隧道施工期主要地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測

1、第 隧道施工期主要地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測論文導(dǎo)讀：隧道施工期常見的地質(zhì)災(zāi)害。塌方。突水。瓦斯。巖爆。塌方，隧道施工期主要地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測。關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害，塌方，突水，瓦斯，巖爆 1前言 國內(nèi)外隧道工程的實(shí)踐表明，制約隧道建設(shè)的主要因素是地質(zhì)災(zāi)害及伴生的地質(zhì)環(huán)境問題。盡管施工前進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘察工作，但由于當(dāng)前勘察技術(shù)手段和方法技術(shù)的限制，加上地質(zhì)體的復(fù)雜多變，期望在施工前完全查明工程巖體的狀態(tài)、特性，準(zhǔn)確地預(yù)測隧洞施工中可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、性質(zhì)和規(guī)模是十分困難的。因此，世界各國隧洞工程界都十分重視施工期間的超前預(yù)報(bào)工作。 施工階段的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測是在施工前地質(zhì)預(yù)測所提供資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。它直接為

2、施工、支護(hù)和處理服務(wù)，也可稱為臨陣預(yù)測。施工過程中，開挖面（掌子面）前方的地質(zhì)預(yù)測是實(shí)時(shí)的、動態(tài)的?？萍颊撐?，塌方。施工階段的地質(zhì)預(yù)測不但包括業(yè)已存在的地質(zhì)現(xiàn)象（靜態(tài)的），還包括了因開挖引起地質(zhì)狀況的演化（動態(tài)的）。因而更為復(fù)雜和困難。1 2隧道施工期常見的地質(zhì)災(zāi)害 （1）塌方 塌方是隧道隧洞施工中最經(jīng)常出現(xiàn)的重大地質(zhì)災(zāi)害，約占各類重大地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)機(jī)率80以上，因此，塌方是隧道隧洞施工地質(zhì)災(zāi)害防范的重點(diǎn)。引起隧道塌方的直接原因主要有工程地質(zhì)條件、地下（表）水、支護(hù)措施、爆破擾動等。3 （2）突水 突水是隧道施工中僅次于塌方的最常見的地質(zhì)災(zāi)害之一,特別在我國降雨量較大地區(qū)施工的隧道更為常見。造成

3、突水最為常見的不良地質(zhì)是斷層(斷層裂隙水)、大型溶洞和暗河(巖溶水)，煤系地層中的采空區(qū)(老窖積水)和金屬、非金屬礦山老積水。科技論文，塌方。隧道工程中突水必須具備的兩個(gè)基本條件是：有充足的水源；水源和隧道之間有順暢的、足夠大的通道。 （3）瓦斯 一般瓦斯指的是甲烷(CH4)，又稱沼氣。它是一種無色、無味、無臭、無毒的氣體，比重0.554，比空氣輕，因此常常聚集在隧洞的頂部?？萍颊撐模?。瓦斯本身并不助燃，但當(dāng)與空氣混合到一定程度，并遇火源的時(shí)，就能燃燒或爆炸。隧道工程遇到的瓦斯多出現(xiàn)在煤系地層。它在空氣中達(dá)到一定的濃度，遇見明火就會發(fā)生猛烈的爆炸。施工中處理不當(dāng)極易發(fā)生瓦斯爆炸事故。瓦斯的

4、涌出可分為普通涌出和特殊涌出兩種形式。 （4）巖爆 巖爆也是影響隧道施工的一種地質(zhì)災(zāi)害。它本質(zhì)上是巖體中積累的高彈性應(yīng)變能，因地下工程的開挖，破壞了原有地應(yīng)力的平衡，并在隧道隧洞兩壁或拱頂某些部位產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，當(dāng)其超過了巖石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，高彈性應(yīng)變能突然釋放，巖體急劇破壞而產(chǎn)生的一種施工地質(zhì)現(xiàn)象。 3隧道超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)方法 隧道超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)方法可根據(jù)預(yù)報(bào)距離或探測原理分類。按照預(yù)報(bào)距離可分為長距離和短距離超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)兩類。長距離超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)采用的預(yù)報(bào)方法主要有工程地質(zhì)調(diào)查法、斷層參數(shù)預(yù)測法和TSP等儀器探測法。短距離超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)又稱為跟蹤預(yù)報(bào)，是長距離超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)的深

