不良地質(zhì)條件隧道施工影響因素及超前預(yù)報(bào)方法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)不良地質(zhì)條件隧道施工影響因素及超前預(yù)報(bào)方法Xxx(中鐵十一局集團(tuán)有限公司)【摘 要】所謂的不良地質(zhì)條件,一般情況,均指存在著斷層發(fā)育、巖體破碎、料場(chǎng)地質(zhì)發(fā)生異變及含水量與最優(yōu)含水量偏差較大等情況。不良地質(zhì)段一經(jīng)開挖,潛在應(yīng)力釋放快,圍巖失穩(wěn)變形,對(duì)工程施工產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。一般巖石地下工程在選址與定點(diǎn)方面,應(yīng)盡量避開不良地層。但是這并不排除在個(gè)別地段或洞室的某些部位仍可能會(huì)遇到不良地質(zhì)和一些不利于施工的特殊地質(zhì)地段。 【關(guān)鍵詞】不良地質(zhì);隧道施工;超前預(yù)報(bào)常見的不良地質(zhì)類

2、型有膨脹圍巖、巖溶地段、破碎斷層、涌水涌泥等。而大量的工程實(shí)踐表明,導(dǎo)致大量隧道工程施工方案不合理和工程事故的發(fā)生原因就是與前期對(duì)隧道圍巖結(jié)構(gòu)類型的分析認(rèn)識(shí)不清有密切關(guān)系。 1. 進(jìn)行不良地質(zhì)分析的重要性 隧道建設(shè)在設(shè)計(jì)和施工之前,必須按基本施工建設(shè)程序進(jìn)行巖土工程勘察。巖土工程勘察應(yīng)按工程建設(shè)各勘察階段的要求,正確反映工程地質(zhì)條件,查明不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害,精心勘察、精心分析,提出資料完整、評(píng)價(jià)正確的勘察報(bào)告。這樣才有利于下一步開展施工,制定切實(shí)可行的施工支護(hù)方案。 2. 幾種不良地質(zhì)對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響 2.1 涌水對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響。 在隧道工程施工中,地下水的作用非?；钴S。本身可造

3、成隧道涌水,可軟化泥化巖石,增大圍巖的變形;降低結(jié)構(gòu)面的內(nèi)聚力,造成不利組合巖塊的塌落甚至引起大的坍方;加劇構(gòu)造巖、風(fēng)化巖、破碎巖、粘土砂及泥夾塊石類巖溶填充物活動(dòng)性,引發(fā)隧道內(nèi)坍方、泥石流、巖溶涌突水泥災(zāi)害。 隧道開挖,破壞和改變了隧道所在地區(qū)水文地質(zhì)條件,隧道成為新的地下水排泄的通道。隧道施工揭穿含水構(gòu)造,直接導(dǎo)致了隧道內(nèi)涌水災(zāi)害的發(fā)生(揭穿型隧道涌水);而隧道周邊與含水構(gòu)造(體)間隔巖體厚度的過薄或含水構(gòu)造(體)水壓上升,導(dǎo)致了隧道施工期間的突破型涌水;由于涌水速度的降低,涌水中攜帶的泥砂沉積堵塞涌水通道,當(dāng)通道地下水位上升水壓力達(dá)到一定值時(shí),水突破堵塞造成重新涌水,即形成隧道施工期間隧

4、道內(nèi)的間歇型涌水。 2.2 破碎斷層對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響。 破碎斷層是隧道施工中最常見的不良地質(zhì),是造成隧道塌方的最主要原因,也是突泥突水、甚至巖爆等諸多隧道施工地質(zhì)災(zāi)害總禍根之一,所以破碎斷層帶的調(diào)查在地質(zhì)調(diào)查中占有突出重要的地位。在破碎斷層帶處圍巖破碎、自穩(wěn)能力差,且一般富含地下水,若隧道穿越斷層破碎帶,將嚴(yán)重影響隧道圍巖的穩(wěn)定性。同斷層有關(guān)的工程地質(zhì)問題主要有:抗滑穩(wěn)定性問題、沉陷(降)及不均勻沉陷(降)和變形問題、滲透變形問題、滲透穩(wěn)定性問題、滲水作用下的演化問題等,其中對(duì)隧道襯砌受力影響最大的是地層滑移、沉陷及不均勻沉陷的變形問題。隧道穿過斷層地段,為了盡量減少施工地質(zhì)災(zāi)害并進(jìn)行必要

