隧道超前地质灾害预报综述.pdf

第 1 8卷第 4期 2 0 0 7年 1 2月 中国地质灾害与 防治学 报 T h e C h i n e s e J o u r n a l o f G e o l o g i c a l Ha z a r d a n d C o n t r o l V0 1 ． 1 8 No． 4 De l2 ． 2 0 07 隧道超前 地质 灾害预报综述 毛 正君 ， 倪 万魁 ， 付 晓 刚 1 ． 长安大学 地 测学院 ， 陕西 西 安7 1 0 0 5 4 ； 2 ． 长安 大学 环工学院 ， 陕西 西 安7 1 0 0 5 4 摘要 隧道超 前地质 灾害预报在 隧道施 工 中是十 分重要 的环节。 文章对隧道超 前地质 灾害预报 内容 、 原则 、 形式 、 方 法、 流程方面 的研 究现状进行 了论述 。着重对隧道超前地质 灾害 预报 的各 种方 法进 行 了分 析对 比。 隧道 超前地 质灾 害预报 的方 法各 有优 缺点和局 限性 ， 应该取 长补短 ， 综合分析， 根 据实 际情况确定 应该采取 的方 法及 其组合。在 隧道 超 前地 质灾害预 报工作 中， 必须处理 好与施工单位 的关 系。 关键词 隧道 ； 超 前地 质灾害预报 ； 预 报方法； 综述 文章编号 1 0 0 3 ． 8 0 3 5 2 0 0 7 0 4 ． 0 7 9 ． 0 3 中图分 类号 P 6 4 2 ． 2 文献标识码 A 0 引言 在国外隧道超前地质灾害预报工作是 重要且不 可或缺的施工工序。重视隧道超前地质灾 害预报工 作 已成 为管理 部 门 和 广 大 工程 技 术 人 员 的 共 识 。我 国 自 2 0世 纪 8 0年代 在 南岭 山脉 大 瑶 山隧 道 、 北京 军 都 山隧 道和 其它 一些 隧道 的施 工 中 ， 才 开始 其研 究 和 试 验工 作n 。本 文从 隧道 超前 地质 灾 害预报 内容 、 原 则 、 形式 、 方法 、 流程方面对其进行了论述 。着重对隧 道超前地质灾害预报的各种方法进行了分析对 比。 1 隧道超前地 质灾害预报 内容 超前 地 质 灾 害 预报 包 括 如 下 内容 ① 断 层 、 岩 脉 及破 碎带 的预 报 。预 报 其 位 置 、 规 模 、 富水 性 及 充 填 物的状态等 ； ②对 可能构成不稳定 块体 的大 裂隙预 报。预报长、 大的夹泥或不夹泥 、 延展长度达隧道跨 度 1 ／ 2的大 节 理 、 易 开 裂 的 层 面 及 其 未 查 明 的 含 水 性 ； ③查 明并 预测隧道 内有害气体含量 、 成分及动 态变化 ； ④水 文地 质 预 报 。包 括 地 下 水 类 型 、 补 给 形式 ， 可 能突水 、 涌水 的位置 以及 水量 的大 小 ； ⑤ 围岩 类别预报。预报开挖面前方 的围岩类别是否与设计 吻合 ， 并判断其稳定性 。⑥地应力及岩爆预报 。预 报地应力的高低 、 隧道轴线方 向与地应力最大水平挤 压应力轴之间关系及岩爆 的可能位置 、 级别 。 2 隧道超前地质灾害预报原则 在隧道超前地质灾害预报工作中， 坚持“ 规范 、 全 程 、 适宜 、 及时” 的总原则 ， 以及 “ 以地质方 法为基础 ， 地质方法与物探方法相结合 、 长距离超前地质灾害预 报与短距离超前地质灾害预报相结合 、 物探先行钻探 验证 ” 的隧 道超前 地质 灾 害预报 方法 选择 原则 。 “ 规范” 是指在 编制标书时就设计好 了隧道施工 期间的超前地质灾害预报工作 内容及方法 ， 在施工期 间有专门从事超前地质灾害预报工作的技术人员和 用于超前地质灾害预报 的工作设备 、 仪器及制定了完 善的 管 理 制 度 和 应 对 突 发 地 质 灾 害 的 措 施 。“ 全 程” 是指隧道超前地质灾害预报工作必须贯穿于隧道 施工的全过程。“ 适宜” 是指在不同的围岩条件下采 用不同的隧道超前地质灾害预报方法。“ 及时” 是指 隧道超前地质灾害预报工作必须体现出及时性 ， 以便 随 时指 导施 工开 挖 。 3 隧道 超前地 质灾害预报形式 超前地质灾害预报形式有 ①长距离超前地质 灾害预报单。在分析已有设计资料的基础上 ， 对设计 资料进行补充地质调绘 ， 并汇 同物探测试等工作 ， 预 报 掌 子 面前方 8 0 ～2 0 0 m左 右 甚 至更 远处 的地质 灾 害情况并提出施工措施建议 ， 以书面形式提出长距离 超前地质灾害预报单 。②短距离超前地质灾害预报 单 。通过掌子面地质素描、 有害气体的量测及针对性 的地面调绘并辅 以相应物探测试等工作 ， 再结合长距 离预报单 ， 预报掌子面前方 1 5～3 0 m的地质灾害情况 并提出施工措施建议 ， 以书面形式连续 向施工单位提 交短距离超前地质灾害预报 单 一式两份 。③ 口头 收稿 日期 2 0 0 6 ． 