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兰新铁路第二双线LXS-3标段隧道超前地质预报研究

邓少平  
【摘要】:如今,隧道在诸多工程建设中占据重要地位,然而隧道作为一种特殊的工程体,具有其自身的特殊性。在隧道施工中,由于其特殊性,使得隧道施工的风险比其它工程要高。最大程度地降低隧道施工风险,保证施工安全和质量是隧道超前地质预报工作的首要任务,也是超前预报工作面临的巨大挑战。开展超前地质预报技术研究,对隧道工程及其它地下工程的发展起着巨大的推动作用。 本文基于对所收集的前人研究资料和国内外研究方法的分析,结合兰新第二双线LXS-3标段的隧道工程地质条件,参照隧道施工掌子面的地质条件变化情况,联合TSP (Tunnel Seismic Prediction)法与GPR (Ground Penetrating Radar)对隧道进行超前地质预报,将超前地质预报结果与开挖后的隧道围岩进行对比,综合分析预报结果,总结隧道超前预报经验。本文的研究内容主要围绕以下几方面展开: 1、系统总结各种隧道超前预报方法,详细阐述地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)的基本原理、工作方法及解译标志。 2、详细阐述TSP法(Tunnel Seismic Prediction)的基本原理、工作方法及解译标志。前人研究成果表明,TSP在隧道开挖过程中进行中长距离的超前预报和围岩分级具有较好的效果。 3、以兰新铁路第二双线LXS-3标段隧道为研究对象,基于TSP法与地质雷达联合探测不良地质时的图像特征,总结地震波、电磁波对围岩中的富水带、破碎带、节理密集带及岩层分界面等的响应特征。 4、运用TSP预报系统对隧道进行长距离探测,并根据探测出的不良地质条件发育情况对隧道围岩等级进行动态划分,将探测结论与勘查和设计进行对比分析,对隧道施工方案和支护措施等做出科学合理的指导。结果表明,TSP法进行超前地质预报时,对隧道围岩分级具有良好效果,对准确进行隧道施工阶段的设计变更具有重大意义。 5、利用地质雷达对隧道进行中短距离超前探测,在TSP探测成果的基础上,对具体的不良地质体发育特征做详细预报。探测结果表明,在TSP法探测的基础上再利用地质雷达,一方面能够针对性地开展工作,节约探测成本;另一方面,地质雷达探测精度较高,能准确预报探测范围内不良地质的性质和分布特征。 6、在隧道开挖后,将实际的不良地质体发育特征与地质雷达和TSP法的联合探测成果对比,分析联合探测的准确性。结果表明,两种方法的联合运用,准确有效地对隧道施工中的不良地质条件做出了及时预报,准确度明显提高。 7、基于2D-FDTD法(时域有限差分法)并借助GprMax2D软件对地质雷达进行正演模拟,通过建立与实际探测相似的模型对假想地质条件进行数值模拟,得出电磁波在该种地质条件下的理论反射图像,对于不断改进超前地质预报图像解译技术起推动作用。 通过对兰新铁路第二双线LXS-3标段隧道超前地质预报方法的研究,总结出一套系统的超前地质预报方法:以地质分析法为核心,利用TSP法进行中长距离的隧道围岩分级;在TSP预报结论的基础上利用地质雷达对中距离的不良地质条件进行详细探测;最后综合上述两种方法的分析结果,利用掌子面素描法对隧道进行短距离预报。


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