CN110221340A - 一种隧道掘进施工超前地质预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道掘进施工超前地质预报方法，包括以下步骤：长距离勘测，确定地质可疑地段、短距离法勘测，确定不良地质的位置和规模、超前水平钻孔直接探测，得到不良地质勘探数据、超前炮孔补充探测，并将补充探测结果作为S3中直接探测结果的补充探测数据，进行不良地质超前预报；进行地震波反射法勘测时，采用隧道地震探测仪探测，在最先见到最主要不良地质的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔，在距最后一个炮眼15‑20m处布设传感器套管钻孔，且传感器套管钻孔沿隧道两壁对称布置。从大到小逐渐缩小探测区域和范围，不仅能够提高不良地质探测的全面性，也能够提高探测结果的准确性，在施工前提供准确性较高的不良地质勘探结果，降低施工风险系数。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程检测技术领域，特别涉及一种隧道掘进施工超前地质预报方法。
背景技术
隧道施工一直是一项高技术和高难度的施工过程 ，不仅是由于隧道的掘进和支护难度较大，同时也会受到岩体勘探难度大的影响。目前，超前地质预报是在隧道设计的基础上，为保证隧道施工安全、指导隧道工程质量而开展的隧道不良地质和施工地质灾害超前预报工作。同时，针对不同的地理环境，隧道施工所用的超前地质预报的方法也不同，均需要现场施工人员结合现场实际情况进行一定程度的摸索，虽然有一定的现有技术可以作为依据，但是勘测方式较为单一，无法准确的预报隧道的地质情况。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种隧道掘进施工超前地质预报方法，具有方法系统清晰、勘探形式多样结果准确的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的，一种隧道掘进施工超前地质预报方法，包括以下步骤：
S1、对隧道总体掘进路线区域地质进行长距离勘测，确定地质可疑地段，勘测时采用地震波反射法进行长距离勘测；
S2、对待掘进区域进行短距离法勘测，采用地质雷达进行探测并将探测数据收集分析，当待掘进区域与S1中确定的可疑地段相重合时，需要进行多次短距离法勘测，并通过收集的数据确定不良地质的位置和规模；
S3、采用超前水平钻孔直接探测，隧道施工过程中对经过S2中地质雷达探测后的任一个近距离探测区域，还需根据是否确定有不良地质，采取常规超前水平钻孔的预测方法进行直接探测，得到不良地质勘探数据；探测时采用水平钻孔设备在掘进面钻取深度为30±5m的水平探测钻孔；
S4、超前炮孔补充探测，隧道掘进施工过程中，根据预先设计的隧道掘进循环进尺，且按常规的隧道爆破掘进施工方法进行掘进施工；实际进行每一循环的隧道掘进施工过程中，结合S3中对当前所掘进施工区域的直接探测结果，确定是否需要进行补充探测：当S3中直接探测结果为当前所掘进施工区域存在地质异常体时，需进行补充探测，并将补充探测结果作为S3中直接探测结果的补充探测数据，进行不良地质超前预报，否则不需要进行补充探测；
其中，所述S1中进行地震波反射法勘测时，采用隧道地震探测仪探测，且确定钻孔位置时，在最先见到最主要不良地质的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔，在距最后一个炮眼15-20m处布设传感器套管钻孔，且传感器套管钻孔沿隧道两壁对称布置。
通过采用上述技术方案，从长距离法探测到短距离法勘测，可以将不良地质区域进一步的限定，提前让施工预知可能有地质问题的区域，可以提前做好相应的准备，同时再采用超前水平钻孔直接探测，可以在施工前对前方地质进行直接的探测，并结合前两步选择水平钻孔的开设数量和位置，从而对不良地质进行进一步的探测和定位，最后再结合实际掘进作业时进行超前炮孔补充探测，在作业时对不良地质的位置和规模进行最终的确认，避免了施工完成后才发现不良地质的情况，可以起到良好的提前预警功能，而且适用面较广，对于多种不良地质均可以起到良好的超前预报作用。
