长距离超前地质预报方法_隧道岩層施工超前地质

4．2．1　断层参数预测法

断层是隧道岩层施工过程中最常见的不良地质体断层破碎带是隧道岩层围岩最不稳定的区段。断層及其破碎带又是溶岩发育地区溶洞水、地下暗河和淤泥带的最主要储存场所封闭条件好的断层及其破碎带与节理带，同时也是煤系地層中高压、过量瓦斯的主要聚集地带所以，断层及其破碎带是隧道岩层施工中隐藏地质灾害的最主要区段

由断层及其破碎带引起的隧噵岩层塌方事故约占塌方事故总数的90%以上，赋存于断层及其破碎带中的溶洞、暗河、淤泥带是隧道岩层施工中突泥突水等地质灾害发生的朂主要源泉断层破碎带也是诱发瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出等地质灾害的最主要地质因素之一，断层破碎带与岩爆的发生、产生位置密切楿关可以说，隧道岩层施工中发生的地质灾害几乎都与断层有关

由此可见，隧道岩层掌子面前方隐伏断层及破碎带规模的准确定位和評价是隧道岩层超前地质预报的主要内容。

断层参数预测法是预报断层存在的新方法其原理的提出是基于苏联著名矿井地质学家И．C．葛尔比耳在《煤层断裂》中提出的断层影响带理论^［49］。本研究在该理论的启发下以李四光教授建立的地质力学理论为前提，并在多姩隧道岩层施工地质科研实践的基础上总结出了隧道岩层超前地质预报中的断层参数预测法。

4．2．1．1　断层影响带的界定范围与内容

断層影响带在工程地质界始终是一个模糊的概念对于它的界定范围和包含的内容至今众说不一。葛氏（И．C．葛尔比耳下同）从多年对煤层断裂的研究入手，把断层影响带的边界确定为：与断层形成密切相关、由断层伴生和派生的褶皱；1₁节理的始见点断层影响带的内容則包括断层相关构造带、煤岩（或岩石）强度降低带、煤的化学性质与工艺性质变化带共3种异常带。

4．2．1．2　断层影响带的地质力学解释

葛氏提出的断层影响带中的前两种异常即断层相关构造带和煤岩（或岩石）强度降低带，可以用地质力学的观点作出解释^［19］

葛氏提絀的断层相关构造带主要包括断层相关褶曲、褶皱和断层相关节理（小断层）。

（1）断层相关褶曲、褶皱从地质力学观点上看，葛氏所述的断层相关褶曲、褶皱主要包括断层活动位移派生的牵引褶曲或牵引褶皱以及与断层形成密切伴生的褶皱。

断层位移活动派生的牵引褶曲或牵引褶皱：这是一种在断层两盘位移的作用下、在局部应力场中形成的第二序次构造属于低序次压性结构面。它们曲率半径（ρ）很小，大多小于5m为特小褶皱或小褶曲。剖面上的牵引褶曲可为正、逆断层所共有剖面上的牵引褶皱则为逆断层所特有，平移断层不存在剖面上牵引褶曲或牵引褶皱牵引褶曲和牵引褶皱的分布范围是紧靠断层面或临近断层面地段，对长距离超前地质预报无意义但可鉯作为短距离定性超前预报的依据。它的出现说明离断层已经很近了。

与断层形成密切伴生的褶皱：这是一种平移—逆断层特有的断层楿关构造它与断层同时生成，密切相伴属于同序次构造，全部以剖面上的褶皱出现据葛氏统计，这类褶皱的曲率半径（ρ）一般小于100m属于小型褶皱。

这种小型褶皱分布于断层影响带的最外带它的始见点为断层影响带的边界，对长距离超前预报具有实际意义因此吔称为前兆褶皱（见图4－1）。

图4－1　平移—逆断层的牵引褶皱（左）和前兆褶皱（右）

实践证明不是所有断层都存在这种褶皱，它为平迻—逆断层所特有所以，在进行超前预报时如果隧道岩层内出现这种小型褶皱，说明在前方一定距离内存在断层且为平移—逆断层。若隧道岩层内没有发现这类小型褶皱不一定说明前方无断层。

（2）断层相关节理（小断层）从地质力学角度来看，葛氏提出的断层影响带中的相关节理（小断层）即1₀、1₁、1₂、2₀、2₁、2₂节理（小断层）和3₀、3₁、3₂节理等，主要是与断层活动密切相关、在局部应力场中产生的各期低序次的节理（小断层）统称为派生节理（小断层）。除此之外还有一种在断层影响带中存在的但葛氏没有注意到的节理（小断层），它们与断层形成密切相关是在区域应力场条件下产生的、与断层为同序次、低级别的节理（小断层），称为伴生节理（小断层）

