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大量在建和将要兴建的基础设施不断地向西部山区延伸,所遇到的地质情况将越来越复杂,隧道在交通线路中的比例也将会越来越大,因此必然会出现大量的隧道群和长大隧道。但是由于地质条件的复杂性、非线性和模糊性,加上勘察精度和经费的限制,前期勘察不可能完全摸清隧道地质情况。在众多事故中证明,在施工中因突遇勘察阶段未曾发现的大型不良地质体而发生重大灾害的事故不胜枚举,因此在施工阶段进行地质超前预报是十分有必要的,是对前期勘察的深化和继续,可以最大限度地减少灾害的发生,保证隧道的快速顺利施工。
天马山隧道作为厦门市岛外快速路的控制性工程,所处的构造地质背景较为复杂,受周边构造带的影响,隧道沿线发育有多条断裂,此外,还有节理带和岩脉发育。全线地表水、地下水不甚发育,其中F4断层在垭口中延伸,并贯穿隧道北边的小姐塘水库,成为全线的最大隐患;各种断裂、节理和岩脉破坏了岩体的连续性和完整性,给隧道安全施工留下隐患;由于工期紧,且地表基岩出露少,前期勘察精度有限,需要进行施工期间地质超前预报。
本文以天马山隧道地质超前预报项目为依托,以天马山隧道区域的地质条件和地质超前预报技术为研究对象,收集掌握隧道沿线的地层岩性、地质构造和水文地质条件等,分析研究天马山隧道超前预报的重点地段和主要内容,在此基础上确定超前预报方法。本文采用理论分析与工程实际相结合的研究方法,首先研究各种超前预报方法的原理及其适用特点,再结合天马山隧道的实际情况,遵循技术上可行、经济上合理的原则,确定以地质分析法为基础和指导,以地震反射波法为手段的综合地质超前预报方法。在进行天马山隧道地质超前预报技术应用研究的过程中得到了以下结论:
(1)地质超前预报不能仅仅停留在对不良地质体的预测预报上,应该拓展其预报内容,即地质条件的预报是前提,在此基础上预测成灾类型及可能性,同时对围岩级别进行预报,综合成灾类型和围岩级别,提出合适的施工建议;结合天马山隧道的实际情况,确定了超前预报的内容和所采用的方法。
(2)地质分析法包括资料收集、地表调查、掌子面编录、断层参数预测法和超前钻孔等几种方法,该几种方法在天马山隧道地质超前预报中起了重要的作用。由于地质法是以地质力学理论和构造地质知识为预报背景,运用工程地质推断法进行地质预报,遵循了从宏观上把握地质体的发育规律,从而确定了地质分析方法的基础和指导作用,是其他一切预报方法的基础。
(3)三维图像与平面地形图相比,具有精度高(对于地质调查已足够)、简捷便利、直观和多角度等优点,可应用于隧道沿线的地形地貌调查,对大的构造也有较好的显示。天马山隧道运用三维图像软件对沿线地形地貌进行调查,获得了相当直观的多角度的三维图像,为地质超前预报提供了极大的便利。
(4)地震反射波法是目前超前预报中应用最多的一种,可以比较准确的预测断层、节理带、岩脉等结构性不良地质体,但是这些不良地质体的产状对地震反射法的探测精度有较大的影响。这些条带状地质体的产状与隧道轴线的夹角越大,探测准确率越高。另外,通过地震波法获得的纵波速度可以大致用来了解前方围岩级别,对于确定围岩级别,地震弹性波速只能作为参考,而不能作为必要条件,掌子面编录是判断围岩级别的准确方法。地震反射波法对于围岩的含水情况不敏感,因此要探测围岩的含水性,需要结合其他专门的探水方法,如地质雷达、红外探水、电测法等。
(5)由于每种超前预报方法都有其缺陷,如地质分析法有在复杂地质条件区域预报精度偏低的缺点;地震反射波法对于探测结构具有多解性,对地下水的探测不敏感等。因此,在分析天马山隧道地质条件的基础上,选用地质分析法与地震反射波法相互结合,必要时采用超前钻孔的综合超前预报方法,这样即满足了保证隧道施工的安全,又能达到经济合理的目的。
(6)运用综合超前预报方法对天马山隧道的不良地质条件、隧道地质灾害和围岩级别进行了预测预报,经过与实际开挖情况的对比分析,不良地质和围岩级别的预报取得良好的效果,从而避免了隧道地质灾害的发生。表明以地质法为基础,以地震反射波法为手段的综合地质超前预报方法在天马山隧道超前预报中是可行的,也是合理的。
综上,本文以天马山隧道地质超前预报项目为依托,对各种超前预报方法进行了研究和分析,在研究了隧道区域地质条件的基础上,选择地质分析法和隧道地震反射波法,必要时采用超前钻孔的综合超前预报方法,该方法在天马山隧道的实际应用表明,以地质法为基础,以地震反射波为手段的综合超前预报方法在地质条件不甚复杂的隧道中可以取得很好的预报效果,不但保证了隧道的安全施工,也节约了有限的预报经费,可以为类似工程提供借鉴。