公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用
更新時間:2021-04-10 17:51
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蘇宇
重慶市市政設(shè)計研究院重慶市400020
摘要:在公路隧道施工中,采用先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報技術(shù)對施工區(qū)域進(jìn)行超前預(yù)報,效果良好。先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報技術(shù)為公路隧道施工提供了科學(xué)合理的勘測數(shù)據(jù),在很大程度上減少了施工事故的發(fā)生,保證了施工的質(zhì)量和安全。本文介紹了三種常用先進(jìn)地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的基本情況和工作原理,并根據(jù)TGP超前地質(zhì)預(yù)報方法在實際工程中的操作進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞:公路隧道;超前地質(zhì)預(yù)報;TGP超前地質(zhì)預(yù)報;實例應(yīng)用
在隧道施工過程中,經(jīng)常出現(xiàn)軟弱圍巖、斷層破碎帶、涌水等不良地質(zhì)現(xiàn)象。如果在施工前未進(jìn)行論證,將會給施工帶來嚴(yán)重的隱患,影響安全生產(chǎn)。因此,在隧道施工中,對開挖工作前的地質(zhì)資料提出了嚴(yán)格的要求。實踐證明,探地雷達(dá)作為一種高效、準(zhǔn)確的隧道探測方法,能夠準(zhǔn)確提供地質(zhì)信息,有效地保證施工安全。
1超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的勘測的現(xiàn)狀及原理
隧道地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)不同,方法也不同。為了獲得準(zhǔn)確的隧道地質(zhì)調(diào)查預(yù)測數(shù)據(jù),應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域的地質(zhì)特征及其他環(huán)境因素選擇最合適的預(yù)測方法。先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)測技術(shù)是指通過相應(yīng)的技術(shù)和手段,對隧道施工區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù),對問題區(qū)域的位置、特征和規(guī)模進(jìn)行了分析,并根據(jù)預(yù)測數(shù)據(jù)安排了合理的施工方案。目前,在公路隧道施工中,最常用的先進(jìn)地質(zhì)預(yù)測技術(shù)主要包括地質(zhì)預(yù)測技術(shù)、探地雷達(dá)預(yù)測技術(shù)和超前預(yù)報法。
1.1地質(zhì)法預(yù)報技術(shù)
地質(zhì)預(yù)測技術(shù)是通過隧道工作面的地質(zhì)勘察資料和隧道外地質(zhì)勘察資料提供與結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的問題和地質(zhì)填圖,以推斷隧道地質(zhì)信息。該方法的優(yōu)點是技術(shù)難度不大操作簡單方便,不會對施工產(chǎn)生不利影響。但這種方法存在一些明顯的缺點,這種方法的適用范圍較小,隧道埋藏較淺且隧道里程較短的工程使用,結(jié)果才會比較準(zhǔn)確。若是在隧道埋藏較深且地理環(huán)境較復(fù)雜的區(qū)域使用,不僅操作的技術(shù)難度較大,且得出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也較低。
1.2探地雷達(dá)法預(yù)報技術(shù)
探地雷達(dá)預(yù)測技術(shù)是基于連續(xù)掃描電磁波反射曲線疊加法在隧道工作面前方反射和傳播電磁波的技術(shù)。根據(jù)實測的反射脈沖波,計算隧道面與反射面之間的距離。電磁波對水的識別能力也比較強(qiáng),因此在斷裂帶或含水地區(qū),利用探地雷達(dá)方法測得的數(shù)據(jù)精度較高。但在短距離使用該方法時,由于隧道施工設(shè)備的影響,測量結(jié)果的精度會產(chǎn)生偏差。
1.3超前預(yù)報法
超前預(yù)報法是提前在隧道用少量的炸藥,并把它當(dāng)做震源,當(dāng)震源產(chǎn)生的地震波經(jīng)過性質(zhì)較差的地質(zhì)時,會產(chǎn)生反射波,根據(jù)反射波方向、傳播速度、反射波的波形和時間等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析計算,得出地質(zhì)情況或界面情況的隧道相關(guān)圖形進(jìn)行預(yù)測。
