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公路隧道超前地质预报应用技术研究

2019-09-25李学华康创张春喜

科技视界 2019年21期
关键词:掌子面隧道

李学华 康创 张春喜

【摘 要】为对TSP地震波反射法进行研究,以便进一步指导隧道超前地质预报的准确实施,本文首先对现有超前地质预报方法的优缺点进行了概括总结,接着采用TSP法对云南某隧道出口ZK34+089~ZK33+980段进行了超前地质预报。对于指导地质情况类似的隧道掌子面施工具有重大意义。

【关键词】超前地质预报;隧道;TSP;掌子面

中图分类号: U452.11文献标识码: A文章编号: 2095-2457(2019)21-0006-003

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.002

0 引言

近年来,我国公路建设又迎来了一次建设高潮,尤其是高速公路的建设[1]。在我国西南省份公路建设的一大难题就是公路隧道,在一些地形条件和地质构造复杂的地区,不良地质体、断层带、地下水丰富等又增加了隧道的施工难度[2]。在进行隧道施工时若没有及时的对掌子面前方进行不良地质体预报,很容易就会出现坍塌、突水突泥等灾害。相关研究表明,准确的超前地质预报对于指导隧道的安全施工具有举足轻重的作用[3]。国内外隧道施工过程时,掌子面的超前地质预报都被化为一个十分重要的环节,可见超前地质预报对于指导隧道掌子面施工具有重大意义[4]。

TSP法超前预报是上世纪90年代瑞士安伯格公司研发的隧道地震预报系统,近年来逐步得到推广应用。对TSP超前预报的研究不仅可以提高实际应用的精确性,也可更加贴合实际的指导施工,避免不必要的生产事故发生,同时可以增加相同围岩状态下掌子面的施工经验[5-7]。本文为对隧道超前地质预报进行研究,对现有超前地质方法进行了概括总结,同时采用TSP法对云南某隧道出口ZK34+089~ZK33+980段进行了超前地质预报,为隧道施工支护提供了科学的技术依据,同时大大降低了隧道施工的风险,对于指导同类隧道施工具有重大意义。本文仅采用了地质雷达法进行了地质预报,在实际施工过程中,为更加准确的预报地质信息,还应结合现场其他勘测信息。

1 超前地质预报概述

1.1 超前地质预报主要内容

隧道超前地质预报主要是预测隧道掌子面前方围岩的地质状况、不良地质体的方位、围岩性状、水文状况等信息,并以此来判断隧道围岩级别,为隧道施工支护提供技术依据、防止可能出现的工程险情、确保合理的施工措施,指导隧道安全施工,降低施工过程中遇到的风险,力求隧道施工更加科学合理,降低风险的同时以便更好的服务隧道施工[8]。

1.2 超前地质预报主要方法

我国隧道超前地质预报目前主要采用地质调查法、地震波反射法(TSP)、红外探测、超前地质钻探、电磁波反射法(地质雷达)、加深炮孔探测、陆地声纳法七种方法[9-11]。本文从其主要内容、优缺点、适用范围进行了概括总结,以便更好的指导隧道施工,详见上表1。

由上表1可以看出,可依据隧道的不同围岩特性,选择适合超前预报措施,以便可以更好的指导隧道施工。本文结合云南省某某隧道的围岩性质,拟采用TSP地震波反射法对其进行超前预报,以便更好的指导现场施工。

2 工程应用

该隧道为分离式隧道,左幅起止桩号为ZK24+915~ZK34+785,左幅长9870m。出口左幅ZK34+089~ZK33+980段设计围岩等级为Ⅳ级,该段围岩节理裂隙较发育,岩体较完整且稳定性较好。拟采用TSP法对该段围岩进行超前地质预报,以便指导隧道掌子面施工。

2.1 现场检测及分析

现场采用为AmbergMeasuringTechnique公司生产的TSP203型地质超前预报仪,现场掌子面桩号为ZK34+089,在ZK34+145左右两侧边墙上分别布置接收器2、1,距第1炮点14.7m;在ZK34+130.3~ZK34+097线路右侧边墙上布置24 炮孔,炮孔间距1.0m~3.0m,孔深为1.3m左右,S24距离掌子面8m左右,炮点布置详见图1。

