隧洞施工超前預(yù)報(bào)現(xiàn)狀概述
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共2頁(yè)
前言
隧洞建設(shè)中對(duì)工程地質(zhì)條件的認(rèn)知和掌握程度是確保快速、安全修建的決定性因素之一。盡管施工前進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘察工作，但由于當(dāng)前勘察技術(shù)手段和方法技術(shù)的限制，加上地質(zhì)體的復(fù)雜多變，期望在施工前完全查明工程巖體的狀態(tài)、特性，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)隧洞施工中可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、性質(zhì)和規(guī)模是十分困難的。因此，世界各國(guó)隧洞工程界都十分重視超前預(yù)報(bào)工作。
隧洞開(kāi)挖中引發(fā)災(zāi)難的因素是多種多樣的（如地下水、有毒或易燃?xì)怏w、高地溫、巖爆等），而由于人們對(duì)地質(zhì)特性認(rèn)識(shí)不足、施工方法不當(dāng)也可引起災(zāi)害（如塌方冒頂?shù)龋Ｈ藗儗?duì)地層物理、化學(xué)性能的了解和巖體本身結(jié)構(gòu)狀態(tài)的認(rèn)識(shí)，需通過(guò)多種勘探試驗(yàn)手段，才能獲得定性和定量分析的依據(jù)。
地下工程超前預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)不同，超前預(yù)報(bào)主要是加強(qiáng)施工期間的地質(zhì)工作，是在開(kāi)挖之前，除根據(jù)開(kāi)挖時(shí)揭露出來(lái)的實(shí)際地質(zhì)情況，校正補(bǔ)充地勘時(shí)未能查到的資料外，還要根據(jù)這些成果資料，分析推斷掌子面前方的地質(zhì)情況，是否存在前期勘察時(shí)沒(méi)有查到的不良地質(zhì)體，以便預(yù)先采取措施；而監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)是在開(kāi)挖以后，預(yù)報(bào)因圍巖變形而產(chǎn)生的各種破壞。
盡管隧洞施工超前預(yù)報(bào)已引起國(guó)內(nèi)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(méi)有一套系統(tǒng)的普遍適用的方法，國(guó)內(nèi)外隧洞工程的重大地質(zhì)災(zāi)害仍時(shí)有發(fā)生。因此，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)開(kāi)挖前方的地質(zhì)條件是隧洞建設(shè)者們的迫切要求，二十世紀(jì)八十年代以來(lái)世界各國(guó)都把這類問(wèn)題列為重點(diǎn)研究課題。但是隧洞施工超前預(yù)報(bào)又是一項(xiàng)復(fù)雜而艱難的任務(wù)，尚需在工程實(shí)踐中不斷創(chuàng)新、優(yōu)化、總結(jié)、完善和提高，要真正搞好隧洞施工超前預(yù)報(bào)任重道遠(yuǎn)。
1、超前預(yù)報(bào)目的
開(kāi)挖前對(duì)地質(zhì)情況的了解，對(duì)于隧洞建設(shè)有著十分重要的作用。通過(guò)超前預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)報(bào)掌子面前方不良地質(zhì)體的位置、產(chǎn)狀及其圍巖結(jié)構(gòu)的完整性與含水的可能性，為正確選擇開(kāi)挖斷面、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，并為預(yù)防隧洞涌水、突泥、突氣等可能形成的災(zāi)害性事故及時(shí)提供信息，使工程單位提前做好施工準(zhǔn)備，保證施工安全，同時(shí)還可節(jié)約大量資金。所以隧洞超前預(yù)報(bào)對(duì)于安全科學(xué)施工、提高施工效率、縮短施工周期、避免事故損失、節(jié)約投資等具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
2、超前預(yù)報(bào)內(nèi)容
隧洞施工超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容一般包括：
①不良地質(zhì)預(yù)報(bào)及災(zāi)害地質(zhì)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)掌子面前方一定范圍內(nèi)有無(wú)突水、突泥、巖爆及有害氣體等，并查明其范圍、規(guī)模、性質(zhì)，提出施工措施或建議；
②水文地質(zhì)預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)洞內(nèi)突涌水量的大小及其變化規(guī)律，并評(píng)價(jià)其對(duì)環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)的影響；
