厦门海底隧道超前地质预报经验总结.doc

厦门海底隧道超前地质预报经验总结第34卷第21期2008年7月山西建筑SHANXIARCHITE(rUREVo1.34NO.21Ju1.2008?7?文章编号:1009.6825(2008)21.0007.02厦门海底隧道超前地质预报经验总结易小明张顶立摘要:针对厦门翔安隧道超前地质预报的重要性,阐述了海底隧道中超前地质预报的实施要点,对其预报经验进行了总结,经验表明:超前地质预报对加快施工进度,预判施工过程中风险源,防突水,防坍塌,确保施工过程安全意义重大.关键词:海底隧道,超前地质预报,风险,地下水中图分类号:U452.11文献标识码:AO引言厦门翔安隧道,是我国大陆第一座大断面的海底隧道.该海底隧道的建设,一方面将对国内隧道建设技术的进步和发展起到巨大的促进作用;同时也是对国内隧道工程相关行业的巨大挑战1,21.由于厦门海底隧道主要穿越海域段微风化花岗岩地段(其中包括风化深槽F2,F3)和穿越陆域浅滩段全,强风化花岗岩地带,主要不良地质现象为翔安浅滩的富水砂层及左线隧道,服务隧道穿越海域段的F2和F3强风化层及风化槽问题,此外服务隧道也会通过二长岩脉V级围岩地段.诸多不良地质段(体)的存在,俨然成为海底隧道建设安全顺利实施的重大技术难点.借鉴类似水底隧道,国外跨海隧道【3,41的相关经验,毋庸置疑,超前地质预报技术在海底隧道中是至关重要的一个技术环节5.61.1海底隧道中的超前地质预报,1.1超前地质预报的实施1)TSP长距离超前预报.TSP202或TSP203是目前被认为预报效果较好的仪器,其原理是利用地震波在不均匀地层的界面产生反射波的特征和信号接收的时间等参数来判断前方的地质变化.TSP属于长距离超前地质预报,其有效探距可达150m300m,预测距离在100m左右是比较准确的.最大分辨率,在不良地质体定位上,约不小于1m;位置判别精度约90%,其规模判别精度可达85%;TSP203型仪器可辨识有无地下水,多水,少水,弱富水带,强富水带等相对结论,而对突涌水量和水压的定量预测,仍需结合其他探水手段进行;探测成果准确度取决于准确的操作与图像解释技术.2)地质雷达.地质雷达属于电磁波物探技术,电磁波通过天线向地下发射,遇到不同阻抗介面时将产生反射波和透射波,接收机利用分时采样原理和数据组合方式,把天线接收的信号转化为数字信号供解译人员分析.Sir-20地质雷达能探测20m30m范围内地质情况;CR20一B地质雷达能探测20m30m范围内地质情况,对探测底部及周边地质状况效果较好.3)短期预报采用超前钻孔.超前钻孔可采用地质钻机,通过钻孔取芯直接判断围岩情况.现有的地质预报手段很多,但采用超前探孔探测是最有效,最直观,最准确的,虽然它占用工作面,影响掘进效率,但由于它的直接有效性,为安全考虑,被较多采用.4)设置服务隧道或超前探洞.设置服务隧道的用处很多,但最主要的一点是利用服务隧道超前掘进可有效地超前探明地质情况,为大断面主洞探明地质.5)红外探水.HY一303红外线探水仪,能探测20m30m范围内地下水状况.基本原理:当掘进前方30m范围内存在含水构造或溶洞时,前方灾害源产生的红外异常场,必然会传播到掘进后方,因而在掘进后方隧道的侧壁上能提前发现灾害源产生的红外异常场(也称灾害场).6)地质素描.这是施工过程中不可缺少的资料积累.开挖后通过对围岩类别,岩性,围岩风化程度,节理裂隙,产状,断层分布和形态,地下水等情况进行观察和测定后,绘制剖面,平面地质素描图,并结合位移量测和超前预测预报资料来判断前方地质情况,指导施工.7)综合超前地质预报.采取一种方法是不可靠的,宜采取多种预报手段相结合的综合超前预报方法(见图1).多管齐下,优化组合,相互印证,相互补充,提高物探成果解译水平,提高地质预报精度.只有提高预报探测成果的利用效率,才能及时反馈指导设计与施工.目前施工阶段的地质预报工作,靠中长期预报与短期预报相结合,物探手段与钻孔直接预测相结合,区域性地质预报与掌子面地质预报相结合的综合超前地质预报技术.服务洞)_(风化槽预报)一_(不良地质体宏观预报H长期预报>_-<短期预报荛JJ萎jI蓁lJ囊图1海底隧道超前预报体系厦门海底隧道的安全顺利施工,采用综合超前地质预报技术来确保预报结果的准确性,将综合超前地质预报按照以下步骤作为一道必须的工序,贯穿于隧道施工全过程.第1步:隧道所在地区地质分析与宏观预报;第2步:隧道施工过程中的长期超前地质预报;第3步:隧道施工过程中的短期超前地质预报;第4步:隧道施工地质灾害临近警报.常用的超前地质预报设备如表1所示.1.2超前地质预报经验总结1)突出预报重点.由于海底隧道中,地勘资料完全详尽是不实际的,所以超前地质预报面临多种地质上的不确定因素.一方面加大了预报的工作量,更重要的是增加了预报解译难度以及更多的噪声信号.另一方面针对厦门海底隧道的特殊地质情况,分别对以下内容作为重点预报对象:风化槽溶槽界面,断层富水带,安全有效的顶板收稿日期:20080328作者简介:易小明(1979一),男,北京交通大学博士后,北京100044张顶立(1963一),男,博士生导师,教授,北京交通大学,北京100044.一.第34卷篓218200智山西建筑8?年7月K厚度.