1 1 - 1 6 ； 修 回 日期 2 0 0 6 ． 1 1 - 2 7 作者简 介 毛正 君 1 9 8 3 一 ， 男 ， 宁夏 固原人 ， 在 读 硕 士研 究 生 ， 主要从事 地质灾害方面 的研究 。 维普资讯 8 0 中国地质 灾害与防治学报 ZHONGGUO DI Z HI Z AI HAI YU F ANGZHI XUEBAO 2 0 0 7正 通知。根据已经获得的超前地质灾害信息 以口头形 式向施工单位主管技术领导做 出说明， 以作为施工组 织安 排 的参考依 据 。 4 隧道超前地质灾害预报方法 隧道超前地质灾害预报方 法可根据预报距离或 探测原理分类“ 。按照预报距离可分为长距 离和短 距离超前地质灾害预报两类。是超前地质 灾害预报 工作步骤中的先 、 后两步。各有不同预报距离 ， 采用 不同的方法和技术手段 ， 承担不 同的任务 ， 具有不同 的精度 。长距离超前地质 灾害预报采用的预报方 法主要有工程地质调查法 、 断层参数预测法和 T S P等 仪器探测法。短距离超前地质 灾害预报又称为跟踪 预报 ， 是长距离超前地质灾害预报的深化和映证 。其 主要 的预 报 方 法 有 掌 子 面 编 录 预 测 法 、 地 质 雷 达 法 等 。 按 照 探 测 原 理 可 分 为 直 接 法 、 间 接 法 及 其 它 方 法。直接法有地质法和钻孔探测法。间接法亦称物 探法， 主要有隧道地震超前预报系统 P 、 水平声波 剖面 H S P 法 、 陆地声纳法 、 地质雷达 G P R 法和红外 探水法等。其它方法有超前导坑法 、 断层参数预测技 术和掌子面地质编录预测法等。隧道超 前地质灾害 预报方法的原理及优缺点见表 1 。 表 1 隧道超前地质灾害预报方法原理及优缺 点㈨ l [ T l [s l [ ’ 】 Tab l e 1 The t h e o r i e s a n d a dv a n t ag e s ／ d i s a dv a nt ag e s o ft u nn e l a dv a nc e d g e o l o g i c a l ha z ar ds pr e d i c t i o n me o d s 方法 原理 优缺点 地 质 调 查 法 釜 翥 篙 嚣 件 ’了 解 隧 道 所 处 耋 薹 童 萋 霎 蓍 萋 善 耋 辫 断层参数 预测法 预报工作面前方隐伏断层的位置 和破碎带厚度 宽度 ， 并 且通 过断层产状与隧道走 向和 隧道断面高 度及宽度 资料 预测其 影 响隧道的长度 预 报距离长、 对隧道施工干扰小、 节约投资费用、 适用范围 广 ， 但靠有限之“ 见” 预 报范 围有 限 ， 特别是 在地层 岩性变 化极为复杂的隧道中预报的难度很大 参考勘察设计 资料 ， 通过掌子面 已揭露地质体 岩 层、 不 良地质 可以随时掌握 隧道掌子 面的地层产 状 、 岩性 、 构 造等 的变 掌子面编录推测法体等 进 行地质观测与编 录。对掌子面前方一定范 围内可能 出 化情 况， 但在构 造 比较复杂 地 区和隧道埋 深较 大的情 况 现的不良地质体及位置进行有依据的推断 下 ， 该方法工作 难度较 大， 准确性较差 ⋯法 薹 雾 蒺 喜 水平声 波剖面法 皇 思 要 妻 不 占 用 开 挖 工 作 面 的 工 作 时 间 ， 对 施 工 干 扰 小 ， 减 少 了 高 冀 辇 设 中 苎 平 。 。 ， 竺 罂 星 銮 要 ； ” 箍 蒜 ， 要 警 写 蚕 蕃 ． l地 质 宴 喜 。璺 竺 位 并 ⋯⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯ ⋯⋯ 一 一⋯⋯ “ 投 影 ” 到 该 剖 面 上 。即可确定反射面的出露里程及性质 ⋯ ⋯ ’ 一龇 篓 囊 ⋯ ⋯ ⋯ 地 质 雷 达 法 地 下 界 面 进 行 扫 描 ，以 确 定 其 内 部 形 态 和 位 置 的 电 磁 技 术 。 主 ⋯ ⋯ ⋯ 一 ⋯ 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 要 用 于 探 测 地 下 水 、断层及其影响带等 ⋯⋯⋯一 陆地 声纳法 掌 要 星 譬 妻 妻 鍪 点 鎏簇 黧 善 嚣 交 矣 篓 ．登 堡 鎏 。 要 篓 遇 要 曼 查 烹 墨 ； 萎 塞 曼 垦 耋 反 射 。 由 检 波 器 接 收 到 这 蓓 轰 羞 茇 蓉 些 反 射 波 ，就 能 反 映 前 方 的 不 连 续 面 萎 茎 薹 鑫 茬 ⋯ 二 要 缈 桃 黧 麓 曩 撼 体或含水构造 ⋯ _ 。～一 ⋯一⋯ ⋯ ⋯⋯⋯ ⋯ 一 ⋯⋯ 一 维普资讯 第 4期 毛正君 ， 等 隧道超前地质 灾害预报综述 8 1 5 隧道超前地 质灾 害预报 流程 5 ． 1 研究 直接 资料 。