蘭新鐵路第二雙線LXS-3標段隧道超前地質預報研究.pdf

1、如今，隧道在諸多工程建設中占據(jù)重要地位，然而隧道作為一種特殊的工程體，具有其自身的特殊性。在隧道施工中，由于其特殊性，使得隧道施工的風險比其它工程要高。最大程度地降低隧道施工風險，保證施工安全和質量是隧道超前地質預報工作的首要任務，也是超前預報工作面臨的巨大挑戰(zhàn)。開展超前地質預報技術研究，對隧道工程及其它地下工程的發(fā)展起著巨大的推動作用。
　　本文基于對所收集的前人研究資料和國內外研究方法的分析，結合蘭新第二雙線LXS-3標段的隧

2、道工程地質條件，參照隧道施工掌子面的地質條件變化情況，聯(lián)合TSP(Tunnel Seismic Prediction)法與GPR(Ground Penetrating Radar)對隧道進行超前地質預報，將超前地質預報結果與開挖后的隧道圍巖進行對比，綜合分析預報結果，總結隧道超前預報經驗。本文的研究內容主要圍繞以下幾方面展開：
　　1、系統(tǒng)總結各種隧道超前預報方法，詳細闡述地質雷達(Ground Penetrating Radar

3、，簡稱GPR)的基本原理、工作方法及解譯標志。
　　2、詳細闡述TSP法(Tunnel Seismic Prediction)的基本原理、工作方法及解譯標志。前人研究成果表明，TSP在隧道開挖過程中進行中長距離的超前預報和圍巖分級具有較好的效果。
　　3、以蘭新鐵路第二雙線LXS-3標段隧道為研究對象，基于TSP法與地質雷達聯(lián)合探測不良地質時的圖像特征，總結地震波、電磁波對圍巖中的富水帶、破碎帶、節(jié)理密集帶及巖層分界面等的響

4、應特征。
　　4、運用TSP預報系統(tǒng)對隧道進行長距離探測，并根據(jù)探測出的不良地質條件發(fā)育情況對隧道圍巖等級進行動態(tài)劃分，將探測結論與勘查和設計進行對比分析，對隧道施工方案和支護措施等做出科學合理的指導。結果表明，TSP法進行超前地質預報時，對隧道圍巖分級具有良好效果，對準確進行隧道施工階段的設計變更具有重大意義。
　　5、利用地質雷達對隧道進行中短距離超前探測，在TSP探測成果的基礎上，對具體的不良地質體發(fā)育特征做詳細預報。

5、探測結果表明，在TSP法探測的基礎上再利用地質雷達，一方面能夠針對性地開展工作，節(jié)約探測成本；另一方面，地質雷達探測精度較高，能準確預報探測范圍內不良地質的性質和分布特征。
　　6、在隧道開挖后，將實際的不良地質體發(fā)育特征與地質雷達和TSP法的聯(lián)合探測成果對比，分析聯(lián)合探測的準確性。結果表明，兩種方法的聯(lián)合運用，準確有效地對隧道施工中的不良地質條件做出了及時預報，準確度明顯提高。
　　7、基于2D-FDTD法(時域有限差分法

6、)并借助GprMax2D軟件對地質雷達進行正演模擬，通過建立與實際探測相似的模型對假想地質條件進行數(shù)值模擬，得出電磁波在該種地質條件下的理論反射圖像，對于不斷改進超前地質預報圖像解譯技術起推動作用。
　　通過對蘭新鐵路第二雙線LXS-3標段隧道超前地質預報方法的研究，總結出一套系統(tǒng)的超前地質預報方法：以地質分析法為核心，利用TSP法進行中長距離的隧道圍巖分級；在TSP預報結論的基礎上利用地質雷達對中距離的不良地質條件進行詳細探測：