本发明的进一步设置为：所述S1中确定可疑地段时根据地震反射法勘测结果进行判定，其中可疑地段需符合以下至少一种特征：可造成坍塌50m³以上的断层破碎带所在位置、可造成涌水速度为50m³/h以上的富水位置、突泥突水的不良地质所在位置。
通过采用上述技术方案，隧道施工中坍塌、涌水和突泥突水均为高发性和高危险性的不良地质，因此在勘探到上述问题之一时，均可以视为可疑地段，从而形成不良地质超前预报的第一道程序，以提醒后续施工或勘测。
本发明的进一步设置为：所述S3中不良地质勘探数据至少包括以下一种数据：岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性数据、岩体完整程度、地下涌水量与涌水水压数据、瓦斯浓度与压力数据。
通过采用上述技术方案，对于上述数据的采集均为十分重要的信息，可以帮助分析出隧道不良地质的位置和规模，有利于确定后续施工步骤和规划，甚至可以预警对于不良地质的处理。
本发明的进一步设置为：所述S4中进行不良地质超前预报时，根据所述S3中的不良地质勘探数据进行，且只有当所述不良地质勘探数据包括以下情况之一时才进行不良地质超前预报：不良地质段存在涌突水、不良地质段存在塌方、不良地质段存在突泥突水、不良地质段存在岩爆、不良地质段存在瓦斯突出。
通过采用上述技术方案，当经过长距离法勘探、短距离法勘探再经过超前水平钻孔直接探测和超前炮孔补充探测后，可以确定不良地质的位置、规模和类型，此时即可发出准确的不良地质超前预报。
本发明的进一步设置为：S1中进行长距离勘测时，由前至后分多次对所施工隧道全程进行长距离预测预报，并同步记录长距离预测预报结果；且每次进行长距离预测预报时，均采用所述隧道地震探测仪对掘进面前方的地质状况进行长距离探测；所述隧道地震探测仪探测范围为掘进面前方100m ～ 150m 范围内的长距离探测区域。
通过采用上述技术方案，进行长距离勘测时，分多次进行隧道施工全距离预测，可以在总体上对所需要施工的全部区域进行较高精度的勘测，同时在掘进面前方的地质状况也进行长距离探测时，即可在每次施工掘进时确保及时发现不良地质，从而提高超前预报的准确性。
本发明的进一步设置为：所述S2中采用地质雷达进行探测时，探测区域为自掘进面向前30m±5m的掘进区域，将结果记录并与S1中长距离预测预报结果相复核，当S1和S2中的探测结果均未探测到可疑地质和/或不良地质时，可以确定S2中采用地质雷达探测区域不存在不良地质。
通过采用上述技术方案，采用逐步缩小勘探范围，并且多段进行不良地质的信息收集和确认，从而能够最大程度的提高勘探的精度，最终提高超前预报的准确性。
本发明的进一步设置为：所述S3和S4中的水平钻孔设备均为水平钻机或潜孔钻机，所述潜孔钻机为MKD-5 型潜孔钻机或WEP100 型潜孔钻机。
本发明的进一步设置为：所述S3中进行超前水平钻孔直接探测时，需要结合S2中的数据分析结果进行布置钻孔数量和位置：当S2中采用地质雷达探测得到的结果是不存在不良地质时，在掘进面中部位置水平钻取一个钻孔即可，当S2中采用地质雷达探测得到的结果是存在可疑地质/不良地质时，在掘进面的中部位置钻取一个钻孔的同时，也需要钻取至少一个与不良地质位置相对应的钻孔。
通过采用上述技术方案，超前水平钻孔的钻孔布置与前述步骤的结果相结合，从而也可以相应的降低工作量或者提高探测准确性。
本发明的进一步设置为：S4中实际进行补充探测时，采用钻孔设备在掌子面上钻取多个呈水平向布设且深度为5m ～ 10m 的加深炮孔，并按照常规超前水平钻孔的预测预报方法进行探测。
通过采用上述技术方案，在补充探测的步骤上充分利用现场实际施工中的炮孔，可以直接将不良地质暴露出来，便于最终确认不良地质的位置和规模。
综上所述，本发明具有以下有益效果：采用从大到小再到实际掘进作业，每个步骤都有相应的勘探方法，且多个步骤和方法之间相互印证，方式不再单一且结果精准可靠，提高了隧道施工中超前预报的实用性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例：一种隧道掘进施工超前地质预报方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、结合隧道周边情况，对隧道总体掘进路线区域地质进行长距离勘测，勘测时采用地震波反射法进行长距离勘测，根据地震反射法勘测结果进行判定，其中可疑地段需符合以下至少一种特征：可造成坍塌50m³以上的断层破碎带所在位置、可造成涌水速度为50m³/h以上的富水位置、突泥突水的不良地质所在位置，当符合上述特征之一时，即可确定地质可疑地段；