直接 资 料包 括 基 础 地 质 资 料 、 地 表地质 调查 资 料 、 掌 子面 地质 素描 。基 础地 质 资料 主要 有 区域性 地质 资 料 、 隧道 勘 测 资 料 、 隧 道 设 计 资 料 。根据 基础地 质 资 料 可 以 宏 观 了解 隧道 所 在 地 的 工程 地质 和水 文 地 质情 况 。根 据地 表 地 质 调 查 获 得 的地面水系分布、 露头岩石的岩性 、 地层产状等， 推断 隧道处的地质状况 ， 作为施工时的参考。在隧道开挖 过程 中 ， 不 间断 地进 行掌 子 面地质 素 描是 判断 围岩 类 别 的最 直 接资料 。 5 ． 2 分 析 间接 资料 。间 接资 料指 通过 物探 技 术 获取 的地质信息 。对于采用物探技术必须长短结合 ， 使其 相互映证 ， 提高超前地质灾害预报的准确性 。同时还 应该结合直接地质信息进行预报工作 图 1 。 5 ． 3 根据前两步获取 的直接及间接地质信息 ， 如果 可以确 定 掌 子 面 前 方 无 不 良地 质 及 特 殊 地 质 现 象 。 则 不实施 超前 钻探 。否 则 ， 需要 进 行超前 钻探 。 5 ． 4 对采 用各 种 超 前 预 报 获 得 的 资 料 进 行 归 纳 、 分 析 、 对 比 ， 提 出最终 预报 结论 和 隧道 施工 建议 。 6 结语 隧道超前地质灾害预报是隧道施工 中十分重要 的一个环节 。有效的隧道超前地质灾害预报将保证 施工安全。在隧道超前地质灾 害预报工作 中必须注 意两点 首先， 超前地质灾 害预报 的方法各有优缺点 和局限性 ， 应该取长补短 ， 综合分析 ， 根据实际情况确 定应该采 取的方法及其组合 ， 从而 提高预报 的准确 度。其次 ， 隧道超前地质灾害预报准确度受施工单位 图 1 隧道超前地质灾 害预 报流 程图 Fi g． 1 Tun ne l a dv a nc e d g e o l og i c aI h a z a r d s p r e di c tio n p r o c e du r e 配合程度影响较大。必须处理好与施工单位 的关 系， 使隧道超前地质灾害预报工作达到事半功倍 的效果。 参考文献 [1] 张志龙 ， 等 ． 公路 隧道 施工超前地质预报 技术方法研 究 现状综述 [ J ] ． 公路 交通科技 ， 2 0 0 5 ， 9 1 2 6 1 2 8 ． [ 2] 孙广 忠 ， 等 ． 军都 山隧道 快速 施 工超 前地 质 预报 指 南 [ M] ． 北 京 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 0 ． 2 6 4 6 ． [ 3] 任光 明， 等 ． 深埋长 隧道 有害 气体 的预测 与防治[ J ] ． 中 国地质灾害 与防治学报， 2 0 0 1 ． 4 6 4 6 7 ． [ 4] 李勇， 等 ． 隧道 施工 地质 超 前 预报 方 法 [ J ] ． 地质 与资 源 ， 2 0 0 4， 2 1 1 91 2 2． [ 5] 徐则民 ， 等 ． 长大 隧道岩爆 灾害研 究进展[ J ] ． 自然灾害 学报 ， 2 0 0 4 ， 2 1 6 2 4 ． [ 6] 刘录刚 ． 超 前地质 预报在 雁 门关隧道 施 工 中的综合 应 用[ J ] ． 西部探矿工程， 2 0 0 4 ， 4 1 1 1 一I l 3 ． 下转 第 8 7页 维普资讯 第 4期 刘洪 ， 等 江苏省矿山地质环境质量 的模糊评 价 8 7 F u z z y e v a l u a t i o n f o r q u a l i t y o f mi n i n g g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t i n J i a n g s u P r o vin c e L I U Ho n g ，ZHANG Ho n g - b i n 1 ． G e o l o g i c a l S u r v e y o f J i a n g s u P r o v i n c e ，N a n j i n g 2 1 0 0 1 8 ， C h i n a ； 2 ． T r a n s p o r t a t i o n C o l l e g e ，S o u t h e a s t U n i v e r s i t y，N a n j i n g 2 1 0 0 1 8 ，C h i n a Ab s t r a c t Mi n e g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t e v alu a t i o n i s a c o mp l e x s y s t e mi c wo r k，b e c a u s e t h e re a re l o t s o f i n f l u e n c e f a c t o r s，i t i s d i ffi c u l t t o c o n fiY in t h e f a c t o r ’ S v alu e b y u n i foY in s t a n d a r d．