李嘉 楊曉娟

摘要:隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)(Tunnel Geological Prediction)是指在隧道準(zhǔn)備動(dòng)工時(shí),對(duì)所開(kāi)隧道的周圍巖石土層情況以及地質(zhì)情況和巖層土層含水情況作出的預(yù)報(bào)。針對(duì)不良的地質(zhì)條件,諸如巖層斷裂、巖層變形等情況做出正確判斷和合理措施。在隧道動(dòng)工時(shí)以此來(lái)判斷開(kāi)挖的正確位置,從而來(lái)保證工程的安全和資金的合理規(guī)劃。

關(guān)鍵詞:超前地質(zhì)預(yù)報(bào)隧道施工合理規(guī)劃

中圖分類號(hào):U456.3+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0054-01

1地質(zhì)環(huán)境破壞的影響

地質(zhì)環(huán)境主要是指地下巖層圈以及地表風(fēng)化的產(chǎn)物,而不良地質(zhì)現(xiàn)象通常定義為地質(zhì)災(zāi)害,地質(zhì)災(zāi)害直接或間接的危害了人們的正常生活,并一定程度有損了經(jīng)濟(jì)建設(shè)。常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害諸如崩塌、山體滑坡、泥石流已經(jīng)為人們所熟悉,這些嚴(yán)總損害人們的生活甚至危及生命。但是例如地面塌陷、巖爆、突水突泥、瓦斯泄漏、土壤鹽堿化等不常見(jiàn)的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害也嚴(yán)重影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的介紹

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是指采用先進(jìn)的物探和鉆探等手段來(lái)檢測(cè)和監(jiān)控在隧道、隧洞等此類地下工程施工階段其周圍土層巖層的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)以及地下水的流量情況。以此來(lái)引導(dǎo)下一步的施工,來(lái)避免工程運(yùn)行階段突如其來(lái)的地下水涌水、瓦斯泄漏、沖擊地壓、地址變形等情況。來(lái)確保施工的正常和安全進(jìn)行。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的常用物探方法有很,但是在眾多眼花繚亂的物探方法中地震波法對(duì)地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)是當(dāng)前地址超前預(yù)報(bào)的主流。所謂的地震波法就是利用反射的特點(diǎn)用地震波在彈性介質(zhì)里反射傳播,在地表通過(guò)人工向地層以下的深處釋放地震波,利用地層以下性質(zhì)結(jié)構(gòu)不同巖石土層當(dāng)作介質(zhì)傳播所釋放的地震波;在地表專業(yè)人員再利用檢波器接受所反彈出來(lái)的地震波,然后再針對(duì)時(shí)頻和振幅的特性進(jìn)行分析,從而得到低下圖層巖層的具體情況。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的檢測(cè)方法還有很多,例如機(jī)械鉆探(在底層斷面的若干層次進(jìn)行鉆探以此來(lái)分析巖層及土層的結(jié)構(gòu)性質(zhì))、電發(fā)檢測(cè)(分為直流電法和高密度電阻法)、電磁檢測(cè)法、紅外線法(用來(lái)探測(cè)局部施工地段地層溫度異常以及判斷地下隱藏的脈狀含水帶等)。一般,超前的地質(zhì)預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)。

第一,施工地帶地表以下有無(wú)有害氣體以及是否存在突水(災(zāi)害性涌水)、突泥(涌泥災(zāi)害)、巖爆的情況,再根據(jù)其可能發(fā)生的范圍及規(guī)模作出合理的施工計(jì)劃。

第二,預(yù)報(bào)施工所開(kāi)挖的洞內(nèi)其用水量的的變化以及大小規(guī)律,并據(jù)此對(duì)其環(huán)境以及水文的影響。

第三,在檢測(cè)中若發(fā)現(xiàn)斷層,將其產(chǎn)生位置、斷層長(zhǎng)度寬度、產(chǎn)生結(jié)構(gòu),以及判斷該斷層是否為充水?dāng)鄬?根據(jù)判斷結(jié)果做出相應(yīng)合理措施。

