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隧道超前地質預報不用的方法有什么特點
更新時間:2021-11-24 10:03
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隧道超前地質預報是在施工前期地質勘查成果的基礎上,進一步查明掌子面前方一定范圍內圍巖的地質條件。超前探測地層巖性、軟弱層的位置、巖體完整程度、斷裂帶位置及寬度、圍巖富水性等不良地質以及隱伏的重大地質問題。為隧道信息化設計、支護參數變更及施工方案優化提供依據,指導施工順利進行,確保施工安全。中交路橋科技有限公司專業從事隧道超前地質預報,小喬接下來將為您介紹目前工程上主要用到的超前地質預報方法:地質調查法、超前鉆探法、物探法、超前導坑預報法、數碼成像技術等。

1、地質調查法

地質調查法是根據隧道已有勘察資料、地表補充地質調查資料和隧道內地質素描,通過地層層序對比、地層分界線及構造線地下和地表相關性分析、斷層要素與隧道幾何參數的相關性分析、臨近隧道內不良地質體的前兆分析等,利用常規地質理論、地質作圖和趨勢分析等,推測開挖工作面前方可能揭示地質情況的一種超前地質預報方法。

優點:地質調查法不占用施工時間,該方法設備簡單(地質羅盤)、操作方便、預報效率高、效果好、費用低,且能為整座隧道提供完整的地質資料。

缺點:對與隧道交角較大而又向前傾的結構面容易產生漏報,對操作人員地質知識水平要求較高,一般要求專業地質人員來完成。

2、物探法

2.1 電磁波反射法

電磁波反射法超前地質預報主要采用地質雷達法。中交路橋科技有限公司擁有多套地質雷達,地質雷達探測是利用電磁波在隧道開挖工作面前方巖體中的傳播及反射,根據傳播速度、反射走時和波形特征進行超前地質預報的一種物探方法。

優點:將發射天線和接收天線集于一體,具有分辨率高、快速、無損、連續檢測、實時顯示等特點。在地表探測5~30m范圍內的地下地層或地質異常體(溶洞、土洞、斷裂、空隙等)反射信號還是比較明顯的,也是一種比較理想的手段。

缺點:儀器密封性差,洞內不易防水、防潮、防塵,易造成儀器損壞,特別是沒有專門的天線,操作起來費時費力,且效果不好;探測距離太短,一次只能探測5~30m。

隧道內的環境條件與地質雷達的理論基礎——半無限空間不吻合,加之洞內鋼拱架、鋼筋網、錨桿、鋼軌等金屬構件的影響,探測結果一般不太理想。

2.2 地震波反射法

利用地震波在不均勻地質體中產生的反射波特性來預報隧洞掌子面前方及周圍臨近區域的地質情況,可以檢測出掌子面前方巖性的變化,可以在鉆爆法或TBM開挖的隧道中使用,而不必接近掌子面。該法有效預報距離100~200m。


優點:適用范圍廣,適用于極軟巖至極硬巖的任何地質情況。

預報距離長,能預報掌子面前方100~200m范圍內的地質狀況,圍巖越硬越完整,預報長度就越大。

對隧道施工干擾小,它可在隧道施工間隙進行。

提交資料及時,在現場采集數據的第二天即可提交正式成果報告。

缺點:其預報地質體距離掌子面的位置是根據24個爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質體反射波到達接收器的時間來確定的,由于彈性波速度的差異而導致地質體預報位置與實際情況有所差異。

預報斷層、軟弱結構面等面狀結構反射信號較為明顯,對小型溶洞反映不明顯。

2.3 高分辨直流電法

高分辨直流電法是以巖石的電性差異(電阻率差異)為基礎,在全空間條件下建立電場,電流通過布置在隧道內的供電電極在圍巖中建立起全空間穩定電場,通過研究地下電場的分布規律,并根據視電阻率分布圖預報開挖工作面前方儲水、導水構造分布和發育情況的一種直流電法探測技術。

優點:適用于探測地層中存在的地下水位置及含水量大小。

2.4 瞬變電磁法

瞬變電磁法是一種時間域的電磁探測方法,介質在一次電流脈沖場激勵下會產生渦流,在脈沖間斷期間渦流不會立即消失,在其周圍空間形成隨時間衰減的二次磁場。二次磁場隨時間衰減的規律主要取決于異常體的導電性、體積規模和埋深,以及發射電流的形態和頻率。因此,可以通過接收線圈測量的二次場空間分布形態,了解異常體的空間分布。

