隧道超前地质预报方法研究

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隧道超前地质预报方法研究
■杨小平
中铁十八局集团第三工程有限公司，河北涿州072750
摘要：选取九万大山四号隧道作为研究对象，介绍掘进施工前进行地质调查法、物探法、地质雷达法、超前钻探法等超前地质预报分析,重点讲述超前地质钻孔和加深炮孔组合模式进行钻探的实施方法，为该隧道掘进施工提供了安全保障。

关键词：隧道；超前地质预报；物探法；超前钻探法
隧道掘进是我国山区公路建设的重要手段。

在隧道施 工时常遇到岩溶及突水等灾害.给施工安全造成较大隐患。

若在施工时能对前方地质情况有所掌握，就可以提前采取 相应措施，大大降低施工风险，提高施工安全性。

1工程概况
九万大山四号隧道起讫里程D K233+560 ~ D K249+045,隧道全长15485m,最大埋深520m。

地表植 被以低矮灌木为主，植被发育茂盛。

隧道需穿过较为破碎 的断层带，围岩稳定性差，且地下水富集，多种因素对隧道施工造成很大影响，容易发生涌水、突泥、塌方等问题。

九万大山四号隧道施工期间，在可溶地段尤其是地表洼地、断层、接触带等地段，我们开展了以防范突水、突泥风险 为重点的超前地质预报工作。

2超前地质预报的目的及主要内容
超前地质预报的目的在于探测开挖施工时掌子面前方 的地质情况，以对施工方法进行指导。

超前地质预报提供 的地质资料还能用于设计及施工，并且能使隧道施工的安 全性大大提高。

形不平整，在填筑时应以最底层开始就进行分层，确保每 一层都经过压实且满足要求，再进行上一层的填筑。

若原 地面有超过12%的纵坡，应以纵向分层的方式进行填筑，沿着纵坡进行分层并保证每一层均填压密实。

直至填筑到 路基上部时，再按照整段路面的平分层进行填筑施工。

这 种水平分层填筑路基的方法，能较好的保证填筑质量。

4.3路基压实施工
影响路基压实度的因素很多，主要有含水量、压实方法、及土体性质。

实际进行压实时，决定压实效果的主要因素 是含水量。

当含水量处于最佳状态时即土在硬塑状态时，压实过程所得的效果最佳，能够达到最大的密实度及稳定 性。

具有较好压实性能的土有亚粘土及亚沙土，压实性较 差的是粘性土。

增加碾压设备的压实力能，最佳含水量可适当减少，而最大干密度就会有所增大。

当含水量相同时，土的密实 度与压实能力成正比。

按此规律，当施工时土的含水量比 最佳含水量小且补充水分较为困难时，为使土的压实度有 所增加，可通过增加碾压设备的压实能力的方式实现。

但 当土质较为潮湿时，即使增加碾压设备的压实能力.也较难提高土的压实效果，此外，若含水量过大，增大压实能力，还容易出现“弹簧土”现象。

5结论
综上所述，在对路基进行压实施工时，最佳含水量是
控制压实质量的关键。

并在此基础上，采取分层填筑的方式，
对分层填土的厚度进行控制，可以使路基达到最佳压实效
果。

在公路建设时，高填土路基的施工是保证道路质量的
关键环节，通过综合运用上述多种方法，并使各个环节都
得到重视，才能使路基质量得到保障，从而消除道路运营
过程中因高填土路基质量问题而产生的病害。

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参考文献
[1]李建增.谈高填土路基常见病害及处理措施[J].山西建筑，2016,
42 (25) :147-148.
[2]于静.高填土路基施工综合处置技术研究[J].黑龙江交通科技，
2014, 37 (05 ) :66+68,
[3]吴敏之，赵曦.高填土路基处理设计研究[J1.公路与汽运，
2013 (03) :134-136,
[4]孟艳琴，王小平.高填土路基常见病害及其处理措施[J】.河南科
技，2013 (06) :151.
158 I 工程机械与维修
结合施工现场所处环境，本文将超前地质预报的主要 内容概括如下：预报地层岩性，尤其是对于软弱破碎地层 的预测；预报地质构造，尤其是对于岩体完整性有较大影 响的构造发育，如是否有断层等；预报地质情况，尤其是 预报岩溶等的发育情况；预报地下水情况，尤其是预报对 于富水层发育情况。

