Applications of Pre-Geological Prediction in Tunnel Construction

Pre-geological prediction (PGP) is defined as the prediction of engineering geologic condition and hy-drogeological condition certain distance ahead of the working face. The purpose of this paper is to introduce mainlygeologic survey before and in excavation, to clarify their emphasis on PGP. At the same time, the technique is appliedto an engineering case, the longest highway tunnel in Gansu province. Data of geological survey of outside tunnels,sound wave detection, and geologic sketch for both tunnel face and sidewalls within the tunnel are analyzed. Afteranalyzing these data, long-term pre-geological prediction forecasting basic geological conditions of fault 4 such aslithology, scope, location, etc., and short-term and more accurate pre-geological prediction are reported.

钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术研究

为适应我国隧道建设机械化、智能化、无人化发展趋势,围绕钻爆法机械化施工隧道,提出以凿岩台车破岩振动为震源的钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术。针对凿岩台车多震源连续激发带来的地震数据波场混叠、有效信息难以识别问题开展相关研究,提出VMD-SVD-RobustICA三臂混合先导信号分离方法与脉冲反褶积-小波域互相关地震记录重构方法,可实现三臂混合先导信号的分离与有效反射信号的提取。工程实践证明,利用凿岩台车搭载式无线高精度探测装备,该技术可初步实现“边钻边探”,降低预报环节对钻爆法机械化施工隧道正常施工带来的影响。最后,明确该技术目前存在的问题及解决思路。

滇中引水工程隧洞综合超前地质预报分析及应用

针对隧洞施工过程中不同工程地质条件下何种超前地质预报方法预测更为准确、更为适用和单一方法精确度不够、适用性不强的问题,分别介绍了基于地震波法的长距离隧洞超前地质预报技术和基于电磁法的中、短距离隧洞超前地质预报技术原理及特点,依据其工作原理、工作方式、预报距离等特点,探讨了不同超前地质预报方法的优、缺点及其最适用的工作场景,总结出一套实用性强的综合超前地质预报流程。依托滇中引水工程大理Ⅱ段两个隧洞的工程实例,利用所提出的综合超前地质预报流程,分别介绍了结合长距离的隧道地震预报(TSP)法、中短距离的瞬变电磁法和探地雷达法对断层破碎带和裂隙水等不良地质体的综合预报研究。首先,通过长距离预报方法对地质灾害危险程度进行分级、识别高危地段,再通过短距离预报方法对不良地质体进行更精确的识别与定位,综合分析3种超前地质预报方法的地球物理响应特征,可以推断出不良地质体的类型及其空间分布特征;其次,通过探地雷达探测溶蚀波场特征的案例分析,可以推断出溶蚀的物性特征、规模及其空间分布特征。预报结果与隧洞掌子面开挖揭示的结果基本一致,验证了3种超前地质预报方法预报隧洞不良地质体的可靠性,也证实了所提出的综合超前地质预报流程的实用性,有助于指导物探工作者对不良地质体进行更精确的预报,确保隧洞施工安全。

隧道富水断层破碎带突涌预报与工程对策研究

为解决高原隧道断层破碎带易发突泥冒顶灾害的问题,采用现场调查、地面物探、洞内地震波反射法、瞬变电磁法、超前钻孔等超前地质预报方法,推广洞内物探三维分析,对富水断层破碎带突泥灾害特征、超前地质预报综合成果和工程应对加固措施进行研究。结果表明:三维物探成果能快速精准查明富水破碎带空间形态,成果直观,有效指导风险判识和工程处置措施;对富水断层带预报应充分结合勘察期成果,宏观初判断层分布特性,洞内采用物钻结合、长短结合的方法;首次提出按照“探明破碎带规模形态,查明破碎带物质组分性状,观测地下水特征变化情况”的思路,研判突泥涌水风险;施工处置应按照“探泄结合,先固后进,回堵再泄”的总体原则有序开展。研究成果和手段可为类似突涌灾害超前地质预报和工程应对措施提供参考。