優點:由于施工效率高,純二次場觀測以及對低阻體敏感,使得它在當前的煤田水文地質勘探中成為首選方法;

瞬變電磁法在高阻圍巖中尋找低阻地質體是最靈敏的方法,且無地形影響;

采用同點組合觀測,與探測目標有最佳耦合,異常響應強,形態簡單,分辨能力強;

剖面測量和測深工作同時完成,提供更多有用信息。

2.5 紅外探測法

一切物質,每時每刻都在向外部輻射紅外電磁波,并形成紅外輻射場。物質在向外部發射紅外輻射的同時,必然會把它內部的信息傳遞出來,因而根據輻射場的變化,即探測曲線上所出現的異常,可提前發現隱蔽的災害實體,從而預防災害的發生。紅外探測就是將紅外輻射場理論應用于隧道地質預報中,當隧道外圍空間和掘進前方存在隱伏水體或含水構造時,隱伏水體或含水構造產生的異常場就要疊加到正常場上,使隧道內的正常場產生畸變,根據拱頂、隧底、邊墻、掌子面探測曲線、測量數據的變化就能確定隱伏水體或含水構造所在空間方位。
紅外探水儀

優點:紅外探測能準確判斷出探測點前方有無水體存在及其方位。對水體的探測有較高的準確率,屬于新技術。

缺點:不能對水量、水壓等重要參數進行預報。對數據采集點的條件要求高,探測數據受影響程度較高,如:受噴射作業后水泥水化熱影響;爆破作業后測線范圍內溫差明顯的影響;測線范圍內存在高能熱源場(如電動空壓機等)的影響。

3、超前鉆探法

在隧道內安放水平鉆機進行水平鉆進,根據隧道中線水平方向上鉆孔資料來推斷隧道前方的地質情況。地質情況可根據鉆進速度的變化、鉆孔取芯鑒定、鉆孔沖洗液的顏色、氣味、巖粉以及在鉆探過程中遇到的其他情況綜合判斷。
超前鉆探施做

優點:可比較直觀地告訴我們鉆孔所經過部位的地層巖性、巖體完整程度、裂隙度與地下水情況。與物探方法相比,它具有直觀性、客觀性,不存在物探手段經常發生的多解性、不確定性。

缺點:費用高、占用隧道施工時間長,且資料只是一孔之見(理論上講,由于溶洞發育的復雜性、多變性,幾個鉆孔也難百分之百地把掌子面前方的管道、巖溶提前揭露預報出來)。

遇軟弱巖層取芯困難,對巖溶隧道布孔位置帶有偶然性,在復雜地質條件下很難預測到掌子面前方的小斷層和貫穿性大節理。

4、超前導坑預報法

超前導坑法是在隧道正洞中某個部位開挖一個斷面較小的導坑以探明地質情況的方法。該方法較平行導坑法更直接、更準確。正洞導坑可作為隧道施工工法的一種,既開挖了隧道,又探明了地質,超前導坑法可分為超前平行導坑和超前正洞導坑。

優點:平行導坑超前的距離越長,預報也越早,施工中就有充分的準備時間,可以增加工作面,加快施工進度,還可以起到排水減壓作用,改善通風條件和探明地質構造條件的作用。采用超前平行導坑進行預報比較直觀,精度高,預報的距離長,便于施工人員安排施工計劃和調整施工方案。超前正洞導坑布置在正洞中,其作用與平行導坑相比,效果更好。

缺點:無論是平行導坑或者是正洞導坑費用都很高,有時候需要全洞進行平導開挖。在構造復雜地區準確度不高。

5、數碼成像技術

這是一項具有高科技含量和發展前景的技術。它可利用掌子面超前鉆孔或隧洞已開挖段坑壁的畫象情報,用計算機數值處理等方法,進行相關處理,就能進行施工階段圍巖級別的判定、掌子面前方地質情況預測。

該方法設備簡單,僅僅需要一臺或幾臺較高分辨率的數碼相機及相應的附屬配件。該項技術在我國尚處于研究階段。
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