具体的，地震反射法勘测时采用隧道地震探测仪探测，且确定钻孔位置时，在最先见到最主要不良地质的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔，在距最后一个炮眼15m处布设传感器套管钻孔，且传感器套管钻孔沿隧道两壁对称布置。完成安装后进行长距离勘测，由前至后分多次对所施工隧道全程进行长距离预测预报，并同步记录长距离预测预报结果；且每次进行长距离预测预报时，均采用所述隧道地震探测仪对掘进面前方的地质状况进行长距离探测，隧道地震探测仪探测范围为掘进面前方100m ～ 150m 范围内的长距离探测区域。
S2、对待掘进区域进行短距离法勘测，采用地质雷达进行探测并将探测数据收集分析，当待掘进区域与S1中确定的可疑地段相重合时，需要进行多次短距离法勘测，并通过收集的数据确定不良地质的位置和规模。
其中，采用地质雷达进行探测时，探测区域为自掘进面向前30m的掘进区域，将结果记录并与S1中长距离预测预报结果相复核，当S1和S2中的探测结果均未探测到可疑地质和/或不良地质时，可以确定S2中采用地质雷达探测区域不存在不良地质，反之，如果地质雷达和/或S1中隧道地震探测仪探测到有不良地质和/或地质可疑地段时，此时均需要将待掘进区域作为不良地质或地质可疑地段。
S3、采用超前水平钻孔直接探测，隧道施工过程中对经过S2中地质雷达探测后的任一个近距离探测区域，还需根据是否确定有不良地质，采取常规超前水平钻孔的预测方法进行直接探测，得到不良地质勘探数据，不良地质勘探数据至少包括以下一种数据：岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性数据、岩体完整程度、地下涌水量与涌水水压数据、瓦斯浓度与压力数据；探测时采用水平钻孔设备在掘进面钻取深度为30m的水平探测钻孔，水平钻孔设备为潜孔钻机，潜孔钻机为MKD-5 型潜孔钻机或WEP100 型潜孔钻机。
进行超前水平钻孔直接探测时，需要结合S2中的数据分析结果进行布置钻孔数量和位置：当S2中采用地质雷达探测得到的结果是不存在不良地质时，在掘进面中部位置水平钻取一个钻孔即可，当S2中采用地质雷达探测得到的结果是存在可疑地质/不良地质时，在掘进面的中部位置钻取一个钻孔的同时，也需要钻取至少一个与不良地质位置相对应的钻孔。
S4、超前炮孔补充探测：隧道掘进施工过程中，根据预先设计的隧道掘进循环进尺，且按常规的隧道爆破掘进施工方法进行掘进施工；实际进行每一循环的隧道掘进施工过程中，结合S3中对当前所掘进施工区域的直接探测结果，确定是否需要进行补充探测：当S3中直接探测结果为当前所掘进施工区域存在地质异常体时，需进行补充探测，并将补充探测结果作为S3中直接探测结果的补充探测数据，进行不良地质超前预报，进行不良地质超前预报时，根据S3中的不良地质勘探数据进行，且只有当不良地质勘探数据包括以下情况之一时才进行不良地质超前预报：不良地质段存在涌突水、不良地质段存在塌方、不良地质段存在突泥突水、不良地质段存在岩爆、不良地质段存在瓦斯突出，否则不需要进行补充探测。
实际进行补充探测时，采用MKD-5 型潜孔钻机或WEP100 型潜孔钻机在掌子面上钻取多个呈水平向布设且深度为10m 的加深炮孔，并按照常规超前水平钻孔的预测预报方法进行探测。
Claims (9)
1.一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对隧道总体掘进路线区域地质进行长距离勘测，确定地质可疑地段，勘测时采用地震波反射法进行长距离勘测；
S2、对待掘进区域进行短距离法勘测，采用地质雷达进行探测并将探测数据收集分析，当待掘进区域与S1中确定的可疑地段相重合时，需要进行多次短距离法勘测，并通过收集的数据确定不良地质的位置和规模；
S3、采用超前水平钻孔直接探测，隧道施工过程中对经过S2中地质雷达探测后的任一个近距离探测区域，还需根据是否确定有不良地质，采取常规超前水平钻孔的预测方法进行直接探测，得到不良地质勘探数据；探测时采用水平钻孔设备在掘进面钻取深度为30±5m的水平探测钻孔；