③斷層及其破碎帶的預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)斷層的位置、寬度、產(chǎn)狀、性質(zhì)、充填物的狀態(tài)，是否為充水?dāng)鄬樱⑴袛嗥浞€(wěn)定程度，提出施工對(duì)策；
④圍巖類別及其穩(wěn)定性預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)掌子面前方的圍巖類別與設(shè)計(jì)是否吻合，并判斷其穩(wěn)定性，隨時(shí)提供修改設(shè)計(jì)、調(diào)整支護(hù)類型、確定二次襯砌時(shí)間的建議等；
⑤預(yù)測(cè)隧洞內(nèi)有害氣體含量、成分及動(dòng)態(tài)變化；
3、隧洞施工超前預(yù)報(bào)分類
如何對(duì)隧洞施工超前預(yù)報(bào)合理分類，目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到系統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)。但超前預(yù)報(bào)分類的必要性是顯而易見(jiàn)的：
①正確的分類是制定有關(guān)規(guī)程、細(xì)則或指南所需要的；
②正確的分類有利于把超前預(yù)報(bào)納入施工計(jì)劃和管理的全過(guò)程；
③正確的分類有利于指導(dǎo)科研立題及其管理。
根據(jù)隧洞施工超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容和目的以及實(shí)際預(yù)報(bào)中的作用，結(jié)合我國(guó)隧洞施工超前預(yù)報(bào)的客觀實(shí)際，以下簡(jiǎn)要介紹隧洞施工超前預(yù)報(bào)分類的初步設(shè)想。
3.1 按預(yù)報(bào)的作用劃分
⑴ 常規(guī)預(yù)報(bào)：是勘測(cè)設(shè)計(jì)階段地質(zhì)工作的繼續(xù)，也是隧洞施工的一個(gè)作業(yè)過(guò)程。其目的是結(jié)合施工進(jìn)程，收集地質(zhì)資料，判斷圍巖類別，了解掌子面前方短距離內(nèi)的工程地質(zhì)條件，為正確選擇斷面大小、襯砌類型、施工方法和支護(hù)設(shè)計(jì)或修改施工設(shè)計(jì)等提供依據(jù)，其成果可作為隧洞竣工后維修養(yǎng)護(hù)參考。該預(yù)報(bào)是短距離預(yù)報(bào)的主要任務(wù)，目前已有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。多以地質(zhì)素描為主，配合簡(jiǎn)單的物探測(cè)試了解掌子面前方地質(zhì)條件。常規(guī)預(yù)報(bào)應(yīng)以施工單位為主，作定量預(yù)報(bào)、并結(jié)合施工進(jìn)行，預(yù)報(bào)時(shí)盡量不占或少占施工作業(yè)時(shí)間。
⑵ 成災(zāi)預(yù)報(bào)：隧洞施工中的地質(zhì)災(zāi)害，是指隧洞施工過(guò)程中因前方地質(zhì)條件的突然變化，導(dǎo)致施工失去控制的非常事件。該事件可引起人員傷亡、機(jī)械設(shè)備失效并嚴(yán)重破壞、甚至被迫長(zhǎng)時(shí)間停工，致使工程部門蒙受重大的經(jīng)濟(jì)損失。隧洞地質(zhì)災(zāi)害主要有大規(guī)模塌方、涌水、涌泥、涌石、巖爆、瓦斯等。成災(zāi)預(yù)報(bào)是對(duì)可能的災(zāi)害性地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)隧洞施工中的防災(zāi)和減災(zāi)工作。該預(yù)報(bào)是中、長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)的主要任務(wù)，是為隧洞施工戰(zhàn)略決策服務(wù)的。對(duì)可能成災(zāi)的地質(zhì)條件，應(yīng)從設(shè)計(jì)和施工方法上考慮特殊對(duì)策，否則可按常規(guī)預(yù)報(bào)進(jìn)行。成災(zāi)預(yù)報(bào)應(yīng)由設(shè)計(jì)、科研、施工單位組成專家小組，采用地質(zhì)、物探綜合分析法進(jìn)行定性和定量預(yù)報(bào)，并視工作需要占用部分施工作業(yè)時(shí)間。
⑶ 專門預(yù)報(bào)：對(duì)特殊地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)報(bào)，如膨脹巖、侵蝕性地下水、高地溫、巖溶等。這些特殊地質(zhì)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(shí)或處理失當(dāng)，甚至可能釀成大的地質(zhì)災(zāi)害。可見(jiàn)，專門預(yù)報(bào)也是隧洞施工預(yù)報(bào)的重要內(nèi)容之一。該預(yù)報(bào)應(yīng)由設(shè)計(jì)、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(yù)報(bào)。