5、的修改設(shè)計(jì),掘進(jìn)前必須進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào),對(duì)斷層及其破碎帶的規(guī)模、位置、力學(xué)性質(zhì)、新構(gòu)造活動(dòng)性、產(chǎn)狀、斷層巖類別、膠結(jié)程度和水文地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)。隧道穿過斷層地段的掘進(jìn)技術(shù)取決于斷層的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層活動(dòng)性以及隧道軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系。隧道襯砌的受力除了與上述因素有關(guān)外,還與施工過程中對(duì)圍巖的破壞程度、工序銜接的快慢、施工支護(hù)技術(shù)措施是否得當(dāng)?shù)染泻艽箨P(guān)系。 2.3 巖溶地質(zhì)對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響。 當(dāng)隧道通過溶洞、地下暗河等巖溶發(fā)育的含水區(qū)段時(shí),其影響主要表現(xiàn)為“涌突水、突泥(沙)、塌陷”,容易導(dǎo)致:隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、開裂、失穩(wěn)直至坍塌;制約工程進(jìn)度,

6、直接危及人員和機(jī)械設(shè)備的安全,造成工程投資的增加;改變水文地質(zhì)條件,從而激活古巖溶;增加了新的出水點(diǎn),對(duì)于正處于發(fā)育期的巖溶,可能加快其巖溶發(fā)育程度;可能不斷惡化該地區(qū)水文環(huán)境;使環(huán)境惡化,地下水位下降,造成地表植被減少,地表沙土流失;可能造成地下水干涸、地下水流失,生態(tài)環(huán)境受到破壞。 2.4 膨脹性地質(zhì)對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響。 膨脹圍巖的特殊地質(zhì)性質(zhì)及其圍巖壓力特性,使膨脹的洞室圍巖具有普遍開裂、內(nèi)擠、坍塌和膨脹等變形現(xiàn)象。膨脹洞室圍巖變形常具有速度快、破壞性大、延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和整治較困難等特點(diǎn)。施工中常見的幾種情況有:圍巖裂縫、隧道下沉、圍巖膨脹突出和坍塌、底鼓、襯砌變形和破壞。 3. 不良地質(zhì)

7、隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù) 當(dāng)今的隧道工程地質(zhì)工作,已進(jìn)入了以隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)為主要標(biāo)志的階段,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)隧道工程施工的影響越來越重要。 3.1 開展不良地質(zhì)隧道超前預(yù)報(bào)的必要性。 隧道工程設(shè)計(jì)的基本依據(jù)是地質(zhì)勘查資料,而隧道施工的依據(jù)主要是設(shè)計(jì)文件,大量的隧道工程建設(shè)實(shí)踐表明,由于地質(zhì)勘查精度、經(jīng)費(fèi)等諸多條件的限制,根據(jù)地質(zhì)勘查資料作出的設(shè)計(jì)與實(shí)際不符的情況時(shí)有發(fā)生,由此而來的隧道內(nèi)塌方、涌水、涌泥、溶洞、巖爆等不良地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,從而給隧道施工造成極大的危害,影響著施工進(jìn)度、施工安全、工程造價(jià)、工程質(zhì)量等。因此,在隧道施工期間,采用各種技術(shù)、手段和方法對(duì)隧道掌子面前方地質(zhì)條件進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確

8、的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào),是提前采取預(yù)防措施、避免災(zāi)害的發(fā)生或在一定程度上減少因?yàn)?zāi)害造成的損失、保證隧道施工安全的需要。3.2 不良地質(zhì)隧道超前預(yù)報(bào)的幾種常見方法。 3.2.1 地質(zhì)法地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。 地質(zhì)法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)主要根據(jù)隧道內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和隧道施工期掌子面地質(zhì)條件調(diào)查結(jié)果,如巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等的變化特征,通過地質(zhì)作圖及構(gòu)造相關(guān)性分析,由地面構(gòu)造產(chǎn)狀推測(cè)隧道穿越深度位置的出露位置(相關(guān)關(guān)系法),由掌子面巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等變化特征推測(cè)掌子面前方可能出現(xiàn)的構(gòu)造及其性質(zhì)(趨勢(shì)外推法),進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。主要預(yù)報(bào)隧道掌子面前方存在的

9、斷層、不同巖類間的接觸界面,特別是火成巖與沉積巖問的接觸界面、隧道前方圍巖的穩(wěn)定性及失穩(wěn)破壞形式等。通過分析其走向、分布高程、坡度及其與隧道平面空間關(guān)系調(diào)查預(yù)測(cè)隧道施工可能遇到的隧道施工揭穿造成的涌水和坍方。 3.2.2超前水平鉆孔法。 在隧道施工掌子面或掌子面一側(cè)耳室進(jìn)行超前水平鉆探,通過鉆進(jìn)速度測(cè)試、巖芯采取率統(tǒng)計(jì)、鉆孔巖芯鑒定和必要的巖芯試件強(qiáng)度試驗(yàn)來確定隧道施工掌子面前方地(巖)層的展布、地層巖石的軟硬程度、巖體完整性及可能存在的斷層、空洞(巖溶溶洞等)的分布位置,從而進(jìn)行隧道施工掌子面前方地質(zhì)預(yù)報(bào)。 巖芯采取率在相當(dāng)程度上反映巖體的完整性系數(shù),也即反映巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育狀況。巖芯采取

