厦门海底隧道超前地质预报经验总结

第３４卷第２１期　２　０　０　８年７月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ（『ｒＵＲＥ　Ｖｏ１．３４　ＮＯ．２１　Ｊｕ１．２００８　・７・　文章编号：１００９．６８２５（２００８）２１．０００７．０２　厦门海底隧道超前地质预报经验总结　易小明　张顶立　摘要：针对厦门翔安隧道超前地质预报的重要性，阐述了海底隧道中超前地质预报的实施要点，对其预报经验进行了　总结，经验表明：超前地质预报对加快施工进度，预判施工过程中风险源，防突水，防坍塌，确保施工过程安全意义重大。　关键词：海底隧道，超前地质预报，风险，地下水　中图分类号：Ｕ４５２．１１　文献标识码：Ａ　５）红外探水。ＨＹ一３０３红外线探水仪，能探测２０　ｍ～３０　ｍ范　Ｏ引言　厦门翔安隧道，是我国大陆第一座大断面的海底隧道。该海　围内地下水状况。基本原理：当掘进前方３０　ｍ范围内存在含水　前方灾害源产生的红外异常场，必然会传播到掘　底隧道的建设，一方面将对国内隧道建设技术的进步和发展起到　构造或溶洞时，巨大的促进作用；同时也是对国内隧道工程相关行业的巨大挑　进后方，因而在掘进后方隧道的侧壁上能提前发现灾害源产生的　战［１，２１。　红外异常场（也称灾害场）。　由于厦门海底隧道主要穿越海域段微风化花岗岩地段（其中　６）地质素描。这是施工过程中不可缺少的资料积累。开挖　岩性、围岩风化程度、节理裂隙、产状、断层分　包括风化深槽Ｆ２，Ｆ３）和穿越陆域浅滩段全、强风化花岗岩地带，　后通过对围岩类别、地下水等情况进行观察和测定后，绘制剖面、平面地质　主要不良地质现象为翔安浅滩的富水砂层及左线隧道、服务隧道　布和形态、穿越海域段的Ｆ２和Ｆ３强风化层及风化槽问题，此外服务隧道也　素描图，并结合位移量测和超前预测预报资料来判断前方地质情　指导施工。　会通过二长岩脉Ｖ级围岩地段。诸多不良地质段（体）的存在，俨　况，７）综合超前地质预报。采取一种方法是不可靠的，宜采取多　然成为海底隧道建设安全顺利实施的重大技术难点。　优　借鉴类似水底隧道、国外跨海隧道【３，４１的相关经验，毋庸置　种预报手段相结合的综合超前预报方法（见图１）。多管齐下，相互补充，提高物探成果解译水平，提高地质　疑，超前地质预报技术在海底隧道中是至关重要的一个技术环　化组合，相互印证，节［５．６１。　预报精度。只有提高预报探测成果的利用效率，才能及时反馈指　１海底隧道中的超前地质预报　１．１超前地质预报的实施　、　导设计与施工。目前施工阶段的地质预报工作，靠中长期预报与　短期预报相结合、物探手段与钻孔直接预测相结合、区域性地质　预报与掌子面地质预报相结合的综合超前地质预报技术。　服务洞）—＿（风化槽预报）一—＿（不良地质体　宏观预报Ｈ长期预报’＞＿—＿－＜短期预报　１）ＴＳＰ长距离超前预报。ＴＳＰ２０２或ＴＳＰ２０３是目前被认为　预报效果较好的仪器，其原理是利用地震波在不均匀地层的界面　产生反射波的特征和信号接收的时间等参数来判断前方的地质　变化。ＴＳＰ属于长距离超前地质预报，其有效探距可达１５０　ｍ～　３００　ｍ，预测距离在１００　ｍ左右是比较准确的。最大分辨率，在不　良地质体定位上，约不小于１　ｍ；位置判别精度约９０％，其规模判　别精度可达８５％；ＴＳＰ２０３型仪器可辨识有无地下水、多水、少水、　弱富水带、强富水带等相对结论，而对突涌水量和水压的定量预　荛Ｊ　Ｊ萎ｊ　Ｉ蓁ｌ　Ｊ　｛｛囊　图１　海底隧道超前预报体系　测，仍需结合其他探水手段进行；探测成果准确度取决于准确的　操作与图像解释技术。　厦门海底隧道的安全顺利施工，采用综合超前地质预报技术　２）地质雷达。地质雷达属于电磁波物探技术，电磁波通过天　来确保预报结果的准确性，将综合超前地质预报按照以下步骤作　线向地下发射，遇到不同阻抗介面时将产生反射波和透射波，接收　为一道必须的工序，贯穿于隧道施工全过程。第１步：隧道所在　机利用分时采样原理和数据组合方式，把天线接收的信号转化为　地区地质分析与宏观预报；第２步：隧道施工过程中的长期超前　第３步：隧道施工过程中的短期超前地质预报；第４步：　数字信号供解译人员分析。Ｓｉｒ－２０地质雷达能探测２０　ｍ～３０　ｍ范　地质预报；　围内地质情况；ＣＲ２０一Ｂ地质雷达能探测２０　ｍ～３０　ｍ范围内地质　隧道施工地质灾害临近警报。