隧道工程建設(shè)地質(zhì)預(yù)報(bào)探討

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［摘要］在隧道工程建設(shè)中，地質(zhì)預(yù)報(bào)是整個(gè)建設(shè)施工中首個(gè)要解決的問題。目前在地質(zhì)預(yù)報(bào)中使用的主要方法有鉆爆法和TBM技術(shù)，本文就這兩種方法簡要的做以介紹。并就信息化技術(shù)在隧道工程建設(shè)中的使用及未來發(fā)展方向做出了展望。

［關(guān)鍵詞］隧道建設(shè)；地質(zhì)預(yù)報(bào)；信息化技術(shù)：發(fā)展方向

改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)取得了飛速發(fā)展。在交通建設(shè)、水電工程、能源礦山以及其他領(lǐng)域的發(fā)展建設(shè)中，都涉及到了隧道工程建設(shè)。而我國幅員遼闊，地質(zhì)差異懸殊，使隧道建設(shè)規(guī)模和難度都大幅度增加。在隧道工程建設(shè)中，首先要解決的一個(gè)困難就是了解隧道所處地質(zhì)條件。因?yàn)樯礁叨撮L、地形復(fù)雜、不良地質(zhì)、以及隱蔽性等因素，使人們很難準(zhǔn)確預(yù)測隧道沿線的地質(zhì)情況。而這一結(jié)果，卻對隧道工程建設(shè)的順利進(jìn)行起到關(guān)鍵性的作用。地質(zhì)條件了解的越詳盡，越能保證隧道工程建設(shè)的安全進(jìn)行，更能保證建設(shè)人員的人身安全。

1隧道工程地質(zhì)預(yù)報(bào)的發(fā)展歷程

從20世紀(jì)70年代開始，建設(shè)人員就開始注重隧道工程地質(zhì)預(yù)報(bào)。最先使用的方法有超前導(dǎo)洞法、超前鉆探法。但這兩種方法的時(shí)間周期長，作業(yè)成本高，逐漸被無損地球物理超前探測技術(shù)所代替。地球物理超前探測技術(shù)又分為電磁類、直流電法類、地震發(fā)射類等類別。而在目前隧道工程建設(shè)中，使用的最多的是鉆爆法，這種方法在技術(shù)上進(jìn)展較大，但還存在一些關(guān)鍵問題需要技術(shù)人員攻克。另一種處于起步階段的技術(shù)是TBM環(huán)境超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，這種技術(shù)因?yàn)門BM機(jī)械占滿隧道空間，而使其難以被使用在地質(zhì)預(yù)報(bào)中。

