２０１１年第６期（總第２０８期）
黑龍江交通科技
ｎｏ．６，２０１１
不良地質體的準確超前預報技術評價模型及評價方法研究鄭鈉
（廣東省長大公路工程****）
摘要：以某隧道為例項，介紹了不良地質體的準確超前預報技術評價模型及評價方法，以推廣準確超前預
報技術在隧道施工中的應用。
關鍵詞：不良地質體；準確超前預報；評價模型；評價方法中圖分類號：ｕ４１６．１
１引言文獻標識碼：ｃ文章編號一ｏ２
任何地質情況不明的情況下，首先通過地面地質調查和觀測
進行地面地質填圖，通過岩礦鑑定、同位素測定、地層層續對比、地質構造判斷，從而基本確定某地區的地層岩性及地質組合、地質時代、較大地質構造（折曲、斷層、各大類岩石的粗略分布），在此基礎上根據生產需要可進一步開展詳查或精查勘探。使用物探方法進行超前地質預報對獲取的訊號進行解譯則應遵循由已知到未知的原則，即首先熟悉隧道區基
地質超前預報工作一直是地下工程實施過程中必須要做的和必不可少的工作。超前地質預報的實質是地下工程實施過程中的補充地質勘探。地質預報手段和方法包括地質觀測一計算一繪圖一分析—判斷法（包括地質力學法）、地球物理法、鑽探法，以及由此所組成的綜合分析推斷法。
廣悟高速公路鵝公髻隧道穿過鵝公髻丘陵，為雙洞四車道，左、右線隧道分離布設，廣州端和蒼梧端洞口均有一段小淨距，其餘為正常間距。左線隧道里程一長右線隧道里程長設計隧道底標高隧道埋深最大約２９０ｍ。
根據目前國內外超前地質預報的研究現狀，並結合本專案具體情況，開展了以下三個方面的研究工作：典型超前地質預報手段的適應性研究；不良地質的準確超前地質預報組合技術研究；不良地質災害體的評價模型及評價方法研
一本地質情況，逐漸找到典型的地質體所對應的回波訊號及組
合特徵，以便對未知區進行回波訊號的地質解釋。
究。２典型超前預報手段的適應性研究
超前地質預報方法包括：無損傷的（地質的、地球物理的）、有損傷的（鑽探），上述方法的綜合使用即為綜合超前地質預報。廣義的超前地質預報是綜合方法的運用，包括地質分析、地球物理探測法、鑽探；而通常所謂超前地質預報是
指僅應用地球物理法進行的狹義日常超前地質預報，偶爾輔
以超前鑽孑ｌ作為控制風險的最終手段。超前地質預報的任務，一是預報不良地質，二是劃分和認證圍岩級別，減少突發性和不可遇見性。
②ｔｓｐ探測的主要判定依據是通過使用儀器進行處理、
計算所得到的縱波速度或縱橫波速比、密度、泊松比等：
ａ反射振幅越高，反射係數和波阻抗的差別越大。
ｂ正反射振幅表明正的反射係數，即剛性地層；負反射振幅則指向軟弱岩層。
ｃ若ｓ波反射比ｐ波強，則表明岩層包含水。
ｄ ｖ／ｖ，較大的增加或泊松比突然增大，常常因流體的存在而引起。
ｅ若下降，則表明裂隙密度或空隙度增加。
③地質雷達的主要判定依據主要是雷達回波的組合特徵和訊號衰減變化。一定的目標體對應著一定的回波特徵，當遇到水或軟弱破碎帶時訊號應有明顯衰減。當然，儀器對多大的地質異常有所反映，則應取決於異常的大小、構成異常的介質差異大小、儀器的探測深度。
探測深度越大，解析度越低，反之亦然。地下水對地質雷達訊號有顯著衰減影響，因此根據雷達訊號的衰減相對大小，可定性判斷圍岩的
含水的相對大小，同時可分析判定圍岩強風化破碎帶或斷層破碎帶等不良地質。
④瞬變電磁
怎樣提高超前地質預報的準確性和經濟合理性，預報手段的選取以及多種預報手段的組合是關鍵。而預報手段的選取關鍵是看各種儀器對不同不良地質體的適應性如何，因此預報手段的適應性研究就顯得尤為關鍵。２．１本專案超前地質預報組合技術研究
根據前面的適應性研究可知，採用**波法與地質雷達結合，可解決施工過程中的相應地質問題，如圍岩風化破碎
帶、斷層破碎帶、圍岩區域性富水區域、石灰岩岩溶發育情況等。電磁波法（地質雷達）與彈性波法（ｔｓｐ）二者結合，其優點是可得到兩種不同型別的波的引數和特徵影象資料，在有可能出現不良地質情況時應進行臨近監測預報，並使用超前
