综合超前预报技术在王家坝隧道中的应用

浙江交通职业技术学院学报，第１５卷第３期，２０１４年９月　ＪｏｕｒｎＪ　ｏｆ　Ｚｈｇｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖｏ１．１５　Ｎｏ．３．Ｓｅｐ．２０１４　

综合超前预报技术在王家坝隧道中的应用　谢旭强　，张武毅２，杜飞天　（１．浙江公路水运工程监理有限公司，杭州３１￣Ｘ）０４；２．浙江交科工程检测有限公司，杭州３１１２１５；　３．浙江省交通规划设计研究院，杭州３１０００６）　

摘要：本文首先对综合超前预报方法进行了简单介绍，重点分析了综合超前预报　法在王家坝隧道的应用。根据实际开挖过程的反馈信息表明：相较与单一的预报手　段，综合超前预报法能够提高预报的精确度，同时阐述了各种单一预报方法在综合　超前预报中的作用。　关键词：综合超前预报；ＴＧＰ２０６；探地雷达；超前钻孔　中图分类号：Ｕ４５６．３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—２３４Ｘ．２０１４．０３．０Ｏ６　文章编号：１６７１—２３４Ｘ（２０１４）０３一ｏ０２８—０４　

０引　言　在当前我国地下工程尤其是隧道工程蓬勃发展　的背景下，复杂多样的工程地质条件在隧道工程中　不断地显现，施工难度也因此不断地增加。同时由　于隧道工程具有区别于其它工程一些特点，如其隐　蔽性、复杂性和不确定性等，因此，仅仅通过前期　工程地质勘测远远不能满足现场施工技术人员的技　术需求，还有大量的未知地质情况需要伴随实际施　工的开展才能不断的被了解和掌握。基于隧道施工　的特殊性，综合超前地质预报技术被提出及应用。　

ｌ综合超前预报技术　目前，传统超前预报方法主要为地质素描法、　超前钻探法、声波法、电测法、地质雷达法、ＴＧＰ　超前地质预报仪等，这些方法各有其独特优点和缺　点。例如，超前钻探法优点是直接可靠、准确率较　高，缺点是占用工时较多、探测距离较短；ＴＧＰ超　前预报优点是间接方便、探测距离较长，缺点则是　在缺少工程地勘资料时会出现一定偏差，准确率不　高。由此可见，单独的一种超前预报方法很难在预　报距离和预报精度方面取得有效统一。　然而，综合超前地质预报技术则是在综合上述　超前预报方法的优点上而建立起的一种综合超前地　质预报方法。此种方法以“地质一物探一钻探”为　隧道施工超前地质综合预报的指导思想，并依此来　提高超前预报的精度。它主要采用掌子面素描法、　超前钻探法、ＴＧＰ２０６超前地质预报仪和地质雷达　法对掌子面前方围岩进行探测，通过各种方法的优　缺互补，从而达到在超前预报距离和预报精度方面　的协调统一，此种方法在王家坝隧道中广泛应用，　并取得了良好效果。　２工程简介　王家坝隧道工程所处在地貌为低山区剥蚀地　带。上覆第四系全新统粉质粘土、圆砾土、软石　土；下伏基岩为．侏罗系中统沙溪庙组上端（Ｊ２Ｓ）　泥岩夹砂岩。单斜构造，隧道围岩以软质岩为主，　右侧岩体顺层，易产生掉块，泥岩含水量较少，砂　岩地下水较丰富，预计隧道涌水量６７４　ｍ３／ｄ。隧区　属川西北含天然气地质构造环境，本隧按低瓦斯隧　

