隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)不用的方法有什么特點(diǎn)
更新時(shí)間：2021-11-24 10:03
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隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是在施工前期地質(zhì)勘查成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步查明掌子面前方一定范圍內(nèi)圍巖的地質(zhì)條件。超前探測(cè)地層巖性、軟弱層的位置、巖體完整程度、斷裂帶位置及寬度、圍巖富水性等不良地質(zhì)以及隱伏的重大地質(zhì)問(wèn)題。為隧道信息化設(shè)計(jì)、支護(hù)參數(shù)變更及施工方案優(yōu)化提供依據(jù)，指導(dǎo)施工順利進(jìn)行，確保施工安全。中交路橋科技有限公司專業(yè)從事隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，小喬接下來(lái)將為您介紹目前工程上主要用到的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法：地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、物探法、超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法、數(shù)碼成像技術(shù)等。
1、地質(zhì)調(diào)查法
地質(zhì)調(diào)查法是根據(jù)隧道已有勘察資料、地表補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查資料和隧道內(nèi)地質(zhì)素描，通過(guò)地層層序?qū)Ρ?、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析、斷層要素與隧道幾何參數(shù)的相關(guān)性分析、臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的前兆分析等，利用常規(guī)地質(zhì)理論、地質(zhì)作圖和趨勢(shì)分析等，推測(cè)開挖工作面前方可能揭示地質(zhì)情況的一種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。
優(yōu)點(diǎn)：地質(zhì)調(diào)查法不占用施工時(shí)間，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單（地質(zhì)羅盤）、操作方便、預(yù)報(bào)效率高、效果好、費(fèi)用低，且能為整座隧道提供完整的地質(zhì)資料。
缺點(diǎn)：對(duì)與隧道交角較大而又向前傾的結(jié)構(gòu)面容易產(chǎn)生漏報(bào)，對(duì)操作人員地質(zhì)知識(shí)水平要求較高，一般要求專業(yè)地質(zhì)人員來(lái)完成。
2、物探法
2.1 電磁波反射法
電磁波反射法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用地質(zhì)雷達(dá)法。中交路橋科技有限公司擁有多套地質(zhì)雷達(dá)，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是利用電磁波在隧道開挖工作面前方巖體中的傳播及反射，根據(jù)傳播速度、反射走時(shí)和波形特征進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的一種物探方法。
優(yōu)點(diǎn)：將發(fā)射天線和接收天線集于一體，具有分辨率高、快速、無(wú)損、連續(xù)檢測(cè)、實(shí)時(shí)顯示等特點(diǎn)。在地表探測(cè)5～30m范圍內(nèi)的地下地層或地質(zhì)異常體(溶洞、土洞、斷裂、空隙等)反射信號(hào)還是比較明顯的，也是一種比較理想的手段。
缺點(diǎn)：儀器密封性差，洞內(nèi)不易防水、防潮、防塵，易造成儀器損壞，特別是沒有專門的天線，操作起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且效果不好；探測(cè)距離太短，一次只能探測(cè)5～30m。
隧道內(nèi)的環(huán)境條件與地質(zhì)雷達(dá)的理論基礎(chǔ)——半無(wú)限空間不吻合，加之洞內(nèi)鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼軌等金屬構(gòu)件的影響，探測(cè)結(jié)果一般不太理想。
