隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)與應(yīng)用

齊甦，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院土木系碩士生導(dǎo)師。生于1962年6月，1996年畢業(yè)于武漢工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)，碩士學(xué)位，現(xiàn)為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)巖土工程專(zhuān)業(yè)在讀博士研究生。長(zhǎng)期從事土木工程的教學(xué)和科研工作。

現(xiàn)任香港專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)協(xié)會(huì)名譽(yù)顧問(wèn)、香港人才拓展中心顧問(wèn)和《施工技術(shù)》雜志理事會(huì)成員。

主持科研項(xiàng)目十一項(xiàng)，其中負(fù)責(zé)滬蓉西高速公路、寶天高速公路、巫奉高速公路、鷹瑞高速公路和西商高速公路等項(xiàng)目中的二十一座隧道的隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作：發(fā)表論文三十余篇，其中六篇被EI收錄；主編教材兩部，參編教材一部。

第1章 緒論

1.1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的定義

1.2 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的與意義

1.3 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的內(nèi)容

1.4 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法

1.4.1 工程地質(zhì)調(diào)查與推斷、分析方法

1.4.2 超前導(dǎo)坑法、水平鉆機(jī)超前探測(cè)法

1.4.3 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)方法

1.4.4 隧道內(nèi)反射地震預(yù)報(bào)方法

1.4.5 TSP超前預(yù)報(bào)技術(shù)

1.4.6 TRT反射地震層析成像方法

1.4.7 地震負(fù)視速度法

1.4.8 水平聲波反射法(HSP)

1.4.9 陸地聲納法(高頻地震反射法)

1.4.10 紅外探水法

1.5 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法比較

1.6 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的形式

1.7 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的時(shí)間安排

1.8 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

第2章 隧道地質(zhì)

2.1 巖類(lèi)

2.1.1 沉積巖

2.1.2 火成巖

2.1.3 變質(zhì)巖

2.2 地層

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

2.4 地下水

2.5 特殊巖類(lèi)及其工程地質(zhì)特性

2.5.1 構(gòu)造巖

2.5.2 軟巖

2.5.3 膨脹巖土

2.5.4 鹽溶角礫巖、喀斯特角礫巖

2.5.5 煤層

2.6 巖層、節(jié)理面、斷層產(chǎn)狀

2.7 不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型巖體水文地質(zhì)特征、變形破壞特征及主要工程地質(zhì)問(wèn)題

2.8 不同地質(zhì)構(gòu)造與隧道組合的主要工程地質(zhì)問(wèn)題

2.8.1 水平巖層中的隧道工程

2.8.2 傾斜巖層中的隧道工程地質(zhì)問(wèn)題

2.8.3 斷層中的隧道工程地質(zhì)問(wèn)題

2.8.4 節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)面的不利組合及節(jié)理密集帶的工程地質(zhì)問(wèn)題

2.8.5 向斜構(gòu)造中的隧道工程地質(zhì)問(wèn)題

2.9 特殊工程地質(zhì)問(wèn)題

2.9.1 巖溶工程地質(zhì)問(wèn)題

2.9.2 在采及廢棄礦巷問(wèn)題

2.9.3 煤層、瓦斯及軟夾層問(wèn)題

參考文獻(xiàn)

第3章 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作方法

3.1 資料收集與整理

3.1.1 預(yù)可研和可行性研究階段資料收集

3.1.2 勘察成果整理分析

3.1.3 熟悉設(shè)計(jì)文件、資料和圖紙

3.2 補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查

3.3 洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查和掌子面地質(zhì)素描

3.3.1 洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查

3.3.2 掌子面地質(zhì)素描

3.4 物探方法的選擇和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施掌子面探測(cè)

3.4.1 物探方法的選擇

3.4.2 掌子面探測(cè)

3.5 探測(cè)成果分析

3.5.1 界面距探測(cè)掌子面距離的確定

3.5.2 界面性質(zhì)的確定

3.6 隧道工程巖體分級(jí)

3.7 預(yù)報(bào)報(bào)告的內(nèi)容及報(bào)告的提交

3.7.1 預(yù)報(bào)報(bào)告的內(nèi)容

3.7.2 報(bào)告的提交

3.8 驗(yàn)證

參考文獻(xiàn)

第4章 超前水平鉆探法的應(yīng)用技術(shù)

