔、溶洞等信号,但是探测仪器的密封性不足,洞内防水效果差,容易造成仪器损坏。探测距离短,一次探测范围仅为6m-30m。

4.2TSP法

 TSP法的适用范围广,多用于极硬岩、极软岩等不良地质勘测作业中,预报段的距离比较长,准确预报掌子面前方的地质状态。然而在地质体、掌子面距离预报中,应当参考接收器弹性波速度均值、爆破孔、地质反射波—接收器的时间等依据。由于弹性波速度存在明显差异,容易导致地质体的预报位置不符合实际情况。软弱结构面、预报断层的反射信号强烈,但无法用到小型溶洞的探测作业中。

4.3时域瞬变电磁法

时域瞬变电磁法遵循电磁感应原理,在掌子面设置发射线圈,使其在周边空间内产生一次磁场,同时在地下导电岩矿体内产生感应电流。感应电流因为热孙哈奥影响会出现衰减趋势,通过测量断电后的二次场变化规律,能够获得不同深度的地电特征。如果区域内分布破碎带,且构造不含水,那么导电性较差;如果构造含水,导电性良好,以此判断区域含水情况。

4.4超前钻探法

 应用超前钻探法,能够明确钻孔经过位置的岩体完整性、地层岩性、裂隙度、地下水状态。但是此种方法会占用隧道施工时间,且操作成本高。

5、结束语

 综上所述,不同地质状态的预报情况不同,隧道超前预报方法的成熟度高,适用于多种地质条件。在富水隧道施工过程中,预报人员要参考隧道地形勘察数据,采用综合技术措施,同时要总结预报结果,联合传统预报技术提高预报数据的准确性,从而掌握隧道高压富水地质状态,全面保障现场施工的安全性。

参考文献

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