高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像

准确提取隧洞掌子面前方岩体的纵波速度信息并对异常地质体构造进行准确成像是提高地震波法超前地质预报精度的关键。时间域全波形反演(full waveform inversion, FWI)技术可以实现对掌子面前方岩体纵波速度的高精度建模;将FWI结合互相关目标函数,可以解决隧洞中不同炮孔能量不均对反演结果的影响,并提高反演算法的抗噪性;结合隧洞地震数据混合震源编码策略,可以显著提高FWI计算效率;利用FWI提供的准确速度模型,进行基于双向照明补偿互相关成像条件的逆时偏移(reverse time migration, RTM),可以实现对异常地质构造的精准成像。通过多种隧洞常见地质体模型的数值试验验证了高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像方法的有效性,并为实际隧洞工程应用提供了理论支撑。

瞬变电磁法和地震反射波法在不良地质洞段超前地质预报中的应用

物探方法是超前地质预报的主要手段,通过不良地质体与围岩物性参数差异,及时发现和预测地质条件的变化。较完整一完整围岩岩体物性参数与不良地质体物性参数存在较明显差异,有利于分辨出不良地质体;但是在地质条件差洞段的不良地质体与围岩岩体物性参数差异极小,不利于分辨出不良地质体,使得岩体质量情况和地质灾害风险预报难度极大。本次采用瞬变电磁法与地震反射波法的综合物探法,在滇中引水工程大理Ⅱ段Ⅴ_(特)类岩体开展专项超前地质预报工作,主要利用岩体视电阻率、应力梯度、纵波波速、横波波速等参数对未开挖段岩体质量和可能存在的地质灾害风险进行预测。创造性地通过“日进尺”这一指标间接对开挖岩体破碎程度进行评价,经对比,预报成果中符合长度占实际开挖过程中问题段长度的85.1%,预报结果与开挖成果较为吻合;此外,对坍塌失稳段、突泥涌水段也有明显反映,为该方法组合在不良地质洞段超前地质预报中的应用提供了借鉴。

基于地质雷达的隧道超前地质预报技术应用研究

日益增多的山岭隧道多处于复杂工程地质条件的地区,以我国西南地区尤甚.在山岭隧道的勘查和施工过程中,常伴随着岩体破碎、岩溶、岩爆、煤层瓦斯和采空区等特殊工程地质问题单独或者交错出现,带来严重安全隐患,耽误工程进度.超前地质预报是山岭隧道施工过程中有效避免此类工程地质问题不可或缺的重要手段之一.本文在简要论述了华蓥山隧道地质条件的基础上,采用地质雷达探测掌子面与开挖掌子面验证相结合的方式,对比分析了山岭隧道施工中超前地质预报技术的应用成效,并进一步提出相应的施工建议.

超前地质预报技术在岩溶隧道中的对比应用

特长可溶岩隧道中岩溶和水文地质条件复杂多变,规律性较差,盲目施工易造成突泥、突水及坍塌等事故,有效的超前地质预报为隧道安全掘进提供重要保障,目前尚无一种能独立解决各类地质问题的预报手段。本研究以中老铁路曼勒一号隧道为背景,以地质调查为基础,采用TSP、地质雷达、瞬变电磁及超前水平钻探等方法,对DK446+465~DK448+580段岩溶和地下水发育情况进行了预报,基本探明了预报段地质情况。同时,对各类预报方法进行了分析对比研究,希望为其他岩溶隧道的超前地质预报工作提供一定的借鉴参考。

基于CiteSpace的隧道超前地质预报研究进展与趋势

隧道工程因其能够利用地下空间,避免占用宝贵的地上土地资源,并能缩短运输距离,提高交通运输效率,在现代城市发展和交通基础设施建设中扮演着极为重要的角色。然而,隧道施工过程中常遇到的复杂地质问题,通常会导致工程延期、超支,甚至出现安全事故。为确保隧道施工的进度、质量和安全,降低工程风险和成本支出,开展隧道超前地质预报研究并探讨发展趋势尤为必要。采用CiteSpace软件,通过知识图谱可视化分析方法,对隧道超前地质预报核心文献进行深入挖掘,以全面呈现该领域的研究现状、发展历程、前沿热点等信息,为隧道超前地质预报理论研究与工程实践提供有价值的参考。

