李學華 康創 張春喜
【摘 要】為對TSP地震波反射法進行研究,以便進一步指導隧道超前地質預報的準確實施,本文首先對現有超前地質預報方法的優缺點進行了概括總結,接著采用TSP法對云南某隧道出口ZK34+089~ZK33+980段進行了超前地質預報。對于指導地質情況類似的隧道掌子面施工具有重大意義。
【關鍵詞】超前地質預報;隧道;TSP;掌子面
中圖分類號: U452.11文獻標識碼: A文章編號: 2095-2457(2019)21-0006-003
DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.002
0 引言
近年來,我國公路建設又迎來了一次建設高潮,尤其是高速公路的建設[1]。在我國西南省份公路建設的一大難題就是公路隧道,在一些地形條件和地質構造復雜的地區,不良地質體、斷層帶、地下水豐富等又增加了隧道的施工難度[2]。在進行隧道施工時若沒有及時的對掌子面前方進行不良地質體預報,很容易就會出現坍塌、突水突泥等災害。相關研究表明,準確的超前地質預報對于指導隧道的安全施工具有舉足輕重的作用[3]。國內外隧道施工過程時,掌子面的超前地質預報都被化為一個十分重要的環節,可見超前地質預報對于指導隧道掌子面施工具有重大意義[4]。
TSP法超前預報是上世紀90年代瑞士安伯格公司研發的隧道地震預報系統,近年來逐步得到推廣應用。對TSP超前預報的研究不僅可以提高實際應用的精確性,也可更加貼合實際的指導施工,避免不必要的生產事故發生,同時可以增加相同圍巖狀態下掌子面的施工經驗[5-7]。本文為對隧道超前地質預報進行研究,對現有超前地質方法進行了概括總結,同時采用TSP法對云南某隧道出口ZK34+089~ZK33+980段進行了超前地質預報,為隧道施工支護提供了科學的技術依據,同時大大降低了隧道施工的風險,對于指導同類隧道施工具有重大意義。本文僅采用了地質雷達法進行了地質預報,在實際施工過程中,為更加準確的預報地質信息,還應結合現場其他勘測信息。
1 超前地質預報概述
1.1 超前地質預報主要內容
隧道超前地質預報主要是預測隧道掌子面前方圍巖的地質狀況、不良地質體的方位、圍巖性狀、水文狀況等信息,并以此來判斷隧道圍巖級別,為隧道施工支護提供技術依據、防止可能出現的工程險情、確保合理的施工措施,指導隧道安全施工,降低施工過程中遇到的風險,力求隧道施工更加科學合理,降低風險的同時以便更好的服務隧道施工[8]。
1.2 超前地質預報主要方法
我國隧道超前地質預報目前主要采用地質調查法、地震波反射法(TSP)、紅外探測、超前地質鉆探、電磁波反射法(地質雷達)、加深炮孔探測、陸地聲納法七種方法[9-11]。本文從其主要內容、優缺點、適用范圍進行了概括總結,以便更好的指導隧道施工,詳見上表1。
由上表1可以看出,可依據隧道的不同圍巖特性,選擇適合超前預報措施,以便可以更好的指導隧道施工。本文結合云南省某某隧道的圍巖性質,擬采用TSP地震波反射法對其進行超前預報,以便更好的指導現場施工。
2 工程應用
該隧道為分離式隧道,左幅起止樁號為ZK24+915~ZK34+785,左幅長9870m。出口左幅ZK34+089~ZK33+980段設計圍巖等級為Ⅳ級,該段圍巖節理裂隙較發育,巖體較完整且穩定性較好。擬采用TSP法對該段圍巖進行超前地質預報,以便指導隧道掌子面施工。
2.1 現場檢測及分析
現場采用為AmbergMeasuringTechnique公司生產的TSP203型地質超前預報儀,現場掌子面樁號為ZK34+089,在ZK34+145左右兩側邊墻上分別布置接收器2、1,距第1炮點14.7m;在ZK34+130.3~ZK34+097線路右側邊墻上布置24 炮孔,炮孔間距1.0m~3.0m,孔深為1.3m左右,S24距離掌子面8m左右,炮點布置詳見圖1。
現場掌子面采用兩臺階開挖,掌子面穩定性較好,需及時支護。開挖掌子面潮濕,揭露圍巖為灰白色英安巖, 巖性為堅硬巖,弱風化,富水性較弱,圍巖整體完整性較好,以構造型節理或層面為主,多呈塊狀,結合面中等發育,結合面好,整體穩定性稍好,掌子面照片見圖2。
2.2 檢測結果及分析
檢測過程中,實際激發并采集地震數據24炮,但只有23炮有效。利用TSPwin軟件對所采集的數據進行處理,得到P 波、SH 波、SV 波的時間剖面、深度偏移剖面和反射層提取以及巖體物理及力學參數等成果(圖3~圖5)。
利用TSPwin軟件通過反演數值計算得出的圍巖參數如表2所示。
通過圖3~圖5以及表2可以得出隧道掌子面ZK34+089~ZK33+980段的圍巖狀況:ZK34+089~ZK34+044段圍巖縱波波速、橫波波速、泊松比值較為穩定,動態楊氏模量等物性參數稍微降低;強反射界面及繞射異常密集。該段圍巖與已開挖段近似,預測出露巖性應為英安巖,中厚層狀,地層單斜。ZK34+044~ZK34+010段縱橫波波速降低,泊松比值降低、動態楊氏模量等物性參數值降低。該段圍巖物性較上一段稍有變好的趨勢,預測出露巖性仍為英安巖,中風化,中厚層狀為主,地層單斜,繼續存在順層偏壓問題,節理較發育,巖體較破碎,局部可能有褶曲和小型斷層等次生構造發育。ZK34+010~ZK33+980段縱波波速上升、橫波波速變化不大,泊松比值上升,動態楊氏模量等物性參數略微降低;強反射界面及繞射異常不密集。該段圍巖較已開挖段好,預測出露巖性應為英安巖,巨塊狀,地層單斜。
依據現行設計規范要求,可以預測ZK34+089~ZK34+980段圍巖狀況:節理裂隙較發育,巖體較完整,呈塊狀結構,圍巖整體穩定性較好,結構面不發育,地下水不豐富,可以按照Ⅳ級圍巖施工。
3 小結
本文對現有超前地質預報常用方法進行了概括總結,并采用TSP法進行了實際工程應用,可以發現TSP法可以較為準確的預報前方掌子面的圍巖狀況,對于指導圍巖情況較為復雜的隧道具有重要意義。目前我國超前地質預報還處于探索階段,相應技術仍待完善。
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