專(zhuān)利名稱(chēng)：地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法。
背景技術(shù)：
隧道、隧道工程是不同于一般土木建筑工程的特殊工程-地質(zhì)工程，它是以地質(zhì)體做建筑材料，又是工程結(jié)構(gòu)的一部分或全部，并以地質(zhì)環(huán)境為建筑環(huán)境的一類(lèi)特殊建筑工程，其理論基礎(chǔ)是地質(zhì)控制論-地質(zhì)構(gòu)造控制論、巖(土)體結(jié)構(gòu)控制論、巖溶控制論、地質(zhì)環(huán)境控制論，地質(zhì)工程的設(shè)計(jì)和施工的基本方法是地質(zhì)監(jiān)控施工法，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是地質(zhì)監(jiān)控施工法的重要組成部分，是隧道、隧洞動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、施工的客觀要求。隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)的開(kāi)展，大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，鐵路、公路、水電水利工程的上馬，我國(guó)鐵路、公路隧道、引水隧洞，特別是長(zhǎng)大埋深的隧道(隧洞)與日俱增，上述地區(qū)的巖土工程勘察因自然地理?xiàng)l件，多處于中、高山地區(qū)，地形、地貌復(fù)雜，河流深切，地質(zhì)環(huán)境條件(地層巖性復(fù)雜、碳酸鹽地層廣布、褶皺、斷裂構(gòu)造復(fù)雜)；水文地質(zhì)條件(巖溶水、 斷層水等普遍)，生態(tài)環(huán)境脆弱，對(duì)于地形、地貌、地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是巖溶復(fù)雜的隧道(隧洞)的工程勘察成為一個(gè)尚待解決的難題。目前，常用的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的劃分還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)均按物探的探測(cè)距離劃分為長(zhǎng)期、短期預(yù)報(bào)兩個(gè)階段，有的雖然提出了宏觀超前地質(zhì)預(yù)報(bào)概念，但對(duì)其理論、步驟和方法的研究較少，實(shí)際應(yīng)用的實(shí)例較少，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)綜合應(yīng)用中，僅以?xún)煞N或兩種先進(jìn)物探手段進(jìn)行超前探測(cè)后就做出超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的現(xiàn)象較為常見(jiàn)，即使使用先進(jìn)的物探儀器也難以取得理想的效果，在物探方法的選擇上，未能根據(jù)隧道(隧洞)實(shí)際的地質(zhì)條件進(jìn)行優(yōu)化組合，預(yù)報(bào)成本較高，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以地質(zhì)為中樞，將地質(zhì)綜合分析貫穿于地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的全過(guò)程，把長(zhǎng)期、中期、短期、臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)緊密結(jié)合起來(lái)，實(shí)行地質(zhì)-物探-水平鉆探三結(jié)合，優(yōu)化物探手段綜合應(yīng)用，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，降低預(yù)報(bào)成本，適用范圍廣的一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，它以地質(zhì)為中樞，包括長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、中期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)四個(gè)階段，它包括以下步驟
(1)明確地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的任務(wù)；
(2)收集資料至少收集整座地下工程的以下資料巖土工程勘察報(bào)告、專(zhuān)題研究報(bào)告、線路工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、線路縱斷面圖、地層柱狀圖、鉆孔柱狀圖、探洞平面圖、地面地質(zhì)物探成果資料、地下工程設(shè)計(jì)文件，必要時(shí)還應(yīng)收集地下工程所在地的1/20萬(wàn)的區(qū)域地質(zhì)量測(cè)報(bào)告，1/20萬(wàn)的綜合區(qū)域水文地質(zhì)量測(cè)報(bào)告，對(duì)收集到的資料進(jìn)行分析、研究，基本掌握地下工程全線的地質(zhì)構(gòu)造輪廓和主要不良地質(zhì)的種類(lèi)、分布和規(guī)模，找出與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有關(guān)的資料不足之處，或需要解決的問(wèn)題，作為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)研究；
(3)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查在分析研究已有資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查，初步核查有關(guān)資料；
(4)完善地下工程縱斷圖面的修改在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查的基礎(chǔ)上對(duì)地下工程縱斷圖面進(jìn)行修改補(bǔ)充；
(5)采用地質(zhì)法、物探法、水平鉆探法三種方法相結(jié)合，將已有地下工程發(fā)生的地質(zhì)條件與現(xiàn)有地下工程進(jìn)行研究、分析、對(duì)比，得到該地下工程的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。所述的地質(zhì)法包括對(duì)地下工程縱剖面進(jìn)行編制的地質(zhì)投射法；
即是確定地質(zhì)歷史的根據(jù)、構(gòu)造地質(zhì)的基礎(chǔ)，又是地下水的介質(zhì)條件的地層層序預(yù)報(bào)
法；
應(yīng)用礦山地質(zhì)學(xué)原始編錄的原理和方法，對(duì)新開(kāi)挖的掌子面進(jìn)行地質(zhì)素描，從地下工程開(kāi)挖的起點(diǎn)按一定比例尺繪制三壁展開(kāi)圖，繪制平導(dǎo)，繪制正洞聯(lián)合斷面圖，通過(guò)上述三個(gè)方面地質(zhì)資料的全面收集和基礎(chǔ)圖件的繪制進(jìn)行掌子面前方和橫向進(jìn)行短距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的地質(zhì)編錄預(yù)報(bào)法，它包括掌子面素描、洞身三維展開(kāi)圖的繪制與應(yīng)用、平導(dǎo)、正洞聯(lián)合斷面平面圖的編制與應(yīng)用；
對(duì)斷層過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)的斷層參數(shù)法；
