開挖前對地質(zhì)情況的了解,對于隧洞建設(shè)有著十分重要的作用。通過超前預(yù)報(bào),及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況,預(yù)報(bào)掌子面前方不良地質(zhì)體的位置、產(chǎn)狀及其圍巖結(jié)構(gòu)的完整性與含水的可能性,為正確選擇開挖斷面、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù),并為預(yù)防隧洞涌水、突泥、突氣等可能形成的災(zāi)害性事故及時(shí)提供信息,使工程單位提前做好施工準(zhǔn)備,保證施工安全,同時(shí)還可節(jié)約大量資金。所以隧洞超前預(yù)報(bào)對于安全科學(xué)施工、提高施工效率、縮短施工周期、避免事故損失、節(jié)約投資等具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

    隧洞施工超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容一般包括:

    ①不良地質(zhì)預(yù)報(bào)及災(zāi)害地質(zhì)預(yù)報(bào):預(yù)報(bào)掌子面前方一定范圍內(nèi)有無突水、突泥、巖爆及有害氣體等,并查明其范圍、規(guī)模、性質(zhì),提出施工措施或建議;
    ②水文地質(zhì)預(yù)報(bào):預(yù)報(bào)洞內(nèi)突涌水量的大小及其變化規(guī)律,并評價(jià)其對環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)的影響;
    ③斷層及其破碎帶的預(yù)報(bào):預(yù)報(bào)斷層的位置、寬度、產(chǎn)狀、性質(zhì)、充填物的狀態(tài),是否為充水?dāng)鄬,并判斷其穩(wěn)定程度,提出施工對策;
    ④圍巖類別及其穩(wěn)定性預(yù)報(bào):預(yù)報(bào)掌子面前方的圍巖類別與設(shè)計(jì)是否吻合,并判斷其穩(wěn)定性,隨時(shí)提供修改設(shè)計(jì)、調(diào)整支護(hù)類型、確定二次襯砌時(shí)間的建議等;
    ⑤預(yù)測隧洞內(nèi)有害氣體含量、成分及動(dòng)態(tài)變化;

    隧洞施工超前預(yù)報(bào)分類

    如何對隧洞施工超前預(yù)報(bào)合理分類,目前國內(nèi)外尚未見到系統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)。但超前預(yù)報(bào)分類的必要性是顯而易見的:
    ①正確的分類是制定有關(guān)規(guī)程、細(xì)則或指南所需要的;
    ②正確的分類有利于把超前預(yù)報(bào)納入施工計(jì)劃和管理的全過程;
    ③正確的分類有利于指導(dǎo)科研立題及其管理。

    根據(jù)隧洞施工超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容和目的以及實(shí)際預(yù)報(bào)中的作用,結(jié)合我國隧洞施工超前預(yù)報(bào)的客觀實(shí)際,以下簡要介紹隧洞施工超前預(yù)報(bào)分類的初步設(shè)想。

    1 按預(yù)報(bào)的作用劃分

    ⑴ 常規(guī)預(yù)報(bào):是勘測設(shè)計(jì)階段地質(zhì)工作的繼續(xù),也是隧洞施工的一個(gè)作業(yè)過程。其目的是結(jié)合施工進(jìn)程,收集地質(zhì)資料,判斷圍巖類別,了解掌子面前方短距離內(nèi)的工程地質(zhì)條件,為正確選擇斷面大小、襯砌類型、施工方法和支護(hù)設(shè)計(jì)或修改施工設(shè)計(jì)等提供依據(jù),其成果可作為隧洞竣工后維修養(yǎng)護(hù)參考。該預(yù)報(bào)是短距離預(yù)報(bào)的主要任務(wù),目前已有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。多以地質(zhì)素描為主,配合簡單的物探測試了解掌子面前方地質(zhì)條件。常規(guī)預(yù)報(bào)應(yīng)以施工單位為主,作定量預(yù)報(bào)、并結(jié)合施工進(jìn)行,預(yù)報(bào)時(shí)盡量不占或少占施工作業(yè)時(shí)間。
    ⑵ 成災(zāi)預(yù)報(bào):隧洞施工中的地質(zhì)災(zāi)害,是指隧洞施工過程中因前方地質(zhì)條件的突然變化,導(dǎo)致施工失去控制的非常事件。該事件可引起人員傷亡、機(jī)械設(shè)備失效并嚴(yán)重破壞、甚至被迫長時(shí)間停工,致使工程部門蒙受重大的經(jīng)濟(jì)損失。隧洞地質(zhì)災(zāi)害主要有大規(guī)模塌方、涌水、涌泥、涌石、巖爆、瓦斯等。成災(zāi)預(yù)報(bào)是對可能的災(zāi)害性地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào),以指導(dǎo)隧洞施工中的防災(zāi)和減災(zāi)工作。該預(yù)報(bào)是中、長距離預(yù)報(bào)的主要任務(wù),是為隧洞施工戰(zhàn)略決策服務(wù)的。對可能成災(zāi)的地質(zhì)條件,應(yīng)從設(shè)計(jì)和施工方法上考慮特殊對策,否則可按常規(guī)預(yù)報(bào)進(jìn)行。成災(zāi)預(yù)報(bào)應(yīng)由設(shè)計(jì)、科研、施工單位組成專家小組,采用地質(zhì)、物探綜合分析法進(jìn)行定性和定量預(yù)報(bào),并視工作需要占用部分施工作業(yè)時(shí)間。
    ⑶ 專門預(yù)報(bào):對特殊地質(zhì)問題進(jìn)行預(yù)報(bào),如膨脹巖、侵蝕性地下水、高地溫、巖溶等。這些特殊地質(zhì)條件,常常使施工陷入困境或破壞隧洞襯砌,如果處理不及時(shí)或處理失當(dāng),甚至可能釀成大的地質(zhì)災(zāi)害?梢,專門預(yù)報(bào)也是隧洞施工預(yù)報(bào)的重要內(nèi)容之一。該預(yù)報(bào)應(yīng)由設(shè)計(jì)、科研和施工部門組成專門小組,采用綜合手段作定性和定量預(yù)報(bào)。

