砂板岩地层隧道超前地质预报探测技术研究.pdf

High New Technology ︱4︱2016 年 08 期 砂板岩地层隧道超前地质预报探测技术研究砂板岩地层隧道超前地质预报探测技术研究 叶 勇 杨震中 尹学林 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081 摘要在贵州黔东南地区分布着大面积的变质岩地层，本文就在砂板岩地层中如何提高隧道超前预报精度和资料解释的准确性作简单 探讨，为其他类似工程地质条件下的隧洞工程施工超前预报提供借鉴资料。 关键词 砂板岩地层；隧道超前预报方法；探测精度与资料分析 中图分类号U45 文献标识码B 文章编号1006-8465（2016）08-0004-02 1 工程概况 贵州某高铁,跨越黔、桂、粤三省区，该高铁线路在贵州黔东南 境内穿过约 65 公里的变质砂岩及板岩地层，其中隧道总长约 55 公 里。工程区为强烈切割的剥蚀、低山区，不但存在北北东走向的大 断裂，且与断裂带走向平行的复式褶皱亦广泛分布，主要由一些褶 皱带、挤压和扭压性断裂挤压破碎带组成。沿线地表深沟及河流发 育，隧道多处从河下通过。施工中可能遇到的主要工程地质问题有 构造破碎带、隧洞围岩变形破坏、涌水、地表塌陷等。为此在隧道 开挖过程中，必须跟进超前地质预报工作。 2 预报方法选择及预报体系建立 2.1 预报方法选择 隧道超前预报采取的预报方法和手段较多，如 TSP、地质雷达、 瞬变电磁法、陆地声纳法、红外线法、钻孔（声波、电磁波）等测 试法。然而每种预报方法都各具有一定的适用性和局限性，为此在 不同的工程地质环境条件下正确选择预报方法对超前预报工作将会 起到事半功倍的效果。 2.2 预报体系建立 根据以往工程经验，结合本工程实际，我们建立了以地质分析 基础、物探方法为手段，宏观预报（地质调查） 、中长距离预报（地 震反射波法预报） 、短距离预报（红外探测、地质雷达及水平超前探 孔）相结合的综合预报体系，预报体系流程图如图 2-1。 红 外 线 短 距 离 预 报 （ 2 0 ～ 3 0m） 至 少 增 加 两 个 超 前 钻 孔 ， 进 行 特 殊 方 法 预 报 提 交 预 报 成 果 决 策 部 门 确 定 施 工 方 案 ， 进 行 施 工 信 息 反 馈 验 证 预 报 成 果 提 出 修 正 意 见 中 长 距 离 预 报 0 ～ 1 5 0 m ） 无 异 常 综 合 判 析 ， 确 定 异 常 形 态 、 规 模 、 性 质 ， 提 出 施 工 建 议 无 异 常 宏 观 预 报 研 究 既 有 资 料 ， 进 行 地 表 地 质 调 查 ， 洞 内 地 质 素 描 、 加 深 炮 孔 资 料 整 理 ） 异 常 无 异 常 表 面 雷 达 短 距 离 预 报 （ 2 0 ～ 3 0 m 图 2-1 预报体系流程图 3 预报资料精度与准确性分析 针对 TSP 预报，为达到对物探资料的准确解释，充分了解工程 区物性特征，在预报过程中先进行了室内岩体物理力学试验、现场 岩体波速与室内岩块波速测试等。同时，在预报过程中不断对每次 TSP 预报获得的岩体力学参数进行归纳分析，总结出板岩完整岩体 与构造破碎带岩体的相关力学参数值和波速值。在对 TSP 资料解释 时根据相关力学参数实验值与实测值，并结合地质调查资料，对异 常体的性状规模及成灾可能性进行综合分析判断。下边就本工程中 所做的试验作简单介绍。 3.1 室内岩石试验 隧道开挖中选取中厚层板岩，厚约 15～20cm，宽约 10cm 的长 方形岩样蜡封处理后送试验室，分别进行不同结构面倾角、不同含 水状态下板岩的力学特征试验。结构面倾角与加载方向的关系分别 为垂直、相交、平行。