对于海底隧道而言,准确判断风化槽界面的位置与通过该段溶槽的设计,施工,辅助工法休戚相关,溶槽界面判断不准,意味着巨大的滑坡,坍塌及突水风险.结合厦门海底隧道的区域地质特征,海底隧道将普遍面临富水破碎带的困扰.而且,根据现场实际施工揭露,很多富水层甚至与海水相连通,即是一种无限海水补给.由于地质条件的不均一性,强风化花岗岩的风化程度的差别,导致海底隧道的顶板厚度可能在局部小于设计厚度,在通过该段时,由于爆破震动的影响,极有可能造成隧道拱顶的塌方,从而导致整个隧道拱顶的坍塌,失控.抓住了海底隧道施工过程中最核心的3个问题:风化槽,防突水,防坍塌,并有针对性的进行超前地质预报,海底隧道的安全是有保障的.表1常用的超前地质预报设备名称功能备注TSP长距离探测产地瑞士,价格约200万元地质雷达短距离探测美国劳雷,国产红外探水仪探水国产数码相机掌子面记录要求高精度地质钻机取芯,探水国产风钻短距离探测国产,较经济,便利长距离水平钻机取芯,探水日本矿研,意大利卡萨2)提高解译水平.由于超前地质预报是一项地质学,物探学,隧道工程技术,工程地质技术的综合学科,对超前地质预报的准确把握和解译是一件有挑战性的工作.一方面要求了解海底隧道的区域地质,以便确定控制性的地质构造因素;另一方面要求能准确解读工程地质,水文,围岩的力学特征;也要求能对地震波,电磁波的特征,信号处理技术有清晰的了解.现场超前地质预报中,由资深的地质学,工程专家,解译的结果准确率很高;而普通技术人员测得的结果一方面离散,难以解译,另一方面解译的结果千差万别,很大部分是失真的.所以提高解译水平,需要专业化,高水准的队伍.3)综合预报.将区域地质特征,地勘资料,设计资料,超前局部探测,围岩类别,开挖揭露情况综合考虑,并根据各种超前预报设备自身的特点,适应性,不仅做到超前预报的快捷,有效,而且能取得准确性与经济性的最佳平衡.4)设备国产化.如:03传感器测管多为耗材,而且为瑞士垄断生产,价格昂贵,消耗较大;而且TSP的核心技术并不在国内,也导致相应的解译工作困难,设备适应性问题的存在.如:日本矿研的冲击回转钻机,破岩快,进尺迅速,取芯便利,而且实现了全液压操作,可全自动记录,测试,自行走等等,性能优越,但价格在300万元500万元,投资较大.在超前地质预报领域,关键技术,关键设备有待进行国产化,特别是在类似海底隧道这种大型工程中,风险较大,超前预报工作非常重要,则很有必要突破国外技术壁垒,降低设备成本,并能显着的提高工程效益.2结语1)厦门海底隧道中,超前地质预报是隧道安全风险管理中的重要环节,而其中针对风化槽界面,富水断层带,围岩顶板坍塌则需要作为重点预报对象,并予以重视.2)综合运用各种预报方法,互相印证,取长补短,综合解释,并提高预报解译水平,可以取得较好的超前地质效果,为海底隧道安全风险的识别,控制提供了技术保障.参考文献:1王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论M.合肥:安徽教育出版社.2004.2王梦恕.蓬勃发展的中国水底隧道D.北京:北京交通大学,2005.3吕明,GRVE,NI1.SENB,等.挪威海底隧道经验J.岩石力学与工程,2005,24(23):42194225.4孙钧.海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷J.岩石力学与工程,2006,25(8):15131521.5李术才,李树忱,张庆松,等.岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究J岩石力学与工程,2007,26(2):217224.6琚建明.超前地质预报技术在海底隧道施工中的应用J.铁道工程,2007(7):7680.7刘志刚,赵勇.隧道隧洞施工地质技术M.北京:中国铁道出版社,2001.8何振宁.物探在铁路地质勘探工作中的地位与作用(中国铁路工程物探五十年)M.北京:中国铁道出版社,2003.9孙小田,王法岭,申飞.TSP203系统在鸟鞘岭隧道复杂地质中的应用研究J.铁道标准设计,2005(9):9193.10赵华.TSP203在雁门关隧道地质超前预报中的应用J.山西交通科技,2006(3):5455,64.11张国良,佟胤铮,壬宇.TSP超前地质预报在大伙房水库输水工程的应用J.水利水电技术,2006,37(4):5456.12李文新.隧道物探法预报进展及回顾J.山西建筑,2007,33(7):316317.Theexperiencesumming-upofadvancegeologicalforecastingofXiamensubmarinetunnelYIXiao-mingZHANGDing-liAbstract:玎lingattheimportanceofadvancegeologicalforecastingofXiangantunnelXiamen,itrepresentsthecarryingOutpointsofadvancegeologicalforecastingofsubmarinetunnel,andsumsuptheforecastingexperience.Theexperienceillustratesthatithasimportantmeaningofadvancegeologicalfor