综合超前地质预报法在构造区隧道中的应用

____________________________________________________________桥隧工程觀综合超前地质预报法在构造区隧道中的应用
黄智海1，黄保胜2
（1.广西北投交通养护科技集团有限公司，广西南宁530029#.广西交通工程检测有限公司，广西南宁530011）
摘要：为确保隧道开挖的安全性，降低地质灾害的概率和破坏程度，开展隧道施工超前地预报工作最有效的方法。

文章采用地质调查法和TSP地震预报法在某构造区隧道进行 地质预报应用研究,并进行了开挖证分析。

研究显示：穿越构造区
的隧岩软硬程度分明，结合地质调查的TSP地震预报法 能很好地反弱岩带及
破碎带等地质体；采用地质调查法和TSP地震预报法的地质预报法在构
造区隧工超前地质预报实用的效的。

关键词：构造区;地质调查法汀SP地震预报法;综合超前地质预报法
中图分类号：U452.1文献标识码：A DOI：11.13282/k..wccst.2020.12.034
文章编号：1673-4874（2020））2-0121-03
0引言
随着高速公路推进，新建高速公路越来越向偏远山区发展&隧：跨越崇山峻岭的最有效方法,现大量隧隧道区址构造发育、地：复山区隧经的。

隧程由于隧道区址地
地貌复法进行有效的勘察，施工进度工，加地质
复杂多变等等现突水突泥、冒顶崩塌等工程事故,甚至进一步引发地表塌陷、建筑沉及破裂、地下水枯竭等严重境，对隧工安全、人民及财安全造成了的影响24+。

为了更详细具体地探明隧挖面的水文地
工程地，指导工程的顺利，降低地质灾害的破坏程度，为优化工程设计地，开展隧工地质预报工作最有效的方法。

隧
工地质预报方法分为物探地法。

地法主要钻探法、
预报法和地质调查法等57+。

地质调般为地质预报必做内容。

隧道施工地质预报应用较多的物探方法主要有地震波法和电磁法81+。

地震波法主要
为TSP/TGP地震预报法、TRT地震反射层析成像法等；电磁法主要为GPR探地雷达法TEM瞬变电磁法。

TSP是地震波发射法的，具有较大的预报长度,对隧道
工干扰，对软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等地质体预报灵敏，是整体把控隧面地质灾的重要手段，这TSP较电磁法具有的点，在国
内外隧广泛应用。

本文采用地质调查法和TSP地震反射法的地质预
报法在构造区隧道进行地质预报，探讨预报效与开挖进行比对分析。

作者简介:黄智海（985—），工程师，主要从事公路与城市道路工程施工管理及应用研究工作；
黄保胜（988—）,硕士，工程师，主要从事工程地球物理勘探与检测应用研究工作。

桥隧工程_____________________________________________________________________________________________
1地质调查法
地质调查法是以隧道工程地质勘察、洞内外地质等资料为，将隧挖露的地质构造、地层岩性、不良地质、地下水出露等地
记录下来制成，使用趋势分析、地质作地质理论等技术手段进而判定隧面附近岩的完整性、稳定性和推面定范围内将会出现的地&
2TSP地震预报法
TSP地震预报法多波多分量高地震反射法2&在设计的震源点用小量炸药激发
地震波，为了能够接收效的反射波震源点在地层或构造的走向与隧成锐角的边墙上，大约24点。

在岩石波阻抗存在差异的（如岩性变化、断层和破碎带等）时，有一部分地震波会反射回来,有一部分地震波会透射进入介继续传播。

具有高灵敏度的加速度地震传感接收记录下来反射回来的地震，采用专门的处理进行处理，结合隧道勘察资料、洞内外地质调，纟析隧道工作面地质体的性质（软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等）、位置及规模
TSP地震预报法现场采集工作主要：根隧道现场具体理系统,按照设计要钻孔、安管,或经验进行炸药装填，仪接与，，进行；采集&
TSP地震预报法处理的内容主要有5%
探的长度长度、带波
扰、取及拾取处理获取直达波速、炮能量
进行能量、Q、反射波提取、纵横波分离、速度分析、深度偏移、反射层提取等。