在干燥状态下进行单轴压缩试验、不同含水 状态下单轴和三轴压缩试验。试验成果见表 3-1、表 3-2。 表 3-1 板岩干燥状态下单轴压缩试验 从表可知泊松比变化不大，在 0.16～0.25 间浮动，板岩的泊 松比与结构面和加载方向的夹角之间关系不密切。弹性模量和压缩 强度在结构面倾角与加载方向的夹角平行时总体最大， 垂直时次之， 相交时最小。 表 3-2 板岩不同含水状态下单轴、三轴压缩试验 从表可知，试件随浸水时间的增加，其压缩强度和弹性模量减 小，而泊松比增大。 4 工程实例 YS 隧道是该高铁控制性工程之一，长约 13.4km，该隧道围岩以 中厚层砂质板岩夹绢云母板岩为主。 通过地表调查， 在 K229320～900 发育乌花 1、2 号逆断层，倾角 75左右，前期勘察钻孔及物探均揭 示该段为断层破碎带。为确保施工安全，开挖到 K229835 掌子面时 进行了 TSP 预报（从大桩号向小桩号掘进） ，处理分析成果图（略） ， 预报解释成果为掌子面前方 K229835～735 范围内，围岩纵波速度 为 3760～3920m/s；纵横波波速比为 1.71～1.82；泊松比为 0.33～ 0.35；密度为 2.48～2.52g/cm 3；静态杨氏模量为 38～43GPa。分析该 段测试相关力学参数，密度、静态杨氏模量均偏低并逐步降低，泊松 比、纵横波速比相对较高，局部升高，通过相关参数对比分析，结合 地质调查资料，推测该洞段在断层带内，总体岩体较破碎至破碎，有 分散裂隙水，其中 K229804～760 段密度、静态杨氏模量降低明显， 推测此段破碎程度较严重，围岩级别Ⅴ级，有线状或股状水。 结合 TSP 成果，为进一步探明 K229835～735 段岩体富水情况， 在K229830 掌子面进行了红外线探测。根据现场所测左边墙脚、左边 墙、拱顶、右边墙、右边墙脚的辐射场强值（从掌子面往后方已开挖 段每隔5m 布置一个测点，绘制温度变化曲线见图 4-2，从图可看出 往掌子面方向，靠近掌子面附近红外辐射场强值曲线有整体降低的趋 势，局部有少量突变。结合已开挖揭示的围岩情况，判定 K229830～ 800 段不存在大规模水体，但存在分散裂隙水，局部线状水。 图 4-2 YS 隧道 K229830 掌子面红外探水场强值变化图 （下转第 11 页） 高新技术 2016 年 08 期︱11︱ 5 系统总体实现 大连市土地储备中心综合管理系统的总体实现的设计理念是依 据大连市地理信息公共平台的一般要求，页面整洁大方，并且系统 功能应全面，并应能提供相应的功能截图以便用户对系统的整体设 计风格有所了解。 5.1 土地储备管理实现 土地储备管理是对土地储备信息进行更新维护的主要工作环 节。该功能支持土地储备管理中用户选择土地储备的相关信息，并 在此基础上进行处理和保存。 5.2 土地储备属性管理实现 土地储备属性管理可以实现对土地储备的各项指标进行详细的 管理,该功能涵盖了属性管理和地理元素的管理。 土地属性管理可对 土地储备管理起到查询和指引的作用，包括对储备地块信息查询、 地块变化的追溯，在系统的实际应用中能提高土地管理部门的职能 效应。 6 结论 结合 GIS 技术、数据库技术，大连市土地储备中心地理信息系 统实现了从空间、时间、属性对大连市储备业务进行科学有效地管 理，是土地储备管理工作的新模式和新思路。该系统开发了大连市 特有的土地储备中心地理信息系统，满足了大连市土地储备工作的 初步应用需求，提高了土地储备办事效率，为大连市土地储备管理 进一步发展提供了可扩展的、高效和稳定的信息平台支持。 参考文献 [1]杨芳.城市化进程中土地资源持续利用问题[J].黑龙江科技信 息,201534. [2]孙中原.基于 GIS的土地储备信息系统的设计与实现[D].