隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)的探析論文
在隧道工程建設(shè)施工過程中,通常會(huì)面臨各種不同類型的地質(zhì)條件,大大增加了隧道正常建設(shè)施工的難度。隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)勘探技術(shù)能夠準(zhǔn)確探測施工地段的地質(zhì)情況,在隧道掘進(jìn)正式施工前準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地質(zhì)條件,為隧道建設(shè)施工提供科學(xué)、有效的數(shù)據(jù)支持,確保隧道掘進(jìn)施工的正常工作進(jìn)度,防止發(fā)生施工安全事故,有利于隧道建設(shè)工程的順利進(jìn)行。
1 隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)主要分類
1.1 長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)
長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)主要采用斷層參數(shù)預(yù)測法、儀器探測法和地面地質(zhì)調(diào)查法進(jìn)行勘探預(yù)報(bào),超前地質(zhì)預(yù)報(bào)距離最遠(yuǎn)能夠到達(dá) 500 m 左右。長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)主要針對的是不良地質(zhì)環(huán)境的位置、性質(zhì)、寬度和受影響隧道地段的距離。通過勘探不同種類的地質(zhì)條件及其影響范圍,預(yù)報(bào)施工地段的圍巖類別、地下水狀態(tài)和工程建設(shè)施工受到的影響。長期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)主要是在隧道掘進(jìn)前簡單確定施工前方大致的地質(zhì)條件,有利于相關(guān)決策人員提前了解圍巖類別和地質(zhì)條件變化,重點(diǎn)處理圍巖類別低的地段,在正常施工地段加速掘進(jìn),從而提高隧道掘進(jìn)施工速度。長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)主要是在隧道中連續(xù)預(yù)報(bào)地質(zhì)情況,預(yù)報(bào)精確度比較高。
1.2 短期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)
短期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)是根據(jù)長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)的結(jié)果進(jìn)行深入預(yù)報(bào)工作,主要勘探方法包括地質(zhì)雷達(dá)法和掌子面編錄預(yù)測法等,預(yù)測距離最遠(yuǎn)可達(dá) 30 m 左右,能準(zhǔn)確勘探施工前方 30 m 范圍內(nèi)的圍巖等級和地質(zhì)條件,全面預(yù)報(bào)掌子面周圍的不良地質(zhì)分布情況、隧道的圍巖等級、地下水情況和對隧道掘進(jìn)的具體影響,大致確定出施工地段可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。短期超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)主要適用于不良地質(zhì)條件分布比較廣泛、隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜的施工地段。
1.3 其他分類
根據(jù)隧道探測原理,主要分為地球物理探測法,包括陸地聲吶法、紅外探水法、隧道地震超前預(yù)報(bào)方法、地質(zhì)雷達(dá)法和水平聲波剖面法;鉆孔探測法,主要包括超前水平鉆機(jī)、超深風(fēng)鉆孔和超前鉆機(jī)等;其他方法主要包括斷層參數(shù)預(yù)測技術(shù)、超前導(dǎo)坑法和掌子面地質(zhì)編錄預(yù)測技術(shù)。
2 隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)
2.1 鉆孔探測法
2.1.1 超前鉆機(jī)在隧道掘進(jìn)施工過程中,通過隧道掘進(jìn)機(jī)中的超前鉆機(jī)和超前地質(zhì)探測儀,可以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)施工地段的超前地質(zhì)情況,同時(shí)根據(jù)施工地段的巖石裸露情況、掘進(jìn)參數(shù)的變化情況和掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的異常情況,綜合分析判斷超前地質(zhì)情況,從而采取有效的處理措施,確保隧道掘進(jìn)機(jī)的順利運(yùn)行。超前鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)成本比較高,施工時(shí)間較長,因此適用于短距離的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。