2隧道工程地質(zhì)預(yù)報(bào)當(dāng)前的進(jìn)展

2.1鉆爆法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)動技術(shù)的進(jìn)展。鉆爆法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)包括多種類別，主要有：超前鉆探類、地震反射類、電磁類和其他方法，雖然類型眾多，但都是以地質(zhì)介質(zhì)的某一種性質(zhì)差異為物理基礎(chǔ)的，如地質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、彈性性質(zhì)等。每一種方法都有其各自己的適用范圍，有其優(yōu)缺點(diǎn)，但這些預(yù)報(bào)方法都是基于對地質(zhì)資料的分析整理，綜合判斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。主要的分析工具和方法有：收集隧道所處地段的地質(zhì)資料、詳細(xì)調(diào)查地表特性、隧道內(nèi)復(fù)雜地質(zhì)編寫記錄、數(shù)碼照相，素描或者儀器成像、涌水量的預(yù)測、超前炮孔等，將這些方法所獲取的結(jié)果加以對比、論證、合理推斷，就可以對隧道施工所處地段的工程水文地質(zhì)情況有了一個(gè)比較詳盡的了解，為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案的制定提供依據(jù)和指導(dǎo)[1]。超前導(dǎo)洞法是超前鉆探類的一種，它能得到比較大的斷面，有利于更加全面的展示出隧洞前方的地質(zhì)情況，能較準(zhǔn)確地推斷出不良地質(zhì)體在主洞里有分布情況，但這種方法耗費(fèi)的時(shí)間周期長，成本代價(jià)較高。為了節(jié)約費(fèi)用，一般在實(shí)踐工作中如果有并行的數(shù)條隧洞，工程人員只需選擇其中的一條來進(jìn)行超前探洞。超前水平鉆孔法也是超前鉆探類的一種，它的原理與超前導(dǎo)洞法的大致相同，區(qū)別是它用鉆探設(shè)備向隧洞前方進(jìn)行鉆探，它的優(yōu)點(diǎn)是速度快，效率高，能揭露出前方地層的多種性質(zhì)，如地層巖性、地下水、巖溶、夾層以及巖石強(qiáng)度等，是最直接有效的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法之一，在工程實(shí)踐中被廣泛地使用。但它的缺點(diǎn)是因?yàn)殂@探面積小，有可能導(dǎo)致不良地質(zhì)的漏報(bào)。地震反射法對具有彈性差異的不良地質(zhì)有較為敏感的響應(yīng)，但對地質(zhì)中是否含水卻無法辨識。這種方法的主要觀測方式分為直線類觀測、空間觀測和極小偏移距地震觀測，像TSP技術(shù)和負(fù)視速度法屬于直線觀測方式。TSP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是對規(guī)模較大的不良地質(zhì)體，特別是對斷層、破碎巖體等與隧道軸線接近垂直的界面有很好的探測效果，缺點(diǎn)是定位不準(zhǔn)確，探測結(jié)果不可靠。空間觀測方式主要有TRT技術(shù)和TST技術(shù)，這兩種方法有利于獲得速度分布結(jié)果，可以提高定位的準(zhǔn)確性，但其占用的空間較大，耗費(fèi)的時(shí)間較長。陸地聲納法屬于極小偏移距地震波法，這種方法發(fā)出的地震波能量較為集中，適用于中小規(guī)模的溶洞探測和與軸線小角度相交的不良地質(zhì)體。近年來，地震波也被嘗試地用于含水體地質(zhì)的預(yù)報(bào)。瞬變電磁法可以對含水體進(jìn)行識別和定位，采用不接地回線向探測面前方發(fā)身一次場，由低阻目標(biāo)感應(yīng)渦流產(chǎn)生二次場，通過測量分析二次場隨時(shí)間的變化來達(dá)到超前地質(zhì)探測的目的。目前采用的是二維探測，三維探測將是未來的發(fā)展趨勢。為了解決不良地質(zhì)的復(fù)雜性和多解性，獲得更加準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)信息，技術(shù)人員嘗試將多種超前預(yù)報(bào)技術(shù)相互結(jié)合，相互補(bǔ)充，對各種結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證。這是未來需要技術(shù)人員不斷探索研究的。2.2TBM隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的進(jìn)展。一般情況下，TBM機(jī)械都配備一臺快速超前地質(zhì)鉆機(jī)。由于TBM機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，使探測存在很大的盲區(qū)。為了解決這個(gè)問題，國外技術(shù)人員利用已有鉆孔，實(shí)施雷達(dá)成像探測，可以比較好的識別出不良地質(zhì)體中的裂隙、溶洞、破碎巖等情況。TBM技術(shù)在我國還處于系統(tǒng)研究，如何改善相關(guān)技術(shù)種類較小的現(xiàn)狀，提高定量化水平和精度，都是未來主要的研究方向。

3信息化技術(shù)在隧道工程建設(shè)中的使用和未來發(fā)展方向

信息化技術(shù)對隧道施工來說越來越重要，計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能，可以對各種探測技術(shù)進(jìn)行分析處理，也可以對隧道施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對施工過程進(jìn)行有效管理。也可以開發(fā)集計(jì)量、實(shí)驗(yàn)、管理為一體的信息化管理平臺，以系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，整合各種信息，還可以設(shè)置異常預(yù)警等功能，對隧道施工提供了很大的幫助。近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)大力發(fā)展，也被嘗試應(yīng)用于隧道工程建設(shè)方面。TBM技術(shù)在隧道工程中使用時(shí)的安全因素，除了不良地質(zhì)這一因素外，還與其選型和操控參數(shù)有關(guān)，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對選型和操控參數(shù)的選擇，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)興許是可行的。除了大數(shù)據(jù)技術(shù)，智慧隧道就更加先進(jìn)，依靠強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用智能化傳感器、GPS、無線射頻技術(shù)，形成物聯(lián)網(wǎng)，可以對物理隧道、施工人員及設(shè)備做到全面感知，這將是未來的發(fā)展方向。

4結(jié)束語

隧道工程建設(shè)地質(zhì)預(yù)報(bào)及信息化技術(shù)還有很長的路要走，還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，這就需要我們的技術(shù)人員夜以繼日，孜孜不倦地去研究、去實(shí)踐。未來的隧道工程建設(shè)，在技術(shù)上一定會的新的突破，質(zhì)量和效率也會有質(zhì)的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]陳澤翼.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在鐵路工程隧道施工中的應(yīng)用[J].科技尚品，2017（4）：90-91.

作者:劉園 單位:西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院