TSP结合TEM在风险围岩隧道超前地质预报中的应用

为了排查隧道施工过程中潜在的地质风险、指导隧道安全开挖掘进,针对某高速铁路风险围岩隧道浅埋段和可溶岩段,利用TSP和TEM两种方法开展超前地质预报。TSP预报可对掌子面前方围岩状况进行远距离宏观预测,能划定断层、破碎带、地下水等不良地质体的位置和大致规模;TEM预报可在掌子面附近开展多角度、多方位测量,能判定开挖面前方一定空间范围内不良围岩特征,特别是地下水、岩溶的分布及规模。研究表明,TSP震波对应的负反射和低速异常突出反映围岩岩性变化及岩体破碎程度,依据纵、横波速起伏特征可大致判定地下水发育情况;TEM低阻异常直观体现围岩富水状态,并可推测岩溶发育及分布状况,视电阻率阻值变化密集区对应了围岩岩体破碎。研究结果表明,采用两种或多种方法结合开展综合预报,可提升预报结论的准确度和可靠度,TSP结合TEM成功预报的应用实例可为类似风险围岩隧道的超前地质预报提供参考和借鉴。

地质雷达在金矿巷道超前预报中的应用研究

地质雷达是一种利用电磁波反射法的地球物理勘探方法,探测深度约几十米以内,被广泛应用于工程地质勘查、岩溶裂隙探测、桩基检测、坝体检测、矿山井巷道超前探测等。地质雷达工作效率高,与高密度电法相比,不受接地电阻的影响,可以弥补高密度电法在特殊场景的不足。

土压平衡盾构掘进高瓦斯水工隧洞的HSP法超前地质预报

针对土压平衡盾构法掘进高瓦斯隧洞的超前地质预报技术难题,在讨论隧洞开挖方法与瓦斯潜在逸散的基础上,采用HSP预报方法进行高瓦斯盾构掘进施工超前地质预报。结果表明:HSP通过盾构破岩土震源可以获得较好的围岩强反射区域信号,对掌子面前向100 m、径向2倍洞径范围内的断层破碎带、溶洞、软弱夹层、孤石(规模均为等效直径≥2 m)探测准确率≥80%,异常体定位误差≤3 m;通过综合预判前方地质构造及瓦斯状态,进而确定选取常压作业开仓检查及换刀的位置,大幅降低了开仓检查和换刀作业风险,为久隆水库关门山充水隧洞奠定了安全基础,也可为今后类似工程提供借鉴。

华蓥山隧道穿越急倾斜煤层采空区施工方案及应用效果

以华蓥山隧道穿越高顶山煤矿采空区为工程背景,研究了复杂采空区隧道施工的勘察技术和开挖支护方案,建立了隧道穿越急倾斜煤层采空区三维数值计算模型,分析了隧道结构的安全性,结合现场应用评价了隧道穿越急倾斜煤层采空区施工技术。研究表明:1)超前地质钻探能准确判断煤层采空区的空间位置、有害气体以及充填情况,可指导隧道开挖施工风险预测;2)在采取超前大管棚和帷幕注浆加固措施后,隧道穿越采空区施工过程中围岩整体较稳定,未出现掉块、坍塌等现象,施工顺利完成。

超前地质预报在隧道施工中的应用研究

隧道工程地质条件具有复杂性和不可见性,隧道施工安全问题愈加引发关注。超前地质预报是保证隧道施工安全的重要环节和技术保障,可准确掌握隧道开挖前方地质状况,最大限度避免隧道地质灾害发生。文章以东沟隧道为研究案例,采用地质调查法、TSP法和地质雷达法,综合分析物探成果,预报隧道施工前方地质情况及围岩级别,为后期施工安全、设计变更提供物探依据,指导施工设计,保障施工安全。