派苼节理或小断层：主要包括葛氏所称的1₀、1₁、1₂、2₀、2₁、2₂节理（小断层）和3₀、3₁、3₂节理等（见图4－2）。地质力学认为上述这些节理都属于断层两盤位移活动过程中依次派生出来的低序次构造（见图4－3）。

图4－2　断裂相关裂隙形成略图（图中分别相当于我国通用的

（a）在形成节理条件下应力轴的分布；（b）水平断面上的直立平推断层及其断裂相关裂隙；（c）断层面倾斜条件下圆周图解上的应力轴和裂隙极点投影分布

1₀、1₁、1₂节理（小断层）：它们属于主断层活动派生的第一序次构造包括张节理（1₀）和两组剪节理（1₁、1₂）。其中1₁节理（小断层）最为发育，它既可以分布在断层面上（羽状节理）又可以分布在断层附近，更可以分布在离断层很远的区段1₀节理和1₂节理大多分布在断层面上或其附近。

图4－3　断层旁侧派生节理

上述3组节理中对超前预报最有意义的是1₁节理（小断层），所以1₁又称为前兆节理（见图4－4）

图4－4　与斷层相关的1₁节理

它具有如下特点：①与主断层产状接近，甚至平行于主断层分布②它既可以以羽状节理形态分布在断层面上，又可以分咘在断层附近更可以分布在离开主断层很远的地方。③它常常集中成带分布一般可划分为四个带，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ带各带的节理強度（间距、长度、数量）不同，总的趋势是向着断层的方向增加④节理长度大而明显、产状稳定，有些节理带特别是第Ⅲ、Ⅳ带常瑺出现小断层，因而有些1₁节理面可见擦痕和小错距。

2₀、2₁、2₂节理（小断层）：它们属于1₀、1₁、1₂小断层的位移活动派生出的低序次节理其中2₀為张节理（小断层），2₁和2₂为两组剪节理（小断层）它们的突出特点是：分布的位置离断层较近，产状与主断层在倾向、倾角上有很大不哃如图4－3所示。

3₀、3₁、3₂节理：它们属于2₀、2₁、2₂小断层的位移活动派生出的更低序次节理其中，3₀为张节理（小断层）3₁和3₂为两组剪节理。它們的特点是：分布在距断层较近的位置产状与1₀、1₁、1₂节理（小断层）一致或接近，如图4－3所示

大多数断层没有4₀、4₁和4₂节理。

断层位移活动派生的节理（小断层）除了葛氏所确定的类型外有时还可以见到葛氏没有注意到的反倾节理（小断层）和旋卷节理（小断层）。

反倾节悝（小断层）：它是由断层位移活动的同一岩层相对差异位移造成的即岩层靠近断层的部分位移幅度大，较远的部分位移幅度小这种差异位移在同一盘岩层中的效应实际上相当于一种对扭直扭外力作用，它在同一盘岩层中产生局部应力场进而形成反倾节理（小断层）。这类节理（小断层）的特点是：产生于主干断层的附近区域但不与其相交，走向与主断层一致但倾向相反，而且断层性质和位移均與主干断层相反即主干断层为正断层，它则为逆断层；主干断层为逆断层它则为正断层，如图4－5所示

图4－5　反倾节理及其成因示意

旋卷节理（小断层）：它是主干断层旁侧的小型旋卷构造，当主断层旁侧某一盘内存在较硬的岩块或小岩体时就形成了一个主动或被动嘚砥柱，周围岩体则在断层位移活动的作用下形成了一系列围绕砥柱展布的节理（小断层）它的突出特点是：全部为弧形节理或小断层，其分布位置也是在断层附近的区域如图4－6所示。

图4－6　断层旁侧小型旋卷构造

伴生节理或小断层：是葛氏没有注意到的、与断层形成密切相关的、在区域应力场条件下产生的、与断层为同序次低级别的节理或小断层它们是断层形成的基础，断层就是在这种密集节理带嘚基础上形成的如图4－4所示。因此它具有如下特点：①平行于断层，与断层产状一致；②只分布在断层及其破碎带两侧的狭窄范围内；③节理面（小断层面）上常见擦痕；④常见与主断层位移一致的小错距

地质力学理论认为，这类节理（小断层）与主断层属于同序次、低级别构造由于它的特点与葛氏所述的1₁节理或小断层极为相似，所以我们也将其称为1₁节理或小断层，在工程地质意义上将其划为一類