4.1 超前水平鉆探法研究

4.1.1 超前水平鉆探法的基本原理與介紹

4.1.2 超前水平鉆探法的優(yōu)缺點(diǎn)

4.2 超前水平鉆探法施工技術(shù)

4.2.1 施工流程

4.2.2 主要技術(shù)要求

4.2.3 施工準(zhǔn)備

4.2.4 鉆機(jī)就位

4.2.5 施鉆

4.2.6 地質(zhì)分析判斷、成果報(bào)告

4.3 RPD-150C型鉆機(jī)的概況

4.3.1 RPD-150C鉆機(jī)

4.3.2 現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)技術(shù)指標(biāo)

4.4 工程實(shí)例

4.4.1 隧道地質(zhì)概況

4.4.2 把水寺隧道鉆探孔資料

4.4.3 結(jié)論與建議

參考文獻(xiàn)

第5章 地震映像法的應(yīng)用技術(shù)

5.1 概述

5.1.1 地震映像法原理

5.1.2 地震映像法的分類(lèi)

5.1.3 地震映像法數(shù)據(jù)采集要點(diǎn)

5.2 野外數(shù)據(jù)采集的方法及技術(shù)

5.2.1 工作儀器和方法

5.2.2 野外工作方法試驗(yàn)

5.2.3 地震映像法在不同地質(zhì)條件下的應(yīng)用

5.2.4 地震映像解釋方法

5.3 工程實(shí)例

5.3.1 工程簡(jiǎn)介

5.3.2 隧道地質(zhì)概況

5.3.3 工作方法

5.3.4 ZK269 393～ZK269 443段調(diào)查測(cè)試結(jié)果及分析

參考文獻(xiàn)

第6章 TSP在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用技術(shù)

6.1 TSP203的工作原理和組成

6.1.1 TSP203預(yù)報(bào)原理

6.1.2 TSP203測(cè)量方法的原理基礎(chǔ)

6.1.3 TSP203系統(tǒng)的儀器組成

6.1.4 TSP203系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

6.2 野外信號(hào)數(shù)據(jù)采集

6.2.1 TSP203野外信號(hào)數(shù)據(jù)采集

6.2.2 原始記錄注意事項(xiàng)

6.3 數(shù)據(jù)處理流程

6.3.1 原始數(shù)據(jù)編輯

6.3.2 初至波拾取

6.3.3 選擇時(shí)窗長(zhǎng)度

6.3.4 帶通濾波

6.3.5 道能量均衡

6.3.6 計(jì)算品質(zhì)因子Q

6.3.7 反射波提取

6.3.8 縱橫波分離

6.3.9 速度分析

6.3.10 深度偏移成像

6.3.11 反射界面提取

6.4 TSP技術(shù)的資料分析原則

6.4.1 反射系數(shù)

6.4.2 橫波與縱波的速度比

6.4.3 橫波分裂與裂隙發(fā)育帶

6.5 工程實(shí)例

6.5.1 TSP技術(shù)在擦羅2號(hào)隧道中的應(yīng)用

6.5.2 TSP技術(shù)在明月峽隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

第7章 地質(zhì)雷達(dá)在超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用技術(shù)

7.1 引言

7.2 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理

7.2.1 電磁波的傳播與波速

7.2.2 電磁波的反射與折射

7.2.3 地質(zhì)雷達(dá)的組成及工作原理

7.3 地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)的技術(shù)與方法

7.3.1 地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)

7.3.2 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量參數(shù)的選取

7.3.3 地質(zhì)雷達(dá)的測(cè)量方式和信號(hào)觸發(fā)方式

7.3.4 地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)方法

7.4 地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)

7.4.1 地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)文件編輯

7.4.2 波速估計(jì)

7.4.3 數(shù)字濾波

7.4.4 反褶積

7.4.5 偏移歸位處理

7.5 地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)解釋技術(shù)

7.5.1 地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)適宜性評(píng)價(jià)

7.5.2 地質(zhì)雷達(dá)解譯圖件

7.5.3 后期解譯方法及其規(guī)范化

7.5.4 提高解譯精度的途徑與方式

7.5.5 解譯標(biāo)志的初步建立

7.6 工程實(shí)例

7.6.1 工程概況

7.6.2 探測(cè)依據(jù)及方法

7.6.3 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

7.6.4 數(shù)據(jù)處理

7.6.5 探測(cè)結(jié)果

參考文獻(xiàn)