第四,預(yù)測(cè)所施工的隧洞內(nèi)是否含有害氣體,以及該氣體的成分以及含量以及動(dòng)態(tài)變化情況。

3世界各國(guó)長(zhǎng)大隧道的概況

現(xiàn)今,世界各國(guó)逐漸已經(jīng)為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展在交通運(yùn)輸以及水利水電和城市排污方面建成了接近兩百條長(zhǎng)度范圍超過(guò)十公里的長(zhǎng)達(dá)隧道。在受到了20世紀(jì)末長(zhǎng)達(dá)53公里的日本Sei-kan隧道以及在本世紀(jì)初通車的長(zhǎng)達(dá)五十多公里的英－法海底隧道的影響。逐漸的,一些規(guī)模更加龐大的隧道計(jì)劃已經(jīng)落實(shí),并且有相當(dāng)一部分已經(jīng)進(jìn)入了施工階段。例如:長(zhǎng)達(dá)250公里的從日本福岡跨越日本海至韓國(guó)釜山的日韓海底隧道、57公里的瑞士Gotthard鐵路隧道、長(zhǎng)達(dá)55公里自?shī)W地利至意大利的Basis Brenner鐵路隧道以及位于挪威的Laerdal公路隧道等。自20世紀(jì)80年代至今,我國(guó)對(duì)于長(zhǎng)達(dá)隧道的建設(shè)也有了一定的成果。從長(zhǎng)度19公里的西康線秦嶺到衡廣復(fù)線大瑤山隧道,從西安－南京鐵路東秦嶺特長(zhǎng)隧道到重慶－懷化鐵路圓梁山特長(zhǎng)隧道。隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)的迅速開(kāi)展與進(jìn)行,在西部地區(qū)隧道的建設(shè)中面臨著一定的嚴(yán)峻考驗(yàn),從地形的高低起伏、地貌及地質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、土質(zhì)巖層的多變到交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)的欠發(fā)達(dá),所以,在鐵路運(yùn)輸、水利電網(wǎng)、礦物資源的開(kāi)發(fā)中修建隧道甚至是長(zhǎng)大隧道已成為發(fā)展西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵?？v觀從古到今隧道的修建歷程,長(zhǎng)大隧道的建設(shè)的制約因素主要可以歸納為施工技術(shù)方面和可能遭遇地質(zhì)災(zāi)害。隧道的建設(shè)可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害主要有包括巖爆(沖擊地壓)、軟巖的變形、突水突泥、地溫較高以及瓦斯泄漏。

4長(zhǎng)大隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)于長(zhǎng)大隧道的建設(shè)有著舉足輕重的地位。通過(guò)長(zhǎng)大隧道超前預(yù)報(bào),可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常的地質(zhì)情況,以此選擇正確的挖掘斷面,為突發(fā)的災(zāi)害性事故提供一定的信息,以提高施工效率來(lái)縮短施工周期。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分為常規(guī)預(yù)報(bào)、成災(zāi)預(yù)報(bào)和專門(mén)預(yù)報(bào)。所謂的常規(guī)預(yù)報(bào),就是勘測(cè)地質(zhì)工作階段的繼續(xù),它是隧道施工的一個(gè)過(guò)程,常規(guī)預(yù)報(bào)應(yīng)該以施工單位為主體,作出一定符合工程階段預(yù)報(bào)并且預(yù)報(bào)時(shí)盡量避開(kāi)施工作業(yè)間斷。而成災(zāi)預(yù)報(bào)是指長(zhǎng)大隧道施工進(jìn)行中所遇到的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害,而導(dǎo)致施工作業(yè)失去正?？刂频耐话l(fā)事件。成災(zāi)預(yù)報(bào)是在中、長(zhǎng)距離隧道施工的主要任務(wù),對(duì)施工地段可能成災(zāi)的地質(zhì)環(huán)境作出相應(yīng)的措施,成災(zāi)預(yù)報(bào)務(wù)必有相關(guān)施工設(shè)計(jì)及其單位組成專家小組,進(jìn)行物探分析做出定量預(yù)報(bào),并合理占用部分施工時(shí)間段。最后的專門(mén)預(yù)報(bào)就是對(duì)特殊的地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的專業(yè)性預(yù)報(bào),專門(mén)預(yù)報(bào)是隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重要內(nèi)容,需要利用綜合性手段定性定量雙重考慮做出預(yù)報(bào)。長(zhǎng)大隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要方法有直接預(yù)報(bào)法、地質(zhì)分析法、物探法、地質(zhì)物探綜合分析法等。直接預(yù)報(bào)法主要有水平鉆孔(在隧道內(nèi)放置水平鉆機(jī),呈水平方向鉆孔來(lái)獲取關(guān)于地質(zhì)情況的信息)、超前導(dǎo)坑(分為平行導(dǎo)坑和正洞導(dǎo)坑)兩種。為了進(jìn)一步提高長(zhǎng)大隧道超前預(yù)報(bào)的精確率,就必須不斷的革新其勘測(cè)技術(shù),爭(zhēng)取獲得三維空間的巖層土層地質(zhì)情況。目前我國(guó)正在進(jìn)行的大規(guī)模的水利建設(shè)、鐵路運(yùn)輸建設(shè)、資源的開(kāi)采,都需要建設(shè)大量的隧道甚至長(zhǎng)大隧道,所以先進(jìn)的長(zhǎng)大隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)就起到了關(guān)鍵的作用。長(zhǎng)大隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是工程物理研究中的疑難問(wèn)題。發(fā)展到目前來(lái)看超前預(yù)報(bào)中的工程地質(zhì)推斷和TSP、TRT等先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了一定的效果,但是仍需改進(jìn)。

綜上所述,地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)劣嚴(yán)重影響著隧道的建設(shè),同時(shí)間接制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)必須加大革新技術(shù),在施工過(guò)程中要求嚴(yán)謹(jǐn),利用先進(jìn)技術(shù),針對(duì)各地地質(zhì)圖層結(jié)構(gòu)的不同作出相應(yīng)地質(zhì)預(yù)報(bào),這對(duì)隧道的建設(shè)有一定的促進(jìn)作用,同時(shí)可以節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本,提高效率,為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了一定條件。

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