S4、超前炮孔补充探测，隧道掘进施工过程中，根据预先设计的隧道掘进循环进尺，且按常规的隧道爆破掘进施工方法进行掘进施工；实际进行每一循环的隧道掘进施工过程中，结合S3中对当前所掘进施工区域的直接探测结果，确定是否需要进行补充探测：当S3中直接探测结果为当前所掘进施工区域存在地质异常体时，需进行补充探测，并将补充探测结果作为S3中直接探测结果的补充探测数据，进行不良地质超前预报，否则不需要进行补充探测；
其中，所述S1中进行地震波反射法勘测时，采用隧道地震探测仪探测，且确定钻孔位置时，在最先见到最主要不良地质的一侧隧道边墙布设炮眼钻孔，在距最后一个炮眼15-20m处布设传感器套管钻孔，且传感器套管钻孔沿隧道两壁对称布置。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：所述S1中确定可疑地段时根据地震反射法勘测结果进行判定，其中可疑地段需符合以下至少一种特征：可造成坍塌50m³以上的断层破碎带所在位置、可造成涌水速度为50m³/h以上的富水位置、突泥突水的不良地质所在位置。
3.根据权利要求2所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：所述S3中不良地质勘探数据至少包括以下一种数据：岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性数据、岩体完整程度、地下涌水量与涌水水压数据、瓦斯浓度与压力数据。
4.根据权利要求3所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：所述S4中进行不良地质超前预报时，根据所述S3中的不良地质勘探数据进行，且只有当所述不良地质勘探数据包括以下情况之一时才进行不良地质超前预报：不良地质段存在涌突水、不良地质段存在塌方、不良地质段存在突泥突水、不良地质段存在岩爆、不良地质段存在瓦斯突出。
5.根据权利要求1所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：S1中进行长距离勘测时，由前至后分多次对所施工隧道全程进行长距离预测预报，并同步记录长距离预测预报结果；且每次进行长距离预测预报时，均采用所述隧道地震探测仪对掘进面前方的地质状况进行长距离探测；所述隧道地震探测仪探测范围为掘进面前方100m ～ 150m范围内的长距离探测区域。
6.根据权利要求5所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：所述S2中采用地质雷达进行探测时，探测区域为自掘进面向前30m±5m的掘进区域，将结果记录并与S1中长距离预测预报结果相复核，当S1和S2中的探测结果均未探测到可疑地质和/或不良地质时，可以确定S2中采用地质雷达探测区域不存在不良地质。
7.根据权利要求6所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：所述S3和S4中的水平钻孔设备均为水平钻机或潜孔钻机，所述潜孔钻机为MKD-5 型潜孔钻机或WEP100 型潜孔钻机。
8.根据权利要求7所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：所述S3中进行超前水平钻孔直接探测时，需要结合S2中的数据分析结果进行布置钻孔数量和位置：当S2中采用地质雷达探测得到的结果是不存在不良地质时，在掘进面中部位置水平钻取一个钻孔即可，当S2中采用地质雷达探测得到的结果是存在可疑地质/不良地质时，在掘进面的中部位置钻取一个钻孔的同时，也需要钻取至少一个与不良地质位置相对应的钻孔。
9.根据权利要求1所述的一种隧道掘进施工超前地质预报方法，其特征在于：S4中实际进行补充探测时，采用钻孔设备在掌子面上钻取多个呈水平向布设且深度为5m ～ 10m 的加深炮孔，并按照常规超前水平钻孔的预测预报方法进行探测。
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