复杂地质条件下的超前地质预测预报

摘要：探明矿山法隧道掌子面前方的地质情况作为隧道施工安全的重要控制性因素之一，因此超前地质预测预报工作已成为矿山法隧道施工工序的重要组成部分。本文以广州轨道交通三号线石牌桥站~体育西路站矿山法隧道区间的施工实际实施的超前预报情况，介绍了广州轨道交通地铁矿山法隧道的施工经验，介绍复杂地质条件下的隧道超前地质预报技术。

关键词：矿山法隧道；超前地质预测预报；复杂地质；地质灾害

Abstract: proven mining method tunnel working face in front of the geology as tunnel construction of the importance of safety controlling factor, so advance geological forecast work has become a mining method tunnel construction is an important part of the process. Taking Guangzhou rail transit line 3 ling bridge station ~ Sports West Point west road station mining method of interval tunnel construction actual implementation of the advanced prediction, this paper introduces the Guangzhou rail transit subway mining method tunnel construction experience, introduce the complex geological conditions of the tunnel advance geological forecast technology.

Keywords: mining method tunnel; Advance geological forecast; Complex geological; Geological disasters

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

隧道施工时，经常穿越复杂地质区域，在施工过程中往往容易在复杂地质区域发生坍塌、涌泥、突水、地面沉降以及遭遇有害气体（瓦斯、深层天然气等）突出等地质灾害或不良的环境影响，一旦施工中未超前探明或处治措施不合理，不但危及隧道施工安全、进度及质量，同时给后期的运营留下隐患。隧道开挖前对隧道的地质条件的了解，对隧道建设有着重要的作用，因此准确地预测与反馈掌子面前方、隧道周边的具体地质信息，是地质复杂隧道建设的迫切需要。通过超前预测，可以及时发现异常情况，预报掌子面前方复杂地质体的位置及其围岩结构的完整性与其含水的可能性，为优化施工方案提供依据。本文以广州轨道交通三号线石牌桥站~体育西路站矿山法隧道区间施工为例，介绍复杂地质条件下的隧道超前地质预报技术，以期为今后类似工程的施工提供经验和参考。

1工程概况

石牌桥站~体育西路站区间为双线隧道，起于石牌桥站,止于体育西路站，总长为1265m，起讫里程YCK6+132.7～DK7+397.7。本段隧道的地质条件较为复杂，包含逆断层带、可溶岩地段、非可溶岩地段及碳质页岩及煤线地层（可能存在瓦斯）。区内属于珠江三角洲冲(淤)积平原。地下水以第四系孔隙潜水和基岩裂隙水和岩溶水为主。

2隧道超前地质预测预报内容和方法

2.1隧道超前地质预测预报内容

隧道施工超前地质预测预报是在施工时搜集地质资料，预报工作面前方短距离内的工程地质条件，以便为判断围岩类别，预测、预报前方不良地质情况，杜绝突发性事件的发生，为正确地选择开挖断面、支护参数和施工方法提供依据。根据天星隧道的地质情况，结合国内同类工程的施工经验，本标段本着“地表和洞内相结合、构造探测和水探测相结合、长中短期分阶段预报相结合”的“三结合”原则，做到有疑必探、先探后掘，充分发挥多种手段综合预报的优势，解决本标段的超前地质预报和整治问题。在施工中为了避免地质灾害和不良的环境影响，获得详细的地质条件，在施工前应做以下几个方面的探测：不良地质、地层岩性、地质构造、含水构造的位置规模及其性质。

2.2隧道超前地质预测预报方法

（1）常规地质法：根据现已开挖段的地质情况结合对隧道地表进行地质补充调查、地质勘察报告，对可能存在的地质情况进行地质素描。地质素描的内容包括：

①岩性：隧道顶、底板围岩的种类、性质、产状与特点，围岩固结情况、风化及变质软硬程度。

②地质构造：各种地质构造的类型、性质、产状、规模，以及对岩体的破坏程度；断层分布、走向、倾角、风化破碎程度；节理裂隙方向及间距，充填物及性质；岩溶展布的空间关系等。