獲取掌子面圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布的參數(shù)的TV成像技術(shù)，所述的TV成像技術(shù)包括對(duì)輸入的圖像信息進(jìn)行預(yù)備性處理的圖像預(yù)處理；對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)不失真壓縮的圖像壓縮編碼；根據(jù)圖像中存在的圖像特征，把圖像分割成一系列目標(biāo)區(qū)的圖像的分割；用專(zhuān)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表示已分離區(qū)域或物體的結(jié)構(gòu)與統(tǒng)計(jì)性質(zhì)或區(qū)域間關(guān)系的圖像的描述；
依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和工程地質(zhì)學(xué)分析方法，按照不良地質(zhì)作用，地質(zhì)災(zāi)害形成的工程地質(zhì)條件，水文地質(zhì)條件和其它條件進(jìn)行類(lèi)比的工程地質(zhì)類(lèi)比法。所述的物探法包括地震波反射法、LDS陸地聲納法、TRT地震反射層析法、負(fù)視速度法、HSP水平聲波法、BEAM電法探測(cè)技術(shù)、TEM瞬變電磁法、GPR地質(zhì)雷達(dá)法、聲發(fā)射法、紅外線探水法。所述的地震波反射法采用回聲測(cè)量原理，地震波在指定的震源點(diǎn)用少量炸藥激發(fā)，產(chǎn)生的地震波在巖石中以球面波的形式向掌子面前方傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石物性界面時(shí)，一部分地震信號(hào)反射回來(lái)，一部分地震信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)，反射的地震信號(hào)將被兩個(gè)高靈敏的地震檢波器接收，通過(guò)對(duì)接收信號(hào)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)特征進(jìn)行分析，推斷不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀及巖石的力學(xué)性質(zhì)；
所述的LDS陸地聲納法包括在地下工程沿掌子面上設(shè)一測(cè)線，測(cè)線上每30cm左右設(shè)一測(cè)點(diǎn)，然后用錘擊產(chǎn)生震動(dòng)彈性波，彈性波沿掌子面在巖體中傳播，遇到波速和密度不同的界面產(chǎn)生反射，在錘擊點(diǎn)近旁設(shè)置的檢波器接收這一系列反射波，沿一測(cè)線上許多測(cè)點(diǎn)逐一測(cè)取后，將各測(cè)點(diǎn)的記錄繪成一張圖一時(shí)間剖面，以圖中可連成一條線的同一反射面的反射波，就可判釋出各反射界面；
所述的TRT地震反射層析法采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收，基于隧道圍巖中存在聲阻抗差異，聲阻抗差異發(fā)生在巖層邊界或不連續(xù)帶，這些不連續(xù)帶相當(dāng)于鏡子，將反射給聲波探測(cè)儀，經(jīng)分析后確定反射界面的位置和性狀，利用地震反射波進(jìn)行三維地質(zhì)條件成像的原理，對(duì)于已知位置的每個(gè)震源和接收器，反射面可能反射到的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)橢圓，為設(shè)置足夠的震源和接收點(diǎn)以形成一個(gè)三維陣列，每個(gè)邊界或反射面被認(rèn)為是多個(gè)橢圓交叉的區(qū)域；
所述的負(fù)視速度法采用小點(diǎn)激發(fā)，多點(diǎn)接收，利用地震波在不均勻地層中產(chǎn)生的反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)地下工程掌子面前方及周?chē)鷧^(qū)域的地質(zhì)情況，在地下工程側(cè)壁的一定范圍內(nèi)布置激振點(diǎn)，進(jìn)行激發(fā)、產(chǎn)生的地震波信號(hào)在地下工程周?chē)鷰r體內(nèi)傳播，當(dāng)巖石強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，地震波信號(hào)的一部分將返回，返回信號(hào)被儀器接收；
所述的HSP水平聲波法利用聲波在巖體中的傳播、反射，通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)接收反射波信號(hào)，判斷地下工程掌子面前方反射界面的性質(zhì)；
所述的TEM瞬變電磁法是一種時(shí)間域電磁法，利用介躍波形電磁脈沖激發(fā)，利用不接地回線向地下發(fā)射一次場(chǎng)，在一次場(chǎng)斷電后，測(cè)量由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)二次場(chǎng)隨時(shí)間的變化；
所述的GI^R地質(zhì)雷達(dá)法利用一個(gè)天線以款脈沖形式向掌子面前方發(fā)射高頻電磁波，另一個(gè)天線接收掌子面前方介質(zhì)界面的反射電磁波；
所述的聲發(fā)射法在地下工程開(kāi)挖過(guò)程中引起應(yīng)力重分布，將導(dǎo)致巖體內(nèi)部出現(xiàn)破裂或是原有裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)巖體內(nèi)積累的變形能釋放時(shí)，應(yīng)力波同時(shí)向外傳播，形成一系列聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射的強(qiáng)弱多寡與巖體特征性和受力狀況有關(guān)，而且在巖體破壞前有一系列增加的過(guò)程，主要預(yù)報(bào)巖爆和巖體的穩(wěn)定性；
所述的紅外線探水法是非接觸探測(cè)，在隧道壁上定探點(diǎn)，用儀器的激光器在壁上打出一個(gè)紅色斑點(diǎn)，定好探點(diǎn)扣動(dòng)儀器的扳機(jī)，就可以在儀器屏幕上讀取探測(cè)值。所述的水平鉆探法通過(guò)鉆探對(duì)掌子面前方獲取的地層巖性進(jìn)行鑒別確定其埋藏距離與厚度、溶洞及充填物的性質(zhì)，所述的水平鉆探法包括短鉆孔水平鉆探法和長(zhǎng)鉆孔水平鉆探法。所述的掌子面素描是在地下工程內(nèi)，對(duì)新開(kāi)挖的掌子面進(jìn)行全面系統(tǒng)的觀察記錄，并繪制掌子面素描圖，所述的掌子面素描圖主要包括地層巖性特征、地質(zhì)時(shí)代、地層產(chǎn)狀，圍巖的類(lèi)型、軟硬巖分布情況及性質(zhì)風(fēng)化程度，節(jié)理裂隙發(fā)育程度、間距、組數(shù)分布及產(chǎn)狀，斷層的性質(zhì)，規(guī)模分布情況及產(chǎn)狀，巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型及自穩(wěn)能力，涌水、突泥位置、涌水量及其狀態(tài)，軟弱巖層的分布及厚度以及對(duì)地下工程施工的影響等；
所述的洞身三維展開(kāi)圖的繪制與應(yīng)用借助地下工程的施工，及時(shí)將地下工程揭露的地層巖性、構(gòu)造地質(zhì)、地下水、不良地質(zhì)作用等，反映在1:1000的隧道三維展開(kāi)平面圖上，并與地下工程縱剖面圖進(jìn)行對(duì)照，用以近距離預(yù)報(bào)掌子面前方可能出現(xiàn)的地層巖性和不良地質(zhì)情況，與此同時(shí)，對(duì)重點(diǎn)地段結(jié)合掌子面素描，可從四維空間對(duì)掌子面前方做出預(yù)報(bào)；