2TGP超前地質(zhì)預(yù)報的工作方法與技術(shù)
TGP原理意為隧道地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)。隧道地震波超前預(yù)報方法是通過運用地震波在不相同、斷開的地質(zhì)界面發(fā)生反射的原理,完成隧道超前地質(zhì)預(yù)報的工作。地震波的震源是通過采用數(shù)量較小的炸藥來代替,炸藥的引發(fā)裝置呈直線布置在洞壁的側(cè)面上。通常有24個炮孔引發(fā)裝置,引發(fā)炮點裝置的數(shù)量是根據(jù)所采集地震波信息量的數(shù)據(jù)來決定的。在炮孔內(nèi)裝有地震波的接收裝置,在隧道施工的實際操作中會在洞的左右兩邊都設(shè)置接收器,地震波的傳播方式通常是以球面的形式進(jìn)行傳播的,當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ趥鞑サ倪^程中碰到不同的界面,這時會產(chǎn)生一些信號反射波,其余的地震波會繼續(xù)向前傳播,在整個地震波的傳播過程中,會重復(fù)進(jìn)行著信號反射和余波繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,相關(guān)的檢測儀器會接受每次反射回的信號波,因此就可以利用檢測的時間、反射波的波形以及反射波的強(qiáng)度不同的變化等,完成超前預(yù)報隧道掌子面前方地質(zhì)情況的檢測。
TGP隧道地質(zhì)超前預(yù)報的工藝流程,炮孔和接收孔按以下工序進(jìn)行布置,在隧道邊墻側(cè)面,從距離掌子面10cm位置,向洞口方向打炮孔,炮孔間距及孔深按規(guī)范及設(shè)計要求進(jìn)行,在靠近洞口的炮孔往洞口方向20m處,對稱于隧道中線進(jìn)行布置接收孔兩個,孔深2m,孔徑50mm,將乳化炸藥、雷管、信號線綁扎在一起,將炸藥推入激發(fā)孔孔底,將耦合劑黃油推入接收孔孔底,并安裝檢波器。
3隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用
3.1隧道基本情況簡介
某段高速公路的隧道左線全長6015米,右線全長6058米,隧道所經(jīng)過的山體中的巖石是變質(zhì)巖,第四系的松散的巖石分布在隧道所穿過山體的山間和河谷內(nèi)。
3.2隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用
在本段隧道的超前預(yù)報中主要采用了TGP超前地質(zhì)預(yù)報方法,對于全段隧道采取分段定性分析的辦法對隧道前方的圍巖情況進(jìn)行了分析,本文所分析的預(yù)測數(shù)據(jù)是ZK13+947-ZK14+097段隧道。
在本段隧道進(jìn)口的左線布置了隧道地質(zhì)超前預(yù)報,在本次的地質(zhì)超前預(yù)報中,一共布置了19個炮孔和兩個接收孔在對面掌子面的左側(cè)的壁洞上。
3.3超前地質(zhì)預(yù)報分析與推斷
實例工程的隧道ZK13+763-ZK14+040全長277m,隧道的圍巖是V級圍巖,巖石的類型主要是紫麻粒巖夾片麻巖,巖體結(jié)構(gòu)是破碎形狀,巖石中的裂隙比較容易生長,隧道的圍巖極易發(fā)生破碎問題,巖洞內(nèi)很可能含有地下水。隧道ZK14+040-ZK14+320全程長度280m,在這段隧道中隧道的圍巖為IV級圍巖,隧道巖體中的裂隙較易生長,巖體的形狀結(jié)構(gòu)為塊狀鑲嵌式,隧道的圍巖極易產(chǎn)生破碎的問題,隧道的巖洞內(nèi)可能有含量較少的地下水。由超前地質(zhì)預(yù)報勘察得出的數(shù)據(jù)可以知道,本段隧道有兩條強(qiáng)烈的反射界面,根據(jù)地質(zhì)剖面圖和超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果綜合分析,本段隧道的超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果如下:
(1)ZK13+947-ZK13+979段隧道全長為32m。根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報的結(jié)果顯示,在這段隧道中檢測時縱波的傳播速度4760m/s,橫波的傳播速度2410m/s,動彈性的檢測模量39711MPa,動剪切性的檢測模量14955MPa,隧道中巖體的泊松比為0.328,根據(jù)這些檢測數(shù)據(jù)可以分析出和掌子面巖體的特性是基本一樣的,巖體中的裂縫都容易生長,在隧道的ZK13+963-ZK13+970地段反射點較為密集,是裂縫較多的。
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