综合超前地质预报技术在格莱村隧道中的应用

随着我国西南地区岩溶隧道建设数量的逐年增加,隧道施工过程中经常遇见坍塌掉块、突水涌泥等病害,给隧道施工造成了较大的困扰。因此,利用地质调查法、地质雷达法、地震波反射法、超前钻探法、综合预报法相结合的综合超前地质预报技术,对格莱村隧道掌子面前方及洞周影响范围内的工程地质特性和水文地质条件进行勘探,以确保岩溶隧道施工安全。结果表明:格莱村隧道综合超前地质预报效果良好,充分发挥了各超前地质预报方法的优势,提高了超前地质预报的精准度,有效预防了坍塌、掉块、突水、突泥等地质灾害的发生,降低了岩溶隧道的施工风险。

综合物探技术在引水隧洞工程超前地质预报中的应用

由于各种超前地质预报方法都存在一定的局限性,选择适宜的超前地质预报方法及地表探测方法相组合,可以提高超前地质预报的精确性与经济性。通过分析常用的超前地质预报方法及地表探测方法的优缺点,判断其适用范围,并在某引水工程实例中,根据其施工特点,洞内采用地震波法和激发极化法,洞外采用大地电磁法的长短结合、内外结合的探测方案,准确预报了掌子面前方80 m内的破碎、含水岩体及80~350 m的含水背斜构造,指导施工,有效避免了相关风险,提高了超前地质预报的精确性与经济性,可为综合探测方案的选择提供参考。

沙特NEOM隧道项目地震波法超前地质预报技术

沙特NEOM隧道项目采用钻爆法施工,采用超前水平钻探法进行地质预报。该项目工期要求非常紧张,如何优化施工工序、缩短每循环时间,是项目面临的一大挑战。隧道采用三臂台车超前钻孔时,钻进速度慢,容易出现跑钻、卡钻现象。为了进一步缩短时间,提高超前地质预报质量,经比选,最终考虑采用地震波法替代超前水平钻探法,缩短超前钻孔在每循中占用的时间约0.5h。同时,通过对地质素描、超前水平钻孔及地震波法预报结果进行对比分析,证明了采用地震波法超前地质预报方案可行。采用超前水平钻探法、地震波法相结合的预报方法,辅以地表地质调查、洞内地质素描,能够极大提高隧道内不良地质的分布及地下水的预测精度。

复杂条件下盾构隧道长距离穿越危桥关键控制技术

乌鲁木齐市某地铁区间盾构隧道长距离顺穿人民路立交桥及河滩快速路,人民路立交桥评定为危桥。以隧道内盾构掘进过程中盾构参数、出渣量、同步注浆、二次注浆为主要技术控制措施,以隧道外地质超前预报、土体预加固、桥梁预支顶、自动化监控量测为辅助技术措施进行控制,分析不同穿越阶段桥梁及路面变形。分析结果显示,所采取的技术措施能有效控制盾构掘进不同阶段对建筑物及地面的影响。

沙特NEOM隧道项目Q系统围岩分类及支护体系研究

沙特NEOM隧道支洞项目采用挪威法施工,依据地质素描判定的Q值划分围岩类别,确定工程所需的支护结构参数。在对Q系统围岩分类法的各项参数及计算方法进行详细分析的基础上,从超前预测、掌子面判定、隐蔽工程记录等方面,形成了“超前探孔-地质素描-TDMS隧道文件管理系统”的地质工作流程;同时,应用Q系统分类法划分围岩支护等级、选取相应支护参数,当围岩等级较好时可主要使用注浆锚杆+喷射混凝土的支护方式,当围岩等级较弱时,还需要借助格栅钢架/型钢钢架+钢筋网片的方式确保支护体系的安全。

强风化花岗岩超大断面隧道突水突泥灾害预防措施研究

隧道穿越强风化花岗岩地层时,易发生突水突泥等灾害,严重影响隧道施工安全。以厦门第二西通道工程为研究对象,通过采用超前地质预报手段对不良地质进行预测,其中BZK15+270—BZK15+300区段处于透水性强、自稳能力差的碎块状强风化花岗岩地层。针对隧道穿越F6风化槽的施工难点,提出长管棚和半断面帷幕注浆联合的支护方式,并根据检查孔状态、注浆量、注浆压力及注浆率验证帷幕注浆措施的有效性。