成都西南 交通大学,2013. [3]韩继利,刘玉娜 关于地名信息化服务方式的有益探索[J].中国地 名,20119. [4]王东鹏. 贵阳市数字地名公共服务平台设计与实现[D].成都电子 科技大学, 1983. [5]韩江峰.基于 ArcGIS Engine 技术的土地储备管理系统设计与实现 [J].房地产导刊,20157. [6]吴原华.基于 GIS 技术的土地储备管理信息系统开发与应用[J].测 绘与空间地理信息,20085. [7]郭忠诚. 上海经营性土地储备规划若干问题探讨[J]. 上海国土资 源,20112. [8]余红举,黄敬泉,余文斌. GIS 在县级土地利用信息化建设中的应用 [J].地理信息空间,20086. （上接第 2 页） 5.2 组态界面的设计 对于本次空压机监控系统，需要设计主监控界面，根据组态软 件环境中用户的指定方式，可以实现用户的组态设计目标。 6 抗干扰措施 在工业生产现场，干扰因素普遍存在，为了确保空压机监控系统 能够正常运行，可以采取以下抗干扰措施 （1）对现场先好进行屏蔽传输； （2）数据电缆和信号电缆应该尽量安装在靠近地表位； （3）对于软件编程，可以设置强行执行措施，提高软件的抗干 扰能力。 7 结语 综上所述，本文对基于 PLC 和组态软件的空压机监控系统的设 计形式进行了详细探究，通过 PLC 系统，能够对空压机实行远程监 控，该系统实时性较好，而且运行稳定性较高，因此值得推广应用。 参考文献 [1]陆文婷,程武山.基于网络的空气压缩机远程监控系统[J].轻工机 械,201501. [2]梁腾,华庆.PLC 在空压机组监控系统中的应用[J].中国科技纵 横,201520. （上接第 4 页） 后开挖揭示，K229835～740 段总体岩体较破碎，多处发生掉 块及小坍塌，有分散裂隙水，局部股状水。K229810～750 段岩性 为薄层状呈压碎状的砂质板岩，局部层间夹泥，开挖中多处发生了 剥落及小塌方，有少分散裂隙水，与预报情况比较吻合。 5 结束语 就预报过程而言， 超前预报是一个从认识--实践--理论---指导 实践的过程。隧洞工程一般具有洞线长，埋深大，地质条件复杂等 特点，同时地质情况总是地表与深部有较大差异，与设计资料的不 符情况更是屡见不鲜。因此，在隧洞每开挖一个地质单元或一个重 要地质洞段后，要及时开展阶段性预报总结，结合开挖洞段地质情 况，根据新揭露的地质现象和地质综合分析成果对下一地质单元进 行预测，以便采取更为有效的预报措施，同时针对主要地质问题的 性质、规模及位置，提出施工措施建议。 参考文献 [1]叶勇.隧道超前地质预报地质综合分析技术[J].工程勘察,2010. [2]王勇.变质岩地区隧道超前预报技术运用研究. [3]张良刚.特大断面板岩隧道围岩变形特征及控制技术研究[D].中国 地质大学,2014. （上接第 7 页） 整个协议转换器设计为内嵌结构，通过测绘 SP-POS76Ⅲ型打印 机内部空间，参照原打印机板卡的结构与 CITIZEN 打印机的接口标 准，设计独立板卡直接嵌入 SP-POS76Ⅲ型打印机内部替换其原本的 选件板卡。 3 使用情况 该协议转换器在我公司使用的十余台日本三洋公司生产的齿轮 /轴类分选专机上使用两年有余，经过实践检验，工作稳定可靠，可 满足设备的使用要求。由于转换器本身基于单片机设计，可自由编 程，可允许其用于其他同类类似结构且需要协议转换的环境。 参考文献 [1]北京斯普瑞特科技发展有限公司. SP-POS76Ⅲ票据打印机使用说 明（V1.0）. [2]analog. AduM 系列磁耦隔离器数据手册. [3]TI. SN6501 用于隔离电源的变压器驱动器. [4]Atmel.AT89S52 数据手册.