常用的超前地质预报设备如表１情况，对探测底部及周边地质状况效果较好。　钻孔取芯直接判断围岩情况。现有的地质预报手段很多，但采用　所示。　３）短期预报采用超前钻孔。超前钻孔可采用地质钻机，通过　１．２超前地质预报经验总结　１）突出预报重点。　超前探孔探测是最有效、最直观、最准确的，虽然它占用工作面，影　响掘进效率，但由于它的直接有效性，为安全考虑，被较多采用。　由于海底隧道中，地勘资料完全详尽是不实际的，所以超前　地质预报面临多种地质上的不确定因素。一方面加大了预报的　４）设置服务隧道或超前探洞。设置服务隧道的用处很多，但　工作量，更重要的是增加了预报解译难度以及更多的噪声信号。　最主要的一点是利用服务隧道超前掘进可有效地超前探明地质　另一方面针对厦门海底隧道的特殊地质情况，分别对以下内容作　情况，为大断面主洞探明地质。　收稿日期：２００８—０３—２８　为重点预报对象：风化槽溶槽界面，断层富水带，安全有效的顶板　作者简介：易小明（１９７９一），男，北京交通大学博士后，北京１０００４４　１０００４４　张顶立（１９６３一），男，博士生导师，教授，北京交通大学，北京维普资讯 http://www.cqvip.com

‘　・８　　．．　第３２　０　４卷篓２０　８　年７月　１智　　山　西　建　筑Ｋ　“　的解译工作困难、设备适应性问题的存在。　如：日本矿研的冲击回转钻机，破岩快，进尺迅速，取芯便利，　厚度。　对于海底隧道而言，准确判断风化槽界面的位置与通过该段　溶槽的设计、施工、辅助工法休戚相关，溶槽界面判断不准，意味　而且实现了全液压操作，可全自动记录、测试、自行走等等，性能　着巨大的滑坡、坍塌及突水风险。　结合厦门海底隧道的区域地质特征，海底隧道将普遍面临富　至与海水相连通，即是一种无限海水补给。　优越，但价格在３００万元５００万元，投资较大。　在超前地质预报领域，关键技术、关键设备有待进行国产化，　作非常重要，则很有必要突破国外技术壁垒，降低设备成本，并能　水破碎带的困扰。而且，根据现场实际施工揭露，很多富水层甚　特别是在类似海底隧道这种大型工程中，风险较大，超前预报工　由于地质条件的不均一性、强风化花岗岩的风化程度的差　显著的提高工程效益。　别，导致海底隧道的顶板厚度可能在局部小于设计厚度，在通过　２结语　该段时，由于爆破震动的影响，极有可能造成隧道拱顶的塌方，从　１）厦门海底隧道中，超前地质预报是隧道安全风险管理中的　而导致整个隧道拱顶的坍塌、失控。　重要环节，而其中针对风化槽界面、富水断层带、围岩顶板坍塌则　抓住了海底隧道施工过程中最核心的３个问题：风化槽、防　需要作为重点预报对象，并予以重视。　突水、防坍塌，并有针对性的进行超前地质预报，海底隧道的安全　２）综合运用各种预报方法，互相印证、取长补短、综合解释，　是有保障的。　表１常用的超前地质预报设备　名称　ＴＳＰ　并提高预报解译水平，可以取得较好的超前地质效果，为海底隧　道安全风险的识别、控制提供了技术保障。　备注　功能　长距离探测　产地瑞士，价格约２００万元　参考文献：　地质雷达　短距离探测　美国劳雷、国产　［１］王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论［Ｍ］．合肥：安徽教育　出版社．２００４．　红外探水仪　数码相机　地质钻机　探水　掌子面记录　取芯、探水　国产　要求高精度　国产　［２］　王梦恕．蓬勃发展的中国水底隧道［Ｄ］．北京：北京交通大　学，２００５．　风钻　长距离水平钻机　短距离探测　取芯、探水　国产，较经济、便利　日本矿研，意大利卡萨　［３］　吕　明，ＧＲ　ＶＥ，ＮＩ１．ＳＥＮＢ，等．挪威海底隧道经验［Ｊ］．岩　石力学与工程学报，２００５，２４（２３）：４２１９—４２２５．　［４］孙钧．海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷［Ｊ］．　岩石力学与工程学报，２００６，２５（８）：１５１３—１５２１．　２）提高解译水平。　由于超前地质预报是一项地质学、物探学、隧道工程技术、工　５］　李术才，李树忱，张庆松，等．岩溶裂隙水与不良地质情况超　程地质技术的综合学科，对超前地质预报的准确把握和解译是一　［前预报研究［Ｊ］　岩石力学与工程学报，２００７，２６（２）：２１７　件有挑战性的工作。一方面要求了解海底隧道的区域地质，以便　确定控制性的地质构造因素；另一方面要求能准确解读工程地　２２４．　　