5、化和印證?？萍颊撐模?。其主要的預(yù)報(bào)方法有掌子面編錄預(yù)測法、地質(zhì)雷達(dá)法等。 按照探測原理可分為直接法、間接法及其它方法。直接法有地質(zhì)法和鉆孔探測法。間接法亦稱物探法，主要有隧道地震超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)(TSP)、水平聲波剖面(HSP)法、陸地聲納法、地質(zhì)雷達(dá)(GPR)法和紅外探水法等。其它方法有超前導(dǎo)坑法、斷層參數(shù)預(yù)測技術(shù)和掌子面地質(zhì)編錄預(yù)測法等。 4隧道施工期地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測 隧道施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)工作既是修正和完善前期地質(zhì)勘察工作成果的一種手段，又是地下工程信息化施工和新奧法施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)2。超前預(yù)報(bào)主要是加強(qiáng)施工期間的地質(zhì)工作，是在開挖之前，除根據(jù)開挖時(shí)揭露出來的實(shí)際地質(zhì)情況，校正補(bǔ)充地

6、勘時(shí)未能查到的資料外，還要根據(jù)這些成果資料，分析推斷掌子面前方的地質(zhì)情況，是否存在前期勘察時(shí)沒有查到的不良地質(zhì)體，以便預(yù)先采取措施。 4.1隧道塌方的預(yù)測 引起塌方的主要不良地質(zhì)有斷層破碎帶、巖溶陷落柱。斷層破碎帶塌方的判斷和警報(bào)，主要包括斷層破碎帶塌方影響因素的正確分析、斷層破碎帶圍巖級別的準(zhǔn)確鑒定和塌方即將發(fā)生前兆的及早發(fā)現(xiàn)。 1、影響斷層破碎帶塌方的地質(zhì)因素主要有：斷層上下盤巖性和巖石力學(xué)性質(zhì)、斷層的力學(xué)性質(zhì)、斷層復(fù)合與復(fù)合特征、斷層破碎帶厚度、斷層破碎帶物質(zhì)組成和固結(jié)程度、斷層破碎帶的圍巖結(jié)構(gòu)，斷層破碎帶的產(chǎn)狀及其與隧道的空間關(guān)系、地下水、地應(yīng)力影響共8個(gè)方面。 2、斷層破碎帶圍巖級別

7、的評定 斷層塌方的監(jiān)測與警報(bào)，必須在斷層識別和影響斷層塌方地質(zhì)因素分析的基礎(chǔ)上，落實(shí)到斷層塌方判斷的終極目標(biāo)即對斷層破碎帶圍巖級別的準(zhǔn)確評定上。 3、塌方即將發(fā)生前兆的及早發(fā)現(xiàn) 大規(guī)模塌方的臨近前兆主要有： (1)頂板巖石開裂，裂縫旁有巖粉噴出或洞內(nèi)無故塵土飛揚(yáng)； (2)支撐拱架變形或發(fā)生聲響； (3)拱頂巖石掉塊或裂縫逐漸擴(kuò)大； (4)干燥圍巖突然涌水等。 發(fā)現(xiàn)上述征兆，立即采取緊急處理措施?？萍颊撐?，塌方。 4.2隧道突水的預(yù)測 隧道隧洞突水的監(jiān)測主要是查明地下水源體(溶洞、暗河、老窖、老崆和大型斷層破碎帶)的位置和地下水源體的性質(zhì)，判斷突水的可能性并及早發(fā)出警報(bào)。 發(fā)生突水可能性的判斷與

8、警報(bào)，主要依據(jù)臨近各種水源體前兆和具體的涌水量測量來實(shí)現(xiàn)。 臨近各種水源體前兆如下： (1)臨近斷層水源體前兆 各種臨近斷層的前兆 下盤泥巖、頁巖等隔水巖層明顯濕化、軟化或出現(xiàn)淋水現(xiàn)象。 其他水流痕跡的出現(xiàn)。 (2)臨近大型溶洞水體前兆 臨近各種水源體前兆出現(xiàn)較多的鐵銹染或夾泥的裂隙。 小溶洞出現(xiàn)的頻率增加。 (3)臨近暗河前兆 出現(xiàn)大量鐵銹染裂隙或小溶洞。 大量出現(xiàn)的小溶洞含有河沙。 鉆孔中的涌水量劇增，且夾有泥砂或小礫石。 (4)臨近老窯積水的前兆(老崆積水與其相似) 煤壁或頂板滲出水珠，或出現(xiàn)煤層發(fā)潮松軟。 頂板淋水或底板涌水。 煤層中出現(xiàn)暗紅色水銹或滲水中掛紅。 掌子面空氣變冷或發(fā)生霧

