國內資訊
隧道不同工況的超前地質(zhì)預報方法
1 山嶺隧道施工
山嶺隧道正在朝"長(cháng)、大、深"方向發(fā)展，由于其具體工程特點(diǎn)不同，所以采用的預報方法也不同。
1.1 工程特點(diǎn)
山嶺隧道通常較長(cháng)、埋深較大，在前期勘察期間由于受技術(shù)手段和現場(chǎng)條件所限(如:勘查較粗，且地面條件較差;地表植物較多，不利于許多方法探測;許多地球物理方法的縱向分辨率隨著(zhù)深度的增加而降低，且隧道開(kāi)挖直徑僅16m，埋深150m，縱向分辨率為90%)，使地表探測的難度加大，前期勘察資料的準確度和可靠性就較差。
1.2 預報方法
山嶺隧道應以掌子面超前地質(zhì)預報為主，而長(cháng)距離預報應以地震反射法中角度偏移法為主。其他電性方法，由于供電等原因，且探測距離較淺，可作為輔助方法?？倓t是"綜合參數(波速+電阻率)、長(cháng)短結合(地震反射法+電性方法)"。地震反射法有:TSP、VSP、HSP、TRT、USP等。電性方法有:GPR地質(zhì)雷達、TEMT瞬變電磁法、BEAM激發(fā)極化法。鉆孔方法有彈性波和電磁波CT。預報時(shí)可根據現場(chǎng)地質(zhì)條件復雜情況選擇使用。
2 地鐵淺埋暗挖法和盾構法施工
地鐵施工目前基本不做掌子面超前地質(zhì)預報，但并不表明地鐵施工不需要超前地質(zhì)預報。因為目前國內大范圍地鐵施工仍在地表下20m以上施工，且地鐵隧道前期勘察資料相對山嶺隧道而言較為詳細;另外，地鐵所選線(xiàn)路基本都在原有城市道路下方，地鐵所穿越的上方既有市政設施及既有構筑物基本已知;再者，地鐵主要建設在大型城市市域內，而我國大多城市都建設在沖洪積平原上，土體隧道居多，當然也有巖質(zhì)隧道和較為復雜的巖溶地區。雖然，地鐵隧道遠比山嶺隧道地質(zhì)情況簡(jiǎn)單，但是其修建于鬧市區，對地層變形和既有設施的保護又遠比山嶺隧道難于控制。所以，地鐵隧道對超前地質(zhì)預報技術(shù)的需求是迫切的，技術(shù)要求更加精細，出現的問(wèn)題也很多?，F階段不做掌子面前方預報，主要受預報技術(shù)和儀器設備所限。
2.1 工程特點(diǎn)
1)埋深相對較淺，地質(zhì)情況相對簡(jiǎn)單，但變化較頻繁，更注重對既有構筑物的保護;2)對盾構施工而言，更注重對大粒徑(50cm以上)卵礫石分布和詳細位置的探測與預報;3)對砂性土體則注重對空洞、水囊的探測;4)地下水對工程施工的影響很大，也是探測預報的重點(diǎn)。
2.2 預報方法
由于地鐵施工埋深較淺，所以就國內現有技術(shù)而言，地鐵前方預報方法應以地面方法為主(20m以上)、掌子面方法為輔。但是地面探測受各種干擾影響較大，如振動(dòng)、電磁干擾等等，目前北京地鐵開(kāi)工前要進(jìn)行地面雷達法空洞掃描探測，測線(xiàn)間距4m，探測深度基本在6m以上，而隧道實(shí)際開(kāi)挖在10m以下，因此探測方法對隧道施工幫助不大。不過(guò)，利用較大震源的跨孔法探測也不失為一種好方法，但仍需要做進(jìn)一步的試驗和研究。常采用的地面探測方法有:GPR地質(zhì)雷達、TEM瞬變電磁法、淺層地震法、高密度電阻率法、綜合參數跨孔法等;隧道掌子面預報方法有:USP地震反射法、GPR地質(zhì)雷達、TEMT瞬變電磁法、BEAM法等。使用哪種方法應結合具體地質(zhì)條件和現場(chǎng)條件綜合確定。
3 在盾構機及TBM上安裝預報設備
在盾構機或TBM上安裝超前地質(zhì)預報設備，一直是機械開(kāi)挖的目標和方向，但目前的盾構機和TBM基本上還沒(méi)有這方面的設備。日本一些學(xué)者，做過(guò)一些SSP(Sonic Soft Ground Probing)聲波前方預報的試驗工作(見(jiàn)下圖)，但目前仍沒(méi)有更深入的研究成果和更成熟的經(jīng)驗。
3.1 施工特點(diǎn)
盾構機和TBM推進(jìn)艙的場(chǎng)地很小，且前方的刀盤(pán)轉動(dòng)要保持一定的前方壓力，這對預報技術(shù)、方法和裝置排列會(huì )帶來(lái)一定的困難。對地震法而言，機械開(kāi)挖的振動(dòng)較大、影響也大;對電磁類(lèi)方法而言，干擾電流和機器本身金屬類(lèi)感應影響較大，掌子面現場(chǎng)也很難排布和操作，這些都造成了探測上的困難。
3.2 預報方法
在盾構機和TBM上安裝固定的裝置進(jìn)行超前地質(zhì)預報無(wú)疑是一個(gè)好的方向，由于機械設備及各種電流的干擾，在設備上安裝地震波反射法設備可能更為有效。筆者及所在團隊正在嘗試將干擾源作為激勵源進(jìn)行超前地質(zhì)預報的研究。當然，利用角度偏移的地震反射法應為首選。但對敞開(kāi)式盾構或TBM也可采用其他掌子面方法進(jìn)行預報。