所述的平導(dǎo)、正洞聯(lián)合斷面平面圖的編制與應(yīng)用在編繪平導(dǎo)正洞三壁展開(kāi)圖的基礎(chǔ)上，繪制平導(dǎo)、正洞或正洞左右幅聯(lián)合水平斷面圖，將平導(dǎo)或正洞之一超前揭露的地質(zhì)分界線、斷層破碎帶等的產(chǎn)狀向一側(cè)(正洞)或兩側(cè)(當(dāng)為三洞平行施工時(shí))外延，從而做出施工地段地層分層界線和斷層等不良地質(zhì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。所述的短鉆孔水平鉆探法的探鉆距離為30m以?xún)?nèi)，所述的長(zhǎng)鉆孔水平鉆探法探鉆距離大于50 IOOm0本發(fā)明的有益效果是
(1)本發(fā)明提供一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，以地質(zhì)為中樞，將地質(zhì)綜合分析研究貫穿于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的全過(guò)程，把長(zhǎng)期、中期、短期、臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)緊密的結(jié)合起來(lái)， 實(shí)行地質(zhì)-物探-水平鉆探三結(jié)合，優(yōu)化物探手段綜合應(yīng)用，符合隧道(隧洞)工程典型的地質(zhì)工程的特點(diǎn)，從宏觀到微觀、由遠(yuǎn)而近，逐步鎖定不良地質(zhì)地段，符合人們對(duì)地質(zhì)工程的客觀認(rèn)識(shí)規(guī)律，亦有利于物探手段選擇的優(yōu)化組合；
(2)本發(fā)明提供一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，具有不斷提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，降低超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成本，有利于地下工程施工單位提高經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約國(guó)家建設(shè)投資等優(yōu)點(diǎn)；
(3)本發(fā)明提供一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，采用長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，在全面系統(tǒng)研究隧址區(qū)勘察資料、設(shè)計(jì)文件的基礎(chǔ)上經(jīng)地表地質(zhì)復(fù)查，找準(zhǔn)整座地下工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)地段和不良地作用類(lèi)型和分布里程，以地質(zhì)控制論和地質(zhì)類(lèi)比法，做出整座地下工程的全程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，有效地直到中、短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)順利進(jìn)行，并為選擇物探及物探手段的優(yōu)化組合方案提供依據(jù)，它是勘察設(shè)計(jì)的深化，彌補(bǔ)了當(dāng)前地勘成果綜合分析不足的缺陷，有助于施工單位編制的組織設(shè)計(jì)方案更有針對(duì)性，使防災(zāi)減災(zāi)的措施更加具體，亦是地下工程監(jiān)控量測(cè)布置的依據(jù)；
(4)本發(fā)明提供一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，采用距離在掌子面前方80 120 米的中期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，將地質(zhì)綜合分析和物探相結(jié)合，在長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上對(duì)其重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)地段進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)、完善，進(jìn)一步鎖定短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)地段；
(5)本發(fā)明提供一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，采用距離在掌子面前方30 50米的短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，是超前地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)技術(shù)中的攻堅(jiān)階段；
(6)本發(fā)明提供一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，采用臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，盡可能避免重大地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保地下工程安全、快捷施工。
圖1為本發(fā)明的流程圖2為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄流程圖； 圖3為本發(fā)明地震波反射數(shù)據(jù)采集流程圖； 圖4為本發(fā)明地震波反射數(shù)據(jù)處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。如圖1所示，地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，它以地質(zhì)為中樞，包括長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、中期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)四個(gè)階段，它包括以下步驟
(1)明確地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的任務(wù)，以委托單位下達(dá)的任務(wù)書(shū)為準(zhǔn)；
(2)收集資料至少收集整座地下工程的以下資料巖土工程勘察報(bào)告、專(zhuān)題研究報(bào)告、線路工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、線路縱斷面圖、地層柱狀圖、鉆孔柱狀圖、探洞平面圖、地面地質(zhì)物探成果資料、地下工程設(shè)計(jì)文件，必要時(shí)還應(yīng)收集地下工程所在地的1/20萬(wàn)的區(qū)域地質(zhì)量測(cè)報(bào)告，1/20萬(wàn)的綜合區(qū)域水文地質(zhì)量測(cè)報(bào)告，通過(guò)對(duì)上述資料的分析、研究，基本掌握地下工程全線的地質(zhì)構(gòu)造輪廓和主要不良地質(zhì)的種類(lèi)、分布和規(guī)模，做到心中有數(shù)，同時(shí)找出與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有關(guān)的資料不足之處，或需要解決的問(wèn)題，并作為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)來(lái)研究；
