超前地质预报在凉风垭隧道工程中的应用

１　前　言
　　目前，国内隧道施工己基本形成施工期地质超前预报的良好程序，从渝怀铁路圆梁山隧道开始，工程界已逐步将地质超前预报纳入特长隧道施工的必要工序。在渝黔复线凉风垭隧道工程的实践中，我们采用了以地质预测法为主要方法，以TSP203超前地质预报系统、红外线探水、地质雷达等主要手段，对该工程进行了超前地质预报，取得了较好的效果。
　　2　工程概况
　　渝黔线复线凉风垭隧道起讫里程DK52+496.11～DK54+945.11，隧道全长2449m。隧道工程的地质问题主要有：岩溶、岩溶水、堆积体、断层破碎带等。凉风垭隧道穿越5个断层，其中F2断层距线路较远，对隧道影响不是很大，但其它F1、F3、F4、F5四个断层岩层破碎，且导水性好，施工中易遭遇灾害性的突泥、突水和诱发地面岩溶塌陷及地表水枯竭的环境地质灾害。这将给隧道施工带来高风险，稍有不慎，有可能引起重大安全事故。因而凉风垭隧道施工成功的关键，就是防风险、治风险、化解风险，故超前地质预报的准确性对于隧道施工的安全保障极为重要。
　　3　凉风垭隧道的主要超前地质预报方法及手段
　　3.1　概　述
　　工程地质预测法是工程地质技术人员根据设计地质图纸、现场地质纪录，运用工程经验和地质知识进行分析、预报地质的一种方法。此法的关键在于工程地质工程师的经验丰富和现场详细的地质纪录和物探资料。根据设计给出的隧道地质条件说明资料，认真分析隧道的地质断面图、平面图，掌握隧道的地质特点和水文特点，进行长距离，宏观预报各段隧道可能出现的不良地质情况。
　　3.2　凉风垭隧道工程超前地质预报流程图
　　见图1：《凉风垭隧道工程超前综合地质预报体系流程图》
　　3.3　凉风垭隧道工程采用的超前地质预报预测方法及实施
　　见表1：《施工地质超前预测预报方法》
　　3.3.1　TSP203地质预报系统实施
　　TSP203系统在围岩较好地段可测出前方100～200m范围内的岩层分界面、岩层的物理性质、断层等，围岩完整性较差时，预测范围在50～100m之间。
　　钻孔：在距离工作面50m处钻深度为1.5m的孔，布置传感器；自工作面起，每隔1.5m钻孔一个，钻孔深度为1.5m，最后一个孔与传感器的距离大于20m。所有钻孔的高度尽可能的在同一标高线上。
钻孔完毕后，逐个测量孔的深度和倾斜度，并作好纪录。
　　埋设传感器杆：埋设传感器前，先清孔，清除孔底虚碴，放入环氧树脂药卷，插入传感器套杆，用钻带动其钻动，保证环氧树脂药卷充分搅拌。待传感器杆固定后，插入传感器，注意传感器方向朝向掌子面。
　　连线检查：把传感器、检波器（电脑）、起爆器、同步器连接起来，并检查其是否正常工作，注意此时起爆器不得与雷管相连。
　　测量时间：测量时间选在施工交接班时间，要求工作面800m范围内不得有机械作业和作业人员作业，作业前与现场施工员联系，以确定停工时间，此时准备好爆破药卷、电雷管等。
　　装药爆破：由最里边炮孔开始，逐个依次装药联线，起爆器起爆，装药量根据围岩情况，一般控制在50～80g左右，围岩较差时，可加大，但不能超过100g。
　　恢复施工：爆破一结束，马上可以恢复施工，一般停工时间在45min左右。
成果分析：采用TSP203自带的软件分析系统，剔除一些明显的干扰波，软件自动分析，自动生成图表，反映前方围岩的物理特性，岩层分界线、软弱带、断层的位置等信息。
　　在本标段施工中，TSP203系统在隧道全长范围内按每100m段进行预测。
　　3.3.2　红外线探水
　　HY-303型红外线探水仪可预测掌子面前方20～30m范围内的地下水情况。
　　操作方法：进入探测地段时，首先沿隧道一个壁，以5m点距用粉笔或油漆标好探测顺序号，一直标到终点，或者标到掘进面处。在掘进面处，首先对断面前方探测，在返回的路径上，每遇到一个顺序号，就在隧道中央，分别用仪器的激光器打出红色光斑，使之落在左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置，并扣动仪器扳机分别读取探测值，并作好纪录。然后转入下一序号点，直至全部探完。
　　把探测数据输入计算机后，由专用软件绘成顶板探测曲线、底板探测曲线、两壁探测曲线。根据探测曲线可以很明了的预报出前方地下水的情况。在本标段施工中，隧道全长每20m采用红外线探水仪探测一次，在断层和暗河地段，适当加密探测频次。
　　3.3.3　地质雷达
　　当TSP203系统预报前方有溶洞、暗河水体、岩层层面等不良地质时，其规模、形态需要具体了解，就需要用地质雷达进行探测。
　　隧道在遇到暗河、溶洞时，使用地质雷达，在溶岩发育地段，对隧道周壁采用地质雷达探测，预报隧道周围的暗河和岩溶形态。
　　3.3.4　超前钻孔预测
　　当TSP203系统预报前方有断层、空洞、岩层层理明显时，采用MGY-80和MGY-100A锚固钻机进行超前探孔、XY-2岩芯钻机取芯。
　　本隧道断层破碎带、岩溶及暗河分布在不同地段，地质条件十分复杂。采用钻孔预测时采取以下方法：钻孔深度以30m为限，30m以内出现异常情况时，按预定方案实施，钻孔出