③水文地质：洞内重要泉眼、暗河，主要出水点、涌水、突泥地点，观测其流量、水压、颜色变化、夹杂物等情况。必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系；

④其它：包括初始应力状态、掌子面自稳状况等。

（2）TSP-203超前物探法：利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。

图1 .TSP203超前地质预报系统原理与布设

（3）超前探孔：使用超前地质钻杆在隧道断面的若干个部位进行钻探，依据钻杆内岩土结构、构造及水文地质判定前方围岩的性质。一般取隧道断面的三个点，中上部、左侧、右侧，将钻探出的围岩综合对比分析然后按每两米一个断面记录其围岩状况。这种方法是最直观的进行地质探测，直接揭示前方几十米地层的岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体完整程度等资料,比较直观,还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标。

3石牌桥站~体育西路站区间隧道超前地质预测预报

施工过程中对石牌桥站~体育西路站区间隧道全部开展超前预测预报工作，并重点对发生易塌方、突水突泥工程地质灾害段落进行超前预报工作，为及时调整施工方案及预防地质灾害发生提供基础资料，从而降低地质灾害的发生几率和风险。

3.1极易发生塌方、突水涌泥的逆断层段地质预报方法

（1）常规地质法：对隧道地表进行补充地质调查和隧道内地质素描，根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分炮眼加深2～3m的探测情况，如地层岩性特征、岩体破碎程度、地下水发育情况、结构面性质、洞型变形破坏特征等，对掌子面进行地质素描，并进行地质作图。

（2）综合超前物探：长距离超前物探采用TSP-203对掌子面前方约100m范围内的地质构造的位置、规模、性质作较为详细的预报，探测岩体的完整性及岩溶和地下水的发育情况，每100m施作一次；中近距离超前物探采用红外探水仪器、地质雷达物探手段对掌子面前方先进行中距离综合超前预测、预报，每25m施作一次，一次范围30m。

（3）超前探孔：超前地质钻孔采用单孔水平取岩芯钻探法，超前探测20～30m，验证中近距离物探超前探测的异常地段，正洞每个断面不少于5孔，每个断面3孔；加深炮孔探测利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循环钻设炮眼时布设3～5个钻孔加深1～3m作为探测孔。

3.2可溶岩一般地段及出口非可溶岩地段

该区段采用的常规地质法及综合超前物探法与逆断层段地质使用的方法相同，使用超前探孔采用单孔水平取岩芯钻探法，超前探测30m，验证中近距离物探超前探测的异常地段，正洞每个断面不少于3孔；加深炮孔探测利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况，在每一循环钻设炮眼时布设3～5个钻孔加深1～3m作为探测孔。

3.3含碳质页岩及煤线地层有瓦斯积累可能地段预报方法

施工含碳质页岩及煤线地层结合岩溶段超前预报措施并利用超前钻孔、地质雷达探测等手段，对掌子面与侧壁进行地层岩性特征、地层产状、煤线厚度、瓦斯压力、含量和浓度等综合分析。

4结语

超前地质预测预报是规避复杂隧道地质风险的最有效手段，在施工当中应当将超前地质预测预报工作作为一道工序纳入施工设计中。隧道施工过程中，复杂地质条件下的地质超前探测也不再单一的使用一种方法进行预测，而是综合采取几种方法同时进行，对探测的结果进行综合判断分析。综合判断分析是综合超前地质预报方法的核心，它对各种预报手段获得的资料进行归纳、分析、对比，提出最终预报结论，从而对工程措施提出建议，指导施工。综合分析探测报告，内容包括工作概况、采用的各种预报手段及预报结果、相互印证情况、综合分析预报结论、灾害警报、施工方法和施工措施建议等。

本文对逆断层段、可溶岩地段、非可溶岩地段、含碳质页岩及煤线地层有瓦斯积累可能地段的隧道进行地质超前探测，综合采用常规地质法、综合超前物探法及超前探孔作为主要的超前地质预测手段，取得了较好的效果。避免了施工过程中坍塌、涌泥、突水、地面沉降、有害气体（瓦斯、深层天然气等）突出等地质灾害或不良的环境影响的发生。

参考文献

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