超前地质预报技术

隧道及地下工程超前地质预报技术介绍

1 国内外历史及现状

1.1超前地质预报的重要性

突泥、突水是隧道建设中的主要工程地质问题，甚至为制约隧道建设工期及能否安全运营的关键。如雅砻（long）江锦屏二级电站地质探洞施工曾三次遇到特大规模的高压涌水，其中探洞3948m处突水射程达35～37m，流量0.61m3/s，，冲毁施工设施，疏干地表岩溶大泉，致使使用该泉水发电的电站关闭；衡广复线大瑶山隧道（14.295km）涌突水，冲毁施工设施，淹没竖井，延误建设工期，引发地表岩溶塌陷、水源枯竭、居民生产、生活用水困难等一系列的环境地质问题；衡广复线南岭隧道，施工时地表水通过岩溶裂隙下渗，多次发生涌水突泥，导致地表塌陷、井水枯竭、河水断流；2006年1月2l日10时50分，宜万铁路马鹿箐隧道出口平导PDK255+978.1，即距洞口3152m处的掌子面拱顶突发透水事故，15分钟内涌水量达18×104m3，造成重大人员伤亡和经济损失；2005年12月22日14时许四川都江堰至汶川高速公路董家山隧道发生瓦斯爆炸事故，造成44人死亡，11人受伤；日本东海道干线旧丹拿隧道（长7.84Km）1981年开工后曾6次遇到大规模高压涌突水，最大一次达3.3m3/s，水头高达1.4Mpa，贯通时总涌水量达l.63m3/s，致使该隧道建设工期达16年之久；日本的万之濑（1ai）川引水隧道（8.2km），在施工中出现严重涌突水，最大水量2.4m3/s，水头压力高达1.45MPa，致使5次改变施工方案，延误工期近2年；1992年竣工的辛普伦双孔单线隧道是穿越阿尔卑斯山的第四座特长隧道，施工期间发生的特大规模涌水，涌水量达13.4m3/s，水温高达47～56℃；前苏联的贝阿铁路北穆隧道（长13.5km），最大涌水量达60×104m3/d。这些工程事例表明岩溶和涌突水给工程本身和周围环境造成极大的危害。

准确预报施工前方地质条件是隧道建设的迫切需要，是确定工程对策、工程措施的关键，是工程施工安全的前提，是控制和合理运用工程投资的重要因素。

1.2超前地质预报发展的历史及现状

超前地质预报近年来在我国成为一热点技术，隧道及地下工程界对此非常重视。国外早在二十世纪四、五十年代就开展了隧道施工超前地质预报工作，日、法、英、前苏联、德、美等早己将其列为隧道工程建设必须开展的工作。我国自六、七十年代修建成昆铁路线时开始开展此项工作。八十年代以来，国内外隧道施工超前地质预报技术得到了长足的发展，尽管如此，还没有哪一种仪器和设备能解决所有的地质问题，预报理论与技术仍需完善，仪器和设器仍需不断更新改进。直列现在，我国还未有一部国家、地方、部门专门关于超前地质预报方面的规范，仍属于半科研半生产性质的技术，大家在工程实践中仍是探索着前进。2005年中铁隧道集团主编的行业规范《客运专线铁路工程隧道施工技术规范》第一次将超前地质预报技术作为专门章节列入，现正在送审之中，尚未发行，我院负责该章节的编写；2005年我院编写的《岩溶地区隧道超前地质预测预报工法》通过集团公司级评审，鉴定为集团公司级工法；受铁道部的委托，我院正在编写《铁路隧道超前地质预报技术指南》，尽管时间很紧，压力很大，我们作为一种荣誉任务要尽全力编写好，不仅要体现出我院的水平，还要体现出我国在超前地质预报方面的发展水平。很多人在问，目前经常采用的预报手段到底有哪些、原理是什么、有哪些优缺点、适用范围如何、在工程中该如何选择、准确度怎样?带着这些问题，今天与大家共同探讨。

2 超前地质预报的目的、任务及工作内容

2.1超前地质预报的目的及任务

1进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，进而指导工程施工的顺利进行；

2降低地质灾害发生的机率；

3为设计变更提供地质依据；

4为编制竣工文件提供地质资料。

2.2超前地质预报的主要工作内容

1地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报；

2地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报；

3不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体、高地应力等发育情况的预测预报；

4地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层等的预测预报。

3 超前地质预报的主要手段

3.1超前地质预报方法的分类

超前地质预报的方法主要包括：

1地质分析法，包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法等。

2超前导坑预报法，包括平行导坑法、正洞导坑法；

3超前钻探预报法，包括深孔水平钻探、5～8m加深炮孔探测及孔内摄影；

4物探方法，包括TSP隧道地震波反射法、HSP声波反射法、陆地声纳法、负视速度法、地质雷达、红外探测、单孔和跨孔CT等。

3.2各种主要预报手段

3.2.1地质分析法

3.2.1.1地质素描法

1、原理

利用地质理论和作图法，将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件的预测预报。

2、优缺点

该方法设备简单（地质罗盘）、操作方便、不占用隧道施工时间，提交资料及时，且能为整座隧道提供完整的地质资料，费用低，但对与隧道交角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报，对操作人员地质知识水平要求较高，一般要求地质专业人员来完成。

3.2.1.2地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法

用已开挖隧道段地层分界线及构造线在地表的反映预报尚未开挖段隧道地质条件，预报距离长，施工有充分准备时间，不干扰施工，工作可由专业地质人员完成。（层序、层厚、标志层）

3.2.1.3地质投影作图法

利用地表观测到的断层、岩脉等产状，投影作图给出该断层、岩脉在洞轴上出现的位置。

超前地质预报的主要手段

地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质投影作图法

3.2.2超前导坑预报法

3.2.2.1平行导坑法

平行导坑法是在隧道正洞左边或右边一定距离开挖一个平行的断面较小的导坑，以导坑中的地质情况通过地质理论和作图法预报正洞地质条件的方法。平行导坑的作用很多（如排水、减压放水、改善通风条件、增加工作面及探明地质条件等），地质预报只是其中用途