3.2 按距掌子面的距離劃分
隧洞施工超前預(yù)報(bào)距離與隧洞施工速度和工程實(shí)際需要密切相關(guān)。結(jié)合我國(guó)隧洞開(kāi)挖技術(shù)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(yù)報(bào)：0～15m.就我國(guó)目前快速施工的水平，一般采用鉆爆與TBM相結(jié)合的方法。一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺約2～3m，二個(gè)循環(huán)是4～6m，三個(gè)循環(huán)是6～9m.實(shí)踐表明，預(yù)報(bào)三個(gè)循環(huán)的前方地質(zhì)條件，即能滿足安全施工要求。根據(jù)我國(guó)目前的探測(cè)技術(shù)，要預(yù)報(bào)掌子面前方15m范圍內(nèi)的地質(zhì)條件并不困難，且測(cè)試基本可與施工同步進(jìn)行。對(duì)成災(zāi)預(yù)報(bào)而言，短距離預(yù)報(bào)相當(dāng)于臨災(zāi)預(yù)報(bào)或防災(zāi)處理階段。
⑵ 中距離預(yù)報(bào)：15～50m.對(duì)于防災(zāi)預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)，只有15m范圍內(nèi)的臨災(zāi)預(yù)報(bào)是不夠的。發(fā)現(xiàn)有可能成災(zāi)的地質(zhì)條件，馬上要準(zhǔn)備處理，顯然太緊張。比較理想至少應(yīng)有30m的距離。因此，進(jìn)行范圍超過(guò)15m的中距離預(yù)報(bào)是隧洞施工所必須的。另外，從目前已有的預(yù)報(bào)實(shí)踐來(lái)看，用物探方法在開(kāi)挖面上進(jìn)行20～40m的超前探測(cè)已十分有效。說(shuō)明物探方法在中、長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)中是有潛力的。
⑶ 長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)：50m以上為長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)。
3.3 按采用的手段劃分
⑴ 經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)：在以往工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，憑感覺(jué)就能進(jìn)行的預(yù)報(bào)。它對(duì)臨災(zāi)預(yù)報(bào)有特殊意義，如鑿孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有巖粉異常噴出，可能遇到了瓦斯或有害氣體；聽(tīng)到巖石劈裂聲且隨后出現(xiàn)巖塊彈射現(xiàn)象可能是巖爆；鑿孔異常噴水可能是大量涌水的先兆；隧洞塌方也有先兆等等。直接預(yù)報(bào)法或地質(zhì)分析法的預(yù)報(bào)效果與從事預(yù)報(bào)人員的經(jīng)驗(yàn)豐富程度密切相關(guān)。
⑵ 采用儀器預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)目的不同，方法各異，所用儀器也是多種多樣的。如地質(zhì)分析法只需羅盤、地質(zhì)錘、放大鏡、稀鹽酸和皮尺等；水平鉆孔法需用大型水平鉆機(jī)；物探方法需各種物探儀器等。
⑶ 綜合預(yù)報(bào)：地質(zhì)體是復(fù)雜的綜合體。企圖用單一方法查明隧洞的全部地質(zhì)條件是不可能的，因此應(yīng)采用綜合預(yù)報(bào)方法。根據(jù)地質(zhì)條件的差異和不同精度要求，適時(shí)選用若干種方法相互補(bǔ)充和印證，才能獲得良好效果。
3.4 按精度劃分
⑴ 定量預(yù)報(bào)：“定量”是對(duì)前方地質(zhì)體具體位置、規(guī)模、設(shè)計(jì)參數(shù)變化等給出量的概念；對(duì)災(zāi)害性地質(zhì)條件，除明確災(zāi)害性質(zhì)外，還應(yīng)明確可能成災(zāi)的位置、規(guī)模和影響范圍等。當(dāng)然對(duì)量的精度要求也是相對(duì)的，如短距離預(yù)報(bào)精度要求最高；中距離預(yù)報(bào)精度要求次之；長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)則以定性為主，強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)略上的指導(dǎo)作用。
⑵ 定性預(yù)報(bào)：定性是對(duì)定量而言。定性一定要準(zhǔn)，具體位置的精度可不作嚴(yán)格規(guī)定。
