一种隧道施工不良地质超前预报方法与流程

本发明涉及岩土工程检测技术领域，特别涉及一种隧道施工不良地质超前预报方法。

背景技术：

隧道施工一直是一项高技术和高难度的施工过程，不仅是由于隧道的掘进和支护难度较大，同时也会受到岩体勘探难度大的影响。目前，超前地质预报是在隧道设计的基础上，为保证隧道施工安全、指导隧道工程质量而开展的隧道不良地质和施工地质灾害超前预报工作。同时，针对不同的地理环境，隧道施工所用的超前地质预报的方法也不同，均需要现场施工人员结合现场实际情况进行一定程度的摸索，虽然有一定的现有技术可以作为依据，但是勘测方式较为单一，无法准确的预报隧道的地质情况。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种隧道施工不良地质超前预报方法，方法系统清晰、勘探形式多样且结果准确。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种隧道施工不良地质超前预报方法，包括以下步骤：

步骤一，采用地质调查法对掘进隧道进行周边环境勘测并进行地质素描；

步骤二，对掘进隧道进行物探法勘测，确定不良地质段；

步骤三，进行超前钻探法对待掘进隧道区域进行不良地质数据采集与印证；

步骤四，根据步骤三得到的数据及结果，进行不良地质超前预报；

其中，步骤二中的物探法包括地震波反射法、红外探测法和地质雷达探测，且经过步骤一对周边环境进行勘测和地质素描后，确定炮眼位置、搜索角和调谐角，再通过地震波反射法对掘进隧道全长进行地质勘测，确定不良地质可疑地段，同时采用红外探测法和地质雷达探测获得不良地质可疑地段的初步地质数据，确定不良地质段。

通过采用上述技术方案，通过长距离总体的地质勘测再逐步到最后的超前钻探法直接测定待掘进面前方的地质情况，可以将不良地质区域进一步的限定，提前让施工预知可能有地质问题的区域，可以提前做好相应的准备，同时采用超前钻探法直接探测，可以在施工前对前方地质进行直接的探测，并结合前两步选择水平钻孔的开设数量和位置，从而对不良地质进行进一步的探测和定位，避免了施工爆破后发现不良地质的情况，可以起到良好的提前预警功能，而且适用面较广，对于多种不良地质均可以起到良好的超前预报作用。

本发明的进一步设置为：采用地震波反射法进行勘测时，由前至后分多次对所施工隧道全程进行长距离预测预报，并同步记录长距离预测预报结果；且每次进行长距离预测预报时，均采用所述隧道地震探测仪对掘进面前方的地质状况进行长距离探测；所述隧道地震探测仪探测范围为掘进面前方100m～150m范围内的长距离探测区域。

通过采用上述技术方案，进行长距离勘测时，分多次进行隧道施工全距离预测，可以在总体上对所需要施工的全部区域进行较高精度的勘测，同时在掘进面前方的地质状况也进行长距离探测时，即可在每次施工掘进时确保及时发现不良地质，从而提高超前预报的准确性。

本发明的进一步设置为：地震波反射法勘测时，采用隧道地震探测仪探测，且确定钻孔位置时，在最先见到最主要不良地质的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔，在距最后一个炮眼15-20m处布设传感器套管钻孔，且传感器套管钻孔沿隧道两壁对称布置。

通过采用上述技术方案，隧道地震探测仪进行探测时，钻孔位置的确定直接影响探测结果的准确性，采用上述位置的钻孔，可以提高结果预判的准确性。

本发明的进一步设置为：红外探测法进行地质探测时，采用红外探水探测法，获取掘进面前方100m～150m范围内的含水体位置及规模数据，包括：

从掘进面后方的探测段起点，按5m间距布设测点、实用红外线探水仪量测各测点的初始场强、对场强发生变化的测点重复量测，并做横向和竖向扫描，记录所在测点场强的极大和极小值、以红外辐射场强为纵坐标，测点为横坐标，绘制红外线探测曲线图、根据曲线图采用趋势外推法判断掘进面前方的含水体位置和规模，得到数据。