鑽探作為控制風險的最終手段。
２．２典型不良地質災害體的評價方法研究
即典型超前預報手段對不良地質的目標識別研究，評價方法研究，包括典型岩溶、富水、斷層破碎帶的地質雷達、電法、ｔｓｐ資訊特徵以及圍岩級別的判定。
（１）圍岩級別和不良地質的判定依據
①地質勘探按照從未知到已知，由粗到細的原則，即在
收稿日期：２０１１－０３一ｌ２
由於瞬變場的強度及延遲時間與地下地質目標體的電
性、規模及產狀等引數有關，地質體的導電性越好，瞬變場的強度就越大，且熱損耗就越小，故衰減越慢，延遲時間越長的特點。因此，充水或充泥溶洞、含水層、含水裂隙帶、軟弱泥岩或泥岩、強一全風化帶等應對應高感應電壓，完整的花崗岩、石灰岩、砂岩、空的幹溶洞等應對應低感應電壓。
（２）典型不良地質體的評價方法研究①充水或充泥溶洞。ａｔｓｐ對較大溶洞的反映。
充水或充泥溶洞對應部位的縱波速度、泊松比、密度、楊氏靜態模量等引數首先變高，然後變低，這一點與地質雷達相似（見後述），也與理論符合，並在解釋圖上有明顯異常反映。但所反映出的溶洞縱向範圍較大（１５ ｍ左右），由於波長較長和解析度較低的原因ｔｓｐ不能直觀地分辨出溶蝕孔洞、溶蝕裂隙等這些類似的尺寸較小的反射目標。
ｂ地質雷達對溶洞的反映。
作者簡介：鄭鈉（１９８０一），男，廣東陽春人，工程師，研究方向：公路與城市道路。
４４第６期鄭鈉：不良地質體的準確超前預報技術評價模型及評價方法研究總第２０８期
地質雷達對溶蝕孔洞或溶蝕裂隙、溶槽或溶縫、溶洞或
地下暗河所反映出的影象特徵是不同的。另外，對幹的空溶洞與充水、充泥的溶洞的反映也是截然不同的，充水、充泥的
溶洞的雷達回波訊號是顯著衰減的。③瞬變電磁對溶洞的
反映故充水或充泥溶洞應對應高感電壓，空的幹溶洞應對應低感應電壓。
②空洞或未充填溶洞。ａｔｓｐ的反映。
空洞或未充填溶洞中的物質為空氣或真空，在ｔｓｐ的２ｄ成果及有關力學引數反演曲線上對應的縱波速度、泊松比、密度、楊氏靜態模量等引數相對變低。
ｂ地質雷達的反映。
所接收到的雷達回波訊號顯著衰減。
（３）圍岩級別劃分預報①圍岩級別預報方法
ａ根據不同岩性的圍岩的縱波速度所對應的圍岩級別範圍推斷圍岩級別，即相同級別的圍岩，其不同岩性所對應的縱波速度是不同的，縱波速度可通過隧道開挖過程中全程覆蓋式ｔｓｐ（隧道**探測儀）超前探測獲取。
ｂ通過地質雷達超前探測，根據其反射回波幅度的衰減程度、波形組合特徵及掌子面觀測描述等綜合劃分圍岩級別。
溶洞和空洞有著相同似的雷達回波特徵：襯砌背後的空
洞在灰度波形圖上表現為一組弧形強反射波，這組強反射的後面往往還緊跟著一組幅度較低的強反射波（多次反射）。較小的空洞弧形表現明顯，較大的空洞往往呈現出波浪形的強反射或呈亮白色。計算空洞的起止深度時，小的空洞可採用圍岩的電磁波速度或相對介電常數，大的空洞要採用空氣的速度。
判別空洞是要注意排除因天線抖動或脫離襯砌表面所造成的假空洞（可以剔除）。
⑨斷層破碎帶。ａｔｓｐ對斷層破碎帶的反映。
斷層破碎帶所對應的部位的縱波速度、密度、楊氏靜態模量等引數首先變高，然後變低，其實際位置對應於變低部位，泊松比整體變高。這與理論基本相符。如果斷層是發育
石灰岩中，則極有可能發育成為溶洞。
ｂ地質雷達對斷層破碎帶的反映。因斷層破碎帶的破碎程度、風化程度、糜稜岩化、矽化或鈣化程度不同，其雷達影象特徵也有顯著差異。例如，破碎風化較強則雷達訊號衰減強，反之亦然；糜稜岩矽化或鈣化後衰減很弱。
另外波形組合特徵也不同。
④強風化破碎帶。ａｔｓｐ對強風化破碎帶的反映。縱波速度低（顯著低於密度低。
ｂ地質雷達對強風化破碎帶的反映。所接收到的雷達回波訊號強烈衰減。⑤圍岩裂隙水。
ａｔｓｐ對圍岩裂隙水的反映。
由於裂隙發育是不均一的，在隧道縱向上往往呈條帶狀區域性分布，隧道開挖後呈湧水狀、淋水狀或滴水狀。根據ｔｓｐ原理和解釋準則，表現為縱橫波速度比或泊松比的明顯交替變化。圍岩含水時ｔｓｐ所提取的泊松比會出現負值。
