前言
隧洞建設中對工程地質條件的認知和掌握程度是確??焖?、安全修建的決定性因素之一。盡管施工前進行了大量的地質勘察工作,但由于當前勘察技術手段和方法技術的限制,加上地質體的復雜多變,期望在施工前完全查明工程巖體的狀態、特性,準確地預測隧洞施工中可能發生地質災害的位置、性質和規模是十分困難的。因此,世界各國隧洞工程界都十分重視超前預報工作。
隧洞開挖中引發災難的因素是多種多樣的(如地下水、有毒或易燃氣體、高地溫、巖爆等),而由于人們對地質特性認識不足、施工方法不當也可引起災害(如塌方冒頂等)。人們對地層物理、化學性能的了解和巖體本身結構狀態的認識,需通過多種勘探試驗手段,才能獲得定性和定量分析的依據。
地下工程超前預報與監測預報不同,超前預報主要是加強施工期間的地質工作,是在開挖之前,除根據開挖時揭露出來的實際地質情況,校正補充地勘時未能查到的資料外,還要根據這些成果資料,分析推斷掌子面前方的地質情況,是否存在前期勘察時沒有查到的不良地質體,以便預先采取措施;而監測預報是在開挖以后,預報因圍巖變形而產生的各種破壞。
盡管隧洞施工超前預報已引起國內外隧洞工程界的重視,也做了許多卓有成效的工作,但到目前為止還沒有一套系統的普遍適用的方法,國內外隧洞工程的重大地質災害仍時有發生。因此,準確預報開挖前方的地質條件是隧洞建設者們的迫切要求,二十世紀八十年代以來世界各國都把這類問題列為重點研究課題。但是隧洞施工超前預報又是一項復雜而艱難的任務,尚需在工程實踐中不斷創新、優化、總結、完善和提高,要真正搞好隧洞施工超前預報任重道遠。
1、超前預報目的
開挖前對地質情況的了解,對于隧洞建設有著十分重要的作用。通過超前預報,及時發現異常情況,預報掌子面前方不良地質體的位置、產狀及其圍巖結構的完整性與含水的可能性,為正確選擇開挖斷面、支護設計參數和優化施工方案提供依據,并為預防隧洞涌水、突泥、突氣等可能形成的災害性事故及時提供信息,使工程單位提前做好施工準備,保證施工安全,同時還可節約大量資金。所以隧洞超前預報對于安全科學施工、提高施工效率、縮短施工周期、避免事故損失、節約投資等具有重大的社會效益和經濟效益。
2、超前預報內容
隧洞施工超前預報的內容一般包括:
?、俨涣嫉刭|預報及災害地質預報:預報掌子面前方一定范圍內有無突水、突泥、巖爆及有害氣體等,并查明其范圍、規模、性質,提出施工措施或建議;
?、谒牡刭|預報:預報洞內突涌水量的大小及其變化規律,并評價其對環境地質、水文地質的影響;
?、蹟鄬蛹捌淦扑閹У念A報:預報斷層的位置、寬度、產狀、性質、充填物的狀態,是否為充水斷層,并判斷其穩定程度,提出施工對策;
④圍巖類別及其穩定性預報:預報掌子面前方的圍巖類別與設計是否吻合,并判斷其穩定性,隨時提供修改設計、調整支護類型、確定二次襯砌時間的建議等;
?、蓊A測隧洞內有害氣體含量、成分及動態變化;
3、隧洞施工超前預報分類
如何對隧洞施工超前預報合理分類,目前國內外尚未見到系統的分類標準。但超前預報分類的必要性是顯而易見的:
?、僬_的分類是制定有關規程、細則或指南所需要的;
②正確的分類有利于把超前預報納入施工計劃和管理的全過程;
?、壅_的分類有利于指導科研立題及其管理。
根據隧洞施工超前預報的內容和目的以及實際預報中的作用,結合我國隧洞施工超前預報的客觀實際,以下簡要介紹隧洞施工超前預報分類的初步設想。
3.1 按預報的作用劃分
⑴ 常規預報:是勘測設計階段地質工作的繼續,也是隧洞施工的一個作業過程。其目的是結合施工進程,收集地質資料,判斷圍巖類別,了解掌子面前方短距離內的工程地質條件,為正確選擇斷面大小、襯砌類型、施工方法和支護設計或修改施工設計等提供依據,其成果可作為隧洞竣工后維修養護參考。該預報是短距離預報的主要任務,目前已有比較成熟的經驗。多以地質素描為主,配合簡單的物探測試了解掌子面前方地質條件。常規預報應以施工單位為主,作定量預報、并結合施工進行,預報時盡量不占或少占施工作業時間。
?、?成災預報:隧洞施工中的地質災害,是指隧洞施工過程中因前方地質條件的突然變化,導致施工失去控制的非常事件。該事件可引起人員傷亡、機械設備失效并嚴重破壞、甚至被迫長時間停工,致使工程部門蒙受重大的經濟損失。隧洞地質災害主要有大規模塌方、涌水、涌泥、涌石、巖爆、瓦斯等。成災預報是對可能的災害性地質條件進行預報,以指導隧洞施工中的防災和減災工作。該預報是中、長距離預報的主要任務,是為隧洞施工戰略決策服務的。對可能成災的地質條件,應從設計和施工方法上考慮特殊對策,否則可按常規預報進行。成災預報應由設計、科研、施工單位組成專家小組,采用地質、物探綜合分析法進行定性和定量預報,并視工作需要占用部分施工作業時間。
⑶ 專門預報:對特殊地質問題進行預報,如膨脹巖、侵蝕性地下水、高地溫、巖溶等。這些特殊地質條件,常常使施工陷入困境或破壞隧洞襯砌,如果處理不及時或處理失當,甚至可能釀成大的地質災害??梢?,專門預報也是隧洞施工預報的重要內容之一。該預報應由設計、科研和施工部門組成專門小組,采用綜合手段作定性和定量預報。
3.2 按距掌子面的距離劃分
隧洞施工超前預報距離與隧洞施工速度和工程實際需要密切相關。結合我國隧洞開挖技術水平和快速施工要求,按掌子面前方距離可分為三類:
⑴ 短距離預報:0~15m.就我國目前快速施工的水平,一般采用
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