地震波反射法是复杂地质隧道施 工中采用的主要预报手段。 (1)准备工作 TSP-203 地质超前预报系统测线设在工作面附近的边墙上,由两个接收器孔和 24 个炮孔组成。两个接收 器孔对称分布在两侧边墙,24 个炮孔等间距分布在一侧边墙。在数据采集前,钻孔、接收传感器套管的 安装, 以及接受气孔、 炮孔的倾向、 倾角和各控基准点的测量可先期完成。 这些准备工作不影响正常施工, 可与隧道施工作业同时进行。 (2)相关参数 爆破点沿着隧道一侧洞壁平行于隧道底面呈直线排列,孔距 1.5m,孔深 1.5m~2.0m.距最后一个爆破点 15m~20m 设接收点,接收点孔深 2.0m,孔口距隧底约 1.0m 与炮孔等高。接收器孔向上倾斜 5o~10o, 炮孔向下倾斜 15o~20o。根据围岩软硬和完整破碎程度以及接受器位置的远近,每个炮孔装药 50g~ 100g。炸药为高爆速炸药,雷管采用零延时电雷管。 (3)现场测量 接收器孔内置接收传感器.探测时逐次引爆炸药,制造出小型地震波.这些地震波遇到节理面、地质界面和 破碎带、溶洞、暗河等不良地质界面时会产生反射波。反射波的强度及传送时间反映了相关界面的性质、 产状、距接收点的距离。 (4)数据分析 接收点的接收传感器将所接收的反射波数据,发送到记录仪储存。利用软件对储存数据进行处理,形成相 关界面的隧道映象点图,通过分析获得前方的地质情况。 1.5 地质雷达探测 (1)工作原理及方法 地质雷达或 ZGS 型智能工程探测仪,是通过发射天线 T 将高频电磁波以脉冲形式发射至地层中,再由天 线 R 接收反射回的信息,最后通过分析,达到对短距离进行超前预报的目地。地质雷达或 ZGS 型智能工 程探测仪探测范围为前方 30m 内,可作为 TSP 地质预报系统的主要辅助手段。 (2)数据处理及资料判释 地质雷达数据处理的目的是排除随机和规则的干扰, 以最大可能的分辩率在图像剖面上显示反射波, 提取 反射波的各种参数,包括振幅、波形、频率等帮助判释。 资料判释方法:地质雷达反映的是地下介质的电性分布,将其转化为地质体分布时必须把地质、钻探、地 质雷达记录这三方面的资料有机结合,以此获得检测对象的整体状况。 1.6 红外线探测法(HY-303 红外线探测仪) (1)探测内容 红外线探测仪存在局限性,主要探测含水断层、含水破碎带、含水溶洞、含水陷落柱、地下暗河等。 (2)探测方法 红外线探测法施工方法及步骤如下:(如下内容在那里?是不是就是这个 3、4 小节。) (3)现场探测 进入探测地段,沿隧道边墙以 5m 点距用粉笔或油漆标好探测顺序号直至掘进工作面。在掘进工作面,先 对前方探测。在返回的路径上,每遇到一个顺序号,就站在隧道中央,分别用仪器的激光器打出光斑,使 光斑落在左侧边墙中心位置、拱部中线位置、右侧边墙中心位置、隧底中线位置,并扣动扳机分别读取探 测值,做好记录。然后转入下一序号点,直至全部探完。也可以在掘进断面自上而下测五排数据,每排五 个点,做好记录,进行对比。 (4)资料处理 探测数据输入计算机,由专用软件绘成顶板探测曲线、底板探测曲线和两边墙探测曲线;断面上测的四排 探测数据也分别绘制成曲线。通过分析对隧道前方的地质情况作出预报。 红外探测曲线以直角坐标系表示,纵轴表示红外辐射场场强值,横轴表示以某点为起点的隧道距离(断面 曲线图横轴则表示隧道断面上的 5 个测点及间距)。探测曲线大致平行横坐标表示正常,反之,则表示异 常。 1.7 工程地质法 工程地质法是传统的地质预报方法。它根据零星的测绘、钻探和施工过程收集的地质资料,来分析、推断 隧道前方的围岩状况。例如可根据背斜、向斜的一翼推测另一翼的地质状况。