Ｌ０Ｗ ＣＡＲＢ０Ｎ ＷｏＲＬＤ ２０１３，ｉ０ 能源・地矿 关于隧道信息化施工中综合超前地质 预报技术的研究 任 辉（贵州地矿工程勘察有限公司，贵州贵阳５５０００１） 【摘 要】随着隧道工程规模的不断扩大，超前地质预报技术的运用越来越广泛。进行隧道地质超前预报可以提供隧道掘进前方的地质情况， 包括围岩的完整性、断层破碎带和溶洞的规模和位置、不良地层的富水情况，进而做出对围岩类别的划分和隧道开挖时的稳定性分析，以确定 合理的工程措施和合理的施工方法，以确保隧道施工安全顺利地进行。在隧道超前地质预报技术的使用中，各种探测必须以地质为中枢，加强 隧道地质工作，将地质综合分析贯穿到施工的整个过程中，实行地质、物探相结合，中长距离探测与短距离探测相结合，优化组合，综合应用，确 保隧道安全、快速、优质施工，不留后患，全面确保隧道施工取得经济效益、社会效益和环境效益三者的最优结合。本文主要阐述了综合超前地 质预报技术在隧道施工中的运用。 【关键词】隧道；综合：超前：地质；预报；技术 【中图分类号１Ｕ４５６．３ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号］２０９５—２０６６（２０１３）２０—０２１７—０３ １工程概况 标段内隧道工程地质复杂．覆盖层主要由残积砂质粘性 土及全一强风化泥岩、泥灰岩组成，洞身主要为中～微风化泥 岩、泥灰岩及石灰岩。隧道围岩以Ⅳ、Ｖ级围岩为主，部分为Ⅲ 级围岩。并且在二叠系龙潭组（Ｐ１１）地层中舍薄至中厚层煤层。 在洞身施工过程中可能会遇瓦斯。突水及岩溶等不良地质，施 工中必须加强超前地质预报，并采取相应的工程措施．保证安 全顺利地通过不良地质段。鉴于此，本工程以ＴＳＰ２０３超前地 质预测预报系统进行长期预测预报，以地质雷达、红外线探 水、掌子面地质编录为短期进行预报，以超前探孔、涌水量实 测作验证预报，实行长距离地质预报和中短期地质预报相结 合的综合超前地质预报技术。 图１ ＴＳＰ一２０３探测系统工作原理示意图 析；进行带通滤波处理；调节、选择、捡取初始波；确定纵横波 ２综合超前地质预报技术 ２．１ ＴＳＰ２０３超前预报 ＴＳＰ一２０３超前地质预报系统是由瑞士Ｌｅｉｃａ公司与安百 初始波的位置；各炮点的资料进行能量平衡：经Ｑ值评价提取 反射波；纵横渡分离处理；将波形分析的结果显示成像图；从 二维速度模型出发将时间断面转换到实际空间：根据选择的 主要反射界面个数提取反射界面。 ２．１．３现场探测 格测量技术公司合作开发的隧道及地下工程探测设备和探测 （１）操作前准备 技术。它具有探测、解译距离远、分辨率高的优点，最适合长距 离不良地质体的超前地质预报。 ２。１．１基本原理与野外布设 操作人员４人：其中，电工１人，爆破工１人，配合２人。 材料：瞬发雷管３Ｏ个，引爆电线约６０ｍ，高爆炸药每次约 ６００ｇ，每孔装２０￣３０ｇ。 （２）钻孔布置 其基本原理是人工制造一系列有规则排列的轻微震源。 形成地震源断面，这些震源发出的地震波遇到地层层面时．就 会产生一定的反射波；地震波进行反射的信号传输的速度、波 ①接收器钻孔： 位置：距掌子面约５５ｍ处： 数量：与爆破孔同侧壁．１个： 形以及强度等参数都与地震波碰到的界面有着直接的联系。 基于此。 Ｐ一２０３系统设置了反射波数据采集系统和分析系 统两大部分。 直径／深度：３８ｍｍ（３２～４５ｍｍ），深度２．４ｍ； 线向：垂直于隧道轴向底面倾斜１０ｏ．向洞口回斜１０。： 记录仪和传感器两大部分组成了反射波采集系统。在传 感器上设置了很多非常敏捷的加速传感器。在计算机的监控 之下，传感器将接收到的反射波的相关数据传输给记录仪．然 高度：约在地面以上ｌｍ。 ②爆破钻孔： 位置：第一个爆破孔约距接收器２０ｍ，而后，所有向前至 隧道掌子面的爆破孔间距约１．５ｍ： 后由计算机处理之后再将其储存起来。