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蘇宇
重慶市市政設(shè)計(jì)研究院重慶市400020
摘要：在公路隧道施工中，采用先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，效果良好。先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)為公路隧道施工提供了科學(xué)合理的勘測(cè)數(shù)據(jù)，在很大程度上減少了施工事故的發(fā)生，保證了施工的質(zhì)量和安全。本文介紹了三種常用先進(jìn)地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的基本情況和工作原理，并根據(jù)TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法在實(shí)際工程中的操作進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：公路隧道；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；實(shí)例應(yīng)用
在隧道施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)軟弱圍巖、斷層破碎帶、涌水等不良地質(zhì)現(xiàn)象。如果在施工前未進(jìn)行論證，將會(huì)給施工帶來嚴(yán)重的隱患，影響安全生產(chǎn)。因此，在隧道施工中，對(duì)開挖工作前的地質(zhì)資料提出了嚴(yán)格的要求。實(shí)踐證明，探地雷達(dá)作為一種高效、準(zhǔn)確的隧道探測(cè)方法，能夠準(zhǔn)確提供地質(zhì)信息，有效地保證施工安全。
1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的勘測(cè)的現(xiàn)狀及原理
隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)不同，方法也不同。為了獲得準(zhǔn)確的隧道地質(zhì)調(diào)查預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域的地質(zhì)特征及其他環(huán)境因素選擇最合適的預(yù)測(cè)方法。先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)是指通過相應(yīng)的技術(shù)和手段，對(duì)隧道施工區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)問題區(qū)域的位置、特征和規(guī)模進(jìn)行了分析，并根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)安排了合理的施工方案。目前，在公路隧道施工中，最常用的先進(jìn)地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)主要包括地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)、探地雷達(dá)預(yù)測(cè)技術(shù)和超前預(yù)報(bào)法。
1.1地質(zhì)法預(yù)報(bào)技術(shù)
地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)是通過隧道工作面的地質(zhì)勘察資料和隧道外地質(zhì)勘察資料提供與結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的問題和地質(zhì)填圖，以推斷隧道地質(zhì)信息。該方法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)難度不大操作簡(jiǎn)單方便，不會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生不利影響。但這種方法存在一些明顯的缺點(diǎn)，這種方法的適用范圍較小，隧道埋藏較淺且隧道里程較短的工程使用，結(jié)果才會(huì)比較準(zhǔn)確。若是在隧道埋藏較深且地理環(huán)境較復(fù)雜的區(qū)域使用，不僅操作的技術(shù)難度較大，且得出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也較低。
1.2探地雷達(dá)法預(yù)報(bào)技術(shù)
探地雷達(dá)預(yù)測(cè)技術(shù)是基于連續(xù)掃描電磁波反射曲線疊加法在隧道工作面前方反射和傳播電磁波的技術(shù)。根據(jù)實(shí)測(cè)的反射脈沖波，計(jì)算隧道面與反射面之間的距離。電磁波對(duì)水的識(shí)別能力也比較強(qiáng)，因此在斷裂帶或含水地區(qū)，利用探地雷達(dá)方法測(cè)得的數(shù)據(jù)精度較高。但在短距離使用該方法時(shí)，由于隧道施工設(shè)備的影響，測(cè)量結(jié)果的精度會(huì)產(chǎn)生偏差。
1.3超前預(yù)報(bào)法
超前預(yù)報(bào)法是提前在隧道用少量的炸藥，并把它當(dāng)做震源，當(dāng)震源產(chǎn)生的地震波經(jīng)過性質(zhì)較差的地質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射波，根據(jù)反射波方向、傳播速度、反射波的波形和時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析計(jì)算，得出地質(zhì)情況或界面情況的隧道相關(guān)圖形進(jìn)行預(yù)測(cè)。
2TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作方法與技術(shù)
