Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ！登！孽！ 璧 ・ｌｌ７・ 浅埋暗挖铁路隧道超前地质预报的应用成果 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ Ｓｈａｌｌｏｗ Ｂｕｒｉｅｄ ａｎｄ Ｄａｒｋ Ｄｉｇｇｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ａｄｖａｎｃｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｏｒｅｃａｓｔ 梁勇刚Ｌｉａｎｇ Ｙｏｎｇｇａｎｇ （西安铁一院监理咨询有限公司，西安３６４０１５） Ｘｉ＂ａｎ Ｉｒｏｎ Ｆｉｒｓｔ Ｓｕｐｅｎｉｓｉｏｎ Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＂ａｎ ３６４０１５，Ｃｈｉｎａ 摘要：超前地质预报作为隧道工程施工过程中规避施工风险的一项重要保证手段，已被广泛运用 结合石桥头隧道的超前地质预报工作实 施情况，分析了地质预报在石桥头隧道中的应用成果，起到了完善设计，优化施工方法的作用，为隧道的安全施工提供了有力的信息支持。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｖａｎｃｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ，ａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｍｅａｎｓ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｒｉｓｋ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｗｏｒｋ ｏｆ ｓｔｏｎｅ ｂｒｉｄｇｅ ｈｅａｄ ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｏｎｅ ｂｒｉｄｇｅ ｈｅａｄ ｔｕｎｎｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｐｌａｙｅｄ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｐｅｒｆｅｃｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ，ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ． 关键词：隧道；浅埋；超前地质预报 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｓｈａｌｌｏｗ ｂｕｒｉｅｄ；ａｄｖａｎｃｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ 中图分类号：［ｕ２５］ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４３１ １（２０１０）３１一Ｏ１１７一Ｏ２ 的地震波遭遇不良地质体（如地层层面、节理面，特别是断层破碎带 隧道是建筑在地下的隐蔽工程，由于地质条件复杂，有很多潜 界面和溶洞、暗河等）后被反射返回，并被计算机监控下的三维地震 在的、无法预知的地质因素，比如地层破碎带、断层、岩溶、富水岩层 波接收器采集。这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和 等。进行隧道地质超前预报的目的则是通过提供隧道掘进前方围岩 方向是与相应不良地质体的性质和分布状况紧密相关的。如果在～ 的完整性、断层破碎带和溶洞的规模、位置以及不良地层的赋水情 定间隔与距离内连续多次采集回波信号，就可得到隧道前方岩层的 况，进而由此做出对围岩类别的划分和开挖时的稳定性分析，为设 有关物理参数；现场工程技术人员结合相关地质资料可以较准确地 计变更及施工方法改变提供工程地质依据，以确保隧道施工顺利进 预知前方及周围地质变化状况。 ０引言 行和工程安全。 ３成果及实例分析 笔者参与了石桥头隧道超前地质预报工作，主要采取了以 ＴＳＰ２０３系统长距离预报为主，同时与探地雷达相结合的方案。其中 作并结合动态设计进行探讨。 对于围岩较好的区域采用ＴＳＰ法就可以得到很好的预报效果，对于 １工程概况 新建龙岩一厦门铁路石桥头隧道整体由西北折向东南方向，进 某些围岩较差的地段，根据ＴＳＰ法的预测结果，再用地质雷达加以 口里程ＤＫ２＋４５０，出口里程ＤＫ４＋０３６，全长１５８６ｍ，为双线隧道，线 确认，这种长短预报方法的有效结合取得了良好的效果，对施工起 到了很好的指导作用，基本达到了预期的探测目的。下面通过在石 间距４．０ｍ～４．４ｍ，位于Ｒ＝１０００ｍ的右偏曲线。 隧道进口段（ＤＫ２＋４５０～ＤＫ２＋９３０）为砂岩和灰岩不等厚的互层 桥头隧道ＤＫ３＋３２１～ＤＫ３＋４２１区段的一次预报结果加以说明。 关系，表层为第四系粉质黏土夹碎石。ＤＫ２＋６５０～ＤＫ２＋９３０段洞身部 ３．１根据勘察设计资料，石桥头隧道ＤＫ３＋３４０～ＤＫ３＋３６０为一 分为溶洞充填物，为灰岩上部溶蚀后形成的土层，其具有高含水量， 条推测断层，为了探明掌子面前方的地质情况，首先采用了ＴＳＰ２０３ 大孑Ｌ隙比，低液性指数等特性。其余地段为全风化，强一弱风化粉砂 系统进行长距离预报，原始数据如图１、２、３。 岩或粉砂岩与石英砂岩互层，岩石风化呈砂土状，地下水不发育，围 岩分别为Ｉｖ级，ｖ级，隧道埋深为５ｍ一６０ｍ。其中ＤＫ３＋１３０～ＤＫ３＋ １５０，ＤＫ３＋３４０～ＤＫ３＋３６０为两条推测断层。 石桥头隧道为龙厦铁路全线控制性隧道工程之一，属于Ｉ级高 风险隧道，具有地表建ｆ构）筑物密集、埋深浅、地质条件复杂及施工 难度大等特点。 ２地质预报方法原理 ２．１雷达地质预报原理地质雷达俗称探地雷达，它的试验原 理为由控制单元向地层发射一组以某一频率为中心的高频电磁波， 在传播的过程中，电磁波遇到不同电磁性介质分界面时，一部分电 磁波能量会转换成反射波返回地面，另一部分能量则透过界面继续 图１ Ｘ分量原始数据 向前传播，再次遇到界面时，又一部分电磁波产生反射返回地面。在 电磁波传播的过程当中，当遇到不同的岩层或岩层的节理发育程度 ｔ 下面通过采用地质雷达和ＴＳＰ２０３对石桥头隧道的地质预报工 一一不同时，电磁波的反射系数、衰减系数以及反射波频率是不一样的。 雷达天线接收器接收到反射波，并输送到控制单元，将信号进行显 示，对电磁反射波所带信息进行分析，就可获得被探地层的层厚、岩 层完整性以及岩层含水情况。 ２．２ ＴｓＰ地震反射波法预报原理ＴＳＰ超前地质预报系统ｒｒｓＰ 即Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｈｅａｄ的英文缩写）属于地球物理探查 工具的一种。它是通过人工制造一系列有规则排列的轻微震源，形 成一个地震源断面，这些由震源发出的沿隧道前方及周边区域传播 作者简介：梁勇刚（１９８０一），男，湖北天门人，本科，工程师，研究方向为工程 地质。 ： ≤ ｊＩ王 善一Ｉ‘ ｌ ；菱 每 ；ｉ＇ 图２ Ｙ分量原始数据 ・１１８・ 强霪 价值工程 ｊ ； ，． Ｐ；｝１． Ｌ． 一哦啦％ 、、 ，’１． 璎 譬 ：．１ ｒ一 ２ －．。 图５地质雷达探测结果 图６ ＤＫ３＋３５３开挖结果 明显反射界面，与ＴＳＰ２０３的探测结果相当吻合，故确定为破碎带。 随后的开挖结果证明了预报结果的准确性（图６ ｏ 图３ Ｙ分量原始数据 ３＿２根据勘察设计资料，石桥头隧道ＤＫ３＋１３０～ＤＫ３十１５０段 为一条推测断层带，围岩为粉砂岩与石英砂岩互层，节理裂隙发育， 地下水不发育；而在ＤＫ３＋１３０处进行的地质雷达测试结果表明：掌 子面前方０ｍ～１９ｍ范围内反射波较弱，波幅及相位较稳定，说明本 段围岩与掌子面相似，以弱风化粉砂岩为主：掌子面前方１９ｍ～３Ｉｍ 范围内强反射界面较多，说明本段围岩节理裂隙较发育，岩体破碎， 呈块碎状镶嵌结构～碎裂结构，特别是掌子面前方２８ｍ～３ｌｍ（ＤＫ３＋ 差 １５８～ＤＫ３＋１６１）处有一较明显反射界面，预计为该破碎带，围岩稳定 性较差。