通过采用上述技术方案，结合前序的地震波反射法和超前钻探法测量得到的结果，对掘进面前方30m左右位置的不良地质段含水情况进行探测，能够精确的定位不良水体的位置和规模便于后续施工。

本发明的进一步设置为：所述超前钻探法包括超前钻探孔直接测量法和加深炮孔补充探测法，所述超前钻探孔直接测量法探测时，在掘进面采取水平钻孔设备钻取深度为25±5m的水平探测孔，得到待掘进区域的不良地质数据并与步骤二中的结果进行印证。

本发明的进一步设置为：所述超前钻探孔直接测量法探测时，需要结合步骤二中的结果进行布置钻孔数量和位置：当步骤二探测得到的结果是不存在不良地质时，在掘进面中部位置水平钻取一个钻孔即可，当步骤二探测得到的结果是存在可疑地质/不良地质时，在掘进面的中部位置钻取一个钻孔的同时，也需要钻取至少一个与不良地质位置相对应的钻孔。

通过采用上述技术方案，在正式爆破之前通过超前钻探孔对前方地质进行直接探测，且结果可以与步骤二进行相互验证，对后续的爆破作业提供最直接的指导。

本发明的进一步设置为：所述加深炮孔补充探测法进行补充探测时，采用钻孔设备在掘进面上钻取多个呈水平向布设且深度为5m～10m的加深炮孔，并按照常规超前水平钻孔的预测预报方法进行探测，得到不良地质探测数据作为超前钻探孔直接测量法的补充数据。

通过采用上述技术方案，最后一步爆破时，通过对部分炮孔加深处理，可以再一次得到前方地质的数据，作为对超前钻探法探测的数据补充，得到不良地质的进一步数据。

本发明的进一步设置为：步骤二中确定可疑地段时需符合以下至少一种特征：可造成坍塌50m³以上的断层破碎带所在位置、可造成涌水速度为50m³/h以上的富水位置、突泥突水的不良地质所在位置。

本发明的进一步设置为：步骤四中进行不良地质超前预报时，需要确定包括以下情况之一：不良地质段存在涌突水、不良地质段存在塌方、不良地质段存在突泥突水、不良地质段存在岩爆、不良地质段存在瓦斯突出。

通过采用上述技术方案，对多种不良地质进行及时的检测勘探，便于发出准确的超前地质预报，有利于提高后续施工的安全性。

综上所述，本发明具有以下有益效果：勘探范围从大到小再到实际掘进作业，逐步缩紧勘探范围，且每个步骤都有相应的勘探方法，且多个步骤和方法之间相互印证，方式不再单一且结果精准可靠，提高了隧道施工中超前预报的实用性。

附图说明

图1为本实施例的工艺流程图。

具体实施方式

实施例，一种隧道施工不良地质超前预报方法，包括以下步骤：

步骤一，采用地质调查法对掘进隧道进行周边环境勘测并进行地质素描。

地质素描包括岩层岩性及岩位预测、条带状不良地质体影响隧道长度预测以及不良地质体影响隧道长度预测，具体的，通过对掘进面进行岩层的地质素描，测量岩层产装和厚度，观察并获取岩石的矿物成分及其含量、结构构造特征、特殊标志、掘进面正面即侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度、喷射砼开裂掉块情况、涌水情况、水质情况、不良气体浓度等中的至少一种数据情况。

再测量掘进面岩层与待掘进区域标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度，再将掘进面岩层与地表实测地层剖面图和地表柱状图进行比较，确定在地表岩层层序中的位置和层位。

最后，依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合tsp探测成果，推断出掘进面前方预定范围内或者掘进区域内全长存在的岩层在隧道中的位置和规模，同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工措施，最终绘制地质素描图和洞身地质展示图。

