隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法.pdf

本发明公开了隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法，涉及地质勘探。本发明是在隧道(1)掘进过程中扩大断面(2)，在扩大后的断面(2)上均匀设置探孔(3)，各探孔(3)均沿隧道轴线(4)方向钻探，当隧道(1)掘进至离探孔底(5)5～20米时，扩大该地段的断面(2)，重复上述过程，直至隧道(1)打通。本发明的优点是：不影响隧道的掘进施工，钻探工作量小，探测距离长，对隧道掌子面前方地质状况的探测具有连续性，使探测到的信息更加详细和准确。

1、  隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法，其特征在于，该预测预报法按下列步骤进行：
a、隧道(1)掘进过程中，当掘进前方需探测时，在该地段扩大断面(2)，扩大的范围为：水平钻机施钻时不影响隧道(1)掘进，满足探孔能布设于最小临界探测面上；
b、在扩大后的断面(2)上，均匀设置5个探孔(3)；
c、5个探孔(3)均沿隧道轴线(4)方向钻探，钻探的深度为水平钻机能达到的钻探深度；
d、对钻探过程进行记录，根据工程地质钻探标准判断前方地质情况；
e、如果前方地质情况不利于隧道(1)掘进时，先按照工程规范进行处理，然后继续隧道(1)掘进；
f、如果前方地质情况不存在不利于隧道(1)掘进的情况，则将隧道(1)掘进至前一次探孔底部(5)差5～20米处；
g、重复步骤a～f，直到隧道(1)打通。

隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法
技术领域
本发明涉及地质勘探，尤其涉及隧道掌子面前方地质状况的勘探。
背景技术
隧道工程建设的最大危险是：隧道内的塌方、涌水、涌泥、涌砂、岩爆、瓦斯爆炸等灾害，这些灾害的发生是因隧道掌子面前方复杂的地质状况引起的。对灾害如果处置不当，不但会造成隧道掘进困难，工期延误，增加投资，甚至会造成设备损坏和人员伤亡。发生这些情况的主要原因是对隧道掌子面前方的水文地质情况缺乏准确和全面的了解，工程设计与实际情况有不相符之处，没有采取有针对性的预防措施。为降低隧道施工风险，保证施工安全，必须加强对隧道掌子面前方水文地质情况的预报，得到直观、准确、连续的地质信息，并根据地质、水文变化及时调整施工方法和采取相应的技术措施。
现有超前钻孔探测隧道掌子面前方地质状况的方法为：在隧道掌子面上设若干个探孔，其中一个探孔设在掌子面的中间，该探孔沿隧道轴线钻探，其余探孔均匀地设置在掌子面的周边，向外辐射钻探，其孔底超出隧道开挖轮廓线外3～5米，以探明开挖断面外一定范围基本岩盘的地质状况。
周边探孔的具体钻探方法为：
隧道掌子面前方30～50米为一个探测距离，每探测距离内10～15米至少设一个监测断面，每个监测断面保证有5～8个探孔；根据隧道掌子面与监测断面的距离、探孔起点和探孔底部的相对位置，计算出钻探角度进行钻探，加上中间探孔，每个监测断面有6～9个探孔；对应各里程点的钻进速度、钻碴或岩芯、排水情况、钻进具体感觉进行详细记录并进行综合分析，得到一个监测断面的基本岩盘地质状况。因此，在一个30～50米超前地质钻孔探测范围内，只能探测3～5个监测断面，再根据这3～5个监测断面的分析结果判断前方地质状况。
现有超前钻孔探测隧道掌子面前方地质状况方法的不足之处在于：(1)探测不连续，各监测断面存在间距，隧道掌子面前方地质状况的探测不连续，损害探测的准确性。(2)钻探工作量大，为满足每10～15米范围内有一个监测断面，则探测200米距离需钻探上百个探孔，累计探孔长度达数千米。(3)因为探孔是在隧道掌子面上钻探，与隧道掘进工作无法同时进行，影响施工进度。(4)探测距离短，在隧道开挖断面上，只能探测掌子面前方30～50米的距离。
发明内容
本发明的目的是：提供隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法。该预测预报法对隧道的掘进施工影响较小，钻探工作量小，探测距离长，对隧道掌子面前方地质状况的探测具有连续性，使探测到的信息更加详细和准确。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
a、隧道掘进过程中，当掘进前方需探测时，在该地段扩大断面，扩大的范围为：水平钻机施钻时不影响隧道(1)掘进，满足探孔能布设于最小临界探测面上；
b、在扩大后的断面上，均匀设置5个探孔；
c、5个探孔均沿隧道轴线方向钻探，钻探的深度为水平钻机能达到的钻探深度，目前为200～400米；
d、对钻探过程进行记录，根据工程地质钻探标准判断前方地质情况；
e、如果前方地质情况不利于隧道(1)掘进时，先按照工程规范进行处理，然后继续隧道(1)掘进；
f、如果前方地质情况不存在不利于隧道(1)掘进的情况，则将隧道(1)掘进至前一次探孔底部(5)差5～20米处；
g、重复步骤a～f，直到隧道(1)打通。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、一次施钻能探测和预报隧道掌子面前方200～400米的地质状况，远远大于现有探测方法的30～50米距离；
2、探测和预报同样距离的地质状况，钻探累计长度比现有技术大大减少；
3、能直观、连续地探测预报隧道掌子面前方的地质状况，改进了现有技术中地质探测不连续的状况；
4、因布置的探孔都在扩大后的断面上，所以在钻探时不影响隧道的正常施工，提高施工效率；
5、可利用设计中的避车洞、电气化铁路接触网下锚段、公路长大隧道中紧急停车段等原本就需要扩大断面的地段作为探孔所需的扩大断面，能有效地减少增加的工程量。
6、本发明对岩溶发育地区，溶洞、溶沟、溶槽等地质情况的预报效果尤其显著。
附图说明
图1是本发明隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法的示意图。
图2是现有探测隧道掌子面前方地质状况的示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步的说明。
实施例一：
如图1所示，本发明的隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法按下列步骤进行：
a、隧道1掘进过程中，当掘进前方需探测时，在该地段扩大断面2，扩大的范围为：水平钻机施钻时不影响隧道(1)掘进，满足探孔能布设于最小临界探测面上；
b、在扩大后的断面2上，均匀设置5个探孔3；
c、5个探孔均沿隧道轴线4方向钻探，钻探的深度为水平钻机能达到的钻探深度，目前为200～400米；
d、对钻探过程进行记录，根据工程地质钻探标准判断前方地质情况；
e、如果前方地质情况不利于隧道(1)掘进时，先按照工程规范进行处理，然后继续隧道(1)掘进；
f、如果前方地质情况不存在不利于隧道(1)掘进的情况，则将隧道(1)掘进至前一次探孔底部(5)差5～20米处；
g、重复步骤a～f，直到隧道(1)打通。
下面以沪蓉西高速公路米汤山隧道为例，对本发明作进一步的说明。
实施例二：
沪蓉西高速公路米汤山隧道长1823米，为左右分离式隧道，正洞开挖断面面积79米²～101米²。地质情况复杂，岩溶突水、断层破碎带、高地应力等灾害地质较多，溶洞、溶槽、溶沟等地质发育，本发明在该隧道地质预报中得以应用，实施效果较好，地质预报情况准确直观。
该隧道掌子面前方地质情况扩大断面水平钻孔预测预报法为：
a、沪蓉西高速公路米汤山隧道，当掘进到504米时需进行隧道掌子面前方地质情况的探测和预报，将隧道的左右和高各扩大5米，此时水平钻机能的施钻不影响隧道的掘进；
b、在扩大后断面上的拱顶、左右拱脚、左右边墙底部位置设5个探孔；
c、5个探孔均沿隧道轴线方向钻探，钻探的深度为260米(因当时的水平钻机能达到的钻探深度为280米)；
d当隧道掘进至离扩大后断面250米时，将隧道该地段的左右和高各扩大5米；
e、重复步骤b～d。
2005年4月15成功地在704米处探测到溶洞，2005年4月21日在左洞掘进至该处后，通过其它一些手段综合判定溶洞的规模后制定方案，提前将人员设备转移至安全地段，遥控引爆，对溶腔实施泄水，近3万立方米水成功泄出，没有任何人员伤亡和财产损失。
在第978米处成功地探测到煤层，并提前制定了掘进及支护方案，提前为变更设计作好了资料，减少了因变更设计出现窝工的损失。
在1150-1307米处对设计提示的断层破碎带成功进行了验证，并根据探测情况为成功通过该地层制定恰当的方案提供了直接的依据。