工程地质法是一切超前地质 预测、预报方法的基础。因此,在掘进过程中,要认真收集地质资料,绘制地质素描图,作为各种预报手 段的参考和补充。 2 地质超前预报方法综述 以上各种探测方法各具特点,各有侧重,但都有其局限性。 超前导坑法能探明前方的地质情况,可增加正洞的工作面和实现巷道式通风,并兼有排水功能,缺点是造 价高。超前导坑法的造价相当于同长度正洞的 40%;水平超前钻探法直观、准确,并可提前排放前方岩 体中的瓦斯和水,起到卸压作用,但费工、费时,与隧道掘进相互干扰;TSP-203 系统探测距离远,抗 干扰能力强,但分辨率低,难以查清 2m 以下的不良地质体,探测缓倾角断层和溶洞效果不明显;地质雷 达法探测溶洞效果好,分辨率高,可查清 0.3m 以上的不良地质体。缺点是抗干扰能力差,探测的深度较 小,约在工作面前方 10m~20m 范围内,对探测环境要求苛刻,不能在有泥、水和电磁干扰的环境中使 用;红外线探测仪仅限于探测前方 20m~30m 范围内含水地层和含水构造,无法探测水量、水压、水质 等信息。探测过程易受洞内环境因素如灯泡、正在行驶的车辆、机械等热源和水的影响。 因此, 在预报方法和手段的使用上, 应根据探测对象有针对性的选择, 这样既保证探测效果, 又节约成本。 3 不良地质处理措施 3.1 浅埋 对浅埋段的处理以防坍塌为目的,遵循“先地表后洞身,先超前支护后开挖”的原则进行处置。 首先对浅埋地表进行帷幕注浆,增加拱部的整体性和稳定性,完善防排水措施,防止地表积水。开挖前施 作超前管棚或小导管注浆,固结前方开挖面,对地表帷幕注浆做进一步加固和补充。采用留核心土,分台 阶环形开挖,微药量爆破,尽可能减少对围岩的扰动。开挖后及时施作网喷、格栅钢架等初期支护。 3.2 偏压 对偏压段的处理以平衡偏压,重新调整围岩应力分布和受力状态为目的。 根据偏压程度,在洞外受偏压方采用钢筋混凝土桩、浆砌片石或回填混凝土的方法进行加固。开挖前进行 超前管棚注浆,开挖后架设钢支撑进行初期支护或灌注钢筋混凝土,进一步提高洞身的整体性和抗拉、抗 剪、抗压强度。 3.3 软岩(这到底是说软岩还是软围岩) 软围岩自稳力差且遇水软化,易坍塌,给施工带来困难。采用“超前支护,屏蔽环境,及时封闭”的做法。 即严格的超前支护,特殊的防、排水措施,以及短进尺、早封闭、强支护的综合处理措施。 采用留核心土,分台阶环形开挖,视围岩软弱程度辅之以管棚或导管注浆。石质松散和泥岩地段可采用机 械配合小型机具开挖,严格限制施工用水。若局部石质难以用机械开挖时,可采用电钻成孔,弱爆破、短 开挖,仰拱超前,尽早封闭成环。并加强围岩量测,根据量测反馈指导施工。 3.4 顺层 隧道穿越顺层地层时,开挖后易产生顺层滑坍,施工时必须采取措施进行控制,保证施工安全与质量。 顺层段施工采取小药量、弱爆破预留光爆层的施工方法,尽量减少对围岩的扰动。开挖后视岩层倾斜情况 及时对岩层进行锚固,喷射混凝土封闭岩面,必要时设置格栅钢架加强支护,紧跟仰拱及二次衬砌,尽快 形成封闭结构。 3.5 热害 热害主要出现在通风不良的特长隧道和有巨厚覆盖层的隧道。对于热害的防治,主要是采取加强通风、注 浆堵水和喷洒水雾等措施来实现。 在热害不很严重时, 加强通风是改善洞内温湿条件的最简便易行的方法。 风机功率要满足通风需要, 通风系统要布置合理, 要提高工作面的风速, 增强局部通风强度。 在富水地段, 地下水从围岩中获取热量,在洞内散热。因此,要加强地下水的隔离和控制。施工中可在混凝土中添加防 水剂,进行注浆堵水等,以达到隔离和控制地下水的目的。在洞内高温段喷洒水雾,必要时在洞内设置移 动式空调机降温。 3.6 岩溶 岩溶主要发生在石灰岩地层中。