t h e re i s n o t y e t a s t a n d a r d e v alu a t i o n me t h o d b y n O W． i s p a p e r t a k i n g t h e t o p o g r a ph y a n d t e r r a i n f e a t u r e s ，r o c k a n d s o i l b o d y e n g i n e e rin g g e o l o g i c al p rop e r t i e s ，e x p l o i t a t i o n mi n e r a l r e s o u r c e s k i n d，e x p l o i t a t i o n m e t h o d ，t h e d e s t roy o f n a t u r a l l a n d s c a p e ，h i s t o r y l a n d s c a p e ，g e o l o gic al r e ma i n s ，t h e d e s t roy o f w a t e r r e s o u r c e ，t h e d e s t r o y a n d o c c u p y o f l a n d r e s o u r c e ，t h e v u l n e r a b i l i t y o f g e o l o gic a l h a z a r d ，t h e h a r m d e g r e e o f g e o l o g i c al h aza r d，e x p l o i t a t i o n，ma n a g e me n t p l a n o f mi n e r e s o u r c e，t h e d i f fi c u l t d e gre e o f t h e mi n e e c o l o g y e n v i ron me n t r e s u me an d r e n o v a t e e t a c， l 1 i n flu e n c e i n d e x e s o f mi n e g e o l o g i c al e n v i ron me n t a s e v alu a t i o n f a c t o r s， b y u s i n g f u z z y e v alu a t i o n me t h o d ，c o n s t r u c t ma t h mo d e l a n d s u b o r d i n a t e ma t ri x，d i v i d e t h e mi n e g e o l o gic al e n v i ron me n t o f J i a n g s u Prov i n c e i n t o 4 g r a d e sg o o d，r a t h e r g o o d，rat h e r p o o r an d p o o r ，t h e r e s u l t p rov i d e s t h e f o u n d a t i o n f o r t h e p rot e c t i o n an d r e n o v a t e o f t h e m i n e g e o l o g i c al e n v i r o n m e n t i n J i ang s u P r o v i n c e ． Ke y wo r d s F u z z y e v alu a t i o n；mi n i n g g e o l o g i c al e n v i ron me n t al q u ali t y ；e v alu a t i o n f a c t o r s ；J i a n g s u P rov i n c e 上接 第 8 l页 [ 7] 何 小新， 等 ． 隧道掘 进超 前地 质预报技术 的 比较 与选 择 [ J ] ． 矿 山机械 ， 2 0 0 5 ， 8 68 ． [ 8] 陈建 峰． 隧道 施工地 质超 前预 报技 术 比较 [ J ] ． 地 下空 间 ， 2 0 0 3， 1 58 ． [ 9] [ 1 O ] 齐传 生， 等 ． 圆梁 山隧道综合超 前地质 预报技术[ J ] ． 