(3)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查在分析研究已有資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查，初步核查有關(guān)資料；
(4)完善地下工程縱斷圖面的修改地下工程縱斷面圖對(duì)地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)來(lái)講是一張基礎(chǔ)性的圖紙，采用地質(zhì)制圖的投射法，在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查的基礎(chǔ)上對(duì)地下工程縱斷圖面進(jìn)行修改補(bǔ)充，當(dāng)已有沿地下工程軸線的地質(zhì)縱剖面時(shí)，主要是進(jìn)行復(fù)核工作，重點(diǎn)是地質(zhì)構(gòu)造、斷層性質(zhì)、褶曲的特點(diǎn)決定褶曲投影點(diǎn)的位置，巖溶及不良地質(zhì)作用等；
(5)采用地質(zhì)法、物探法、水平鉆探法三種方法相結(jié)合，將已有地下工程發(fā)生的地質(zhì)條件與現(xiàn)有地下工程進(jìn)行研究、分析、對(duì)比，得到該地下工程的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。所述的地質(zhì)法包括地質(zhì)投射法、地層層序預(yù)報(bào)法、地質(zhì)編錄預(yù)報(bào)法、斷層參數(shù)法、 TV成像技術(shù)、工程地質(zhì)類(lèi)比法。所述的地質(zhì)投射法是對(duì)地下工程縱剖面的編制方法，所述的地質(zhì)投射法包括以下步驟在對(duì)地下工程線路地質(zhì)圖、剖面圖全面檢查無(wú)誤后，依據(jù)設(shè)計(jì)將地下工程軸線走向表示在地形地質(zhì)圖上，可以是直線，也可以是曲線或部分曲線，部分是直線，也可以是大角度相交的折線，投射作圖時(shí)，應(yīng)先確定地下工程縱剖面的比例尺，一般來(lái)講，縱剖面的比例應(yīng)較線路地質(zhì)圖的比例尺放大一倍，如前者比例尺為1 :10000，則縱剖面圖則采用1 :5000，考慮到長(zhǎng)大深埋地下工程多位越嶺地下工程，高差在700 800米，甚至更大，當(dāng)縱剖面的垂直比例放大后，水平與垂直比例不協(xié)調(diào)，其水平、垂直比例尺應(yīng)一致，依據(jù)地下工程進(jìn)口和出口的高程，先沿線路確定各地質(zhì)分界點(diǎn)的高程和洞口至終點(diǎn)的水平距離，當(dāng)為曲線時(shí)，應(yīng)將曲線分成若干很近似的切線，用每段切線長(zhǎng)度代替曲線的長(zhǎng)度，該段切線的總長(zhǎng)度需與地下工程軸線的設(shè)計(jì)里程一致，同時(shí)需要依據(jù)線路地質(zhì)圖量出每段切線的方向，當(dāng)?shù)刭|(zhì)界面點(diǎn)少，而地形變化較復(fù)雜時(shí)，可按等間距和地形轉(zhuǎn)折處的高程點(diǎn)確定其高程，按確定的比例展繪縱剖面的地形線并將地質(zhì)界面點(diǎn)以特殊的符號(hào)標(biāo)注在地形線上，連接進(jìn)出洞口的兩高程點(diǎn)即為設(shè)計(jì)地下工程在縱剖面上的位置；
地下工程的設(shè)計(jì)均有一定的坡度，當(dāng)線路縱剖面與地質(zhì)界面走向夾角為90°時(shí)，地質(zhì)圖上表示的地質(zhì)界面的傾角為真傾角，由地形線上的界線點(diǎn)直接向地下工程設(shè)計(jì)軸線上投射，當(dāng)縱剖面的方向與地質(zhì)圖上地層走向夾角小于90°時(shí)，應(yīng)將地質(zhì)界面的直傾角換算成視(假)傾角，向地下工程設(shè)計(jì)線上投射；
地質(zhì)體的投射宜先斷層，后地層界面點(diǎn)，斷層及斷層碎帶按平行等厚的原則投射，投射時(shí)應(yīng)系統(tǒng)研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，斷層的性質(zhì)、斷層傾角的變化，而對(duì)巖漿巖侵入體，要考慮地表地質(zhì)調(diào)查初步確定的產(chǎn)狀，作必要的推斷；
褶曲投射時(shí)要對(duì)地質(zhì)圖上表示的褶曲構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)的研究，特別是褶曲軸面，褶曲轉(zhuǎn)折端形態(tài)的聯(lián)接，投射時(shí)應(yīng)反復(fù)推斷，使之基本符合實(shí)際；
當(dāng)有平行探洞和其它深部工程(如探鉆)時(shí)，地質(zhì)界面從地表向設(shè)計(jì)地下工程的投射時(shí)，必須予以充分利用；
地表物探異常(地震、磁法、電法等)亦應(yīng)投射在縱剖面相應(yīng)的位置上。所述的地層層序預(yù)報(bào)法是確定地質(zhì)歷史的根據(jù)和構(gòu)造地質(zhì)的基礎(chǔ)，也是地下水的介質(zhì)條件，當(dāng)?shù)乜眴挝粚?shí)測(cè)有隧址工程區(qū)的地層剖面，經(jīng)復(fù)查核實(shí)基本屬實(shí)時(shí)，可不另行測(cè)制地層剖面，建立地層層序，當(dāng)隧址工程區(qū)地層、構(gòu)造復(fù)雜原有地勘成果不滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)補(bǔ)測(cè)全部或一段的地層剖面重新建立地層層序，為地層層序預(yù)報(bào)法(含水層、構(gòu)造地質(zhì))的修改補(bǔ)充提供地質(zhì)依據(jù)。所述的地質(zhì)編錄預(yù)報(bào)法是應(yīng)用礦山地質(zhì)學(xué)原始編錄的原理和方法，對(duì)新開(kāi)挖的掌子面進(jìn)行地質(zhì)素描，從地下工程開(kāi)挖的起點(diǎn)按一定的比例尺繪制三壁展開(kāi)圖，并繪制平導(dǎo)， 正洞聯(lián)合斷面圖，通過(guò)上述三個(gè)方面地質(zhì)資料的全面收集和基礎(chǔ)圖件的繪制進(jìn)行掌子面前方和橫向進(jìn)行短距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的一種預(yù)報(bào)方法，它包括掌子面素描、洞身三維展開(kāi)圖的繪制與應(yīng)用、平導(dǎo)、正洞聯(lián)合斷面平面圖的編制與應(yīng)用；
掌子面素描在地下工程內(nèi)，對(duì)新開(kāi)挖的掌子面進(jìn)行全面系統(tǒng)的觀察記錄繪制掌子面素描圖，其主要內(nèi)容有地層巖性特征、地質(zhì)時(shí)代、地層產(chǎn)狀，圍巖的類(lèi)型、軟硬巖分布情況及性質(zhì)風(fēng)化程度，節(jié)理裂隙發(fā)育程度、間距、組數(shù)分布及產(chǎn)狀，斷層的性質(zhì)，規(guī)模分布情況及產(chǎn)狀，巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型及自穩(wěn)能力，涌水、突泥位置、涌水量及其狀態(tài)，軟弱巖層的分布及厚度以及對(duì)地下工程施工的影響等；
洞身三維展開(kāi)圖的繪制與應(yīng)用借助地下工程的施工，及時(shí)將地下工程揭露的地層巖性、構(gòu)造地質(zhì)、地下水、不良地質(zhì)作用等，反映在1:1000的隧道三維展開(kāi)平面圖上，并與地下工程縱剖面圖進(jìn)行對(duì)照，用以近距離預(yù)報(bào)掌子面前方可能出現(xiàn)的地層巖性和不良地質(zhì)情況，與此同時(shí)，對(duì)重點(diǎn)地段結(jié)合掌子面素描，可從四維空間對(duì)掌子面前方做出預(yù)報(bào)；