随后的开挖结果证明了预报结果的；隹确性。 ４指导施工完善设计 目前，地质雷达与ＴＳＰ两种方法都是根据仪器所测反射波形凭 经验推断掌子面前方的地质情况，本身有局限性，比如对于同一种 试验采集波形有多种不同的“合理解释”，即所谓“多解性”。又如当 两种围岩的介电常数较为接近时，容易引起误判。所以根据已知的 地质岩层的分布情况，对采集到的波形进行印证与分析，并积极有 效的采取其他物探手段进行对比、效核。这对隧道地质状况的正式 预报分析，起到一个有利参考，对未开挖岩体的形状进行对比利用。 蠢 叠 总之，为了能够更有效的预防灾害性地质，减少由于灾害性地质带 来的损失，更好的贯彻安全施工的宗旨。在变更中，地质超前预报， 设计、监理、施工单位和业主应形成相互沟通，并及时进行信息交流 的渠道。相互之间的资讯，也可以迅速、有效的进行利用。这对于任 何一方都是有利的。尤其是对设计单位及时的进行设计变更和调整 施工方案，有着重要的指导意义，而且这种协作也体现了动态设计 船 与信息化施工的思想。 嚣 ５结论及建议 ５．１在石桥头隧道施工过程中，通过采用地质雷达及ＴＳＰ两种 物探手段进行地质超前预报，使隧道施工在特殊地质地段或不良地 ５瓤 质地段能够及时采取有效的预防措施，对于避免更大的损失颇具成 》警 囊灌囊赣穆 效，因此，隧道地质超前预报对于施工的安全、经济有着重要的现实 勰代鼗爨薮辫ｌｌ 攀嚣 ’意义，而且其本身也具有广阔的发展空间。 图４深度偏移剖面 ５＿２对于绝大部分隧道的地质预报工作，ＴＳＰ法和探地雷达的 特别是某些围岩较好的区段ＴＳＰ法就 其探测结果如图４所示，ＴＳＰ速度主要是通过 Ｐ及等时距曲 有效结合基本可以满足需要，但对于某些复杂地质情况，应针对其特 线计算获得。根据探测结果可以推断出掌子面前方的地质情况如表 可以得到满意的预报结果；有的不良工程特性，采用相应的、行之有效的综合物探手段，有必要 ｌ所示。 时还可以适当选择水平钻探。 表１ ＴＳＰ２０３的探测结果 ＿ 。誊 塞 序号 里程 长度（ｍ） １２ 推断结果 ｌ ＤＫ３＋３２１一ＤＫ３＋３３３ 强风化岩层，节理裂隙发育。 ２ ＤＫ３＋３３３一ＤＫ３＋３５７ ３ ＤＫ３＋３５７一ＤＫ３＋３６３ ２４ ６ 弱风化岩层，ＤＫ３＋３５３处节理发育，含水丰 富，推断为破碎带。 强风化岩层，节理裂隙发育。 ５．３隧道施工需要特别重视地质勘察工作，除了业主提供的详 勘地质报告以外，施工单位仍需做细致的超前地质预报工作，准确 掌握和判明隧道开挖掌子面前方的地质情况，以确保施工安全有效 地顺利进行。 个比较明显的弱反射（推断为破碎带１。为了确保有效指导施工，当施 学进展．２００３． 工至ＤＫ３＋３２７时，采用探地雷达做了进一步的探测，其结果如图５ 『Ｓ］ＲＩ］新荣，祝云华，陈金华等．高压富水压隧道超前地质预报应用研究 所示（经过去噪处理）。 【Ｊ１．地球物理学进展．２００８． 从图５中可以看出距离掌子面差不多２６ｍ（ＤＫ３＋３５３）处，有一 『６１李大心．探地雷达方法与应用［Ｍ】．北京地质出版社，１９９４． 参考文献： ４ ＤＫ３＋３６３一ＤＫ３＋３７７ １４ 弱风化岩层，局部节理发育。 ［１］李华，朱自强，李键．ＴｓＰ２０３系统在岩体分级中的应用研究ｆＪ１＿工程地 ５ ＤＫ３＋３７７一ＤＫ３＋３９０ ｌ３ 弱风化岩层，节理裂隙较发育。 球物理学报，２００５，２． ６ ＤＫ３＋３９０一ＤＫ３＋３９５ ５ 弱风化岩层，局部夹软弱岩层，节理发育。 ［２］毛建安．施工地质综合测试及超前地质预报的应用Ⅱ．世界隧道，１９９８ ７ ＤＫ３＋３９５一ＤＫ３＋４２１ ２６ 弱风化岩层，局部节理发育。 ［３］同小兵，周永胜，申飞．ＴＳＰ２０３在溶洞探测中的应用［Ｊ】．工程地球物理 学报，２００７． 从推断结果看，前方的地质情况比较复杂，ＤＫ３＋３５３处就有一 ［４］赵永贵，刘浩，孙字，肖宽怀．隧道地质超前预报研究进展［Ｊ１＿地球物理