2.1.2 超前水平鉆超前水平鉆在隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)中的應(yīng)用比較廣泛,能夠根據(jù)超前水平鉆的鉆頭壓力、巖心編錄、鉆速、涌水和漏水情況以及轉(zhuǎn)動(dòng)力矩等多方面參數(shù)建立準(zhǔn)確的超前地質(zhì)綜合柱狀圖,能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)取芯,具有較快的鉆進(jìn)速度;同時(shí),可以通過雙重管鉆進(jìn)、反循環(huán)沖洗鉆進(jìn)和套管護(hù)壁方法解決超前水平鉆施工過程中出現(xiàn)的埋鉆、卡鉆等情況,能夠提高水分含量較多的施工地段超前勘探工作的準(zhǔn)確性,避免隧道內(nèi)發(fā)生泥石流災(zāi)害。超前水平鉆操作工作量較少、預(yù)報(bào)距離長,而且工作條件比較好。
2.1.3 超深風(fēng)鉆孔超深風(fēng)鉆孔是通過鉆孔臺(tái)車在鉆炮眼前鉆 15 m 長的孔,然后根據(jù)推力、旋轉(zhuǎn)力矩、返水量、濃度變化、鉆速、轉(zhuǎn)速、給水量、返水顏色等,配合切面圖、素描圖、剖面圖和掌子面觀察情況,準(zhǔn)確預(yù)報(bào)施工前方的.不良地質(zhì)條件,可以利用最小施工進(jìn)尺實(shí)現(xiàn)控制范圍的最大化。超深風(fēng)鉆孔操作簡單、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性高、施工時(shí)間少。
2.1.4 超前鉆孔取芯法采用取芯鉆機(jī)鉆探取芯,通過全面分析巖芯情況判斷施工地段前方的不良地質(zhì)條件。超前鉆孔取芯法耗費(fèi)施工時(shí)間較長、經(jīng)濟(jì)成本高,因此主要適用于地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地段,可以通過各種室內(nèi)試驗(yàn),選擇出有效的支護(hù)方法、施工手段和防水處理措施。
2.2 地球物理探測法
2.2.1 地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是根據(jù)反射地震波的處理和接收情況,在掌子面后方相應(yīng)位置的鉆孔內(nèi)進(jìn)行微型爆破,發(fā)射出聲波信號,聲波信號按照球面的方式在巖體中傳播,當(dāng)聲波信號在隧道中遇到界面時(shí)會(huì)反射,隧道兩側(cè)巖石等級差距較大,反射的聲波信號比較強(qiáng),經(jīng)傳感器接收信號,再轉(zhuǎn)換成電信號放大,最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ),并由專用軟件分析、處理信號,由此準(zhǔn)確勘探預(yù)報(bào)施工前方的地質(zhì)條件。
2.2.2 地質(zhì)雷達(dá)法地質(zhì)雷達(dá)法是用發(fā)射天線將電磁波從掌子面發(fā)射到地質(zhì)層中,經(jīng)接口反射到掌子面中,通過另一側(cè)的天線接收信號,并分析、處理回波信號,從而準(zhǔn)確預(yù)報(bào)施工前短距離的地質(zhì)條件。
該方法主要適用于巖體性隧道建設(shè)中,預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性較高,在隧道掌子面超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)工作中得到了廣泛應(yīng)用。
2.2.3 陸地聲吶法陸地聲吶法其實(shí)是通過垂直地震波反射原理進(jìn)行預(yù)報(bào),主要采用錘擊激發(fā)聲波,由高頻超寬帶接受反射波,采用極小的偏移距離超前預(yù)報(bào)隧道的地質(zhì)情況,最遠(yuǎn)距離可達(dá) 80 m 左右。
2.2.4 水平聲波剖面法通過水平聲波剖面法進(jìn)行探測不會(huì)占用隧道的掌子面,在隧道兩側(cè)的淺孔內(nèi)設(shè)置發(fā)射源、信號接收器,形成水平聲波剖面。隧道內(nèi)不同檢測點(diǎn)的反射波采用相同路徑,反射波的界面形態(tài)和組合形態(tài)相同,反射圖形簡單清晰。水平聲波剖面法對反射界面的傾斜角要求較低,適用范圍比較廣泛。
2.2.5 紅外探水法隧道中巖體的紅外輻射場強(qiáng)度受地下水影響較大,利用紅外探水設(shè)備接收和分析隧道巖體的紅外輻射強(qiáng)度,根據(jù)巖體的紅外輻射場強(qiáng)度的變化情況勘探、預(yù)報(bào)隧道前方的不良地質(zhì)條件。這種探測方法只適用于含有地下水地質(zhì)條件的預(yù)報(bào)。
3 結(jié)束語
綜上所述,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,鐵路、隧道、公路、橋梁等建筑數(shù)量大大增加,在隧道掘進(jìn)建設(shè)過程中,面臨著各種不同的地質(zhì)條件,給隧道建設(shè)施工造成了嚴(yán)重的安全隱患。因此,做好隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)工作對隧道工程的建設(shè)具有重要意義,能夠有效防止安全事故的發(fā)生。在隧道掘進(jìn)超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)工作中,應(yīng)該綜合考慮不同檢測方法自身的特點(diǎn)和適用性,科學(xué)、合理地運(yùn)用各種勘探預(yù)報(bào)技術(shù),取長補(bǔ)短,提高超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)技術(shù)的專業(yè)水平,從而提高隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性,促進(jìn)隧道工程的安全、高效建設(shè)。
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