平導(dǎo)、正洞聯(lián)合斷面平面圖的編制與應(yīng)用在編繪平導(dǎo)正洞三壁展開(kāi)圖的基礎(chǔ)上，繪制平導(dǎo)、正洞或正洞左右幅聯(lián)合水平斷面圖，將平導(dǎo)或正洞之一超前揭露的地質(zhì)分界線、斷層破碎帶等的產(chǎn)狀向一側(cè)(正洞)或兩側(cè)(當(dāng)為三洞平行施工時(shí))外延，從而做出施工地段地層分層界線和斷層等不良地質(zhì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。所述的斷層參數(shù)法基本理論是基于前蘇聯(lián)著名礦井地質(zhì)學(xué)家N. E.葛爾比目在 《煤層斷層》一書(shū)中首次系統(tǒng)闡述了斷層影響帶理論，葛爾把斷層影響帶的邊界確定為與斷層形成密切相關(guān)、由斷層派生和伴生的褶皺或節(jié)理的始點(diǎn)，斷層影響帶的內(nèi)容包括斷層相關(guān)構(gòu)造帶、煤巖強(qiáng)度降低帶和煤化學(xué)性質(zhì)、工藝性質(zhì)變化帶共三種異常帶，所述的斷層影響帶按地質(zhì)力學(xué)的觀點(diǎn)，斷層相關(guān)的構(gòu)造帶主要包括斷層相關(guān)褶曲、褶皺和斷層相關(guān)節(jié)理；在斷層影響帶內(nèi)都存在一個(gè)向著斷層方向，巖石強(qiáng)度降低的物理力學(xué)性質(zhì)帶，斷層參數(shù)法包括現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄和室內(nèi)計(jì)算，如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄包括以下步驟
(1)依據(jù)背景節(jié)理特點(diǎn)，首先把地下工程中的背景節(jié)理鑒別出來(lái)；
(2)在巖層產(chǎn)狀近水平，緩傾或傾斜的地下工程中，測(cè)量巖層產(chǎn)狀，注意有無(wú)曲率半徑小于100米的前兆褶皺，如果有就預(yù)示工作面前方一定距離內(nèi)會(huì)出現(xiàn)斷層，而且是走向逆斷層；
(3)注意觀測(cè)已揭露斷層的I節(jié)理的產(chǎn)狀和分布特性，同時(shí)仔細(xì)觀測(cè)和編錄哪些與已揭露斷層I節(jié)理產(chǎn)狀不同的斜交層理，長(zhǎng)大明顯的另一組，I節(jié)理出現(xiàn)的可能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)了這條節(jié)理后，在工作面的后方，再仔細(xì)搜尋類(lèi)似的節(jié)理，直到發(fā)現(xiàn)第一條為止，并記錄第一條節(jié)理的里程；
(4)從第一條I節(jié)理開(kāi)始，仔細(xì)編錄地下工程前方兩壁出現(xiàn)的所有節(jié)理，特別注意編錄與第一條I節(jié)理產(chǎn)狀相似的節(jié)理，記錄出現(xiàn)的條數(shù)和里程；(5)通過(guò)繪圖，劃分I節(jié)理的密集帶，確定I、II、III、IV帶，當(dāng)?shù)贗帶確定以后，特別注意第III帶開(kāi)始的位置，并記錄里程；
(6)依據(jù)I節(jié)理產(chǎn)狀，確定觀測(cè)區(qū)段位于預(yù)報(bào)斷層上盤(pán)還是下盤(pán)；
(7)測(cè)量I節(jié)理，III帶始見(jiàn)點(diǎn)的距離。所述的TV成像技術(shù)是通過(guò)攝像機(jī)將地下工程掌子面以圖像的形式記錄下來(lái)，然后再用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，獲取掌子面圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布的參數(shù)，部分代替人工掌子面素描，克服因人而異的不足，包括圖像預(yù)處理、圖像壓縮編碼、圖像的分割和圖像的描述，所述的圖像預(yù)處理即是對(duì)由輸入設(shè)備得到的圖像信息進(jìn)行預(yù)備性處理，主要包括灰度校正、噪聲過(guò)濾和畸變校正，如此對(duì)圖像的各種增強(qiáng)，直方圖變換，平滑濾波等，圖像壓縮編碼是根據(jù)不失真理論對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行一定方式的編碼，刪除其中的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)不失真壓縮，圖像分割主要根據(jù)圖像中存在的邊緣、紋理、形狀、目標(biāo)表面主方向、傳感器與目標(biāo)表面諸點(diǎn)距離等圖像特征，把圖像分割成一系列的目標(biāo)區(qū)，最終形成基元，圖像的描述用專(zhuān)用的數(shù)學(xué)語(yǔ)言(如圖論、角法、形態(tài)等)來(lái)表示已分離區(qū)域或物體的結(jié)構(gòu)與統(tǒng)計(jì)性質(zhì)或區(qū)域間的關(guān)系，描述的常見(jiàn)方法包括一階灰度統(tǒng)計(jì)量，局部特性統(tǒng)計(jì)量分析，紋理分析的有相關(guān)函數(shù)法及灰度共生矩陣技術(shù)，所述的TV成像技術(shù)包括以下步驟將現(xiàn)場(chǎng)復(fù)制的TV圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并對(duì)得到的數(shù)字圖像進(jìn)行初始化，得到原始圖；濾鏡處理，包括銳化處理和查找邊緣處理，進(jìn)一步做USM銳化和銳化邊緣，在銳化處理基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)化邊緣處理；灰度處理，修改亮度和對(duì)比度數(shù)值；亮度對(duì)比保留主要信息，忽略次要信息；裁減，清除無(wú)效部分。所述的工程地質(zhì)類(lèi)比法依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和工程地質(zhì)學(xué)分析方法，按照不良地質(zhì)作用，地質(zhì)災(zāi)害形成的工程地質(zhì)條件，水文地質(zhì)條件和其它條件進(jìn)行類(lèi)比，進(jìn)行塌方、突水、突泥等類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害的超前預(yù)測(cè)。所述的物探法包括地震波反射法、LDS陸地聲納法、TRT地震反射層析法、負(fù)視速度法、HSP水平聲波法、BEAM電法探測(cè)技術(shù)、TEM瞬變電磁法、GI3R地質(zhì)雷達(dá)法、聲發(fā)射法、紅外線探水法。所述的地震波反射法是多波多分量高分辨率地震反射波探測(cè)技術(shù)，采用回聲測(cè)量原理，地震波在指定的震源點(diǎn)用少量炸藥激發(fā)，產(chǎn)生的地震波在巖石中以球面波的形式向掌子面前方傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石物性界面時(shí)，一部分地震信號(hào)反射回來(lái)，一部分地震信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)，反射的地震信號(hào)將被兩個(gè)高靈敏的地震檢波器接收，通過(guò)對(duì)接收信號(hào)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)特征進(jìn)行分析，推斷斷層、巖石破碎等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀及巖石的力學(xué)性質(zhì)；