步骤二，对掘进隧道进行物探法勘测，确定不良地质段，物探法包括地震波反射法、红外探测法和地质雷达探测，且经过步骤一对周边环境进行勘测和地质素描后，确定炮眼位置、搜索角和调谐角，再通过地震波反射法对掘进隧道全长进行地质勘测，确定不良地质可疑地段，同时采用红外探测法和地质雷达探测获得不良地质可疑地段的初步地质数据，确定不良地质段。

采用地震波反射法进行勘测时，由前至后分多次对所施工隧道全程进行长距离预测预报，并同步记录长距离预测预报结果；且每次进行长距离预测预报时，均采用所述隧道地震探测仪对掘进面前方的地质状况进行长距离探测；所述隧道地震探测仪探测范围为掘进面前方100m～150m范围内的长距离探测区域。地震波反射法勘测时，采用隧道地震探测仪探测，且确定炮眼位置时，在最先见到最主要不良地质的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔，在距最后一个炮眼15-20m处布设传感器套管钻孔，且传感器套管钻孔沿隧道两壁对称布置。地震波由炮眼中的小范围爆破产生，并由电子传感器接收，当地震波遇到岩石强度变化大的界面时，在绕射点处，部分射波的能量被反射回来。

采用tsp203进行探测时，在接收器及传感器安装完成12h后，进行炮眼装药、传感器插入及功能性测试，然后引爆爆破孔，对每次爆破进行地震信号记录，依据记录数据判断岩石地质情况。且在采集数据期间，停止隧道洞内一切施工，以尽可能减少采集到的数据时收到的干扰。

红外探测法进行地质探测时，采用红外探水探测法，获取掘进面前方100m～150m范围内的含水体位置及规模数据，包括：从掘进面后方的探测段起点，按5m间距布设测点、实用红外线探水仪量测各测点的初始场强、对场强发生变化的测点重复量测，并做横向和竖向扫描，记录所在测点场强的极大和极小值、以红外辐射场强为纵坐标，测点为横坐标，绘制红外线探测曲线图、根据曲线图采用趋势外推法判断掘进面前方的含水体位置和规模，得到数据。

采用地质雷达进行探测时，控制探测范围为30m内，特别是在红外探测法确定不良地质中的可疑水体后，再辅以地质雷达进行复核，进而确定掘进区域隧道的不良地质位置和规模，尤其对于不良地质的含水体构造较为精确。

同时，确定可疑地段时需符合以下至少一种特征：可造成坍塌50m³以上的断层破碎带所在位置、可造成涌水速度为50m³/h以上的富水位置、突泥突水的不良地质所在位置

步骤三，进行超前钻探法对待掘进隧道区域进行不良地质数据采集与印证。

超前钻探法包括超前钻探孔直接测量法和加深炮孔补充探测法，所述超前钻探孔直接测量法探测时，在掘进面采取水平钻孔设备钻取深度为30m的水平探测孔，得到待掘进区域的不良地质数据并与步骤二中的结果进行印证。

超前钻探孔直接测量法探测时，需要结合步骤二中的结果进行布置钻孔数量和位置：当步骤二探测得到的结果是不存在不良地质时，在掘进面中部位置水平钻取一个钻孔即可，当步骤二探测得到的结果是存在可疑地质/不良地质时，在掘进面的中部位置钻取一个钻孔的同时，也需要钻取至少一个与不良地质位置相对应的钻孔。对隧道进行超前钻探时，收集的数据包括：测试钻孔钻进速度，观察钻孔岩芯，对钻孔岩芯进行预先设置的试验，以获得隧道掘进面前方岩石的强度标准、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况资料。

加深炮孔补充探测法进行补充探测时，采用钻孔设备在掘进面上钻取多个呈水平向布设且深度为5m～10m的加深炮孔，并按照常规超前水平钻孔的预测预报方法进行探测，得到不良地质探测数据作为超前钻探孔直接测量法的补充数据。

步骤四，根据步骤三得到的数据及结果，进行不良地质超前预报，进行不良地质超前预报时，需要确定包括以下情况之一：不良地质段存在涌突水、不良地质段存在塌方、不良地质段存在突泥突水、不良地质段存在岩爆、不良地质段存在瓦斯突出。