其中Q 、速度分析等环节尤为关键。

很多从解译TSP
，这为TSP岩可能存在处，比较成熟可靠的还波波速推地&较多文献及实际工作经验，解译主要采用最为的纵波进行地质解译&3实例应用
3.1工程概况及地球物理特征
隧靖西县地州乡乐村，为连拱隧道。

隧道区属岩丛谷地地貌，山峰陡峻高大，地较大，山体 &拟建隧越一=体,谷地和山顶高程为759〜873m,相对高差约I5m,最深约90m。

隧端为灰岩出露区，中间为页岩出露区。

进口段为一坡，覆盖残坡积黏土、块石等，斜坡自然坡角为20°〜25°。

段山体斜坡自然坡角为40°〜45°。

地表植被一般发育，主要为松木、杂草、灌木等。

隧道区场地覆盖层主要为第四系残坡积层黏土黏土覆盖，基岩系下统岩系中统平而页岩，山体基岩露岩页岩。

场地内发育,岩层产状多变，灰岩与页岩为平行不整合接系。

隧2K21+220〜2K21+350段咅$,
构造影响，该段岩层发育,岩体极破碎。

由可见:隧 身围岩完整性主要受岩性和地质构造控制，隧越整地层，围岩风化、破碎、裂缝发育程度等方面存在明显差异，从而围岩波速存在明显差异，为TSP应用了物性& 3.2地质调查
隧2K2+220〜2K2+350段
部,构造影响，该段岩层发育,岩体极破碎。

地质预报面里程桩号为2K21+ 250,掌子面1&岩性主要为深灰色，化页岩，粉砂 构，页理构造，岩，节理裂隙极发育，岩体破碎-较破碎，岩体开挖易发生层状剥离松动,易剥落，围岩无自稳能力。

调查时面呈稍湿状，未见明显渗水。

隧70m为自西区的层，层走为300°，为南西，倾角为30°〜50°。

层影响，隧道
（a）掌子面（b）拱顶（c）侧墙
图12H21+250掌子面地质素描图
综合 地预法构造隧 的
岩被挤 呈块状、巨块状。

隧址区的岩溶地下水 主要为管道-裂隙型，主要接受大雨入渗 ，区内地下水位处于隧道底板 ，水量丰富，一般 隧 工不会发生突泥、突水地
质灾害&但是由
层构造和岩 地 在!不排除由于雨 工时区内地下水 量的增大，从
而引发突泥、突水地质灾害&
3.3综合超前地质预报法结果
TSP 地震波反射法探测接收器位置布置在
中导洞2K21 +185,2个三分量接收器分别位于中导
、右边墙，设计24 孔！ 边墙，炮
孔间
为1 5 m,2D 预报成
2,由掌子面向大
程方向进行预报。

地质调
，预报
分
析如下：
4800里程
（m ）
图例：
220 240 260 280 300 320 340 360 380 400」111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111. b 4 093 m/s
I ______ N4148 m/s
"4 836 m/s Vs 2 500[m/s] 2 400
2 300Vp/Vs 2.00 J
1.80 J
泊松比黑
0.25
亠
密度 2 480.00 3 伽加)2 460.00乙动态杨氏模量[GPa]
36
纵视图
220 240 260 280 ^™320
340 360 380 40Q^上
_i 111111111111111111111111111 in m i 1.1 111111111111 1111111111111111111111111111
君蛊场
40J
. 33 G 动态杨氏模量■GPa
20J
-20
上
-40^
平面图
/m ^320 340 360 380 400
'11111111111
..........
y 一
-20
20
图2 TSP 地震波反射法探测2D 成果图
(1) 掌子面前方0—46 m(2K21 + 250 — 2K21 + 296$ 波速整体相对较高，局部 ，横波波速
整体较低，局部有波动，纵横波速度 泊松比多在
值。

