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1、超前地质预报在歌乐山隧道施工中的应用第19卷 第1期2008年3月地质灾害与环境保护JournalofGeologicalHazardsandEnvironmentPreservationVol.19, No.1March2008文章编号: 1006-4362(2008)01-0109-04祝云华,刘新荣,黄明(重庆大学土木工程学院,重庆 400045)隧道在施工中不可避免地会遇到诸如溶洞、突水、坍塌等常见的地质灾害,为了将地质灾害影摘要: 响程度降到最低,施工前进行超前地质预报是十分必要的。详细介绍了TSP超前预测预报方法的原理,并以歌乐山隧道为
2、例子,针对该隧道复杂的地质条件,施工过程中采用超前预测预报和红外线探测技术相结合,成功地预报了掌子面前方的地质信息以及隧道涌水情况,工。关键词: 隧道;TSP;施工;超前地质预报中图分类号:P588.3;U452 :1 引言隧道工程设计的基本依据是地质勘察资料,而隧道施工的依据主要是设计文件。大量的隧道工程建设实践表明,由于地质勘察精度、经费等诸多条件的限制,根据地质勘察资料作出的设计与实际不符的情况屡有发生,如岩溶突水、软弱围岩大变形、塌方、沉陷、岩爆、瓦斯突出等,而这些灾害性地质灾害一旦发生,轻则影响施工进度,增加工程成本,重则损毁机械设备,甚
3、至危及施工人员的生命,而且事故发生后的处理工作难度较大,因此给隧道施工带来严重的影响[1]。近几年,随着隧道工程数量的增加,规模的扩大,遇到的地质条件越来越复杂,这一问题变得更加突出。为了尽量避免和减少地下工程施工中可能出现的地质灾害,在做好地质勘察的同时,采用工程地质方法和超前预报方法相结合,对地下工程前方的地质条件及时和准确地预测是防止施工中突发性灾难、保证施工工期和施工质量的有效措施。歌乐山隧道属于渝怀高速公路建设中的一个控制性工程,地质条件比较复杂。根据工程地质勘察,该隧道在施工中存在岩溶涌水、断层破碎带界面和围岩局部失稳的可能性。为了保障
4、隧道施工的顺利实施,减少可能出现的地质灾害,在歌乐山隧道复杂地段施工过程中,采用地质调查和物探相结合的超收稿日期: 2007207226 改回日期: 2007211220前预测技术,取得了满意的施工效果。2 TSP超前地质预报系统TSP超前地质预报系统(TunnelSeismicPre2dictionSystem),是由瑞士安伯格测量技术公司专门为隧道及地下工程施工超前地质预报研制开发的,是目前国内外在这个领域最先进的科技成果,属于地球物理探查方法的一种。它具有以下特点:适用范围广,即适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况,探测断层、大的岩性界面等平
5、直地质界面效果较好;预报距离长,理论上能预报掌子面前方500m,考虑地震波干扰等因素能准确预报掌子面前方100～350m;对隧道施工干扰小,它只要求在接收信号时为减少噪音干扰作短暂停工;探测时间短,一次完整的探测仅仅需要45min,加上探测前的准备工作和探测以后系统清除所用的时间也不过2h;节约投资费用,据国外隧道施工经验估计,采用TSP法比不进行预报节省费用是全部工程的15%。由于以上等优点,TSP适合长期、长距离和复杂地质条件下超前预报[2～4]。2.1 预报原理TSP根据地震波的回波原理制成,人工制造一系列有规则排列的轻微震源,形成一个地震源
6、断面,同时,三维地震波接收器在计算机的监控下采集这110地质灾害与环境保护2008年些震源所发出地震波沿隧道前方及四周区域传播而遇不良地质体(如地层层面、节理面,特别是断层破碎带界面和溶洞、暗河等)被反射返回的地震波数据。这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的。在一定间隔距离内连续多次采用上述方法,可以得到前方地层的地质力学参数,如杨氏模量和横向变形系数等。现场工程技术人员结合相关的地质资料可以准确地预知前方及周围地质变化状况[5～6]。TSP测量原理见图1。==1-rρAi2v2+ρ1v1
7、(4)式中,Ai为入射波振幅;Ar,At为反射波和透射波ρ振幅;v1,v2为反射界面两侧介质的速度;ρ1,2为反射界面两侧介质的密度;r为界面的反射系数。当入射波振幅Ai一定时,反射波振幅Ar与反射系数r成正比,而反射系数与反射界面两侧介质的波阻抗ρv有关,且主要由界面两侧介质的波阻抗差决定,波阻抗差的绝对值越大,则反射波振幅Ar就越大。当介质Ⅱ的波阻抗大于介质Ⅰ的波阻抗,即地震波从较为疏松的介质传播到较为致密的介质时,反射系数r>0,此时,反射波振幅和入射波振幅的符号相同,反射波和入射波具有相同的极性;反之,如果地震波从较为致密的介质传播到
8、较为疏松的介质,此时反射系数r<0,则反射波振幅和入射波振幅符号相反,,[9～11]。(面向掌子面)的同一水平图1