3超前地质预报方法
此项工程所用超前地质预报方法分别为地质调查法、物探法以及超前地质钻孔法，以对隧道施工进行预报。

3.1地质调查法
在原有地形条件以及地质资料下，通过比对隧道所处 位罝的地层条件和隧道几何参数，采用相应的地质理论进 行分析，以预报隧道开挖时前方地质条件，即为地质调查法。

对地表地质进行补充调查，以及隧道内部地质作图均为地 质调查法。

3.2物探法
3.2.1弹性波反射法
在预报不良地质范围，寻找地层界限及其结构时，可 采用弹性波反射法。

该种方法包括可负视速度法及地震波 反射法等。

鉴于该隧道所处的地质条件，本项目施工在对岩层断 裂区进行预报施工时所采取弹性波反射法为T S P法，即地 震波反射法。

在地层破碎情况较为严重的区域，预报施工 时所采取的间隔为100 ~ 120m,并将每次的间隔距离控制 有l〇m以上搭接长度。

对于地层较为完整区域，则是将预 报施工的距离控制在120 ~ 150m内，并将控制每次施工都 具有l〇m以上的搭接长度。

对于产生地震波的激发孔（炮孔）安放位置的的选择，我们结合隧道实际情况，确定将其放置在边墙位置。

第一 个激发孔设置在掌子面周边的边墙上，此后的23个激发孔 均以1.5m的间距隔开布H,以15。

左右的下斜角度布置激 发孔，并确保其具有1.5m的孔深。

将具有50mm孔径的地 震波信息接收孔设置在朝向洞口方向距离最后一个激发孔 15 ~ 20m的左侧。

在设置时应确保地震波信息接收孔与激 发孔具有一致的高度。

待完工后需量测孔的间距，将其联 系到隧道里程。

T S P法激发孔（炮孔）和接收孔布置如图1所示，激发孔和接收孔布置参数如表1所示。

图1 TSP法接收器孔和炮孔平面布置示意图
表1接收器孔和炮孔布置参数表
项目接收亂炮孔
数量/个
在隧道左边墙以及
隧道右边墙的位置
各对此布置1个
总共具有24个，在掌子面处开
始布置第1个，朝向洞口按一定
的间距依次布置其余23个
直径/m5040 〜45
深度/m22
高度/m从隧道底部算起，
高度1m
从隧道底部算起，高度1m
i m与开挖面保持有
55m
以15〜20m的间距控制其与同
侧接收器的距离
3.2.2地质雷达法
在探测溶洞或断层等不良地质时，可采用地质雷达法。

探测间距控制在每25m—次，并确保每次都具有大于5m 的搭接长度。

具体方法按《铁路隧道超前地质预报技术规程》相关技术要求执行。

在对隧道内采用地质雷达法探测时，其测线的位置应 布置在掌子面上方位置，若现场条件允许时，可采取连续 测量的模式，若条件受限，在探测时可采取点测的方法。

地质雷达测线布置如图2所示。

检测时，隧道上方的测线 可从左到右，下方测线可从右倒左，2条测线不能重合。

3.2.3瞬变电磁法
在对隧道岩体的含水情况进行探测时，可采取瞬变电 磁法。

在采用瞬变电磁法探测时，应以75 ~ 100cm的距离 控制每次的探测间距，并确保每次探测时都具有大于25m 的搭接长度。

其相关技术要求可参照《铁路隧道超前地质 预报技术规程》实施。

3.3超前钻探法
当隧道施工的地质条件较为复杂，或隧道的每个施工 区段地质异常较大时，适用于超前钻探法。

该方法通过实 际物探，以便取得地质的确切情况。

3.3.1超前地质钻孔
超前钻探法常采用的施工机械为冲击钻，通过钻孔的 方式，对前方距离较短位置处的地段异常情况进行探测。

成孔时应使其具有76cm以上的直径。

在探测活动断裂带时，应使其具有80m以上的探测深度，并控制每次施工均具有
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l 〇m 以上的搭接长度。