收稿日期：２０１４—０７—０２　作者简介：谢旭强（１９７３一），男，浙江遂昌人，高级工程师，Ｅ—ｍａｉｈ　ｘｘｑ５８５８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。　第３期　谢旭强，张武毅，杜飞天：综合超前预报技术在王家坝隧道中的应用　２９　道设计。　３　实例应用　里程ＤＫ４８７＋９４０～ＤＫ４８８＋０９５为洞口段，地　勘资料显示地形地质变化较大，设计围岩等级为Ｖ　级。据此，为保障施工安全及施工进度，开挖过程　中主要采用以掌子面素描法、超前钻探法、　ＴＧＰ２０６及探地雷达法相互结合的综合超前预报方　法来为项目顺利实施提供保障。　３．１掌子面素描法　为了了解开挖断面的地质状况，因此，对各个　掌子面进行了地质素描分析，对每个开挖步进行记　录。例：对隧道进口段掌子面ＤＫ４８７＋９４０的地质　编录（图１）。通过现场的观察发现：该掌子面围　岩为泥岩，节理裂隙发育一般，掌子面附近无明显　地下水发育特征，现场初步判定围岩级别为Ｖ级。　

裂隙发育程度　

Ｉ　隧道中轴线　

图１掌子面地质情况　３．２超前钻探法　

根据现场实际情况，在不影响正常施工的前　提下，本次超前钻孔探测在掌子面的钻孔布设如图　２所示。超前探孔初始里程为ＤＫ４８７＋９５０．８，探孑Ｌ　终止里程为ＤＫ４８８＋０００．４。偏（仰）角均为５度。　

／　墨ｒ　ｉ　簿　＼　＼＼　／／、　

图２超前探子Ｌ位置布置示意图　实际操作中采用水钻，螺旋钻进取芯。分段钻　孔显示地质状况较为相似，即围岩岩性主要为泥　岩，裂隙发育，岩体破碎；中间里程存在裂隙中且　有泥质填充的现象。　根据对于超前钻孔记录表（图３）的分析，预　测区段围岩总体较为单一，不存在非常明显的地质　变化预兆。超前钻孔显示在钻孔各段里程范围内，　围岩总体保持稳定，但需要注意的是中间段里程之　后的围岩变化，即里程９７５之后围岩岩性可能存在　变化。　３．３　ｑＶ，Ｐ２０６超前地质预报仪　根据ＴＧＰ超前地质预报仪采集的ＴＧＰ地震波　数据，通过专业软件处理得到ＴＧＰ综合超前地质　预报成果图（包括纵、横波绕射偏移图、反射界面　俯视图和纵、横波速度变化图），按照一般成果图　的分析经验，在成果分析解释中应遵循以下准则：　

施工单位：中铁二局掌子面里程：见下表编号：ＷＪＢＦ一１～２　开钻时间：２０１３年ｌＯ月１７日１７时１Ｏ分终孔时间：２０１３年１０月１８日０７时００分　序号　编号　钻孔位置　孔口标高　偏（仰）角　钻孔长度（ｍ）　终孔位置　终孔标高　钻孔特征及地质情况描述　

钻进过程中，前段２０．８ｍ钻进速度　较慢，岩体较完整，无冒进，黄色　岩体；钻进２ｏ．８—２３．５ｍ处钻进速　度较快，岩体较破碎，无冒进，后　１　ＷＪＢＦ一１　ＤＫ４８７＋９５０－８　７９．５２　仰角５。　５０．７０　ＤＫ４８８＋Ｏ０６．５　８３．９４　段钻进较快

，钻速均匀，无冒进，　

褐色混合体；后面钻进出现卡钻现　象，岩体较完整、无冒进。整个钻　进过程无水流。　

钻进过程中，前段２５ｍ钻进速度较　快，岩体较完整，无冒进，黄褐色　岩体；在钻进２５～２８ｍ段钻进较快，　２　ＷＪＢＦ一２　ＤＫ４８７＋９５０．８　７９．１３　仰角５。　４９．６ｏ　ＤＫ４８８＋ｏ０１．４　８３．４５　钻速较快，岩体较破碎，无冒进，　灰黄色混合体；２８ｍ后出现卡钻现　象，岩体较完整、整个钻进过程无　水流。　