现场掌子面采用两台阶开挖,掌子面稳定性较好,需及时支护。开挖掌子面潮湿,揭露围岩为灰白色英安岩, 岩性为坚硬岩,弱风化,富水性较弱,围岩整体完整性较好,以构造型节理或层面为主,多呈块状,结合面中等发育,结合面好,整体稳定性稍好,掌子面照片见图2。

2.2 检测结果及分析

检测过程中,实际激发并采集地震数据24炮,但只有23炮有效。利用TSPwin软件对所采集的数据进行处理,得到P 波、SH 波、SV 波的时间剖面、深度偏移剖面和反射层提取以及岩体物理及力学参数等成果(图3~图5)。

利用TSPwin软件通过反演数值计算得出的围岩参数如表2所示。

通过图3~图5以及表2可以得出隧道掌子面ZK34+089~ZK33+980段的围岩状况:ZK34+089~ZK34+044段围岩纵波波速、横波波速、泊松比值较为稳定,动态杨氏模量等物性参数稍微降低;强反射界面及绕射异常密集。该段围岩与已开挖段近似,预测出露岩性应为英安岩,中厚层状,地层单斜。ZK34+044~ZK34+010段纵横波波速降低,泊松比值降低、动态杨氏模量等物性参数值降低。该段围岩物性较上一段稍有变好的趋势,预测出露岩性仍为英安岩,中风化,中厚层状为主,地层单斜,继续存在顺层偏压问题,节理较发育,岩体较破碎,局部可能有褶曲和小型断层等次生构造发育。ZK34+010~ZK33+980段纵波波速上升、横波波速变化不大,泊松比值上升,动态杨氏模量等物性参数略微降低;強反射界面及绕射异常不密集。该段围岩较已开挖段好,预测出露岩性应为英安岩,巨块状,地层单斜。

依据现行设计规范要求,可以预测ZK34+089~ZK34+980段围岩状况:节理裂隙较发育,岩体较完整,呈块状结构,围岩整体稳定性较好,结构面不发育,地下水不丰富,可以按照Ⅳ级围岩施工。

3 小结

本文对现有超前地质预报常用方法进行了概括总结,并采用TSP法进行了实际工程应用,可以发现TSP法可以较为准确的预报前方掌子面的围岩状况,对于指导围岩情况较为复杂的隧道具有重要意义。目前我国超前地质预报还处于探索阶段,相应技术仍待完善。

【参考文献】

[1]荣耀,孙斌,孙洋.超前地质预报在隧道围岩动态分级预测中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2017,36(6):18-23.

[2]刘阳飞.超特长隧道综合超前地质预报工法研究与应用[D].成都理工大学,2016.

[3]张聪.复杂地质情况下超前地质预报技术研究[D].石家庄铁道大学,2015.

[4]周建春,李卫民,魏琴,等.复杂环境大断面隧道施工超前地质预报技术与工程应用[J].中外公路,2016(4):238-241.

[5]朱自强,郭有军,刘涛影.地质雷达超前地质预报正演模拟及应用研究[J].铁道科学与工程学报,2018(1):148-155.

[6]刘新荣,刘永权,杨忠平,等.基于地质雷达的隧道综合超前预报技术[J].岩土工程学报,2015,37(s2):51-56.

[7]周轮,李术才,许振浩,等.隧道综合超前地质预报技术及其工程应用[J].山东大学学报:工学版,2017,47(2):55-62.

[8]罗浚,徐剑波,陈建平.隧道综合超前地质预报技术应用研究[J].铁道科学与工程学报,2017,14(4):811-818.

[9]许涛.综合超前地质预报在蒙华铁路隧道中的应用研究[D].兰州交通大学,2017.

[10]雒成贤.GPR地质雷达法与TSP法在隧道超前地质预报中的运用[J].中国高新区,2018(12):42.

[11]袁宗征.地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的应用[J].勘察科学技术, 2018(2):58-61.

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