对于其余地段则可将其探测深度控 制在30m 以下，但需保证每次施工时均具有5m 以上的搭 接长度。

结合现场条件确定是否需要钻孔取芯。

3.3.2加深炮孔法
加深炮孔法适用于各种地质条件，其主要方法是在开 挖面上利用风钻钻取小孔径的孔洞，以对开挖面前方地质 条件进行预报。

结合该隧道所处地质条件，本项目以3 ~8个加深炮孔的方式将其布置在每一循环处。

控制加深孔 洞在毎次循环进尺时都具有超前的3m 距离。

若现场采取 的是爆破施工时，不可在爆破残眼中设置加深孔洞，并不 能将其当做炮孔使用。

在该项目的施工中，对于隧道的预报施工采取的方案 为：在基于地质调查法的背景下，通过综合超前钻探法、弹性波反射法，瞬变电磁法，地质雷达法4种物探手段对 隧道进行预报。

结合实际探测结果后，对实施的各种预报 施方法所获取资料进行分析评判，以对隧道所处地质条件 及其发展规律进行预测。

4超前物探实例
九万大山四号隧道结合不同地质条件的适用性，超前
丨5地质钻孔和加深炮孔组合模式进行探测。

分别采用了1孔 Z T 3型超前水平钻和4孔Z T 5型超前水平钻等钻探设备。

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4.1确定钴探类型
当遇到可溶岩地段、可溶岩与非可溶岩接触带、煤 系地层地质状况时，选用的钻探类型为Z T 3型，具体实 施的手段为贯通施作超前钻1个孔。

若遇富水地段，则按 Z T 5钻探类型执行；当有平行导坑时，先行及后行隧道均 采用Z T 3钻探类型。

对于岩体极易破碎且含水量较大的岩溶地段的地质状 况，选用的钻探类型为Z T 5型，探测时可设置4个超前 钻孔的方式进行预报施工。

所设罝钻孔需加设有止水阀门。

将第一个孔作为测压装备，将剩下的孔作为定位装置。

对 于断层破碎带则需要设钻取孔芯。

若上述施工方法无法对前方地质条件进行预报，则可 采取添加钻孔数目的方式进行。

所添加钻孔数量，应在保 障施工安全性的前提下进行。

4.2注意事项
实施以上超前物探探测方法应注意以下3点：一是当 适用条件有重合段落时应采用组合的重合手段。

二是对于 可溶岩地层，在开挖隧道之后应探测其洞口周围的隐伏型 熔岩，并结合所获取的预报资料采取相对应的处治措施。

三是在使用超前钻探法施工时，除非在有特殊需要的情况 下，否则不应对其钻孔进行取芯。

5
结论
隧道超前地质预报过程的影响因素众多，施工较为复
杂，对于所取得的地质信息需综合实际调查资料进行确定， 所得结论才能较为准确。

本文以九万大山四号隧道为背景， 采取了以面到点，定性到定量的隧道超前地质预测方法， 对掌子面前方的施工条件进行了推断，为隧道掘进过程提 供了安全保障。

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参考文献
夏方华，郭有刚，刘明，屈小磊.超前地质预报技术在杭临城 际隧道勘察中的应用U 1.工程技术研究，2019, ( 24 ) :104_105. 李鹏飞.高速铁路隧道地质超前预报现场应用D 〗.山西建筑， 2019, (20).=153-154.
樊一平.T S P 技术在隧道超前地质预报中的应用D 】.水科学与工 程技术，2019, (05) =75-77.
刘康，张硕.隧道超前地质预报资料的综合判释[J ].工程地球物 理学报，2019, ( 05 ) :601-606.苏东坡.随道超前地质预报相关方法应用U 1.黑龙江交通科技， 2018, ( 05 ) :153-154.
郭有劲.综合物探方法在隧道超前地质预报中的应用研究[D]. 中国地质大学（北京），2(110.
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工程机械与维修。