综合地质预报技术在隧道施工中的应用.doc

综合地质预报技术在隧道施工中的应用1前言公路隧道在设计时，一般先做地质勘察获得地质资料，进行技术设计。但是，在隧道施工时，上述地质资料，尚不能完全反映出实际地质状况。特别是在复杂地质条件时，对于开挖面前方地质情况，如果事先不明，当遇到不良地质，一旦发生突泥涌水、塌方病害，必然措手不及，不仅给施工带来巨大困难，还时常导致人身伤亡、设备损失、延误工期，造成巨大的经济损失。因此，在隧道开挖过程中，应当采用相应的探测手段，实施地质超前预报，探测前方围岩状况，为开挖作业提供信息，做到有备无患。目前的超前预报在实践中已经积累了很多成功的经验，也暴露出了应用单一预报方法产生的误判、漏判等问题。方法技术研究和预报实践都表明，采用综合预报技术，洞内探测与地表物探相结合、地球物理探测与地质研究相结合，会大大提高预报的准确性，减小预报的风险。这一做理念法正逐渐被专业队伍和业主接受。比较有效的地表物探方法有高密度电法、EH4、瞬变电磁等，可以与隧道内的地质雷达、TSP技术等相结合，发挥综合物探的优势。现就综合预报方法的有关技术要点和应用效果说明如下。2综合地质预报探测方法及原理在xx路隧道群施工中，先后采用了高密度电阻率法，地质调查法，TSP（隧道地震探测）法，GPR（雷达探测方法），个别地质条件极复杂的隧道还采用坑内超前钻探。2.1高密度电法高密度电阻率勘探法，实际上是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统。它是对直流电法的发展，其功能相当于三极测深与电剖面法的结合。其勘探原理是：通过电极向地下供电,形成地下人工电场。在地下，人工电场分布状况与地下岩土介质电阻率ρ密切相关，然后，再通过对地表人工电场测量，便掌握了地下介质视电阻率ρs的分布；根据岩土介质视电阻率的分布，推断解释地质体结构状况。这种方法原理简单，应用历史较长，是一种成熟的物探方法。特别是随着数据采集技术的改进和发展，加快了勘探速度，增大了剖面覆盖面积。在强干扰的环境下，明显提高了信噪比，更能够准确地探测地质体。在工程地质勘探和矿产资源勘察中，有着广泛和成功的应用。在xx路隧道群施工中,使用该方法对复杂地段进行了探测，提供了大面积地质信息。2.2TSP203TSP（203）是TunnelSeismicPrediction的缩写，是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震设备，专门为隧道地质超前预报设计的。其特点是：快速、准确，并以三维空间方式，反映出开挖周围及前方地质情况，为隧道施工、矿藏开采、洞穴和墓穴探测，能提供比较准确的预报信息。该种物理勘探方法属于地震勘探。TSP203探测仪的预报系统，类似于一般物探勘测方法，采用回声测量原理，对开挖前方地质状况做出预报。在进行地质预报前，在隧道边墙脚处布设测线，测线上布设炮点，即为人工震源点，用小量炸药激发地震，产生振动声波。振动声波向进深方向传播，当遇到不同介质时，一部分声波返回，一部分声波继续向前传播。当继续向前传播的声波，遇到第二种介质时又返回，直至振动波能量全部被吸收。事先设在隧道内的接收器，分次采集到回声波，利用设备自带软件进行分析处理，依次做出地质信息预报。探测原理如图1所示。图1TSP203地质探测原理Fig.1TSP203geologyinspectiontheory在xx路隧道群施工中，使用TSP（203）系统，实施跟进长距离超前预报，探测范围可达到100m，硬质较完整的岩层甚至可达200m，在现场进行数据采集时，及时提供地质超前预报信息，能伴随施工连续采集，基本上不影响掘进作业。为隧道安全施工，减少地质病害损失做出了贡献。2.3GPR探测方法(地质雷达法)GPR（GroundPenetratingRadar）探测方法，是利用电磁波反射方法,确定地下介质分布技术。其方法是利用高频电磁波（1MHz-1GHz），通过发射天线，以定向的脉冲方式，向地下发射电磁波。在地下均匀介质中，电磁波以正常速度传播。当地下存在着不同岩性时，电磁波传播速度会产生不同的影响。电磁波在地下传播过程中，当遇到不同岩性界面时，便发生反射，返回到地面天线，由在地面安放主机接受。通过天线雷达主机系统采集返回的电磁波，并以数字形式记录下来。再通过对记录的数据处理，可以获得电磁波时间或深度剖面。分析界面反射回来的电磁波的时间、频率和振幅等特征，进而推断出地下介质的空间位置、结构性质及几何形态，从而达到对地层或地下目标体的探测。在xx路隧道群施工过程中，使用GPR探测方法，实施跟进开挖探测,及时提供了短程预报信息。3综合地质预报流程xx路隧道群的超前预报探测主要采用以下流程（图2）：3.1准备阶段收集前期地质资料,隧道勘测设计阶段，对隧道沿线进行地质调查，调查地表露头的岩层，钻孔勘探，从而获得地质信息，作为隧道预设计的依据。在地表进行高密度电法探测时，收集前期地质资料，作