山嶺隧道正在朝"長(cháng)、大、深"方向發(fā)展，由于其具體工程特點(diǎn)不同，所以采用的預報方法也不同。
1.1 工程特點(diǎn)
山嶺隧道通常較長(cháng)、埋深較大，在前期勘察期間由于受技術(shù)手段和現場(chǎng)條件所限(如:勘查較粗，且地面條件較差;地表植物較多，不利于許多方法探測;許多地球物理方法的縱向分辨率隨著(zhù)深度的增加而降低，且隧道開(kāi)挖直徑僅16m，埋深150m，縱向分辨率為90%)，使地表探測的難度加大，前期勘察資料的準確度和可靠性就較差。
1.2 預報方法
山嶺隧道應以掌子面超前地質(zhì)預報為主，而長(cháng)距離預報應以地震反射法中角度偏移法為主。其他電性方法，由于供電等原因，且探測距離較淺，可作為輔助方法?？倓t是"綜合參數(波速+電阻率)、長(cháng)短結合(地震反射法+電性方法)"。地震反射法有:TSP、VSP、HSP、TRT、USP等。電性方法有:GPR地質(zhì)雷達、TEMT瞬變電磁法、BEAM激發(fā)極化法。鉆孔方法有彈性波和電磁波CT。預報時(shí)可根據現場(chǎng)地質(zhì)條件復雜情況選擇使用。
2 地鐵淺埋暗挖法和盾構法施工地鐵施工目前基本不做掌子面超前地質(zhì)預報，但并不表明地鐵施工不需要超前地質(zhì)預報。因為目前國內大范圍地鐵施工仍在地表下20m以上施工，且地鐵隧道前期勘察資料相對山嶺隧道而言較為詳細;另外，地鐵所選線(xiàn)路基本都在原有城市道路下方，地鐵所穿越的上方既有市政設施及既有構筑物基本已知;再者，地鐵主要建設在大型城市市域內，而我國大多城市都建設在沖洪積平原上，土體隧道居多，當然也有巖質(zhì)隧道和較為復雜的巖溶地區。雖然，地鐵隧道遠比山嶺隧道地質(zhì)情況簡(jiǎn)單，但是其修建于鬧市區，對地層變形和既有設施的保護又遠比山嶺隧道難于控制。所以，地鐵隧道對超前地質(zhì)預報技術(shù)的需求是迫切的，技術(shù)要求更加精細，出現的問(wèn)題也很多?，F階段不做掌子面前方預報，主要受預報技術(shù)和儀器設備所限。
2.1 工程特點(diǎn)
1)埋深相對較淺，地質(zhì)情況相對簡(jiǎn)單，但變化較頻繁，更注重對既有構筑物的保護;2)對盾構施工而言，更注重對大粒徑(50cm以上)卵礫石分布和詳細位置的探測與預報;3)對砂性土體則注重對空洞、水囊的探測;4)地下水對工程施工的影響很大，也是探測預報的重點(diǎn)。
2.2 預報方法由于地鐵施工埋深較淺，所以就國內現有技術(shù)而言，地鐵前方預報方法應以地面方法為主(20m以上)、掌子面方法為輔。但是地面探測受各種干擾影響較大，如振動(dòng)、電磁干擾等等，目前北京地鐵開(kāi)工前要進(jìn)行地面雷達法空洞掃描探測，測線(xiàn)間距4m，探測深度基本在6m以上，而隧道實(shí)際開(kāi)挖在10m以下，因此探測方法對隧道施工幫助不大。不過(guò)，利用較大震源的跨孔法探測也不失為一種好方法，但仍需要做進(jìn)一步的試驗和研究。常采用的地面探測方法有:GPR地質(zhì)雷達、TEM瞬變電磁法、淺層地震法、高密度電阻率法、綜合參數跨孔法等;隧道掌子面預報方法有:USP地震反射法、GPR地質(zhì)雷達、TEMT瞬變電磁法、BEAM法等。使用哪種方法應結合具體地質(zhì)條件和現場(chǎng)條件綜合確定。
3 在盾構機及TBM上安裝預報設備
在盾構機或TBM上安裝超前地質(zhì)預報設備，一直是機械開(kāi)挖的目標和方向，但目前的盾構機和TBM基本上還沒(méi)有這方面的設備。日本一些學(xué)者，做過(guò)一些SSP(Sonic Soft Ground Probing)聲波前方預報的試驗工作(見(jiàn)下圖)，但目前仍沒(méi)有更深入的研究成果和更成熟的經(jīng)驗。
3.1 施工特點(diǎn)盾構機和TBM推進(jìn)艙的場(chǎng)地很小，且前方的刀盤(pán)轉動(dòng)要保持一定的前方壓力，這對預報技術(shù)、方法和裝置排列會(huì )帶來(lái)一定的困難。對地震法而言，機械開(kāi)挖的振動(dòng)較大、影響也大;對電磁類(lèi)方法而言，干擾電流和機器本身金屬類(lèi)感應影響較大，掌子面現場(chǎng)也很難排布和操作，這些都造成了探測上的困難。
3.2 預報方法
在盾構機和TBM上安裝固定的裝置進(jìn)行超前地質(zhì)預報無(wú)疑是一個(gè)好的方向，由于機械設備及各種電流的干擾，在設備上安裝地震波反射法設備可能更為有效。筆者及所在團隊正在嘗試將干擾源作為激勵源進(jìn)行超前地質(zhì)預報的研究。當然，利用角度偏移的地震反射法應為首選。但對敞開(kāi)式盾構或TBM也可采用其他掌子面方法進(jìn)行預報。
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