接着将储存起来的反 射波的相关数据经由相关分析系统分析之后，并且计算机又 经过比较复杂的计算之后，就可以形成反映相关界面的影像 点图和隧道平、剖面图。工作原理详见图１。 ２．１．２ ＴＳＰ２０３系统的数据处理与解译技术 数量：根椐掌子面的实际情况而定．但应大于１８个； 直径／深度：３８ｒａｍ（１９￣４５ｍｍ）／１．５ｍ（最小０．８ｒａｍ，最大２埘）； 线向：垂直于隧道轴向，或向上与掌子面成１０ｏ夹角，向地 面倾斜１０—２０。： ＴＳＰ２０３系统的数据处理过程主要包括：对原始波形（Ｘ、 高度：约在地面以上１．０ｍ （３）现场测试 Ｙ、Ｚ）的初步选择；波谱分析窗口选择；对原始波形进行波谱分 能源・地矿 ＬｏＷ ｃＡＲＢｏＮ ＷＯＲＬＤ ２０１３，ｌ０ 在接收器套管埋设２４ｈ后，即可进行现场测试 现场测试 步结论。虽然探水准确率较高，但对水量、水压等重要参数无 主要有下面步骤：安装接收器、启动记录仪、噪声检查、触发测 试、炮眼装药、地震波测试、测试结束。 （４）数据输出 法预测。 （３）探测距离及频率 探测准确距离一般为２０ｍ．因此探测频率取１次／２０ｍ。 完成现场测试后。将记录仪中记录的信息传输到计算机 中。进行编译并输出结果。 ３揭露式验证预报 超前钻孔能够较真实地反映掌子面前方的地质情况，尤 其是能直接探测掌子面前方地下水的赋存情况。对于大于 ３０ｍ深的超前钻孔。钻孔前应先用稍大直径的钻头钻孔．安设 ２．２中短期预报方法 ２．２．１掌子面及隧底地质雷达探测 作为长距离超前地质预报ＴＳＰ２０３的补充．特别是对长距 ３ｍ孔口管，并在孔ｇｌ，处设闸阀，在遇到高压水时可紧急关闭。 离探测中预报的异常体进行补充探测，地质雷达是比较有效 防止突水。 的一种探测手段。 （１）基本原理与布设 地质雷达是一种对地下的或物体内不可见的目标或界面 进行定位的电磁技术。它的主要原理是高频电磁波以宽频带 脉冲形式，经由发射甜心传送到地下．然后经过目标体之后再 反射到地面，由接受天线对其进行接受。高频电磁波的传播速 度、路径、波形都与其碰到的介质有着直接的关系。所以，通过 对波形进行采集和分析，就可以对地下的界面或者物质结构 进行确定 （２）特点 地质雷达主要优点是三维空间探测。地质雷达对探测范 围内的断层破碎带等物性差异界面反映较灵敏．预测位置较 准确．而对含水带反射信号的判别带有一定的偶然性．无法判 定前方含水带的涌水性质和危害程度．且对与洞向平行的结 构面较难查明。因此地质雷达应与其他探测方法相结合。 （３）探测距离和频率 准确探测距离为不大于３０ｒｎ，因此探测频率取１次／３０ｍ。 （４）工作方式及程序 由于岩溶洞穴与围岩的电性存在明显差异．由空气或水 与围岩形成的界面对雷达发射的电磁波会形成强反射界面。 地质雷达发射的电磁波在地下传播时被不同的介质吸收．其 探测效果将受地下介质及反射面的影响。不同频率的天线对 同一深度的地质界面．低频天线的分辨率相对较低．但探测深 度大．最深可达３０ｍ。高频天线具有较高分辨率。可显示出止 浆墙与岩盘的明确界限。在进行地质探测时应对不同的地电 条件和需解决的问题．选择不同频率的天线与相应的工作方 式，以达到较好的探测效果。工作程序：地质雷达的工作程序 见图２ 图２地质雷达工作程序框图 ２．２．２红外探水仪 工程地下水具有突发性、高水头、大流量的特点，准确判定 掌子面前方的地下水情况将是工程地下水防治施工的关键。因 此，采用红外探水技术对掌子面前方富水情况进行探测。 舌 （１）基本原理 ｔｗ 由于地下水活动会引起岩体红外辐射场强的变化，红外探 水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的 变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否隐状的含水体。 （２）特点 登 测量快速。基本不占用生产时间。