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超前地质预报

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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超前地质预报长乐隧道施工中的应用一、前言近几年来,在长大隧道施工中,都加强了隧道超前地质预报、判识工作,超前地质预测预报作为必施工序纳入到了作业循环当中,并贯穿整个施工过程。根据不同类型的地质问题和施工地质分级,选择不同的预报方法和手段,有疑必探、有水(泥)必治、强 化探测、先探后掘也是当前隧道施工中的根本要求。在新建洛湛 铁路长乐隧道施工中,我们采用了以平导超前探测、前地质预报、红外线探水和超前钻孔等手段,对该隧道进 行了超前地质预报,并取得了显著效果。二、工程概况新建洛湛铁路长乐隧道进口段起讫里程为 65~ 50,长度为3285 米。隧道地处南岭山脉中段,区内地形起伏 较 大, 绝对高程 230~978m,相对高差 200~600m。山脉走向与构造走向近于一致,多呈东北走向。隧道上覆第四季全新统冲洪积、坡崩积、坡残积粉质黏土、卵石土、碎块石土,出露基岩为石英砂岩、粉砂岩夹页岩。区内褶皱主要为牟江口倒转向斜和五色漯倒转背斜。隧道地表水不发育,小部分沿节理裂隙下渗成为地下水,地下水主要为赋存于第四季松散土层内的孔隙潜水及基岩裂隙水,受地层岩性、地貌、构造的控制,地下水呈带状分布,主要含水层浅变质石英砂岩、板岩裂隙发育,隧道施工中地下水主要线状为主,隧道穿越的牟江口倒转向斜地段岩体破碎,节理裂隙发育,本隧道预测最大涌水量Q=35000 m3/d。隧道炭质板岩节理裂隙中有瓦斯及有害气体溢出,预测相对涌出量 、长乐隧道主要的超前地质预报方法及手段1、实施地质预报的目的通过综合超前地质预报,可以了解隧道开挖面前方围岩的工程地质情况、水文地质情况以及瓦斯参数,及 时发现可能出现的地质灾害和石质变化,确定处理方案和调整支护参数,保证隧道安全顺利的掘进,避免因水文地质原因造成的损失。2、长乐隧道采用的超前地质预报方法及实施表 1 各种预报手段施作的里程和作用序号 预报手段 应用里程 应用目的 备注1 平导超前探测 00~81 12~00探 测围岩级别、含水情况、瓦斯设计平导及迂回平导2 365~50探 测围岩级别、含水情况、 全隧3外探测 00~00探 测围岩级别、含水情况、牟江口倒转向斜段4 超前探孔 00~00探 测围岩级别、含水情况、瓦斯牟江口倒转向斜段中长距离地质预报短期地质预报平导超前探测导超前探测在隧道右侧 20 米(正洞中线和平导中线间距)设计平导一座,平导长 481 米,后因施工增加工作面需要,在对应正洞里程 12~00 设置迂回平导(平导与迂回平导和正洞关系示意图如下)。在施工过程中,平导超前正洞一般在300~400 米左右。因平导和正洞的间距较小, 导洞内的围岩等级、岩 层走向、岩层赋水情况和瓦斯浓度基本和正洞内相同。平导超前开挖,可以根据其洞内情况,提前确定正洞开挖时需要注意的地段和需要采取的支护及加强支护的类型,防止出现滑塌、涌水、瓦斯突出等影响正常掘进或造成不必要的损失。长乐隧道迂回平导 66~06 (对应正洞里程)开挖过程中,发现该段围岩为炭质板岩、变质砂岩夹页岩,石 质破碎,极易引起掉块或坍塌,岩层中少量含水,瓦斯浓度上升 该段正洞开挖时, 缩小了循环进尺,增加了锚杆数量和格栅钢架的数量,使开挖工序得以正常循环。 561##406长乐隧道进口 长 乐 平 导 032迂回平导切出里程 52(6#)迂回平导切出里程 3(8#)迂回平导切出里程 4.(1#)迂回平导切出里程 052分界里程 长 乐 隧 道 平 导 和 正 洞 示 意 理、方法图 1 测原理地层或断层入射波前反射波前震源检波器检波器隧道法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点(通常在隧道的左或右边墙,大约 24 个炮点)用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎 带和岩性变化等)时,一部分地震信号反射回来(图 1),一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过 件处 理,便可了解隧道工作面前方地 质体的性质(软弱岩带、破碎带、断 层、含水岩层等)和位置及规模。器采用 前地质预报系统。系统主要组成:① 记录单元:12 道,24 位 A/D 转换,采样间隔 25μs,最大记录长度为 录带宽 8000 4000态范围 120接收器(检 波器):三分量加速度地震 检波器,灵敏度为 1000mV/g±5%,频率范围为 000共振频率 9000向灵敏度>1%,操作温度 0℃~65℃。③件:数据采集和处理集于一体,高度智能化。外数据采集观测系统设计如下:接 收 器 孔 炮 孔数量 2 个,隧道左、右边墙各 1 个 23 个, 位于隧道左边墙掌子面55 米检波器炮孔 观测系统示意图直径 φ42~45头钻孔 φ32~38头钻孔深度 2m 直隧道轴向,上倾 5°~10° 垂直隧道轴向,下倾 10°~20°高度 离隧底高 1m 离隧底高 1离掌子面 55m 第 1 个炮点离同侧检波器 20m,。