TGP原理意為隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)。隧道地震波超前預(yù)報(bào)方法是通過運(yùn)用地震波在不相同、斷開的地質(zhì)界面發(fā)生反射的原理，完成隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作。地震波的震源是通過采用數(shù)量較小的炸藥來代替，炸藥的引發(fā)裝置呈直線布置在洞壁的側(cè)面上。通常有24個(gè)炮孔引發(fā)裝置，引發(fā)炮點(diǎn)裝置的數(shù)量是根據(jù)所采集地震波信息量的數(shù)據(jù)來決定的。在炮孔內(nèi)裝有地震波的接收裝置，在隧道施工的實(shí)際操作中會(huì)在洞的左右兩邊都設(shè)置接收器，地震波的傳播方式通常是以球面的形式進(jìn)行傳播的，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ趥鞑サ倪^程中碰到不同的界面，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些信號(hào)反射波，其余的地震波會(huì)繼續(xù)向前傳播，在整個(gè)地震波的傳播過程中，會(huì)重復(fù)進(jìn)行著信號(hào)反射和余波繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，相關(guān)的檢測(cè)儀器會(huì)接受每次反射回的信號(hào)波，因此就可以利用檢測(cè)的時(shí)間、反射波的波形以及反射波的強(qiáng)度不同的變化等，完成超前預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)情況的檢測(cè)。
TGP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的工藝流程，炮孔和接收孔按以下工序進(jìn)行布置，在隧道邊墻側(cè)面，從距離掌子面10cm位置，向洞口方向打炮孔，炮孔間距及孔深按規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，在靠近洞口的炮孔往洞口方向20m處，對(duì)稱于隧道中線進(jìn)行布置接收孔兩個(gè)，孔深2m，孔徑50mm，將乳化炸藥、雷管、信號(hào)線綁扎在一起，將炸藥推入激發(fā)孔孔底，將耦合劑黃油推入接收孔孔底，并安裝檢波器。
3隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用
3.1隧道基本情況簡(jiǎn)介
某段高速公路的隧道左線全長(zhǎng)6015米，右線全長(zhǎng)6058米，隧道所經(jīng)過的山體中的巖石是變質(zhì)巖，第四系的松散的巖石分布在隧道所穿過山體的山間和河谷內(nèi)。
3.2隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用
在本段隧道的超前預(yù)報(bào)中主要采用了TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，對(duì)于全段隧道采取分段定性分析的辦法對(duì)隧道前方的圍巖情況進(jìn)行了分析，本文所分析的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)是ZK13+947-ZK14+097段隧道。
在本段隧道進(jìn)口的左線布置了隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，在本次的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中，一共布置了19個(gè)炮孔和兩個(gè)接收孔在對(duì)面掌子面的左側(cè)的壁洞上。
3.3超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析與推斷
實(shí)例工程的隧道ZK13+763-ZK14+040全長(zhǎng)277m，隧道的圍巖是V級(jí)圍巖，巖石的類型主要是紫麻粒巖夾片麻巖，巖體結(jié)構(gòu)是破碎形狀，巖石中的裂隙比較容易生長(zhǎng)，隧道的圍巖極易發(fā)生破碎問題，巖洞內(nèi)很可能含有地下水。隧道ZK14+040-ZK14+320全程長(zhǎng)度280m，在這段隧道中隧道的圍巖為IV級(jí)圍巖，隧道巖體中的裂隙較易生長(zhǎng)，巖體的形狀結(jié)構(gòu)為塊狀鑲嵌式，隧道的圍巖極易產(chǎn)生破碎的問題，隧道的巖洞內(nèi)可能有含量較少的地下水。由超前地質(zhì)預(yù)報(bào)勘察得出的數(shù)據(jù)可以知道，本段隧道有兩條強(qiáng)烈的反射界面，根據(jù)地質(zhì)剖面圖和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)果綜合分析，本段隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)果如下：
（1）ZK13+947-ZK13+979段隧道全長(zhǎng)為32m。根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的結(jié)果顯示，在這段隧道中檢測(cè)時(shí)縱波的傳播速度4760m/s，橫波的傳播速度2410m/s，動(dòng)彈性的檢測(cè)模量39711MPa，動(dòng)剪切性的檢測(cè)模量14955MPa，隧道中巖體的泊松比為0.328,根據(jù)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)可以分析出和掌子面巖體的特性是基本一樣的，巖體中的裂縫都容易生長(zhǎng)，在隧道的ZK13+963-ZK13+970地段反射點(diǎn)較為密集，是裂縫較多的。