岩溶的发育程度取决于围岩的溶蚀性。就围岩的溶蚀性而言,石灰岩>白 云质灰岩>白云岩>泥灰岩。治理岩溶地层,首先要查明岩溶在隧道出露的位置、规模、形态,有无泥、 砂充填,是否与地下暗河连通,是否有地表水补给等。根据探明的情况分别采取相应的处置措施。 位于拱部及边墙的小型溶洞, 在衬砌断面外用浆砌片石或低等级混凝土回填, 有水时则视水量大小采用埋 管或凿槽的方法将水引入边墙水沟内。位于隧底的溶洞,采取换填、钢管注浆加固的处理方法,也可根据 溶洞规模采用架设钢筋混凝土梁的方法。对于有泥、砂、水充填的大型溶洞,应遵循“限量排放,排堵结 合,因地制宜,综合治理”的原则进行处置。对其采取长管棚或小导管注浆进行超前支护,短台阶预留核 心土环状开挖,网喷和钢支撑进行初期支护的综合处理措施。对于特大型溶洞一时难以处理的,可考虑设 置迂回道坑,后期再进行处理,以节省工期。 3.7 瓦斯 当隧道穿越煤系地层和含瓦斯地段时,坚持“全防爆、超前探、勤检测、强通风”的施工原则。通过煤系地层 时使用煤矿安全炸药和毫秒电雷管,毫秒电雷管的总延期时间不大于 130ms,采用远距离放炮揭穿煤层。 放炮时洞内停电,洞外起爆,所有人员撤至洞外,洞口 50m 以内杜绝一切火源。远距离放炮后及时对揭 煤工作面喷混凝土或衬以气密性混凝土,以利于岩体的稳定,并可封闭岩面,堵塞瓦斯排放通道。 牢记两个数值:当瓦斯浓度达到 1%时,禁止打眼、装药、放炮;瓦斯浓度达到 1.5%时,撤人、停电、 通风。 3.8 采空区 采空区常与煤层、瓦斯共存于同一隧道。治理采空区首先要查明采空区在隧道出露的位置、规模、以及有 无积水、有无瓦斯积聚等。根据探明的情况采取相应的处置措施。 当采空区位于隧道拱顶,且有积水和瓦斯积聚,是最复杂的一种情况,必须认真对待。因为煤系地层大都 以泥岩、页岩为主,经老塘积水常年浸泡,承载力已大为降低,容易坍塌。可采取长管棚预加固、台阶法 开挖、微药量爆破、初期支护紧跟的施工方法。施工过程中要加强通风和瓦斯检测,以防不测。 3.9 岩爆 对岩爆防治主要采取喷洒高压水、加强临时支护、改善施工方法、增设临时防护等措施来实现。 对中等程度的岩爆一般采用系统锚杆加固围岩,先喷一层钢纤维混凝土,防止岩块爆落,并及时铺设钢筋 网、施作锚杆。利用系统锚杆的组合作用,改善围岩应力状态,避免局部应力集中,达到降低诱发表面岩 爆的目的。岩爆较严重地段的工作面设超前锚杆,可有效地防止或减弱岩爆烈度及围岩剥落或弹射现象。 岩爆严重或特别严重地段,改变施工方法,可将全断面变为台阶法施工,并采用加密锚杆、挂网、网喷及 钢支撑相结合的联合支护方法,提高结构的整体支护能力,防止岩块突然弹射或剥落。 上述几种情况在爆破后立即向开挖面和约 15m 范围内的隧道周边喷洒高压水,以适当改变岩石物理力学 性质,降低岩石脆性,达到减弱岩爆烈度的目的。必要时给施工人员配发钢盔、防弹背心,对主要施工设 备安装防护棚架或防护网。在工作面架设移动防护网,防止岩块飞出,有效保护人员和设备安全。并组织 专人全天候巡视警戒和监测,听到围岩内部有闷雷似的响声时,尽快撤离人员和设备。 3.10 膨胀岩 (1)防治原则 膨胀岩的膨胀性主要是因为含有蒙脱石、 伊利石等膨胀性矿物所引起。 膨胀岩在开挖后较一般围岩变形大 且持续时间长。根据膨胀岩持续变形的特点,应采取“先柔后刚,刚柔结合”和“短开挖,强支护,快封闭成 环”的处理措施。 (2)处理措施 膨胀岩隧道施工,以喷、锚、网、钢支撑初期支护、适当加大预留沉落量和二次模筑衬砌组成复合式支护 体系。施工过程中要加强监控量测,合理安排工序。必要时打超前钻孔,改变前方岩体力学性质,使抑制 岩体的应力得以释放,保证开挖顺利进行。