隧道超前地质预报技术与应用

隧道超前地质预报技术与应用中铁四勘察设计院集团有限公司曹哲明表示： (一)超前地质预报技术一、地质素描二、物探三、超前钻井四、长炮孔五、水文监测、一、地质素描、一地质素描目的：通过观测掌子面及周边工程地质条件的变化来预测掌子面前方的工程地质条件；一， 地质素描2地质素描的主要观测内容包括围岩岩性、岩层产状、地质构造特征、节理裂隙特征、地下水活动特征、溶蚀发育现象、齐岳山隧道PDK363 537大突水掌面素描图、一、地质素描、一、地质素描、三、 利用照片记录掌面地质变化情况在野三关隧道DK124 538掌面草图、二、物探1、物探先进地质预报中的作用：发现不良地质体异常，确定异常空间位置2、物探方法选择原则：适用于隧道地基条件和施工环境，可定量判断异常位置2、 物探，3，地震反射波法的应用效果和应注意的问题分辨率： 22222222000000000埃6 c超磁、二、物探、三、地震反射波法的应用效果和应注意的问题有效探测距离制约探测距离因素：频率、能量、挠曲波爆发震源：约100m锤震源：约50m， TSP原始记录信号，二、物探3 )地震反射波法的应用效果及应注意的问题有效探测的前提条件：断层与接触边界：倾角35与隧道轴线的角度大于45的不规则地质体：探测前方有一定面积或占部分掌面的地震波反射，二、物探3 ) 地震反射波法的应用效果和应注意的问题地震反射资料不能成为围岩变更的依据，狮子洋隧道围岩速度、二、物探3 .地震反射波法的应用效果和应注意的问题TSP(TGP、复视速度等)的应用主要用于断层、岩性接触带长距离预报的不规则地质体侵入掌面一定面积时齐岳山隧道TSP效果统计：对大型不良地质体的适合率约为50%，整体预报适合率约为27%。 占地时间约34小时，别岩槽隧道TSP异常，在425405，施工中422揭示溶房，引起大突水，约3.2万角。 TSP的应用实例、TSP对367溶腔的预报结果、二、物探、三、地震反射波法的应用效果及应注意的问题单点反射的应用：利用平导、掌面先探测不同地质体占有掌面时间约3040分钟的观测系统的任意性、平导探测629溶腔的效果、 探测反掌面629溶腔结果表明，二、物探3、地震反射波法的应用效果及应注意的问题单点反射的应用：隧道底和周边隐病害探测，图2.1.1-26DK238 770 870中线单点反射(3m偏移距离)地震记录，长鹰坝隧道底探测的单点反射异常。 长鹰水库隧道底探单点反射异常对应隧道底伏岩溶的实测横断面，左侧6.5m右侧6.5m，二，物探，二，物探，四， 地质雷达的应用掌前方不规则地质体可用于短距离探测有效探测距离1520m100mhz屏蔽天线有效分辨率510cm掌面占有时间约3040分钟龙鳞宫隧道DK231 068地质雷达波形图，二、物探、5、物探的应用极限只能发现异常， 无法判定异常的性质必须具有反射或散射波(电磁波或地震波)的条件，不适用于风化边界线、缓慢倾斜的地层边界线的红外线探水、瞬变电磁等。三、水平钻井、一、水平钻井的主要应用：物探异常、地面物探异常验证云雾山隧道、三、钻井、一、水平钻井的主要应用：先行预报物探异常、先行预报物探异常验证马麓隧道978突水点、三、钻井、一、 水平钻井的主要应用：确定不良地质体规模和空间形态的钻头通过线揭示野三关隧道602突水室平面形态，马麓箐978大突水室平面分布图，三、钻头、三、钻头、一、水平钻头的主要应用：遇到大型不良地质体后选择迂回通道方案， 云雾山隧道dk247445段溶室采用钻孔确定的迂回方案，三、钻孔1、水平开挖的主要应用：水量、水压测量条件，齐岳山隧道15号开挖的水量、水压测量，勘探软弱围岩位置，提供瓦斯监测条件，三、钻井2、 水平钻井应用中应注意的问题：勘探距离：优选3060m应采用无芯钻井钻井数量应根据勘探需要决定断层和岩性接触带，钻孔不规则地质体应在发现目标后适当增加钻井量多孔预探时，应确保周围稳定岩层厚度、 马麓筷子隧道978溶腔勘探钻孔布置图，三、钻、二、水平勘探应用中应注意的问题：齐岳山隧道537大突水洞，野三关隧道583溶洞，钻孔不能预报不规则地质体，四、长炮洞，一、宜万长炮洞效果：特大溶洞31%，一般不良地质50%， 