10、率低,表明巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體完整性系數(shù)低,反之表明巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育,巖體完整性好。采用此方法不僅可以確定隧道掌子面前方地質(zhì)情況,而且可以起到探水的作用。 3.2.3 超前導(dǎo)坑(平行導(dǎo)坑)法。 采用超前平行導(dǎo)坑或隧道進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào),應(yīng)做好以下工作:超前平行隧道或?qū)Э邮┕に龅刭|(zhì)情況記錄;必要的測(cè)試試驗(yàn)(巖石、體聲速測(cè)試和巖石強(qiáng)度試驗(yàn)等);地質(zhì)作圖。主要是隧道穿越地層分布及產(chǎn)狀、巖性、構(gòu)造分布及產(chǎn)狀、不良地質(zhì)體帶分布、特殊地層分布、涌水及坍方點(diǎn)分布等的平面展示;按超前平行導(dǎo)坑或超前平行隧道與施工隧道的平面關(guān)系,根據(jù)既有隧道或超前平行導(dǎo)坑或超前隧道施工所遇地質(zhì)情況,通過計(jì)算、相關(guān)性分析

11、,推測(cè)隧道將遇到的地質(zhì)情況。 3.2.4 波反射法隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。 利用聲波,超聲波、地震波及電磁波在地層中傳播、反射,通過信號(hào)采集系統(tǒng)接收反射信號(hào),判釋隧道掌子面前方反射界面(斷層、軟弱夾層等)距隧道掌子面的距離來進(jìn)行隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào),如圖1所示。如TSP、地質(zhì)雷達(dá)、HSP聲波反射、地震波反射,等等。 3.3 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作方法。 3.3.1 資料收集、勘察成果整理分析、熟悉設(shè)計(jì)文件、資料和圖紙。 開展隧道地質(zhì)預(yù)報(bào),首先應(yīng)對(duì)整個(gè)隧道工程所處地質(zhì)環(huán)境有一個(gè)宏觀的把握。 預(yù)可研和可行性研究階段資料收集。預(yù)可研和可行性研究階段主要收集隧道所在地區(qū)區(qū)域地質(zhì)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料

12、,了解隧道通過地區(qū)地層、構(gòu)造分布情況、工程地質(zhì)特性和水文地質(zhì)條件,對(duì)隧道施工可能遇到的各種地質(zhì)條件及可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)判斷,為隧道工程地質(zhì)勘察提供科學(xué)的依據(jù)。 勘察成果整理分析。勘察成果是隧道設(shè)計(jì)文件、圖紙、資料的依據(jù),整理分析勘探(鉆探、槽探、坑探、物探)、試驗(yàn)(巖石物理力學(xué)試驗(yàn)、鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)、巖體原位測(cè)試等)成果,以確定隧道穿越的地層層序、地層巖性、地層產(chǎn)狀,構(gòu)造分布、產(chǎn)狀及其性質(zhì),隧道水文地質(zhì)環(huán)境,不良地質(zhì)體(帶)分布及其性質(zhì),據(jù)此進(jìn)行隧道涌水量計(jì)算。提出宏觀預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。 熟悉設(shè)計(jì)文件、資料和圖紙。隧道設(shè)計(jì)文件、資料和圖紙是設(shè)計(jì)者根據(jù)隧道預(yù)可研和可行性研究報(bào)告、隧道初步勘察和詳細(xì)勘

13、察成果進(jìn)行整理、分析、研究提出的,是可行性研究和勘察成果整理分析研究成果的總結(jié)。 本階段的工作主要包括:明確隧道穿越的地層層序、地層巖性、地層產(chǎn)狀、地層在隧道軸線上的展布長(zhǎng)度,不同巖層的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特性,特殊地層(可溶巖地層、膏巖層等)的分布;掌握地質(zhì)構(gòu)造特別是斷層在隧道軸線上的分布位置,斷層及其破碎帶寬度、性質(zhì)、產(chǎn)狀;明確地層、構(gòu)造與隧道的關(guān)系;分析研究可能存在的不良地質(zhì)體(斷層及其破碎帶、巖溶發(fā)育帶、順層錯(cuò)動(dòng)擠壓破碎帶、軟巖段等)及其性質(zhì)、分布、規(guī)模和因隧道施工揭穿可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害,初步提出施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)重點(diǎn)區(qū)段。 3.3.2 補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查。 補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查的內(nèi)容主要包括:不同巖性