ｂ地質雷達對圍岩裂隙水的反映。（上接第４３頁）大，應盡可能在路基形成較長的連續衝碾段進行，不但可以提高衝碾效率，也可避免因過多的「接頭」而影響路基的整體均勻性。另外，衝擊碾壓的邊角及轉彎處時壓實的薄弱環節；對此類衝擊碾壓的低質低效區域，可採用例如高速液壓夯實機等區域性壓實機械進行補充壓實。
（３）因衝擊壓路機的衝擊能量大，路表５０ ｃｍ範圍的土體含水量對沖碾效果影響較大。含水量過大時，容易形成彈簧、翻漿等，故需嚴格控制路表以下５０ ｅｍ內的含水量。另
ｃｔｓｐ和地質雷達探測預報圍岩級別，可單獨使用，也
可綜合使用，相互印證。
②圍岩級別劃分預報指標和要素。
圍岩級別的劃分預報應按以下指標或要素進行。ａ根據現行《公路工程地質勘察規範圍岩級別按彈性波速度（縱波速度）進行劃分。
ｂ一般情況下，未風化的岩石，砂岩縱波速度較低，如泥質或鈣泥質膠結的砂岩一般為矽質膠結的砂岩、變質砂岩、石英砂巖等可達５０００ ｍ／ｓ以上，而花崗岩、花崗片麻岩、石英岩（變質岩）、石灰岩、熔結凝灰岩等的縱波速度可達５ ０００ｍ／ｓ以上，甚至高達６ ０００ ｍ／ｓ以上。
ｃ對於相同級別的圍岩，由於不同岩性的圍岩彈性波（縱波）速度差異較大，所以圍岩級別的劃分不僅要依據縱波速度，還要依據圍岩岩性及其它因素。另外，雖然應用ｔｓｐ探測獲取的圍岩縱波速度值對隧道掌子面前方的圍岩情況有乙個整體的反映，但實際圍岩的地質情況的複雜性和由於受所使用的探測儀器的頻率（解析度）和所能達到的其它技術效能以及現場工作條件、所能達到的工作密度等影響，圍岩彈性縱波速度尚不能夠完全反映出掌子面前方圍岩地質情況的全部細節。３結
語隧道施工超前地質預報工作，以前期的地質工作為基礎，是一項地下、地面補充地質勘探和超前探測的全方位、立體交叉的實用性極高的綜合地質工作。隧道超前地質預報是一項頗具風險性的工作，千萬不能掉以輕心，只有不斷總結，積累經驗，汲取教訓，從工作和技術方法上不斷創新，才能取得高的準確率，降低風險，對施工起到幫助和指導作用。
參考文獻：
［１］李大心．探地雷達方法與應用［ｍ］．北京：地質出版社，１９９４．［２］朱勁，李天斌等．ｂｅａｍ超前地質預報在銅鑼山隧道中的應用
［ｊ］．工程地質學報靳曉光，汪立新等．多波多分量**探測在隧道超前地質預報
中的應用［ｄ］．２００８年全國隧道監控量測與反分析專題研討
會**集
１ｍ的安全距離，橋涵構造物上填土厚度不少於２．５ ｍ。（５）在進行衝擊碾壓施工時要注意安全方面的問題。①考慮到衝擊壓路機行駛速度較快，衝擊碾壓距路肩外邊緣宜保持１ｍ的安全間距。
②出於安全生產的考慮，所採用的這台衝擊壓路機配備了兩名熟練的操作機手，根據實際生產情況，每位機手的上機作業時間均控制在２ ｈ以內，從實際效果來看，機手上機時間不宜過長。
參考文獻：
外，當土體表面含水量較大時，易形成表面推移，與下部土體
產生脫離現象。因此，雨後或表面含水量較大時應採取晾曬或其它措施降低表面含水量，不宜直接用衝擊壓路機進行衝
擊碾壓施工。
（４）衝擊壓路機衝碾過程中，為避免結構物遭到損壞，距結構物１０ ｍ範圍內禁止用衝擊壓路機衝擊碾壓；同時還要控制構造物的安全距離：衝擊壓路機的輪邊與構造物應有
［１］龐國強．衝擊壓路機壓實效果的有限元分析法［ｊ］．機械管理
開發中文清．衝擊壓路機的使用特點及在路面施工中的應用［ｊ］．
工程技術與管理王新增，張勝．ｙｃｔ２０衝擊壓實機在高速公路路基施工中的應
用［ｊ］．中外公路
［４］交通部公路科學研究院．公路工程碾壓應用技術指南［ｍ］．
人民交通出版社。２００９．
［５］沙慶林．公路壓實與壓實標準［ｍ］．人比交通出版社，２００８．４５
超前地質預報方案 jsp
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