测量结束，即可得出初 ２１８ ３．１超前探孔（２１ｍ） 掌子面超前钻孔采用液压钻孔台车，根据液压钻孔台车 钻孔性能和为了确保钻孔精度，确定Ⅱ、Ⅲ类围岩每次超前钻 孔长度为２１ｍ（留３－５ｍ止浆岩盘，再开始下一次探孔）。在超 前预报基础上，针对有水部位．在需要探测断面上随机布置２ 个孔，争取探孔打到出水构造上，或者打在节理裂隙附近。探 水孔的主要目的是：探明水量和水压情况，在钻孔的同时，记 录钻孔速度、岩碴岩粉特征、冲洗液颜色、含泥量、出水部位、 钻杆是否突进等情况，按设计和开挖面的地质资料．判定工作 面前方的工程、水文地质情况，以采取必要的预防措施。 ３．２超前探孔（３０ｍ） 对于用地质仪器探测到掌子面前方有较大断层和储水构 造时，用２１ｍ探孔不能足探测要求或需要取芯时，或掌子面 涌水量ｌｉｄｓ时，采用ＭＫ一５型地质钻机进行３０ｍ超前钻孔。 其布置方式和目的作用与２１ｍ探孔相同 ３．３超前取芯钻孔（５０～８０ｍ） 对于用地质仪器探测到的在掌子面前方有较大断层或实 测涌水量大于５Ｉ 时．采用ＭＫ一５型地质钻机进行５０～８０ｍ 的超前取芯钻孔．对仪器探测结果、断层设计位置进行钻孔取 芯验证，每断面布置３个孔。在钻孔过程中每次提钻后要对岩 芯进行观察描述和记录。记录各岩层位置、岩性、厚度及其裂 隙发育、充填胶结情况，做好岩芯的地质描述。同时记录好孔 内出水情况。取出的岩芯要按孔位编号，摆放整齐，供地质人 员分析研究 ４地质灾害临近警报 超前预报地质灾害的关键工作是前述的不良地质段的长 期长距离、短期中短距离综合地质预测预报．但在施工过程中 地质灾害临近警报显得更为重要，它是综合判断不良地质体 的重要内容．是隧道施工地质灾害超前预报的核心任务．主要 内容有五个方面：①断层破碎带塌方与判断；②岩溶陷落柱塌 方与判断；（ 突泥、突水的预测与判断；（ 瓦斯预测与判断；（ 岩爆预测与判断等。在地质灾害来临前及时地发出警报．并采 取相应的应急避难预案措施，对于保证施工人员、设备的安 全，降低地质灾害造成的损失具有重要意义。 ５资料整理、信息反馈与设计施工 地质超前预报作为一个工序纳入隧道施工过程，项目经 理部地质预测预报中心设专业资料组，所有监测及预报资料 均及时收集汇编，并建档管理。根据量测资料分析、计算结果， 依据管理等级及围岩稳定的标准，发出继续正常施工、加强支 护、停止掘进时采取应急措施及可进行二衬施工等信息，经主 管工程师审核确认后。及时在施工前下发预报资料，指出通过 ＬｏＷ ｃＡＲＢｏＮ ＷｏＲＬＤ ２０１３，ｉＯ 能源・地矿 对煤矿机电安装中存在问题与优化对策的分析 袁庆明［贵州省六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司，贵卅ｆ六枝５５３４００］ 【摘 要】随着机电设备科技含量的不断提高，煤矿机电设备在具体的安装与调试过程中遇到的故障将会变得更加复杂，机电设备运作环节比 较复杂，在安装过程更加容易会出现状况，因此要对煤矿机电设备安装和正常运作提出严格的要求。因此，重视机电设备安装工程的程中的施 工技术具有重要的意义。 【关键词】煤矿机电ｉ安装问题；优化对策 【中图分类号】ＴＤ６３ 【文献标识码ｌＢ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１３）２０—０２１９—０２ ｌ煤矿机电安装的现状 ２煤矿机电安装工程的常见问题分析 选煤厂的机械设备包括了受煤系统至储煤系统的机械设 ２．１工程设计不合理 备、原煤运输系统以及筛分车间的、主洗车间的产品运输系统 可以说工程的设计直接决定着机电设备的正常运作、施 以及原煤缓冲仓和原煤装车仓以及装车系统的机械设备、供 工的进度与难度以及整个机电安装工程的造价 目前．一些煤 电系统安装包括高压开关柜、高压无功自动调节装置、高压电 矿机电安装工程的设计往往不够合理，从而造成材料与设备 容器、消弧过电压保护蒹电压测量柜、变压器、低压配电柜、电 的使用不当、工程造价的增加。