9、氣。 有嘶嘶的水聲。 4.3隧道瓦斯的預(yù)報(bào) 瓦斯預(yù)報(bào)主要包括兩個(gè)方面:瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測和可能的瓦斯溢出部位探測.對于瓦斯溢出部位的預(yù)報(bào)，應(yīng)從瓦斯產(chǎn)生、儲存及運(yùn)移環(huán)境等進(jìn)行分析,以地質(zhì)法為基礎(chǔ)、以物探為主要手段,結(jié)合超前鉆探和瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測相結(jié)合的綜合方法進(jìn)行瓦斯地質(zhì)預(yù)報(bào)。 (1)地質(zhì)法是最基本、最簡單、最直接的預(yù)報(bào)方法，主要包括地表及洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查、瓦斯整體地質(zhì)分析預(yù)測法、隧道開挖掌子面地質(zhì)素描和鉆孔、鉆孔探測法等。 (2)物探方法很多，如地震法、TSP系統(tǒng)、HSP聲波反射法、電磁波反射法、電法等，它們各有其適用條件和優(yōu)、缺點(diǎn)。根據(jù)隧道的地質(zhì)條件，文獻(xiàn)3確定以地質(zhì)法為基礎(chǔ)、以HSP聲波反射法為主要手

10、段，結(jié)合超前鉆探和瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測相結(jié)合的綜合方法實(shí)施該隧道瓦斯地質(zhì)預(yù)報(bào)，其措施：采用地質(zhì)素描和超前鉆孔實(shí)施掌子面瓦斯觀測；采用HSP聲波反射實(shí)施掌子面前方的斷層、破碎帶預(yù)報(bào)；選用專用的瓦斯檢測儀監(jiān)測瓦斯?jié)舛取?4.4隧道巖爆的預(yù)測預(yù)報(bào) 在工程實(shí)踐中，巖爆的預(yù)測，一般在工程勘測階段進(jìn)行，但巖爆的預(yù)報(bào)，則是在預(yù)測的基礎(chǔ)上要求進(jìn)一步提供巖爆發(fā)生的地點(diǎn)、量級和時(shí)間的準(zhǔn)確信息，以保證工程的安全和經(jīng)濟(jì)。巖爆的預(yù)測帶有定性分析，而巖爆的預(yù)報(bào)則是定量分析，這兩者是各自獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)的不同的工作階段。在巖爆預(yù)測階段，最重要的是建立巖爆的判別準(zhǔn)則，目前有以下幾種方法： (1)地質(zhì)力學(xué)宏觀分析法 利用地質(zhì)力學(xué)原理、

11、分析區(qū)域構(gòu)造發(fā)展史，推斷巖體中近代構(gòu)造應(yīng)力場，再結(jié)合少量巖體應(yīng)力量測結(jié)果，綜合判斷初始應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向和量級，以此預(yù)報(bào)巖爆的可能性。 (2)巖石強(qiáng)度與應(yīng)力對比法 巖爆是圍巖應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度而發(fā)生的一種脆性破壞現(xiàn)象，因此，可以用強(qiáng)度應(yīng)力比來估計(jì)發(fā)生巖爆的可能性。 針對不同的巖爆現(xiàn)象，不同學(xué)者分別提出了不同的理論和預(yù)測方法，如強(qiáng)度理論、剛度理論、能量理論、失穩(wěn)理論、斷裂損傷理論、擴(kuò)容理論、突變理論、分叉理論、表面失穩(wěn)理論等，以及數(shù)值分析方法、模糊數(shù)學(xué)綜合評判方法、分形幾何方法、聲發(fā)射法、地震法、位移測試法等。盡管理論很多，提出了各種各樣的巖爆判據(jù)，但由于巖體本身的復(fù)雜性和各種環(huán)境因素的影響，使得巖爆的預(yù)測難以滿足設(shè)計(jì)需要，探討一種新的有效的預(yù)測方法是很有必要的。3 5小結(jié) 隧道超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)是隧道施工中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。有效的隧道超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)將保證施工安全。盡管隧道施工超前預(yù)報(bào)已引起國內(nèi)外隧洞工程界的重視，也做了許多卓有成效的工作，但到目前為止還沒有一套系統(tǒng)的普遍適用的方法，國內(nèi)外隧道工程的重大地質(zhì)災(zāi)害仍時(shí)有發(fā)生。因此，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)開挖前方的地質(zhì)條件是隧道建設(shè)者們的迫切要求，二十世紀(jì)八十年代以來世界各國都把這類問題列為重點(diǎn)研究課題。科技論文，塌方。但是隧洞施工超前預(yù)