漫谈矿山法隧道技术第十二讲隧道情报化施工的(3)
虽然获取情报的方法很多,但过去我们过多地依赖量测,而忽视了观察、试验及掌子面前方围岩预测所提供的情报。因此,今后应有针对性地利用除量测以外的一些方法,获取相应的情报,这对于指导隧道的设计和施工具有很重要的作用。
由上述方法获得的情报,其数量是可观的,因此对情报进行整理、分析、评价是十分重要的工作。这只有利用数据库的方法才能解决,因此,有计划、有目的地建立隧道情报数据库是刻不容缓的大事,不能忽视。
2.1 掌子面前方的超前钻孔探查
在隧道情报化施工中,掌握掌子面前方的围岩状况是非常重要的。目前,掌子面前方围岩探查方法的开发已经成为隧道施工技术发展的重要领域,应给予充分的关注。
日本北海道开发局在其地方规范中指出: 过去对施工中的前方地质研究和对掌子面状态评价只采用经验的、定性的、模式化的方法,只在地质条件恶劣的区间和破碎带等场合采用超前钻孔方法来提高调查精度; 但到今天,由于技术的进步,已经可以采用前方地质确认手段来定量地加以判定。因此,其规范规定: 原则上在全线施工中采用超前钻孔进行前方地质调查。
基于北海道开发局的规定,在北海道的公路隧道中,距掌子面大约每掘进100 m实施超前钻孔,不仅要进行确认地质的P波检层和岩石试验,也要获取如表2所列的情报。根据北海道施工16座隧道的数据,首先用预测的围岩级别和施工围岩级别一致度来表示超前钻孔的效果。研究的对象包括基于事前调查(岩类、弹性波速度等)设定的围岩级别、基于超前钻孔设定的围岩级别和实际施工的围岩级别3个,共1 245个数据。
表3是基于事前调查设定的围岩级别与实际施工的围岩级别的关系。表4是基于超前钻孔设定的围岩级别与实际施工的围岩级别的关系。基于上述预测与实际施工的围岩级别的一致度统计结果见表5。
表5说明: 1)事前调查结果与施工结果一致的约占76%,19%与预计相比降低1—2级,其中从C1、C2级变更到D1、D2、E级的占总数的11%。同时也出现施工时比预计的围岩位移大,从无仰拱模式变更到设仰拱模式的情况。2)超前钻孔结果与施工结果一致的约占90%,9%与预计相比降低1—2级,而从C级变更到D级的只有2.5%。施工中没有较大的工法变更。
围岩级别预测一致度的差值可明确地反映到隧道施工时净空位移的差值上。没有实施超前钻孔的隧道与上述实施超前钻孔的隧道比较,后者的净空位移小; 特别是在D1、D2级围岩中,其差值很大。也就是说,采用超前钻孔能够获得详细的围岩地质情报和进行高精度的围岩分级,在施工中工法变更较少,而且净空位移也小。
由此项研究可以看出,利用超前钻孔的情报,可以对掌子面前方围岩的状况予以评价,并力求向建立与超前钻孔对应的围岩分级方法的方向发展。
表2 超前钻孔调查的记载项目[2]Table 2 Items for advanced bore-hole drilling[2]隧道名称位置SP/m起终孔编号深度/m埋深岩类地层名称柱状图岩类风化变质符号事前调查弹性波速度vpg/(km/s)龟裂系数Kg/%围岩级别设计P超前钻孔P波检层vph/(km/s)龟裂系数Kh/%加载试验E/MPa岩石试验σc/MPavpc/(km/s)ρt/(g/cm3)Ec/MPaRQDRQD(10)RQD(5)最大岩芯长度柱状岩芯率平均RQDRQD(10)RQD(5)最大岩芯长度柱状岩芯率最大涌水量/(L/min)围岩强度应力比σ/γh围岩强度应力比的围岩级别(σ/γh)平均RQD(10)的围岩级别超前钻孔的围岩级别
事前调查的围岩级别施工时的围岩级别C1C2D1D2ECCDDE16
超前钻孔的围岩级别施工时的围岩级别C1C2D1D2ECCDDE6
差值事前调查-施工施工数比例/%超前钻孔-施工施工数比例/%+2级以上+1级.8698.1一致..7-1级级以上70.630.4合计.0.0
2.2 洞口段开挖前的超前钻孔探查
在隧道施工中,开挖前了解掌子面前方围岩的状况是非常重要的。钻孔探查是最直接的方法,特别是洞口段地质变化频繁的地段。例如日本九州新干线筑紫隧道采用绳索取芯工法(Wire Line Core Method)进行前方围岩探查。
筑紫隧道山浦工区(最南方的工区)小埋深区间长约1 km,埋深约40 m。此区间是由更新世砂砾层构成的丘陵堆积物,其下方是全风化花岗岩。采用电探法得到的几乎是相同的比电阻值,因此进行导向钻孔调查岩芯状况是必要的。
借用农闲期的水田,以17°倾斜角开始钻进,一边钻进一边使钻孔轨迹逐步变成水平方向,而后在隧道下方采用通常的绳索钻进500 m。钻进孔径: 倾斜段为111 mm,导向地段为76 mm。方向测定的频率: 倾斜段每25 m测1次,导向段每11 m测1次,水平段每20 m测1次。最终的容许精度是±5 m。
文章来源:《传媒观察》 网址: http://www.cmgczz.cn/qikandaodu/2021/0620/620.html