推
为与 面 ，岩性
为 化页岩，岩体较破碎-破碎，岩体裂隙较发 育-发育，地下水弱发育。

围岩整体稳定性较差，详 细定级为&级。

(2) 掌子面前方46—80 m(2K21 + 296 — 2K21 +330)) 波速整体较低，局部急剧 ，横波波速
整体较高。

推 为隧道区 构造的核部，岩 性为 化页岩，, 构造及断层构造的影响，节 理裂隙极发育，岩体极破碎，地下水较发育。

围岩稳 定性极差，详细定级为V 级。

(3) 掌子面前方80〜1 04 m(2K2 1 + 330 — 2K2 1 +
354$ 波速度增大，横波波速整体较高，纵横波
速度 泊松比增大&推 为岩层接触带，岩
性为 化页岩、灰岩！
部及岩性接触带共
同影响，岩体破碎-极破碎，裂隙发育-极发育，岩溶
较发育。

围岩自稳能力差-极差，详细定级为V 级、部&级。

(4) 掌子面 1 04〜1 28 m(2K2 1 + 354 — 2K2 1 + 378)
波速
，横波波速较高，纵横波速度 泊
松比在合理
&
为隧 段,岩性为
化灰岩，局部夹土，受隧 层
影响，岩体
状、块状结构为主，裂隙极发育，岩
体极破碎，掘进开挖时岩体松 、掉块。

围岩自
能
差，详细定级为V 级。

3.4开挖验证
预报 内 隧 部及岩 性接
带,该处围岩的软硬程度、破碎程度、裂隙发育程度等 与 段围岩有着显著变化。

预报 与开挖
析，验证 地质预报的效果& 2K2 1 +3 1 2掌
面岩性为强- 化页岩，浅黄-灰黑色，薄层状
构造，岩体极破碎，节理裂隙极发育，质软，遇水松散
化，岩层
较陡，围岩稳定性极差。

开挖 ：表
明2K2 1 +3 1 2前后段为向斜核部及岩性变化 带,
与 地质预报法2K2 1 + 296—2K2 1 + 330段纵波波速显 ，对应性 &施工
地质预报
在该段
把挖方法由
面开挖变更为 挖留
土法，采用短进尺、强支护施工方法，避免了坍塌等
地质灾害的发生，有效地保证了隧
挖掘
进的安全性&
4结语
)构造区隧
岩地 整性存在明显差异,
采用地质调查法和TSP 地震预报法的 地质
预报法能很好地反 弱岩带及破碎带等
地质
体，在构造区隧 工 地质预报 实用的
效的。

(2)采用地质调查法和TSP 地震预报法的综合
地质预报法进行长距离预报,整体把 可
行的，在进行地质解释时尤其要注意与
地质资料
&
(下转第42页)
桥隧工程___________________________________________________________________________________________________
OPC通讯，实现隧道监控系统的三维仿真。

隧一仿真监控系统仿真实现如图7。

隧仿真监系统运行后画面清晰，系统状，监控效明显提咼。

图7隧道三维仿真监控系统运行界面模拟图
5结语
为了保证高速公路隧道的安行，设计采用三维仿真监控系统对隧道内的进行实时监测，对制系统、」计仿真成像的实现技术进行研究,论：
")对下位机系统的交通、通风、照明、火灾报警四制模块设计流程进行阐述，并对模块功能实现进行重点说明。

(2))系统设计，采用可视化技术，
iFIX，对监控系统进行总体计。

(3)采用3DS MAX 对隧道主体和监「施建立模型，导入仿真平台实现模型仿真，以iFIX为载体，纟仿真平台，与隧道现场PLC建立OPC通讯,实现隧道监控系统的仿真，且监控系统运行后画面清晰，系统状，监控效果明显提高。

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收稿日期：2020-09-10
(上接第123页)
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收稿日期2020-04-16。