2.2 地震波反射法
利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)隧洞掌子面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)情況，可以檢測(cè)出掌子面前方巖性的變化，可以在鉆爆法或TBM開挖的隧道中使用，而不必接近掌子面。該法有效預(yù)報(bào)距離100～200m。
優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。
預(yù)報(bào)距離長(zhǎng)，能預(yù)報(bào)掌子面前方100～200m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越完整，預(yù)報(bào)長(zhǎng)度就越大。
對(duì)隧道施工干擾小，它可在隧道施工間隙進(jìn)行。
提交資料及時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的第二天即可提交正式成果報(bào)告。
缺點(diǎn)：其預(yù)報(bào)地質(zhì)體距離掌子面的位置是根據(jù)24個(gè)爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質(zhì)體反射波到達(dá)接收器的時(shí)間來(lái)確定的，由于彈性波速度的差異而導(dǎo)致地質(zhì)體預(yù)報(bào)位置與實(shí)際情況有所差異。
預(yù)報(bào)斷層、軟弱結(jié)構(gòu)面等面狀結(jié)構(gòu)反射信號(hào)較為明顯，對(duì)小型溶洞反映不明顯。
2.3 高分辨直流電法
高分辨直流電法是以巖石的電性差異（電阻率差異）為基礎(chǔ)，在全空間條件下建立電場(chǎng)，電流通過(guò)布置在隧道內(nèi)的供電電極在圍巖中建立起全空間穩(wěn)定電場(chǎng)，通過(guò)研究地下電場(chǎng)的分布規(guī)律，并根據(jù)視電阻率分布圖預(yù)報(bào)開挖工作面前方儲(chǔ)水、導(dǎo)水構(gòu)造分布和發(fā)育情況的一種直流電法探測(cè)技術(shù)。
優(yōu)點(diǎn)：適用于探測(cè)地層中存在的地下水位置及含水量大小。
2.4 瞬變電磁法
瞬變電磁法是一種時(shí)間域的電磁探測(cè)方法，介質(zhì)在一次電流脈沖場(chǎng)激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生渦流，在脈沖間斷期間渦流不會(huì)立即消失，在其周圍空間形成隨時(shí)間衰減的二次磁場(chǎng)。二次磁場(chǎng)隨時(shí)間衰減的規(guī)律主要取決于異常體的導(dǎo)電性、體積規(guī)模和埋深，以及發(fā)射電流的形態(tài)和頻率。因此，可以通過(guò)接收線圈測(cè)量的二次場(chǎng)空間分布形態(tài)，了解異常體的空間分布。
優(yōu)點(diǎn)：由于施工效率高，純二次場(chǎng)觀測(cè)以及對(duì)低阻體敏感，使得它在當(dāng)前的煤田水文地質(zhì)勘探中成為首選方法；
瞬變電磁法在高阻圍巖中尋找低阻地質(zhì)體是最靈敏的方法，且無(wú)地形影響；
采用同點(diǎn)組合觀測(cè)，與探測(cè)目標(biāo)有最佳耦合，異常響應(yīng)強(qiáng)，形態(tài)簡(jiǎn)單，分辨能力強(qiáng)；
剖面測(cè)量和測(cè)深工作同時(shí)完成，提供更多有用信息。
2.5 紅外探測(cè)法
一切物質(zhì)，每時(shí)每刻都在向外部輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場(chǎng)。物質(zhì)在向外部發(fā)射紅外輻射的同時(shí)，必然會(huì)把它內(nèi)部的信息傳遞出來(lái)，因而根據(jù)輻射場(chǎng)的變化，即探測(cè)曲線上所出現(xiàn)的異常，可提前發(fā)現(xiàn)隱蔽的災(zāi)害實(shí)體，從而預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生。紅外探測(cè)就是將紅外輻射場(chǎng)理論應(yīng)用于隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中，當(dāng)隧道外圍空間和掘進(jìn)前方存在隱伏水體或含水構(gòu)造時(shí)，隱伏水體或含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常場(chǎng)就要疊加到正常場(chǎng)上，使隧道內(nèi)的正常場(chǎng)產(chǎn)生畸變，根據(jù)拱頂、隧底、邊墻、掌子面探測(cè)曲線、測(cè)量數(shù)據(jù)的變化就能確定隱伏水體或含水構(gòu)造所在空間方位。