大坪隧道550长炮洞突水2，主要特点：无专业设备柔软，占掌面时间短，小裂缝型和管型含水体3，检测长度：大于稳定岩层厚度，5，水文监测1，水文监测内容：洞外水文监测内容隧道区降雨量的观测， 隧道区地上泉眼水量变化监测、既有钻井显示地下水位变化监测等洞内水文监测内容涌水点调查、水量水压观测、大气降水与隧道涌水的关系、含泥量变化等与野三关隧道涌水点展示相互关系，五、水文监测2、 隧道涌水量的预测：预测方法：水均衡法、地下径流模块法、流域水文模型法、相关分析法等五、水文监测、 马麓隧道溶室涌水量的预测效果：预测方法：流域水文模型法预测时间： 2008-7-3降水预测洪峰时间： 7月3日24时的实际洪峰时间： 7月4日4时的预测洪峰流量： 15.23m3/s实际洪峰流量： 13.4m3/s洪峰流量误差： 13.7%各时段涌水量计算值和实测值平均绝对误差为13.73%，5、水文监测、马麓筷子隧道溶房涌水预测效果：预测方法：水均衡法集水面积： 14.59km2降雨量取值： 5年一次134.3mm； 五十年一次213.9mm降雨渗透系数：0.9小时延迟系数：0.3实际最大涌水量： 34.1万m3/d，五、水文监测，马麓隧道溶室涌水的预测效果：预测方法：相关分析法q=0.9250.169x0.182x10.044q-涌水量(万m3/d )。 x0-当日降雨量(mm) x1-前一天降雨量(mm) x2-前一天降雨量(mm )。(二)、预报应注意的问题，一、预报定位二、隧道复杂性确定三、探测方法组合与选择四、最小稳定岩层厚度五、围岩水平调整问题六、预报距离和预报频率七、预报保证措施一、预报定位一、预报本质：调查阶段地面综合勘探在施工阶段、 为了在施工现场条件下继续避免施工风险，正确找出引起较大型工程地质灾害的不良地质体的空间位置和空间形态，增加了施工工序2 .先进预报的目的：在地质灾害发生前，能够引起较大型突水、突泥地质灾害的不良地质体(一定规模的岩溶、断层、 岩性接触带)的位置、规模、危害程度等警告，避免了在充裕时间内做好相应准备的施工风险，3、先行地质预报工作内容：先行探测-发现不良地质体的水文和有害气体监测-灾害预报4、先行地质预报重点预报调查阶段未发现、发现但不能定位； 探测不确定危害程度的不良地质体，预报可能形成的地质灾害；2、隧道复杂性确定；1、地面勘察与隧道预报的关系；2、根据调查资料对隧道风险程度进行分级；3、在隧道不同地区确定应预报的主要地质问题，分别确定岩隧道预报的重点地区和内容； 砂岩、断层、岩溶、岩溶、岩溶、三、探测方法组合与选择1、探测方法组合原则：长距离探测与短距离探测相结合，物探与钻探相结合，地面观测与孔内探测相结合2、 根据探测对象选择探测方法和方法的组合断层和岩性接触带：钻探或物探合作不良地质体的规模和形态：钻探、四、最小稳定岩体厚度、一、安全岩体厚度与岩体完整度、水压、洞室截面尺寸等密切相关，可以采用剪切强度、极限剪切强度、数值模拟分析方法进行综合确定。 2、级围岩水压为2MPa及级围岩水压不足1MPa时，安全岩层厚度可考虑为3m。、3、稳定岩体厚度的计算：不考虑溶腔体积的影响时：考虑溶腔体积的影响时：c、-岩体的粘附力和内摩擦角、P溶腔水压(MPa )、5、围岩水平的调整问题、1、非先行预报的工作内容2、只有掌子面草图和岩心挖掘才能描述围岩的特征、6、 预报距离和预报频率地质素描和长炮孔：每循环物探：地震反射：爆炸震源： 100m，锤震源： 50m；地质雷达： 1015m水平钻井： 3060m，7，预报保证措施，1，建立参加者分工合作机制，明确参加者责任。 2、作为施工工程应纳入施工计划3，根据预报对象和隧道地质状况合理选择预报手段。 1 )复杂岩溶隧道：采用组合先进探测方法，加强隧道区洞内外水文观测。 一般原则是物探先行，加强钻探验证、长短结合、观测。 物探：地震反射、探测距离50100m钻探：主要验证物探结论，根据钻探结果确定验证孔数，有效距离3060m近距离探测：主要超长炮孔综合观测：大气降水、洞内涌水点水量水压和泥含量变化、掌子面岩性特征等复杂岩溶隧道超长炮孔布置2 ) 断