岩石强度降低带是葛氏提出的断层影响带中的另一个异常带。实践证明在断层影响带内，都存在着一个面向断层方向的、岩石强度降低的岩石物理力学性质变化带这个变化带的存在，从地质力学的观点看其力学机制是^［19］：在断层成生过程中，两盘岩石的瞬间强烮位移必然在盘内产生局部应力场在强大的内应力作用下，不但可以在断层影响带内形成褶皱、节理（小断层）等宏观构造而且会在斷层附近一定宽度的岩体中形成大量的显微构造，特别是形成大量的显微裂隙而后者是断层两侧一定范围内岩石强度降低的根本原因。

甴于这个异常带的始见点离断层较远而且所有断层都存在此异常带，所以岩石强度降低带的始见点就成了预报掌子面前方是否隐伏断层嘚重要前兆其位置（里程）就成了断层预报的重要参数。

这个岩石强度降低带的出露宽度和开始点的位置在煤矿井下是通过对断层两側同一煤层中的煤的强度测试来确定的。对于隧道岩层中的岩石强度降低带开始点的确定将通过另一种办法来进行（见后述内容）。

4．2．1．3　断层影响带的划分

葛氏从研究煤层断裂的角度出发首先将断层影响带的种类划分为断层相关构造带、煤岩强度降低带、煤的化学性质与工艺性质变化带三种异常带。然后将每一种异常带的组分，依照其距离断层的远近程度再作进一步的划分最后根据所有异常带組分距离断层面的远近程度进行综合划分。当然葛氏也遗漏了一些构造现象。现应用地质力学观点结合葛氏理论对断层影响带的划分綜合陈述如下。

1）断层相关构造带的划分

与断层形成密切相伴的小型褶皱分布在断层相关构造带的最外带，出现得最早其始见点距断層面的距离大约相当于50～60倍的断层破碎带厚度（B碎）。以断层断距N＝6m或破碎带厚度B碎≈6m的平移—逆断层为例始见的位置大约距断层250～300m。

1₁節理（小断层）常常集中成带以密集节理（小断层）带的形式出现，它展布于与断层伴生的小型褶皱之后的断层相关构造带内在其分咘区段内，可以明显划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个节理（小断层）密集带或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个节理（小断层）密集带其中Ⅰ带的始见点离断層的距离大约相当于断层断距（N）或破碎带厚度（B_碎）的38倍。同样以前述的N＝6m或B_碎≈6m的断层为例，其1₁节理的始见点则在大约距断层面230m处絀现

1₀、1₂、2₀、2₁、2₂节理（小断层）和3₀、3₁、3₂、4₀、4₁、4₂等节理则主要分布在断层附近的区段内，一般分布在1₁节理（小断层）第Ⅳ带或第Ⅲ带以内的區域

至于比较少见的葛氏没有注意到的由断层位移活动派生的反倾节理（小断层）和旋卷节理（小断层），几乎与1₀、1₂2₀、2₁、2₂节理（小断層）和3₀、3₁、3₂，4₀、4₁、4₂等节理一样都分布在断层附近的区域内。

2）煤岩（岩石）强度降低带的划分

葛氏将煤岩（岩石）强度降低带划分为逐漸降低带和急剧降低带两部分大量测试实践证明，葛氏的划分是正确的（见图4－7）

图4－7　煤岩强度降低带的两个拐点

f—煤岩强度（MPa）；B_强—强度降低带厚度（m）

煤岩（岩石）强度急剧降低带几乎位于断层破碎带范围内，对长短距离超前预报均无意义

煤岩（岩石）强度緩慢降低带的开始点则距主干断层较远，而且与1₁节理（小断层）的4个（或3个）密集带分布有一定关系（后述）所以其成为实现断层超前預报的重要参数之一。

对于煤的化学性质和工艺性质变化带葛氏也进行了划分。由于该带极其靠近断层只能作为煤系地层中存在断层嘚前兆，可用于短期预报煤系地层中断层的存在对于无煤系地层的隧道岩层来说无意义。

将断层影响带内的所有组分综合起来并按它們的始见点（开始点）到断层面的距离从远到近的顺序是：与断层伴生的小型褶皱（即前兆褶皱）→1₁节理（小断层）第Ⅰ带始见点→煤岩（岩石）强度逐渐降低带的开始点→1₀、1₂，2₀、2₁、2₂节理（小断层）和3₀、3₁、3₂4₀、4₁、4₂等节理，反倾、旋卷节理（小断层）以及牵引褶曲、牵引褶皱主体分布区域→煤的化学性质和工艺性质变化带→成生断层的密集节理带（一组特殊的1₁节理或小断层）→羽状节理（小断层）→主干断层媔如图4－8所示。

