深埋长大隧洞tbm施工超前地质预报方法浅析教材

1、深埋长大隧洞TBM施工超前地质预报方法浅析摘要： 受地质勘测条件的限制， 深埋长大隧洞 TBM 施工中，常遇到未预料的不良地质体和复杂的地质条件，从而产 生隧洞施工地质灾害等， 将会影响 TBM 正常的掘进施工。 为 保证 TBM 正常施工， 弥补地质资料不足， 及时了解施工区掌 子面前方的地质条件，需要适时对不良地质体进行超前地质 探测和超前地质预报，判断可能发生施工地质灾害的相对位 置。关键词：超前地质预报施工地质灾害不良地质体一、超前地质预报工作概况 超前地质预报工作概况超前地质预报 为 TBM 掘进施工中隧洞地质监测的重要组成部分， 它包括隧 洞围岩描述、水文地质监测、施工地质测绘、围

2、岩变形监测、 围岩类别判别、仪器现场量测、不良地质体预报及相应的地 质、测试资料分析和成果整理等工作，并及时提供超前地质 预报成果资料。 超前地质预报工作实施特点超前地质预报 工作主要是对围岩及水文地质条件进行监测、对不良地质体 进行预报，及时获取现场第一手地质资料和仪器测试数据， 是地质预报工作成败的关键，同时现场地质工作和仪器测试与隧洞 TBM 掘进施工相互干扰、又相辅相成。 因此， 进行超 前地质预报的地质工程师要在充分了解前期地质工作的基础，对隧洞的工程及水文地质条件进行认真的调查，时时跟进 TBM 施工，在 TBM 检修维护的空隙时间里及时的进行仪 成果，为围岩支护和不良地质体的超前

3、处理提供依据。器测试，保证采集的资料、数据准确无误，并尽快提供分析超前地质预报工作项目和内容超前地质预报工作包括：隧洞 围岩描述、围岩监测、水文地质监测、施工地质测绘、围岩 类别判别等常规地质预报和超前地质勘探、超前仪器现场量 测、不良地质体长距离预报等超前地质预报，以及相应的地 质、测试资料分析和成果整理等工作。 常规地质预报是指： 对已开挖洞段及时进行地质编录、测绘、取样及试验，依据 已知围岩的风化、裂隙发育状况及开挖石渣的粒径、形状、 质量状况和较大渗水点的渗水量、 水温、 PH 值、导电性等条 件，预报掌子面前方未开挖地段的地质情况、可能出现的不 良地质体及围岩类别。 超前地质预报是指

4、： 为防止 TBM 掘 进时遭遇未知的不良地质体而进行的超前地质勘察、超前勘 探钻孔、超前仪器测试等，对隧洞掌子面前方长距离范围内 的不良地质体进行预报。所采用的主要手段为：地面地质预 测、超前钻孔、地质雷达测试、地震波超前测试等，然后将 采集的数据进行整理，从而对不良地质体可能被揭示的位置 进行预报。三、超前地质预报的方法和步骤浅析超前地质预报依据预报距离可分为长期（长距离）和短期（短距离）两 种预报形式。 31 长期超前地质预报长期超前地质预报分为 两个部分：地面不良地质体预报勘察和隧洞内长距离仪器探1。测，它是由两种或两种以上的勘查技术手段和技术进行的综 合预报。长期超前地质预报分为两步

5、进行，实施步骤见图 图 1 长期超前地质预报的步骤框图 地面超前地质预报工作 方法首先收集、整理工程区区域地质资料，结合地质调查进行资料分析，研究区域断裂发育规律，从而判断工程区优势断裂发育方向、规模及可能出现的地质灾害；仔细分析6前期地质资料，并进行现场复核和勘察，在地表准确鉴别不 良地质体的性质、位置、岩体质量，精确调查和测量不良地 质体空间展布参数； 应用地面地质界面和地质体的延展规律及推算理论进行室内分析； 依据前述的分析结果，对可能出现不良地质体的性质和位置进行初步预报。隧洞内仪器超前探测隧洞内仪器超前探测是在隧洞TBM 掘进中 TBM的维护保养期间， 使用探测仪器进行探测， 主要仪

6、器有： TSP 系列隧洞地震探测仪、浅层地震仪等。 TSP 系列隧洞地震探 测仪工作原理（图2）:首先在隧道内人工制造一系列有规 则排列的轻微震源，震源发出的地震波逼到地层界面、特别 是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波，其传播速度、 延迟时间、波形、强度和方向等均与相关地质体的性质密切 相关，并通过不同的数据表现出来； 通过震源反射波的数 据采集系统（传感器和记录仪）进行数据采集，将数据输入 带有处理软件的电脑， 并经过计算机数学计算进行数据处理； 将采集的数据资料转换为反应相关地质体反射能量的影视图像或隧道平面、剖面图；进行室内数据资料处理、分析， 由工程技术人员进行解译，对隧道掌子面前