图３超前钻探记录表　浙江交通职业技术学院学报　①成果图的分析解释应当以各项数据综合考　虑，不能以偏概全，把某一项数据分析结果作为　ＴＧＰ综合预报结论；②考虑到同对侧原始数据差　异，以同侧处理结果解释为主、对侧处理结果为辅　的原则；③考虑到纵横波分别反映不同的地质状　况，因此，应把纵横波分别作为单独参数指标进行　分析解释；④正反射界面表明此处围岩的岩性较好　或有转好趋势；负反射界面则说明此处围岩较差或　有变差趋势；⑤纵波能较好的反映围岩岩性的变　化，横波则对裂隙含水情况较为敏感。　通过对成果图（图４）的分析，隧道围岩变化　主要集中在ＤＫ４８７＋９８０～Ｄ４Ｋ４８８十０１２围岩段。　具体变化为：在Ｋ４８７＋９８０～Ｄ４Ｋ４８８＋０１２段纵波　波速呈现较大变化，说明该段围岩整体完整性可能　存在较大变化；横波变化则不是很大，反射较弱，　说明该段地下水含量较少，裂隙水不发育；但从绕　射偏移图上可知，色调呈现较为明显的冷暖交替，　表明该段围岩岩性的变化幅度可能较大，施工时应　加强监控。该段围岩同前后段相比要差。应列为重　点关注部位。　图４　ＤＫ４８７＋９４０～ＤＫ４８８＋０９５成果图　３．４探地雷达法　ｊ一述超前钻孑Ｌ分析以及ＴＧＰ２０６预报仪均显示　里程ＤＫ４８７＋９８０左右围岩出现变化。鉴于该段岩　层为进口段围岩，岩性变化对施工影响极大，因此　需加强对该段的预测，工程中在里程ＤＫ４８７＋９７０　处进行了一次短距离的探地雷达预报，以明确掌子　面前方围岩的具体变化，详细成果图如图５所示。　

图５　ＤＫ４８７＋９７０～ＤＫ４８８＋０２０成果图　本次预测范围内雷达波形整体较为均匀，在隧　道掌子面前方０～３０　ｍ范围内，雷达波形整体度较　好，推测该段岩体与掌子面类似，仍为砂岩且完整　性好，但需要注意在右幅掌子面前方８～１２　ｍ范围　内雷达波形波动明显且有弱波反射，判定陔处岩体　较掌子面岩体破碎，局部裂隙发育且有基岩裂隙水　溢出，隧道开挖后可能有地下水以点滴状产出；在　掌子面３Ｏ～５０　ｒｎ范围内雷达波形总体与前段类似，　但波形反射强度增加，推测该段围岩完整性较差，　岩体节理裂隙增多，同时在掌子面前方３２～３５　ｍ　范围可能有围岩夹层存在。　３．５综合预测结论　综合掌子面素描、超前探孔、　ＦＧＰ２０６超前地　质预报仪和地质雷达的预报结果，较为明确的判定　了里程ＤＫ４８７＋９８０处存在较为明显的地质变化，　且判定了主要的变化范围：掌子面右侧围岩。实际　开挖过程揭示：里程ＤＫ４８７＋９８０～Ｄ４Ｋ４８８＋０２０　区段内围岩岩性较前后段要差。因施工方根据超前　预报的结果采取了相应的施工措施，保证了施工安　全及进度。　

４　结　语　在王家坝隧道施工过程中，通过结合掌子面素　描、超前探孔、ＴＧＰ超前地质预报仪和地质雷达等　进行综合地质超前预报，并贯穿整个隧道施工的过　程当中，使隧道施工技术人员在特殊地质地段或不　良地质地段能够及时采取有效的预防措施。因此，　隧道地质超前预报对于隧道工程施工的安全、成本　控制方面有着重要意义。通过本文的研究，可得出　

暑霎