如圖3所示，地震波反射數(shù)據(jù)采集包括以下步驟
(1)根據(jù)地層產(chǎn)狀與隧道軸線的關(guān)系，在隧道邊墻布置接收器安裝孔和炮點(diǎn)裝藥孔；
(2)對(duì)傳感器安裝孔參數(shù)進(jìn)行復(fù)制，然后將接收器套管放入探測(cè)孔中；
(3)對(duì)炮點(diǎn)炮孔參數(shù)進(jìn)行復(fù)制，用木質(zhì)炮棍將炸藥包安防到位；
(4)將接收器放入測(cè)試套管內(nèi)，放置時(shí)對(duì)好方向，連接信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸線，接收信號(hào)線一端連接傳感器，另一端連接數(shù)據(jù)記錄單元；
(5)啟動(dòng)記錄單元，設(shè)置采集參數(shù)等；
(6)連接炮點(diǎn)起爆系統(tǒng)和信號(hào)記錄觸發(fā)系統(tǒng)，起爆線一端接電雷管腳線，另一端接記錄觸發(fā)盒；
(7)在噪音檢查模式下測(cè)試記錄單元功能，做好噪音監(jiān)視；
(8)依次單個(gè)激發(fā)震源炮點(diǎn)，進(jìn)行地震波信號(hào)數(shù)據(jù)采集； 如圖4所示，地震波反射數(shù)據(jù)處理包括以下步驟
(1)設(shè)置數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，根據(jù)地質(zhì)情況和探測(cè)目的，合理設(shè)置數(shù)據(jù)最大記錄長(zhǎng)度以節(jié)約計(jì)算時(shí)間、內(nèi)存和存儲(chǔ)空間；
(2)設(shè)置帶通濾波器參數(shù)，對(duì)地震波頻譜分析，根據(jù)以往測(cè)試得到的不同巖層的地震波頻譜特性，選擇合理的濾波參數(shù)，將干擾波濾除，保留能夠反映地層特性的地震波；
(3)首先到達(dá)信號(hào)波的舍取，數(shù)據(jù)采集過(guò)程中接收器采集的信號(hào)包括爆破地震波的直達(dá)波、反射波和干擾波，干擾波信號(hào)可以通過(guò)濾波的方式進(jìn)行處理；
(4)初至處理，由縱波初至確定橫波初至，根據(jù)橫波初至計(jì)算橫波速度；
(5)藥炮能量平衡，對(duì)每一炮由于彈性能量釋放變化進(jìn)行補(bǔ)償；
(6)估計(jì)質(zhì)量因子，由初至波確定衰減參數(shù)Q；
(7)反射波的提取，提取Radon變換和Q濾波，Radon變化是用傾角濾波提取反射波，Q 濾波是通過(guò)濾波部分地逆換波的衰減；
(S)P-S波分離，將X、Y、Z分量記錄轉(zhuǎn)換為P、SH、SV分量記錄；
(9)地震波速度分析，首先創(chuàng)建一個(gè)速度模型，由此模型計(jì)算旅行時(shí)間，偏移地震數(shù)據(jù)到一個(gè)同激發(fā)距離道集上，以及由這些偏移得出一個(gè)新模型；
(10)反射界面的深度偏移，主要通過(guò)縱、橫波偏移將地震振幅由時(shí)間域映射到物理空
間；
(11)地震波反射界面的提取，由最終的偏移結(jié)果使用影響處理和結(jié)果列表提取主要的縱波和橫波反射界面，包括P波反射界面的提取、SH波反射界面的提取和SV波反射界面的提取。所述的LDS陸地聲納法是陸上極小偏移距離高頻寬帶高保真全信息彈性波超短余振接收單點(diǎn)連續(xù)剖面法，在地下工程沿掌子面上設(shè)一測(cè)線，測(cè)線上每30cm左右設(shè)一測(cè)點(diǎn)，然后用錘擊產(chǎn)生震動(dòng)彈性波，彈性波沿掌子面在巖體中傳播，遇到波速和密度不同的界面可產(chǎn)生反射，用在錘擊點(diǎn)近旁設(shè)置的檢波器接收這一系列反射波，沿一測(cè)線上許多測(cè)點(diǎn)逐一測(cè)取后，將各測(cè)點(diǎn)的記錄繪成一張圖一時(shí)間剖面，以圖中可連成一條線的同一反射面的反射波，就可判釋出各反射界面。所述的TRT法隧道地震反射層析法采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收，其檢波器和激發(fā)炮點(diǎn)呈空間分布，以便充分獲得空間場(chǎng)波信息，從而使掌子面前方不良地質(zhì)體的定位精度大大提高，基于隧道圍巖中存在聲阻抗差異，聲阻抗差異發(fā)生在巖層邊界或不連續(xù)帶，這些不連續(xù)帶相當(dāng)于鏡子，將反射給聲波探測(cè)儀，經(jīng)分析后確定反射界面的位置和性狀，利用地震反射波進(jìn)行三維地質(zhì)條件成像的原理，對(duì)于已知位置的每個(gè)震源和接收器，反射面可能反射到的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)橢圓，為設(shè)置足夠的震源和接收點(diǎn)以形成一個(gè)三維陣列，每個(gè)邊界或反射面被認(rèn)為是多個(gè)橢圓交叉的區(qū)域。所述的負(fù)視速度法利用地震波在不均勻地層中產(chǎn)生的反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)地下工程掌子面前方及周?chē)鷧^(qū)域的地質(zhì)情況，在地下工程側(cè)壁的一定范圍內(nèi)布置激振點(diǎn)，進(jìn)行激發(fā)、產(chǎn)生的地震波信號(hào)在地下工程周?chē)鷰r體內(nèi)傳播，當(dāng)巖石強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，地震波信號(hào)的一部分將返回，返回信號(hào)被儀器接收，反射界面與測(cè)線直立正交時(shí)，所接收的反射波與直線由震源發(fā)生的信號(hào)在記錄圖紙上呈負(fù)視速度，其延長(zhǎng)線與直達(dá)波延長(zhǎng)線的交點(diǎn)即為反射界面的位置，對(duì)縱橫波進(jìn)行綜合分析可以了解反射界面兩側(cè)的巖性，密實(shí)度的變化，反射界面的距離可由下式得來(lái) O = (Tmm *U)f2，當(dāng)所得記錄中沒(méi)有反射波時(shí)，可預(yù)測(cè)掌子面前方巖質(zhì)是均勻的。所述的HSP水平聲波反射法利用聲波在巖體中的傳播、反射，通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)接收反射波信號(hào)，判斷地下工程掌子面前方反射界面的性質(zhì)，探測(cè)時(shí)不占用掌子面，反射和接收換能器布置在隧道兩側(cè)的淺孔內(nèi)，發(fā)射、接收位置均在平行于隧道底面的同一水平面上，探測(cè)距離可長(zhǎng)可斷，主要探測(cè)斷層、構(gòu)造破碎帶、軟夾層、地層界面、巖溶洞穴界面等不良地質(zhì)體，并確定它們的性質(zhì)。所述的瞬變電磁法是一種時(shí)間域電磁法，利用介躍波形電磁脈沖激發(fā)，利用不接地回線向地下發(fā)射一次場(chǎng)，在一次場(chǎng)斷電后，測(cè)量由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)二次場(chǎng)隨時(shí)間的變化，來(lái)達(dá)到尋找各種地質(zhì)目標(biāo)的一種地球物理勘探方法，利用不接地回線向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，即在發(fā)射回線上供一個(gè)電流脈沖方波，方波后沿下降的瞬間，將產(chǎn)生一個(gè)向地中傳播的一次瞬變磁場(chǎng)，在該磁場(chǎng)的激勵(lì)下在地質(zhì)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，其大小取決于該地質(zhì)體的導(dǎo)電能力，導(dǎo)電能力強(qiáng)則感應(yīng)渦流強(qiáng)，在一次場(chǎng)消失后，渦流并不立即消失，它將有一個(gè)過(guò)度過(guò)程，該過(guò)度過(guò)程又產(chǎn)生一個(gè)衰減的二次場(chǎng)。