隧道掘進超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(shù)的探析論文
在隧道工程建設(shè)施工過程中,通常會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。隧道掘進超前地質(zhì)勘探技術(shù)能夠準確探測施工地段的地質(zhì)情況,在隧道掘進正式施工前準確預(yù)報地質(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,確保隧道掘進施工的正常工作進度,防止發(fā)生施工安全事故,有利于隧道建設(shè)工程的順利進行。
1 隧道掘進超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(shù)主要分類
1.1 長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報
長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(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)查法進行勘探預(yù)報,超前地質(zhì)預(yù)報距離最遠能夠到達 500 m 左右。長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(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)報技術(shù)主要是在隧道掘進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,重點處理圍巖類別低的地段,在正常施工地段加速掘進,從而提高隧道掘進施工速度。長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(shù)主要是在隧道中連續(xù)預(yù)報地質(zhì)情況,預(yù)報精確度比較高。
1.2 短期超前地質(zhì)勘探預(yù)報
短期超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(shù)是根據(jù)長期超前地質(zhì)勘探預(yù)報的結(jié)果進行深入預(yù)報工作,主要勘探方法包括地質(zhì)雷達法和掌子面編錄預(yù)測法等,預(yù)測距離最遠可達 30 m 左右,能準確勘探施工前方 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)報方法、地質(zhì)雷達法和水平聲波剖面法;鉆孔探測法,主要包括超前水平鉆機、超深風(fēng)鉆孔和超前鉆機等;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 隧道掘進超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(shù)
2.1 鉆孔探測法
2.1.1 超前鉆機在隧道掘進施工過程中,通過隧道掘進機中的超前鉆機和超前地質(zhì)探測儀,可以準確預(yù)報施工地段的超前地質(zhì)情況,同時根據(jù)施工地段的巖石裸露情況、掘進參數(shù)的變化情況和掘進過程中出現(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,確保隧道掘進機的順利運行。超前鉆機的經(jīng)濟成本比較高,施工時間較長,因此適用于短距離的超前地質(zhì)預(yù)報工作。
2.1.2 超前水平鉆超前水平鉆在隧道掘進超前地質(zhì)勘探預(yù)報中的應(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)動力矩等多方面參數(shù)建立準確的超前地質(zhì)綜合柱狀圖,能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)取芯,具有較快的鉆進速度;同時,可以通過雙重管鉆進、反循環(huán)沖洗鉆進和套管護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,準確預(yù)報施工前方的.不良地質(zhì)條件,可以利用最小施工進尺實現(xiàn)控制范圍的最大化。超深風(fēng)鉆孔操作簡單、預(yù)報準確性高、施工時間少。
2.1.4 超前鉆孔取芯法采用取芯鉆機鉆探取芯,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施工時間較長、經(jīng)濟成本高,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,選擇出有效的支護方法、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)報系統(tǒng)隧道掘進超前地質(zhì)預(yù)報系統(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,當聲波信號在隧道中遇到界面時會反射,隧道兩側(cè)巖石等級差距較大,反射的聲波信號比較強,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)換器進行轉(zhuǎn)換和存儲,并由專用軟件分析、處理信號,由此準確勘探預(yù)報施工前方的地質(zhì)條件。
2.2.2 地質(zhì)雷達法地質(zhì)雷達法是用發(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,從而準確預(yù)報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)報準確性較高,在隧道掌子面超前地質(zhì)勘探預(yù)報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是通過垂直地震波反射原理進行預(yù)報,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)報隧道的地質(zhì)情況,最遠距離可達 80 m 左右。
2.2.4 水平聲波剖面法通過水平聲波剖面法進行探測不會占用隧道的掌子面,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度,根據(jù)巖體的紅外輻射場強度的變化情況勘探、預(yù)報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。
3 結(jié)束語
綜上所述,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴大,鐵路、隧道、公路、橋梁等建筑數(shù)量大大增加,在隧道掘進建設(shè)過程中,面臨著各種不同的地質(zhì)條件,給隧道建設(shè)施工造成了嚴重的安全隱患。因此,做好隧道掘進超前地質(zhì)勘探預(yù)報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。在隧道掘進超前地質(zhì)勘探預(yù)報工作中,應(yīng)該綜合考慮不同檢測方法自身的特點和適用性,科學(xué)、合理地運用各種勘探預(yù)報技術(shù),取長補短,提高超前地質(zhì)勘探預(yù)報技術(shù)的專業(yè)水平,從而提高隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報的準確性,促進隧道工程的安全、高效建設(shè)。
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