超前地质预报技术在软岩隧道施工中的应用

摘要

隧道工程是一个线状隐蔽工程，大多穿越复杂的地质条件，而实际施工当中又很难完全摸清隧道掌子面前方的地质情况，因此，隧道施工就存在着许多未知风险和安全隐患。为避免因盲目施工带来的风险和损失，隧洞信息化施工必须做到先探明前方地质情况后再开挖，即开挖前要预报掌子面前方的岩体状况，如有无地下水、有无破碎带等。因此，引入超前地质预报技术很有必要，开展隧道施工超前地质预报技术研究，探测掌子面前方的地质情况也迫在眉睫。
　　本论文以四川省甘孜州乡城县洞松水电站引水隧洞工程为依托，研究了超前地质预报理论原理和应用技术，以及基于预报结果的数值模拟研究。通过将超前地质预报运用于软岩隧洞施工过程之中，建立了一套应对软岩施工常见地质灾害的地质雷达法和地质素描法相结合的预报体系，并在预报结果的基础上对软岩隧洞变形特征及支护方案的优化进行了数值模拟分析，对支护方案和开挖工法进行优化。
　　研究得出:在超前地质预报技术的实际应用中，验证了地质雷达超前地质预报技术的精确性，预报准确率达80％。在隧洞超前地质预报中，如果发现前方存在软弱破碎带或者富水带，那么该段围岩极易发生大变形。基于上述在本工程中的实际应用成果利用FLAC3D数值模拟技术对软岩变形展开研究，对本工程软岩变形发生的规律和变形特征有了进一步的认识，得出了软岩变形的一般规律，隧洞埋深、侧压力系数越大围岩变形也越大;围岩强度越大围岩变形量越小;开挖工法模拟分析得出对于本工程，台阶法较全断面法适合;钢支撑在隧底采用曲线封闭较直线封闭能更有效控制围岩变形;二衬参与受力时，承受10％外荷载的情况下较为经济、合理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状存在的问题

1．2．1 软岩隧道施工中的问题

1．2．2 超前地质预报应用于隧道施工的意义

1．3 工程背景

1．3．1 工程概况

1．3．2 工程地质条件

1．3．3 水文地质条件

1．3．4 岩土体物理力学性质

1．4 研究目的及技术路线

1．4．1 研究目的

1．4．2 技术路线

第2章 超前地质预报方法概述

2．1 长期(距离)超前地质预报

2．1．1 TSP隧道地震勘探法

2．1．2 水平超前钻探法

2．1．3 超前导坑法

2．2 短期(距离)超前地质预报

2．2．1 红外探水技术

2．2．2 HSP声波探测方法

2．2．3 地质素描法

第3章 隧道超前地质预报的地质雷达法

3．1 地质雷达的理论基础

3．2 雷达探测能力分析

3．2．1 雷达方程式与雷达探测距离

3．2．2 雷达分辨率

3．2．3 地质雷达的有效探测范围

3．3 地质雷达测量的技术参数

3．3．1 天线中心频率

3．3．2 采样时窗

3．3．3 采样率

3．4 地质雷达法超前地质预报的基本理论

3．4．1 雷达电磁波在地下的传播

3．4．2 电磁波遇到不同结构面的反射

3．5 可行性分析

第4章 超前地质预报在洞松引水隧洞施工中的应用

4．1 超前地质预报的必要性

4．2 洞松水电站引水隧洞超前地质预报实施方案

4．2．1 常规的超前地质预报方法

4．2．2 引水隧洞超前地质预报实施方案

4．3 洞松水电站引水隧洞超前地质预报探测成果分析

4．4 超前地质预报技术在本工程中的应用总结

4．4．1 超前地质预报技术在施工中的实际应用效果

4．4．2 超前地质预报工作阶段性总结

第5章 软岩隧洞变形特征及方案优化数值模拟研究

5．1 隧洞开挖毛洞变形规律研究

5．1．1 不同埋深对围岩变形影响

5．1．2 不同侧压力系数对围岩变形影响

5．1．3 不同围岩强度对围岩变形影响

5．2 开挖工法优化

5．2．1 全断面法

5．2．2 台阶法

5．2．3 开挖方法比选

5．3 支护方案优化

5．3．1 钢支撑刚度优化

5．3．2 钢支撑封闭的作用

5．3．3 二次衬砌受力优化

5．4 施工建议

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果