所述的GI^R地質(zhì)雷達(dá)法利用一個(gè)天線以款脈沖形式向掌子面前方發(fā)射高頻電磁波，另一個(gè)天線接收掌子面前方介質(zhì)界面的反射電磁波，地質(zhì)雷達(dá)法的探測(cè)方式包括一是點(diǎn)測(cè)，二是連續(xù)探測(cè)，通過(guò)點(diǎn)測(cè)可以對(duì)單個(gè)測(cè)點(diǎn)波形進(jìn)行參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)細(xì)化分析，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，不受地形高低、空間范圍的限制，通過(guò)連續(xù)探測(cè)，能實(shí)時(shí)形成連續(xù)探測(cè)剖面，比較直觀，但要求探測(cè)區(qū)域較為平坦，以便儀器能夠平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行掃描。所述的聲發(fā)射法是在地下工程開(kāi)挖過(guò)程中引起應(yīng)力重分布，將導(dǎo)致巖體內(nèi)部出現(xiàn)破裂或是原有裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)巖體內(nèi)積累的變形能釋放時(shí)，應(yīng)力波同時(shí)向外傳播，形成一系列聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射的強(qiáng)弱多寡與巖體特征性和受力狀況有關(guān)，而且在巖體破壞前有一系列增加的過(guò)程，主要預(yù)報(bào)巖爆和巖體的穩(wěn)定性。所述的紅外線探水法是非接觸探測(cè)，在隧道壁上定探點(diǎn)，用儀器的激光器在壁上打出一個(gè)紅色斑點(diǎn)，定好探點(diǎn)扣動(dòng)儀器的扳機(jī)，就可以在儀器屏幕上讀取探測(cè)值，其具體工作方法如下
(1)進(jìn)入探測(cè)地段時(shí)，首先沿隧道一側(cè)壁，以5米點(diǎn)距用粉筆或油漆標(biāo)好探測(cè)序號(hào)，一直到終點(diǎn)；
(2 )在掘進(jìn)斷面處，首選對(duì)斷面前進(jìn)行探測(cè)，在返回的路徑上，每遇到一個(gè)順序號(hào)，就站到隧道中央，分別用儀器的激光器打出的紅色斑點(diǎn)使之分別落在左壁、右壁、拱頂、底板的中線位置、并扳動(dòng)儀器的扳機(jī)，分別讀取探測(cè)值，并做記錄，紅外探水在石灰?guī)r地段平均每 30米探測(cè)一次，然后，轉(zhuǎn)入下一序號(hào)點(diǎn)，直至全部探測(cè)完； (3 )探測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，繪成頂、底及兩壁探測(cè)曲線。所述的水平鉆探法是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)最直接的一種方法，通過(guò)鉆探對(duì)掌子面前方獲取的地層巖性進(jìn)行鑒別確定其埋藏距離與厚度、溶洞及充填物的性質(zhì)，能查明鉆探深度內(nèi)的地下水的賦存條件，可以進(jìn)行水量、水壓的測(cè)定，當(dāng)為煤系地層時(shí)，可確定煤層厚度和進(jìn)行瓦斯含量測(cè)定，對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)利用所取巖芯可進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)試巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，分為距離30米以?xún)?nèi)的短鉆孔水平鉆探法和距離大于50 100米的長(zhǎng)鉆孔水平鉆探法。
權(quán)利要求
1.地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于它以地質(zhì)為中樞，包括長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、中期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)四個(gè)階段，它包括以下步驟(1)明確地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的任務(wù)；(2)收集資料收集地下工程的資料，并對(duì)收集到的資料進(jìn)行分析、研究，掌握地下工程全線的地質(zhì)構(gòu)造輪廓和主要不良地質(zhì)的種類(lèi)、分布和規(guī)模，找出與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有關(guān)資料的不足之處，或需要解決的問(wèn)題，作為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)來(lái)研究；(3)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查在分析研究已有資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查，初步核查有關(guān)資料；(4)完善地下工程縱斷圖面的修改在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查的基礎(chǔ)上對(duì)地下工程縱斷圖面進(jìn)行復(fù)核、修改、補(bǔ)充；(5)采用地質(zhì)法、物探法、水平鉆探法三種方法相結(jié)合，將已有地下工程發(fā)生的地質(zhì)條件與當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行研究、分析、對(duì)比，得到當(dāng)前任務(wù)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于所述的地質(zhì)法包括對(duì)地下工程縱剖面進(jìn)行編制的地質(zhì)投射法；即是確定地質(zhì)歷史的根據(jù)、構(gòu)造地質(zhì)的基礎(chǔ)，又是地下水的介質(zhì)條件的地層層序預(yù)報(bào)法；對(duì)新開(kāi)挖的掌子面進(jìn)行地質(zhì)素描，從地下工程開(kāi)挖的起點(diǎn)按一定比例尺繪制三壁展開(kāi)圖，繪制平導(dǎo)，繪制正洞聯(lián)合斷面圖，通過(guò)上述三個(gè)方面地質(zhì)資料的全面收集和基礎(chǔ)圖件的繪制對(duì)掌子面前方和橫向進(jìn)行短距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的地質(zhì)編錄預(yù)報(bào)法； 對(duì)斷層過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)的斷層參數(shù)法； 獲取掌子面圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布參數(shù)的TV成像技術(shù)；按照不良地質(zhì)作用，地質(zhì)災(zāi)害形成的工程地質(zhì)條件，水文地質(zhì)條件和其它條件進(jìn)行類(lèi)比的工程地質(zhì)類(lèi)比法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于所述的物探法包括地震波反射法、LDS陸地聲納法、TRT地震反射層析法、負(fù)視速度法、HSP水平聲波法、 