紅外探水儀
優(yōu)點(diǎn)：紅外探測(cè)能準(zhǔn)確判斷出探測(cè)點(diǎn)前方有無(wú)水體存在及其方位。對(duì)水體的探測(cè)有較高的準(zhǔn)確率，屬于新技術(shù)。
缺點(diǎn)：不能對(duì)水量、水壓等重要參數(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)。對(duì)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的條件要求高，探測(cè)數(shù)據(jù)受影響程度較高，如：受噴射作業(yè)后水泥水化熱影響；爆破作業(yè)后測(cè)線范圍內(nèi)溫差明顯的影響；測(cè)線范圍內(nèi)存在高能熱源場(chǎng)（如電動(dòng)空壓機(jī)等）的影響。
3、超前鉆探法
在隧道內(nèi)安放水平鉆機(jī)進(jìn)行水平鉆進(jìn)，根據(jù)隧道中線水平方向上鉆孔資料來(lái)推斷隧道前方的地質(zhì)情況。地質(zhì)情況可根據(jù)鉆進(jìn)速度的變化、鉆孔取芯鑒定、鉆孔沖洗液的顏色、氣味、巖粉以及在鉆探過(guò)程中遇到的其他情況綜合判斷。
超前鉆探施做
優(yōu)點(diǎn)：可比較直觀地告訴我們鉆孔所經(jīng)過(guò)部位的地層巖性、巖體完整程度、裂隙度與地下水情況。與物探方法相比，它具有直觀性、客觀性，不存在物探手段經(jīng)常發(fā)生的多解性、不確定性。
缺點(diǎn)：費(fèi)用高、占用隧道施工時(shí)間長(zhǎng)，且資料只是一孔之見（理論上講，由于溶洞發(fā)育的復(fù)雜性、多變性，幾個(gè)鉆孔也難百分之百地把掌子面前方的管道、巖溶提前揭露預(yù)報(bào)出來(lái)）。
遇軟弱巖層取芯困難，對(duì)巖溶隧道布孔位置帶有偶然性，在復(fù)雜地質(zhì)條件下很難預(yù)測(cè)到掌子面前方的小斷層和貫穿性大節(jié)理。
4、超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法
超前導(dǎo)坑法是在隧道正洞中某個(gè)部位開挖一個(gè)斷面較小的導(dǎo)坑以探明地質(zhì)情況的方法。該方法較平行導(dǎo)坑法更直接、更準(zhǔn)確。正洞導(dǎo)坑可作為隧道施工工法的一種，既開挖了隧道，又探明了地質(zhì)，超前導(dǎo)坑法可分為超前平行導(dǎo)坑和超前正洞導(dǎo)坑。
優(yōu)點(diǎn)：平行導(dǎo)坑超前的距離越長(zhǎng)，預(yù)報(bào)也越早，施工中就有充分的準(zhǔn)備時(shí)間，可以增加工作面，加快施工進(jìn)度，還可以起到排水減壓作用，改善通風(fēng)條件和探明地質(zhì)構(gòu)造條件的作用。采用超前平行導(dǎo)坑進(jìn)行預(yù)報(bào)比較直觀，精度高，預(yù)報(bào)的距離長(zhǎng)，便于施工人員安排施工計(jì)劃和調(diào)整施工方案。超前正洞導(dǎo)坑布置在正洞中，其作用與平行導(dǎo)坑相比，效果更好。
缺點(diǎn)：無(wú)論是平行導(dǎo)坑或者是正洞導(dǎo)坑費(fèi)用都很高，有時(shí)候需要全洞進(jìn)行平導(dǎo)開挖。在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)準(zhǔn)確度不高。
5、數(shù)碼成像技術(shù)
這是一項(xiàng)具有高科技含量和發(fā)展前景的技術(shù)。它可利用掌子面超前鉆孔或隧洞已開挖段坑壁的畫象情報(bào)，用計(jì)算機(jī)數(shù)值處理等方法，進(jìn)行相關(guān)處理，就能進(jìn)行施工階段圍巖級(jí)別的判定、掌子面前方地質(zhì)情況預(yù)測(cè)。
該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，僅僅需要一臺(tái)或幾臺(tái)較高分辨率的數(shù)碼相機(jī)及相應(yīng)的附屬配件。該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)尚處于研究階段。
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