7、方不良地质体的 性质、位置和规模等予以超前地质预报。最大探测距离可达 掌子面前方 500m ，有效探测距离 150m ，最高分辨率 1m 。图 2TSP 系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图32 短期 超前地质预报短期超前地质预报是在长期超前地质预报的基础上进行的，预报距离为掌子面前方1550m。对于短期超 前地质预报， 主要是通过 TBM 开挖石渣识别、 掌子面地质素 描，更重要的是采用地质雷达或超前钻孔进行探测 （见图 3 ） 前者是通过对不同地质体标志的确认，以及不良地质体出现 前的前兆标志，对不良地质体可能出露的位置进行预测和判 断，必要时辅助进行超前地质钻探；后者地质雷达探测属于 电

8、磁波物探技术，通过电磁波的反射波和透射波的分时采集 和数据组合分析，对不良地质体的类型、规模、位置进行预 测。图 3 短期超前地质预报的步骤框图 一般性超前地质预 报一般性超前地质预报是根据 TBM 掘进的石渣 （常规钻爆法 还包括掌子面） 、洞壁揭露的结构面及岩层与地表结构面及岩 层的对应关系、以及揭露的不良地质体的特征，通过类比、 推测预报掌子面前方是否存在不良地质体。不良地质体在被揭露之前往往表现出一些明显或不明显前兆标志，这些标志 的出现，预示着隧洞即将临近不良地质体，它们是超前地质 预报的重要信息，因此，仔细观察、描述开挖石渣、洞壁结构面及岩层形态、量测结构面及岩层特征参数，是正确进

9、行超前地质预报的关键。一些不良地质体的前兆标志：断层破碎带前兆标志： 节理裂隙组数及密度剧增、岩石强度降低、出现压裂岩、碎裂岩、岩石风化相对强烈、泥质含量增加等。突水、突泥前兆标志：节理裂隙渗水量和组数增加、且常常含有泥质物或浑浊（常规钻爆法的炮孔中的涌水量剧增、且夹有泥沙或碎石）等。岩爆前兆标志： “饼” 状开挖石渣的数量增加、洞壁在短时间内出现 “饼” 状脱落体或出现片邦 ”现象，以及轻微的岩石崩裂声等，严重时洞壁出现 飞石。 地质雷达探测预报地质雷达探测预报属于电磁波物 探技术，电磁波通过天线向掌子面前方发射，遇到不同阻抗 介质时，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

10、方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机 系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号，并以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析预报不良地质体位置、规模及可能出现的施工地质灾害类型。进行超前钻孔探测超前钻孔探测是通过 TBM 携带的超前钻机或专门的地质钻机的钻探资料整理分析，包括：钻进速度、孔内情况、涌水量、岩芯描述等，分析、判断不良地质体的位置。短期超前地质预报的特点 由于短期预报是在长期预报的基础进行的， 所以， 预报的精度一般要超过长期超前地质预报， 特别是对不良地质体性质的预报。 短期超前地质预报针对 性较强，一般不适合在隧洞全程进行，结合长期地质预报适 时进行。 3 3 施工地质

11、灾害的警报施工地质灾害警报是在短 期超前地质预报基础上进行的， 是隧洞超前地质预报的成果， 对可能出现的施工地质灾害的类型、规模、位置，进行较为 准确的警报， 并将警报通知 TBM 掘进操作手， 及时采取应对措施。施工地质灾害警报的方法和步骤 通过TBM施工中出现的不良地质体前兆标志，作出正确的判断；及时提交书面的预警报告，内容包括不良地质体的前兆特征、辨认的 标志、精确定位、准确定性、预测地质灾害类型及规模和造 成的影响程度等。 施工地质灾害类型施工地质灾害主要类 型有：断层及破碎带塌方、涌水或突水、突泥，围岩不稳定 结构体坍塌，片邦或岩爆，以及岩体蚀变、围岩大变形等等。四、结语超前地质预报是深埋长大隧洞 TBM 掘进施工中， 减 少施工地质灾害、顺利进行施工的关键，但由于对不良地质 体的认识和判别存在主观偏差，再加上勘测、测试手段的局 限性和人为解译的差异性，因此，难以保证超前地质预报的 准确和及时。本文通过对超前地质预报的方法和步骤浅显分 析，宏观地对超前地质预报的工作方法和实施步骤进行了探 讨，旨在抛砖引玉。 如若实现超前地质预报的操