BEAM電法探測(cè)技術(shù)、TEM瞬變電磁法、GPR地質(zhì)雷達(dá)法、聲發(fā)射法、紅外線探水法；所述的地震波反射法對(duì)接收的地震信號(hào)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)特征進(jìn)行分析，推斷不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀及巖石的力學(xué)性質(zhì)；所述的LDS陸地聲納法將各測(cè)點(diǎn)的記錄繪成圖，以圖中可連成一條線的同一反射面的反射波，判釋各反射界面，得到反射面深度；所述的TRT地震反射層析法采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收，基于隧道圍巖中存在聲阻抗差異，分析確定反射界面的位置和性狀；所述的負(fù)視速度法采用小點(diǎn)激發(fā)，多點(diǎn)接收，利用地震波在不均勻地層中產(chǎn)生的反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)地下工程掌子面前方及周?chē)鷧^(qū)域的地質(zhì)情況；所述的HSP水平聲波法利用聲波在巖體中的傳播、反射，通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)接收反射波信號(hào)，判斷地下工程掌子面前方反射界面的性質(zhì)；所述的TEM瞬變電磁法利用介躍波形電磁脈沖激發(fā)，利用不接地回線向地下發(fā)射一次場(chǎng)，在一次場(chǎng)斷電后，測(cè)量由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)二次場(chǎng)隨時(shí)間的變化；所述的Gra地質(zhì)雷達(dá)法利用一個(gè)天線以款脈沖形式向掌子面前方發(fā)射高頻電磁波，另一個(gè)天線接收掌子面前方介質(zhì)界面的反射電磁波，得出地下工程掌子面前方地質(zhì)體空間位置和地質(zhì)結(jié)構(gòu)；所述的聲發(fā)射法在地下工程開(kāi)挖過(guò)程中引起應(yīng)力重分布，將導(dǎo)致巖體內(nèi)部出現(xiàn)破裂或是原有裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，得到巖爆和巖體的穩(wěn)定性；所述的紅外線探水法在隧道壁上定探點(diǎn)，用儀器的激光器在壁上打出一個(gè)紅色斑點(diǎn)， 定好探點(diǎn)扣動(dòng)儀器的扳機(jī)，在儀器屏幕上讀取探測(cè)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于所述的水平鉆探法通過(guò)鉆探對(duì)掌子面前方獲取的地層巖性進(jìn)行鑒別確定其埋藏距離與厚度、溶洞及充填物性質(zhì)，所述的水平鉆探法包括短鉆孔水平鉆探法和長(zhǎng)鉆孔水平鉆探法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于所述的地質(zhì)編錄預(yù)報(bào)法包括掌子面素描，洞身三維展開(kāi)圖的繪制與應(yīng)用，平導(dǎo)、正洞聯(lián)合斷面平面圖的編制與應(yīng)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于所述的TV成像技術(shù)包括對(duì)輸入的圖像信息進(jìn)行預(yù)備性處理的圖像預(yù)處理；對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)不失真壓縮的圖像壓縮編碼；根據(jù)圖像中存在的圖像特征，把圖像分割成一系列目標(biāo)區(qū)的圖像的分割；用專(zhuān)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表示已分離區(qū)域或物體的結(jié)構(gòu)與統(tǒng)計(jì)性質(zhì)或區(qū)域間關(guān)系的圖像的描述。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于所述的掌子面素描是在地下工程內(nèi)對(duì)新開(kāi)挖的掌子面進(jìn)行全面系統(tǒng)的觀察記錄，繪制掌子面素描圖；所述的洞身三維展開(kāi)圖的繪制與應(yīng)用借助地下工程的施工，及時(shí)將地下工程揭露的地層巖性、構(gòu)造地質(zhì)、地下水、不良地質(zhì)作用反映在三維展開(kāi)平面圖上，并與地下工程縱剖面圖進(jìn)行對(duì)照，近距離預(yù)報(bào)掌子面前方可能出現(xiàn)的地層巖性和不良地質(zhì)情況，對(duì)重點(diǎn)地段結(jié)合掌子面素描，從四維空間對(duì)掌子面前方做出預(yù)報(bào)；所述的平導(dǎo)、正洞聯(lián)合斷面平面圖的編制與應(yīng)用在編繪平導(dǎo)正洞三壁展開(kāi)圖的基礎(chǔ)上，繪制平導(dǎo)、正洞或正洞左右幅聯(lián)合水平斷面圖，將平導(dǎo)或正洞之一超前揭露的地質(zhì)分界線、斷層破碎帶等的產(chǎn)狀向一側(cè)或兩側(cè)外延，做出施工地段地層分層界線和斷層等不良地質(zhì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，其特征在于所述的短鉆孔水平鉆探法的探鉆距離為30m以?xún)?nèi)，所述的長(zhǎng)鉆孔水平鉆探法探鉆距離大于50 100m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，它以地質(zhì)為中樞，包括長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、中期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)四個(gè)階段，它包括以下步驟(1)明確地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的任務(wù)；(2)收集資料；(3)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)查；(4)完善地下工程縱斷圖面的修改；(5)采用地質(zhì)法、物探法、水平鉆探法三種方法相結(jié)合，得到超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。本發(fā)明提供一種地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，以地質(zhì)為中樞，將地質(zhì)綜合分析貫穿于地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的全過(guò)程，把長(zhǎng)期、中期、短期、臨兆超前地質(zhì)預(yù)報(bào)緊密結(jié)合起來(lái)，實(shí)行地質(zhì)-物探-水平鉆探三結(jié)合，優(yōu)化物探手段綜合應(yīng)用，具有提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，降低預(yù)報(bào)成本，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01V11/00GK102495434SQ201110380960
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者丁安吉, 曹大明 申請(qǐng)人:成都暢達(dá)通地下工程科技發(fā)展有限公司