摘要：超前地质探测是指通过地质核查、物探、超前地质钻探、超前导坑等综合手段，进一步探清地下工程范围内土层、水文、不良地质、地下管线、障碍物的分布及类型等信息，降低土方开挖过程中未知风险带来的危害程度，保证施工安全。通过超前地质探测工作，可以进一步探清前期地质勘查工作中因条件限制而难以探查的或潜伏的不良地质问题，及时掌握和反馈地质信息，为调整和优化隧道设计参数、开挖支护防护措施、隧道施工组织、制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据。
关键词：地质探测、地下工程、勘查、设计、隧道。
引言：
城市地铁项目中，地下车站施工、隧道掘进作业等均在地面以下进行。通常其地质情况复杂多变，地下管线错综复杂，且可能存在无任何档案资料的地下人防工程、废弃管线甚至战争遗留炮弹等未知障碍物。而建设单位提供的地质勘察报告，受勘察点数量、采样位置限制存在着一定的不准确性，给地下工程施工带来了风险。本文以中交二航局哈尔滨市轨道交通3号线二期工程超前地质探测的应用为例。在充分调查研究的基础上，结合国内同类型项目较为有效的超前物探方法，采取多项措施确保及时发现并规避地下未知风险，总结超前地质探测在施工中的经验，完善探测手段、提高探测精度，科学的指导地铁施工具有重要意义。
一、超前地质探测的技术要求
隧道施工前认真研究地勘资料，开展地质调查工作，有必要时进行地质补勘。超前地质探测工作，是在上述几项工作有效开展的前提下进行的必要补充。根据项目实际情况，本工程超前地质探测采用地质雷达+超前探孔相结合的方式进行，探测的重点对象主要为：不良地质、特殊地质构造、地层岩性、上层滞水、地下潜水、承压水、水囊、不明管线、障碍物等情况。
1.超前地质雷达
超前地质雷达探测时掌子面应平整、垂直，同时尽量避免掌子面附近大型金属物体对电磁波的干扰，如台车、工程车辆、密集钢筋、钢拱架等。超前地质雷达探测时，根据具体隧道施工工法布设相应往、返探测路径，如下图所示：
地质雷达超前探测测线布置图
掌子面前方土体每一次超前探测期内，如出现掌子面渗水、涌泥等严重不良地质现象时加密复测，地质雷达复测时根据地质条件的复杂程度及现场条件，探测路线采用“十”字型、“U”字型、或“井”字型布置，如下图所示：
地质雷达超前探测加密复测测线布置图
2.超前探孔
地质超前探孔采用水平钻进行钻探，布孔数量，视具体土层性质及可能发生的地质灾害事故严重程度来决定：对于稳定及较稳定地层，布置1或3孔即可达到目的；对于溶洞、暗河、淤泥、水囊等，可能发生突水突泥的区段或地质条件较差易坍塌地层，则以布置5孔为宜。如下所示：
一孔超前探孔布置图
三孔超前探孔布置图
五孔超前探孔布置图
打设超前探孔时设置专人全程记录钻孔钻进情况，主要记录内容为：
①单根钻杆钻进时间（钻进速率）；
②钻进中钻杆声音；
③钻孔出渣及钻渣情况等；
④芯样连续性、成型率、取芯率等情况。
超前钻孔取出的芯样，应及时装入遮光并密封严密的样品袋内，当天送至试验室进行含水率等检测。水区超前地质钻探时，发现土层松动、片帮或孔中水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，立即停止钻进。超前探孔钻探前，现场必须配备注浆泵、注浆管、木塞、水泥、水玻璃、聚氨酯等应急堵漏材料，以免钻探过程中发生较大涌水、涌泥等事故。在富水地段等可能发生涌水、涌泥的地段实施超前钻孔时，必须设置防突装置，可采取安装孔口管和控制闸阀等措施。特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。
3.探测数据反馈
地质雷达、超前钻孔探测，须在探测后24小时内提交纸质版简报，探测成果须在工点显要位置张贴，告知现场施工管理及作业人员。地质雷达、超前钻孔探测应同时进行，并对两种探测成果及地勘结果进行比对分析，根据比对分析结果科学的指导施工。
二、超前探测设备
1.超前地质预报探测设备
地质雷达设备选用瑞典MALA PROEX马拉地质雷达，单次探测有效距离20～30m，前后两次探测搭接长度不小于5m。
超前探孔设备使用架柱支撑气动手持钻机，可视现场具体情况调节钻机钻杆增减钻孔深度，探孔每次有效钻孔深度不宜小于20m，前后两次探测搭接长度不小于2m。
2.管线及障碍物探测设备
管线及障碍物探测设备选用美国开拓者BS-M地质雷达和美国里奇SR-20管线定位仪。BS-M地质雷达可快速查找定位地下金属、非金属管线、电力沟等掩埋体，有效探测深度6m，最佳探测深度3.5m。里奇SR-20管线定位仪对金属管线的位置、深度、走向可直接精确定位及测量，有效探测深度10m，最佳探测深度5～6m。
车站钻孔桩、土方开挖施工前，对车站范围及周边地下管线进行探测，将探测结果与物探报告进行比对，对可疑之处进行再次探测，或联系产权单位实地踏勘，并进行预开挖检验。区间暗挖矿山法施工时随着掌子面开挖掘进，对掌子面前方20m范围内从地面进行超前物探，对存在的管线因暗挖施工土体滑动造成的影响进行评估，起到提前警示、预防保护作用。盾构施工前结合物探报告，对盾构穿越影响范围内可能存在的线缆、管道等进行超前探测，及早发现风险，为采取经济合理的处置措施提供依据。
三、超前地质探测的主要成果
1.通过地质雷达和超前探孔两种手段相结合，提前探清了隧道开挖掌子面前方土层、水位及不良地质信息，降低了土方开挖过程中不良地质带来的危害，保证了矿山法隧道初期支护施工的安全。
2.通过超前地质探测工作，进一步探清了前期地质勘察工作中因条件限制而难以探查的或潜伏的不良地质问题，及时掌握和反馈地质信息，为调整和优化隧道设计参数、开挖支护防护措施、隧道施工组织、制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据。
3.通过地下管线及障碍物的预先探知，对车站钻孔桩及土方开挖、矿山法暗挖隧道土方开挖、盾构隧道掘进施工中对未知管线、人防的破坏起到了有效预控。
4.为外部单位提供管线探测及地质预报帮组，并为抢险、应急救援提供支持。
四、结束语
哈尔滨市轨道交通3号线二期工程施工中，超前地质探测的应用及管理实践取得了较好的效果。采用科学有效的超前物探手段，较大程度的降低了地铁施工中地质变化、勘察资料不准确、未知管线、人防等障碍物带来的施工风险，进一步验证了超前地质探测的各项技术、管理措施可行有效，对地铁工程风险预估工作提供一定的借鉴。
论文作者:孟长青
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：地质论文; 超前论文; 管线论文; 钻孔论文; 隧道论文; 障碍物论文; 物探论文; 《基层建设》2019年第26期论文;