数据采集时,采用 分量同时接收,采 样间 隔 218 采样数)。激 发地震波时,采用无爆炸延 迟时的瞬发电雷管,防水乳化炸药, 药量 22 为 75 克。据处理采集的数据采用配套的 用软件进行处 理。处理时,首先正确输入隧道及炮点和接收点的几何参数。所有的记录道质量合格,可用于数据处理和解释 。处理长度 210m(从接收点起算),即预报长度为150m(从掌子面起算)。处理流程包括 11 个主要步骤,即:数据设置→带通滤波→初至拾取→拾取处理→炮能量均衡→Q 估计→反射波提取→P、 S 波分离→速度分析→深度偏移→提取反射层。处理的最终成果包括 P 波、、的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等,以及反射层在探测范围内的 2D 空间分布。理结果解释与评估对处理成果的解释与评估,主要根据以下地震勘探准则进行:①反射振幅越强,反射系数和波阻抗的差别越大。②正反射振幅(红色)表明正的反射系数,表明 刚性岩层;负反射振幅(兰色)指向软弱岩层。③若 S 波反射比 P 波强, 则表明岩层饱含水。④s 较大的增加或泊松比 δ突然增大,常常因流体的存在而引起。⑤若 降,则表明裂隙密度或孔隙度增加。施实例长乐隧道 48~98 段预报解释及评估结果如下:探测段 48~98 范围内, 围岩为变质石英砂岩、板岩。00~34 围岩强度降低,围岩较破碎,节理发育;56~66 围岩强度降低,岩体较破碎,注意该段围岩变化,节理发育易掉块、注意施工安全。在上述围岩强度降低地段施工时,应注意少扰动围岩。必要时可采用其他方法以探明其地质情况。序号 里 程 长度(m) 探 测 结 果 推 断1 48~00 52 围岩强度较高,与目前开挖面情况基本一致。2 00~34 34 围岩强度降低,围岩较破碎,节理发育。3 34~56 22 围岩强度增加,岩体完整性较好,对施工无影响4 56~66 10 围岩强度降低,岩体较破碎,注意该段围岩变化。5 66~98 32 围岩强度增加,岩体完整性较好,对施工无影响 1#外线探水根据长乐隧道设计图纸对牟江口倒转向斜与线路较差影响地段00~00 进行红外线探水。报设备和预报距离红外线探水仪可预测掌子面前方 20~30 米范围内的地下水情况。报原理及实施外探测是根据流动水体与其周围存在的温度差异定性评价开挖工作面和洞身周围岩体的含水情况。长乐隧道主要应用其探测掌子面前方的岩层含水情况。红外探测仪对掌子面的探测主要是靠每次掌子面探测数据的积累来分判掌子面前方是否存在灾害性地质构造,掌子面测点布置横向间距 1 米,纵向间距 ,并采用红油漆标记。当探测 每一掌子面,如果任意两个探点探测数据存在较大差值,应特别注意前方局部可能存在灾害性构造,应采用其它仪器进行复探或进行超前水平钻探。在测量开始前和测量完成后应测量基点数据,并记录两次读数时间,如两次测量数据误差大于 10%,则 所有数据应在仪器稳定后重新采集。每次测量必须待仪器显示稳定后才能读数,每个 测点必须重复读数,两次读数相对误差不大于 5%,如超过应多次读数。据处理原始观测数据整理前应求出测量前后基点观测数据与基点参数的相对差值,取平均值作为仪器改正数,利用仪器改正数对当天所测数据进行校正,并求出掌子面改正后数据的平均值。掌子面的观测数据平均值,在横坐标为里程、 纵坐标为场强的图上连成曲线,对该曲线进行分析,得出分析 结论和建议。前钻孔预测按照图纸设计要求,在隧道中长距离预报(平导和 红外探水的基础上,为进 一步探明掌子面前方情况, 对 00~00 段进行超前地质探孔。孔设计和钻孔布置在该探测地段,掌子面布设 3 个探孔, 钻孔长度为 30 米,每两循 环钻孔之间搭接 5m,孔径采用 Φ65主要是在 红外探测的基 础上进行确认,所以钻孔采用平行隧道轴线方向的水平钻孔,布置图如下。孔施工钻孔过程中,观察孔口流出浆液的变化情况, 记录钻孔速度,如 发现钻孔速度异常,及时记录钻进深度。如钻孔过程中发现有水流,安装水压表测水流压力。整个钻孔过程中,采用 挂式瓦斯检测仪和 103A 手持式瓦斯检测仪不间断检查孔口的瓦斯浓度变化。结合前面所述的地质预报方法,在地质情况异常的地段,可在超前钻孔过程中取岩芯以详细了解岩层情况。四、结论在综合地超前质预报的几种方法中,平导超前探测在与正洞间距较小的情况下,可以揭示出围岩级别、走向、瓦斯浓度、含水情况等,反映出的地质情况较准确;业最快,干扰小,可以与多种预测方法相结合,但精度不高,解 释难度相对较大,适于做较长距离预测。 红外线探水适于判断地下水情况,作 业快,干扰小,较准确,但是水量无法测定;超前钻孔基本可以十分准确的揭示地下水以及围岩物理力学性能,但是干扰大,耽误时间长,费用高。长乐隧道以平导超前探测和 前地质预报 做中长距离预报,红外线探水和超前探孔做短距离预报,保证了隧道施工安全,避免了地质原因影响施工进度,取得了良好的效果。
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