第8章 TRT地質(zhì)超前預(yù)報(bào)法

8.1 TRT技術(shù)原理與儀器應(yīng)用方法

8.1.1 TRT方法原理

8.1.2 TRT技術(shù)原理

8.2 TRT工作流程

8.3 數(shù)據(jù)處理

8.3.1 TRT數(shù)據(jù)處理流程

8.3.2 具體操作

8.4 TRT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題

8.5 工程實(shí)例

8.5.1 地質(zhì)概況

8.5.2 探測(cè)方法及結(jié)論

8.5.3 建議2100433B

分別闡述了隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的意義和內(nèi)容、隧道地質(zhì)特點(diǎn)和隧道主要工程地質(zhì)問(wèn)題、隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作方法、超前水平鉆探法進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的技術(shù)應(yīng)用、地震映像法進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的技術(shù)應(yīng)用、TSP在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的技術(shù)應(yīng)用、地質(zhì)雷達(dá)在超前預(yù)報(bào)中的技術(shù)應(yīng)用和TRT在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的技術(shù)應(yīng)用。這些技術(shù)對(duì)我國(guó)的地下建筑施工是非常有幫助的。《隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)與應(yīng)用》可作為從事隧道或隧洞工程研究、施工的技術(shù)人員和從事相關(guān)技術(shù)工作的管理人員，高等院校師生的參考書(shū)。

1、我國(guó)西南地區(qū)巖溶地貌發(fā)育， 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作非常必要。以下是一個(gè)貴州附件的淺埋隧道超前預(yù)報(bào)的實(shí)例。

頂效隧道位于汕頭--昆明國(guó)道高速貴州段內(nèi)，屬于卡斯特地形中的淺埋隧道。如圖1所示，上部是超前預(yù)報(bào)的偏移圖像，從中可以清楚地看出斷裂構(gòu)造、巖性界面的組合關(guān)系和地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖像。下部是圍巖速度掃描圖，從中可以看到巖石的速度分布。圍巖速度圖像與地質(zhì)構(gòu)造圖像（偏移圖像）有很好的對(duì)應(yīng)性。

2、在貴州巖溶多個(gè)隧道上的TST隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)得到成功應(yīng)用，詳見(jiàn)發(fā)表于隧道建設(shè)的文章：TST 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在貴州巖溶地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例。

3、NJ引水隧道T3’R下游K1861段地質(zhì)情況復(fù)雜，利用TBM和鉆爆法進(jìn)行隧道開(kāi)挖?，F(xiàn)采用TST隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)對(duì)TBM施工前方進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，以采取有效的超前支護(hù)措施或調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)等，確保施工高效、安全。

預(yù)報(bào)結(jié)果：

圖2上部為偏移圖像，圖中紅色條紋表示巖層堅(jiān)硬，藍(lán)色條紋表示巖層變軟；藍(lán)紅條紋交替出現(xiàn)，為破碎帶或斷裂構(gòu)造。圖2中部為圍巖波速圖像，高速波區(qū)對(duì)應(yīng)巖層結(jié)構(gòu)完整，低速波區(qū)為構(gòu)造發(fā)育。圖2下部為地質(zhì)解釋。

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HSP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)是建立在彈性波理論的基礎(chǔ)上，傳播過(guò)程遵循惠更斯-菲涅爾原理和費(fèi)馬原理。本方法探測(cè)的物理前提是巖體間或不同地質(zhì)體間明顯的聲學(xué)特性差異。測(cè)試時(shí)，在隧道施工掌子面或邊墻一點(diǎn)發(fā)射低頻聲波信號(hào)，在另一點(diǎn)接收反射波信號(hào)。采用時(shí)域、頻域分析探測(cè)反射波信號(hào)，進(jìn)一步進(jìn)行隧道施工掌子面地質(zhì)調(diào)查、地面地質(zhì)調(diào)查。

地層是地殼中具一定層位的一層或一組巖石。地層可以是固結(jié)的巖石，也可以是沒(méi)有固結(jié)的堆積物，包括沉積巖、火山巖和變質(zhì)巖。在正常情況下，先形成的地層居下，后形成的地層居上。層與層之間的界面可以是明顯的層面或沉積間斷面，也可以是由于巖性、所含化石、礦物成分、化學(xué)成分、物理性質(zhì)等的變化導(dǎo)致層面不十分明顯。2100433B