铁 道勘察 ， 2 0 0 4 ， 5 5 2 5 6 ． 李 国锋 ， 等 ． 特 殊地 质公路隧道动态设计施工技术[ M] ． 北 京 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 5． 1 91 0 5． Re vie w o n a d v a n c e d g e o l o g i c al ha z a r ds p r e d i c t i o n o f t u n n e l MA O Z h e n g ． j u n ，N I Wa n ． k u i ，F U Xi a o ． g a n g 2 1 ． C o l l e g e o f G e o l o g y E n g i n e e ri n g a n d G e o ma t i c s ，C h a n g ’a n Un i v e rsi t y，S h a a n x i Xi ’a n 7 1 0 0 5 4，C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f E n v i ron m e n t S c i e n c e a n d En g i n e e ri n g ，C h a n g ’a n U n i v e rsi t y ，S h a a n x i Xi ’ a n 7 1 0 0 5 4，C h in a Ab s t r a c t Th e t u n n e l a d v a n c e d g e o l o g i c al haza r d s p r e d i c t i o n i s an e x t r e me l y i mp o rtan t p r o c e d u r e i n t u n n e l c o n s t ruc t i o n．I n t h i s p a p e r ，i t h a s ma d e p rof o u n d e l a b o r a t i o n o n t h e c o n t e n t ，t h e p rin c i p l e，t h e for m ，t h e me t h o d an d t h e p r o c e d u r e s o f t h e t u n n e l a d v anc e d g e o l o g i c al h aza r d s p r e d i c t i o n． S p e c i all y， i t ma k e s t h e an aly s i s a n d c o mp a r i s o n o f t h e t u n n e l a d v an c e d g e o l o g i c al h a r d s p r e d i c t i o n me t h o d s ．E a c h o f t h e t u n n e l a d v a n c e d g e o l o gic a l h a z a rds p r e d i c t i o n me t h o d h as b o t h t h e s t ron g an d t h e w e a k p o i n t s a n d l i mi t a t i o n．Ac c o rdi n g t o t h e a c t u al s i t u a t i o n，i n c h o o s i n g me t h o d s ，i t s h o u l d a pp l y t h e s t ron g po i n t s a n d a v o i d t h e we a k p o i n t s ，t h e n t a k e t h e c o mpr e h e n s i v e a n aly s i s．I n t h e wo r k o f t h e t u n n e l a d v an c e d g e o l o g i c al h a r d s p r e d i c t i o n，i t s h o u l d d e a l we l l wi t h t h e r e l a t i o n o f t h e c o n s t ruc t i o n d e p a rtme n t s． Ke y wo r d s t u n n e l ；a d v a n c e d g e o l o g i c al h aza r d s p r e d i c t i o n；p r e d i c t i o n me t h o d；r e v i e w 维普资讯