    2 按距掌子面的距離劃分

    隧洞施工超前預(yù)報(bào)距離與隧洞施工速度和工程實(shí)際需要密切相關(guān)。結(jié)合我國隧洞開挖技術(shù)水平和快速施工要求,按掌子面前方距離可分為三類:
    ⑴ 短距離預(yù)報(bào):0~15m.就我國目前快速施工的水平,一般采用鉆爆與TBM相結(jié)合的方法。一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺約2~3m,二個(gè)循環(huán)是4~6m,三個(gè)循環(huán)是6~9m.實(shí)踐表明,預(yù)報(bào)三個(gè)循環(huán)的前方地質(zhì)條件,即能滿足安全施工要求。根據(jù)我國目前的探測技術(shù),要預(yù)報(bào)掌子面前方15m范圍內(nèi)的地質(zhì)條件并不困難,且測試基本可與施工同步進(jìn)行。對成災(zāi)預(yù)報(bào)而言,短距離預(yù)報(bào)相當(dāng)于臨災(zāi)預(yù)報(bào)或防災(zāi)處理階段。
    ⑵ 中距離預(yù)報(bào):15~50m.對于防災(zāi)預(yù)報(bào)來說,只有15m范圍內(nèi)的臨災(zāi)預(yù)報(bào)是不夠的。發(fā)現(xiàn)有可能成災(zāi)的地質(zhì)條件,馬上要準(zhǔn)備處理,顯然太緊張。比較理想至少應(yīng)有30m的距離。因此,進(jìn)行范圍超過15m的中距離預(yù)報(bào)是隧洞施工所必須的。另外,從目前已有的預(yù)報(bào)實(shí)踐來看,用物探方法在開挖面上進(jìn)行20~40m的超前探測已十分有效。說明物探方法在中、長距離預(yù)報(bào)中是有潛力的。
    ⑶ 長距離預(yù)報(bào):50m以上為長距離預(yù)報(bào)。

    3 按采用的手段劃分

    ⑴ 經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào):在以往工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,憑感覺就能進(jìn)行的預(yù)報(bào)。它對臨災(zāi)預(yù)報(bào)有特殊意義,如鑿孔過程中發(fā)現(xiàn)有巖粉異常噴出,可能遇到了瓦斯或有害氣體;聽到巖石劈裂聲且隨后出現(xiàn)巖塊彈射現(xiàn)象可能是巖爆;鑿孔異常噴水可能是大量涌水的先兆;隧洞塌方也有先兆等等。直接預(yù)報(bào)法或地質(zhì)分析法的預(yù)報(bào)效果與從事預(yù)報(bào)人員的經(jīng)驗(yàn)豐富程度密切相關(guān)。
    ⑵ 采用儀器預(yù)報(bào):預(yù)報(bào)目的不同,方法各異,所用儀器也是多種多樣的。如地質(zhì)分析法只需羅盤、地質(zhì)錘、放大鏡、稀鹽酸和皮尺等;水平鉆孔法需用大型水平鉆機(jī);物探方法需各種物探儀器等。
    ⑶ 綜合預(yù)報(bào):地質(zhì)體是復(fù)雜的綜合體。企圖用單一方法查明隧洞的全部地質(zhì)條件是不可能的,因此應(yīng)采用綜合預(yù)報(bào)方法。根據(jù)地質(zhì)條件的差異和不同精度要求,適時(shí)選用若干種方法相互補(bǔ)充和印證,才能獲得良好效果。

    4 按精度劃分

    ⑴ 定量預(yù)報(bào):“定量”是對前方地質(zhì)體具體位置、規(guī)模、設(shè)計(jì)參數(shù)變化等給出量的概念;對災(zāi)害性地質(zhì)條件,除明確災(zāi)害性質(zhì)外,還應(yīng)明確可能成災(zāi)的位置、規(guī)模和影響范圍等。當(dāng)然對量的精度要求也是相對的,如短距離預(yù)報(bào)精度要求最高;中距離預(yù)報(bào)精度要求次之;長距離預(yù)報(bào)則以定性為主,強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)略上的指導(dǎo)作用。
    ⑵ 定性預(yù)報(bào):定性是對定量而言。定性一定要準(zhǔn),具體位置的精度可不作嚴(yán)格規(guī)定。