14、、地層在隧道地表的出露及接觸關(guān)系,巖層產(chǎn)狀及其變化;構(gòu)造在隧道地表的出露、分布、性質(zhì)、規(guī)模及其產(chǎn)狀變化;地表巖溶發(fā)育位置、規(guī)模及分布規(guī)律;軟層(煤層、石膏層)在地表的出露位置、規(guī)模及其產(chǎn)狀變化;坑(巷)走向、展布、高程、涌水、坍塌及其在三維空間上與隧道的關(guān)系;巖體節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)分析及地應(yīng)力場(chǎng)研究;結(jié)合設(shè)計(jì)文件、資料和圖紙熟悉結(jié)果提出施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)重點(diǎn)區(qū)段。 3.3.3 洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查和掌子面地質(zhì)素描。 洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查。隧道施工期洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查主要沿隧道邊墻進(jìn)行,應(yīng)包括以下內(nèi)容:地層、巖性描述(包括巖石風(fēng)化破碎程度、巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)等);地層分界面產(chǎn)狀及其里程位置確定;地層產(chǎn)狀及其變化測(cè)定;構(gòu)造(斷層等)

15、位置、產(chǎn)狀、寬度測(cè)定,斷層性質(zhì)描述;節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì),包括發(fā)育分布位置、產(chǎn)狀、組數(shù)、節(jié)理面閉合張開狀態(tài)、節(jié)理面形態(tài)、節(jié)理面充填情況,節(jié)理玫瑰花圖制作;臨空面涌滴水位置確定,涌滴水量測(cè)定或估算;特殊地質(zhì)現(xiàn)象描述(如巖溶洞穴位置、形狀、充填物性質(zhì),坍方體出現(xiàn)位置、方量,等等)。 掌子面地質(zhì)素描。掌子面地質(zhì)素描的主要內(nèi)容包括:巖層、巖性描述(包括巖石風(fēng)化破碎程度、巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)等);地層分界面產(chǎn)狀及其位置;巖層產(chǎn)狀及其變化測(cè)定;構(gòu)造(斷層等)位置、產(chǎn)狀、寬度測(cè)定,斷層性質(zhì)描述;節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì),包括發(fā)育分布位置、產(chǎn)狀、組數(shù)、節(jié)理面閉合張開狀態(tài)、節(jié)理面形態(tài)、節(jié)理面充填情況;掌子面涌滴水位置的確定、涌滴水量測(cè)定或

16、估算;特殊地質(zhì)現(xiàn)象描述。如巖溶洞穴位置、形狀、充填物性質(zhì),坍方體、涌泥沙出現(xiàn)位置、方量,等等。 3.3.4 預(yù)報(bào)報(bào)告的內(nèi)容及報(bào)告的提交 預(yù)報(bào)報(bào)告的內(nèi)容:預(yù)報(bào)報(bào)告包括預(yù)報(bào)簡(jiǎn)報(bào)和預(yù)報(bào)總報(bào)告。 預(yù)報(bào)簡(jiǎn)報(bào)應(yīng)包括內(nèi)容有:工程概況;地質(zhì)預(yù)報(bào)采用的方法原理;探測(cè)掌子面地質(zhì)調(diào)查結(jié)果、掌子面地質(zhì)素描圖;探測(cè)區(qū)、點(diǎn)布置圖;結(jié)合隧道勘察設(shè)計(jì)資料、補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查結(jié)果、洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行的探測(cè)分析結(jié)果(包括文字、探測(cè)典型波形圖、波譜圖和成果圖等);預(yù)報(bào)結(jié)論及下一步施工措施建議(圍巖加固、初期支護(hù)、超前支護(hù)、永久支護(hù)措施等,必要時(shí)給出掌子面前方巖體分級(jí)建議)。 預(yù)報(bào)總報(bào)告應(yīng)包括內(nèi)容有:工程概況;地質(zhì)預(yù)報(bào)采用的方法原理;隧道地質(zhì)展示圖(包括掌子面素描圖);隧道地質(zhì)縱剖面圖;典型預(yù)報(bào)(包括預(yù)報(bào)掌子面地質(zhì)描述,探測(cè)區(qū)、點(diǎn)布置圖,探測(cè)典型波形圖,波譜圖和成果圖,預(yù)報(bào)結(jié)論及下步施工措施建議,驗(yàn)證結(jié)果);預(yù)報(bào)與施工驗(yàn)證對(duì)比表;結(jié)論(包括預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)結(jié)果)。 3.3.5 驗(yàn)證。 施工開挖驗(yàn)證是隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的重要的一環(huán),是改進(jìn)探測(cè)布置、提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的需要,也是完成預(yù)報(bào)工作的要求。 具體而言,應(yīng)隨開挖進(jìn)行不良地質(zhì)體帶位置、性質(zhì)、規(guī)模和地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的位置、規(guī)模等的記錄,并與預(yù)報(bào)