有的设计还严重缺乏可行性． 容补偿柜、直流屏、计算机监控系统、母线槽、电缆、电缆桥架 所以就更难根据其设计进行施工，延缓了施工进度。另外．部 等安装。 分的设计人员存在为追求利益自行推荐机电安装工程的施工 在目前的煤矿机电安装过程中．煤矿机电安装的主要目 单住、机电设备的品牌及型号等行文，其中难免存在一些不合 的是为了完成生产任务。由于选煤生产具有一定的特殊性。使 格的设计、技术能力较低的施工单位。从而使出现了施工技术 机电安装技术人员不稳定和缺乏的状况，同时机电安装技术 无法满足工程需要和机电设备的质量难以保证的问题．由此降 薄弱，安装的模式较为粗疏等。不仅制约着安装质量及水平， 低了煤矿机电安装工程的质量，以致影响到正常的煤矿生产。 对生产安全和效益造成影响，还给安装管理造成了很大的困 ２．２施工质量及管理的控制不足 难。虽然．近几年经济的快速发展使选煤机械水平有所提高． 机电安装施工是一个极其复杂的过程，影响质量的因素 但是面对能源需求的俱增，选煤企业多注重加大生产。却忽视 很多。因此，要保证机电安装工程的施工质量，就必须提高管 了煤矿机电安装安全和质量问题．使机电设备被动的进行生 理、施－ｙ－－．ｇｔ．操作人员自身素质。加强原材料和施工方法的质量 产运作。并且机电安装技术人员和管理人员缺乏机电安装标 管理，建立完善的质量管理体系，并严把施工工序的质量关。 准化知识，没有严格按照安装标准进行实施。因此对如何正确 煤矿机电安装工程的施工管理与质量控制是工程质量、机电 和避免安装过程中出现的问题上存在认识误区．约束了 功能、造价成本的保障。然而，一些煤矿机电安装工程的管理 煤矿机电安装的质量。 人员，往往专业作业能力不足。管理意识较弱 由于专业知识 机电设备有明显的电气特性．在安装的过程一定要充分 的薄弱，从而难以发现和纠正一些不规范的操作使工程存在 考虑电气标准，否则就会造成设备在运行的过程出现故障引 潜在的隐患，由此常常造成一系列的机电设备事故。难以保证 发安全事故。例如：在安装电气开关的时候。如果无法达到电 煤矿生产。 气安全的安装的标准，那么就会因电气危险造成严重的损失。 ２．３施工技术落后更新慢． 因此，为了使选煤企业生产能力与质量得到提高．选煤企业必 机电安装施工技术指在工程项目整个建设周期内所采取 须重视和科学实施机电安装。以保证设备的安全运行。 的技术方案、工艺流程、组织措施、检测手段和施工组织设计 该地层施工应注意的事项，应采取确保工程地质段稳定并达 参考文献 到施工安全的技术措施 发送施工队及有关的设计、监理部 【１】张志龙，王兰生，王跃飞．公路隧道施工超前地质预报技术方法研究 门，提供施工或变更设计的依据，所有签发的监控量测报告均 现状综述『Ｊ１．公路交通科技，２０ｏ５（０５）：４４—４７． 留底于资料室存档，作为竣工资料组成部分进行移交。 【２】朱劲．超前地质预报新技术在铜锣山隧道的应用及综合分析研究 凸 ６结语 ［Ｄ］．成都理工大学，２００７（０８）：９０—９１． ０ 隧道施工中地质超前预报的重要性已得到越来越广泛的 ［３】李忠，刘秀峰，黄成麟．提高ＴＳＰ一２０２超前预报系统探测距离的技 Ｚ 术措施的研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３（０３）：６７—６８． ０ ∞ 认同。ＴＳＰ探测技术、地质雷达以及红外探测技术已成为保证 正 《 隧道施工安全和工程质量的重要手段．并在许多隧道施工中 Ｕ 收稿日期：２０１３—９—１１ ； 作为一项施工工序。采用超前地质预报探测技术能大大减少 ｏ 作者简介：任辉（１９８０一），男，大学本科，工程师，主要从事工 施工中的盲目性，减少事故发生率。从而降低工程技资．缩短 瞧 程勘察工作。 圭Ｉ 工期 出 ２１９
