超前地质预报综合物探技术在马鹿箐隧道施工中的应用.docx

超前地质预报综合物探技术在马鹿箐隧道施工中的应用
刘志国
（中铁十一局五公司）
摘要：马鹿箐隧道运用超前地质预报综合物探技术，通过采用不同的预报手段和不断的总结改进，成功提前探测出多条暗河和溶腔，提前采取有效的施工措施，加快了施工进度，保证了施工安全。
关键词：马鹿箐隧道；超前地质预报；溶腔；物探
一工程概况
马鹿箐隧道位于恩施市和利川市交界处，隧道进口在罗针田镇梨子坪，出口在团堡镇道湾。马鹿箐隧道一线全长7879m，进口进洞里程为DK251+273;出口里程为DK259+152。在一线左侧30米设置的贯通平行导坑扩建成二线，二线全长7836m，进口里程为ⅡDK251+292;出口里程为ⅡDK259+128。
隧道位于中山区，地形陡峻，丘坡自然坡度25～50°，基岩大部裸露，植被发育。隧道穿越的地层主要有志留系中统纱帽组（S2S）砂质页岩、砂岩、页岩；泥盆系（D2＋3）石英砂岩、泥灰岩、页岩；二叠系栖霞组（P1q）灰质页岩夹煤层、灰岩夹炭质钙质页岩、灰岩；茅口组（P1m）灰岩；吴家坪组（P2w）页岩、灰质页岩夹煤层；长兴组（P2c）灰岩；三叠系大治组（T1d）页岩、泥页岩、泥灰岩和灰岩；嘉陵江组（T1j）灰岩、白云岩、页岩。洞身通过广泛分布的可岩溶地层，岩溶发育强烈，水文地质条件、地质构造复杂。正常涌水量为363896m3/d，最大涌水量为1761080m3/d。
马鹿箐隧道出口工区地质情况复杂，隧道穿越多条暗河和大型富水溶腔，隧道主要工程地质问题是强可溶的碳酸岩岩溶、岩溶水、溶洞、暗河，栖霞组、长兴组、大治组底部接触带，深切密集节理带和煤系地层瓦斯，深埋地段可能出现硬岩岩爆及软岩塑性变形现象。
二超前地质预报的目的
由于马鹿箐隧道地质条件很复杂，隧道穿越多条暗河和大型富水溶腔，岩溶发育的复杂多变、可能会产生大量突泥、涌水、涌砂。施工必须进行超前地质预报,以减少或避免因突泥、涌水、涌砂而造成的损失；为制定施工方案和措施提供必要的参数,如地下水压力、水量、管道岩溶的大小、方位以及含煤地层的瓦斯参数等；搞好地质超前预报可以节约大量资金，因为石灰岩地层的隧道特点是:岩溶发育地段,地下水活动频繁,一方面加剧岩溶的发育,另一方面大量块石、泥沙充填在溶洞中,围岩稳定性极差;岩溶不发育地段,地下水活动缓慢,岩层中大部分节理裂隙被地下水中析出的方解石充填,围岩稳定性较好，因此,有了准确的预报就可以减少很多不必要的安全措施。
三各种超前地质物探手段的原理
1、TSP203探测
TSP203探测是根据地震波的回波原理，人工制造一系列有规则排列的轻微震源，利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性,预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况。产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播,当岩石强度发生变化时,信号的一部分被返回。界面两侧岩石的强度差别越大,反射回来的信号也就越强。由三维地震波接收器在计算机的监控下采集这些震源所发出地震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体（如地层层面、节理面、岩溶面，特别是断层破碎带界面等）被反射返回的地震波数据。这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的，通过分析可以得到前方地层的地质力学参数。
2、红外探测
红外探测属广义遥感技术,它建立在红外辐射场的基础上。地球上一切物质,每时每刻都在向外辐射红外电磁波,并形成红外辐射场。物质在向外部发射红外辐射的同时,必然会把它内部的信息传递出来。因而根据场的变化,即探测曲线上所出现的异常,提前发现隐蔽的地质灾害体,从而预防灾害的发生。红外辐射场理论应用于隧道地质预报中,就是当隧道外围空间和掘进前方存在隐伏水体或含水构造时,隐伏水体或含水构造产生的异常场就要叠加到正常场上,使隧道内的正常场产生畸变,根据拱顶、隧底、边墙、掌子面探测曲线和测量数据的变化就能确定隐伏水体或含水构造所在空间方位。
3、地质雷达探测
地质雷达探测的基本原理是：雷达发射天线向隧道掌子面前方或隧道底部连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体（介电常数和电导率不同）时即发生反射波和透射波。接收天线接收反射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成实时的时间剖面。根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质。
4、超前地质钻孔
超前地质钻孔是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种地质超前预报方式。
5、风钻超长钻孔
利用风钻在隧道掌子面对其中的几个炮眼加深至4.5～5米的水平小孔径的浅孔获取地质信息的一种方法。
6、平行导坑
平行导坑法是在隧道正洞左边或右边一定挖一个平行且断面较小的导坑,以导坑中的地预报正洞地质条件的方法。
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