质、水文、围岩的力学特征；也要求能对地震波、电磁波的特征、信　［６］琚建明．超前地质预报技术在海底隧道施工中的应用［Ｊ］．铁道工程学报，２００７（７）：７６　８０．　号处理技术有清晰的了解。　　刘志刚，赵现场超前地质预报中，由资深的地质学、工程专家，解译的结　［７］果准确率很高；而普通技术人员测得的结果一方面离散、难以解　勇．隧道隧洞施工地质技术［Ｍ］．北京：中国铁　道出版社，２００１．　物探在铁路地质勘探工作中的地位与作用（中国铁　译，另一方面解译的结果千差万别，很大部分是失真的。所以提　［８］何振宁．路工程物探五十年）［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００３．　高解译水平，需要专业化、高水准的队伍。　３）综合预报。　［９］孙小田，王法岭，申飞．ＴＳＰ２０３系统在鸟鞘岭隧道复杂地　将区域地质特征、地勘资料、设计资料、超前局部探测、围岩　质中的应用研究［Ｊ］．铁道标准设计，２００５（９）：９１　９３．　　赵　华．ＴＳＰ２０３在雁门关隧道地质超前预报中的应用　类别、开挖揭露情况综合考虑，并根据各种超前预报设备自身的　［１０］［Ｊ］．山西交通科技，２００６（３）：５４—５５，６４．　特点、适应性，不仅做到超前预报的快捷、有效，而且能取得准确　［１１］张国良，佟胤铮，壬宇．ＴＳＰ超前地质预报在大伙房水库　性与经济性的最佳平衡。　４）设备国产化。　输水工程的应用［Ｊ］．水利水电技术，２００６，３７（４）：５４—５６．　３３（７）：３１６—３１７．　如：　１２］　李文新．隧道物探法预报进展及回顾［Ｊ］．山西建筑，２００７，　０３传感器测管多为耗材，而且为瑞士垄断生产，价　［格昂贵，消耗较大；而且ＴＳＰ的核心技术并不在国内，也导致相应　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｓｕｍｍｉｎｇ－ｕｐ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｘｉａｍｅｎ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ＹＩ　Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ　ＺＨＡＮＧ　Ｄｉｎｇ－ｌｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　玎ｌｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｘｉａｎｇ’ａｎ　ｔｕｎｎｅｌ　Ｘｉａｍｅｎ，ｉｔ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　Ｏｕｔ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ａｄ—　ｖａｎｃｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｇ　ｅｘｐｅｒｎｉｅｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｈａｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｇ　ｔｎＯ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐｒ￣ｊｕｓｔ　ｔｈｅ　ａｄｖｅｎｔ　ｕｒｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｈｅ　ｇｕｓｔｙ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｌｕｍｐ．ａｎｄ　ｉ！ｋ￣ｕｒｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｔｕｎｎｅｌ，ａｄｖａｎｃｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ，ａｄｖｅｎｔｕｒｅ，ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