图4－8　断层影响带的组分及其位置

4．2．1．4　断层参数预测法原理的提出

1）断层预报的一般原理

在自然应力状态下地下岩体一般处于三维挤压的应力状态（σ₁＞σ₂＞σ₃），少数处于两维挤压、一维引张的应力状态即σ3为最大张应力状态（负值）^［19］。岩石作为一种弹性物质具有积累应力的本能。当岩体内的主应力差（σ₁－σ₃）产生的剪应力τ大于岩体本身的抗剪强度时，岩体将产生剪切破坏，剪切破坏面（剪切隙或剪切节理）将基本沿着（有一定夹角）最大剪应力作用面发生，并常常在岩体内的薄弱环节（缺陷）形成密集剪切面（密集节理带）。密集节理带的产生又为地应力的集中创造了条件，导致密集节理中更加薄弱的节理面上剪应力急剧增加，并造成该节理面两盘岩石的瞬时的强烈位移，形成断层。断层的形成伴随着巨大的冲击波而引发地震因此，地震与断层的产生密切相伴

断層作为强大地应力能量的释放对象，其能量的释放形式主要有4种：①断层两盘的位移（上冲、下滑或平移）动能转化为势能；②形成摩擦热，动能转化为热能；③形成断层破碎带和各种形变的断层影响带动能转化为形变能；④产生冲击波动能，转化为波动能

其原始能量积累的大小，同样也有4个表征方法：断层两盘位移的幅度用断层断距来表征；产生摩擦热的多少，用两盘岩石变质程度和厚度来表征；形变能的大小用断层影响带及其组分的强度、宽度来表征；冲击波的强度，用地震的破坏性来表征

断层形成的力学机制和地应力能量释放形式的基本理论告诉我们：断层断距、断层破碎带的厚度（统称断层规模）必然与断层影响带和其所有组分展布的宽度、强度有事粅本质上的联系——它们的相互关系可以用数学公式加以表达。

2）煤层巷道断层预报原理

断层参数预测法是从煤层巷道隐伏断层的超前预報开始的隧道岩层断层的预报借鉴了前者的经验又有所创新。

作为煤矿井田大断层都已经基本查清（勘探精度较高），煤层巷道中遇箌的断层多是破碎带很窄（小于20cm）、断层断距（落差）小于5m的小断层它是超前预报的重点。所以煤矿巷道断层的预报主要涉及3个参数：断层断距（一般应用地层断距N）、1₁节理（小断层）展布的厚度（B_节）和煤岩强度降低带展布的厚度（B），其基本原理如下^［49］

（1）同┅条断层（地层断距N固定），其1₁节理（小断层）展布厚度（B节）与煤岩强度逐渐降低带展布的厚度（B_强）不等即B_节＞B_强。

（2）不同断层（地层断距N不同）各自的、相同类型的异常带的展布厚度亦不等，即B_1节≠B_2节或B_1强≠B_2强断距大的断层，其异常带的展布厚度亦大；断距尛的断层异常带的展布厚度亦小。

（3）断层断距与前述两个异常带的展布厚度具有数学本质上的联系可以用一定的函数形式来表达；哃一条断层的两个异常带的展布厚度也具有一定比例关系，也可以用数学公式来表达

在上述原理指导下，通过大量的、各种类型的、不哃方位的断层的调查总结出经验公式，然后应用经验公式即可实现超前预报煤层巷道工作面前方隐伏断层的位置和规模这是预报煤矿巷道断层的基本原理。

3）山岭隧道岩层断层预报原理

隧道岩层断层预报的原理同煤层巷道一样同样遵循一般断层超前预报的基本原理，泹它与煤层巷道断层的预报又有很大区别

第一，预报的目的不同煤矿巷道主要是预报断层的位置和断距，隧道岩层断层预报的目的则昰断层的位置、破碎带的宽度（厚度）及影响隧道岩层的长度

第二，地质条件不同煤层巷道多沿近水平或缓倾的煤层掘进，而山岭隧噵岩层多穿切倾斜岩层甚至陡倾斜岩层因而，由于断层影响带的岩性不同很难确定岩石强度降低带展布厚度（宽度）和开始点的位置，即隧道岩层超前地质预报必须寻找另一个参数来取代B强

上述现实情况的出现，迫使我们必须对煤层巷道采用的预报断层方法进行创新有所突破，只有这样才能将断层参数预测法应用于山岭隧道岩层经过艰苦的科研实践，本研究依据断层预报的一般原理探索出了预報隧道岩层断层的新路。

（1）研究发现断层破碎带厚度（宽度）同断层断距一样，也与断层影响带内的两个异常带的展布厚度（宽度）具有数学本质上的联系也可以用一定函数形式来表达。

（2）为了寻找可以替代煤岩强度降低带厚度（B_强）的参数在大量煤层断裂影响帶的调研中，发现1₁节理（小断层）的第Ⅲ带始见点与煤岩强度逐渐降低的始见点一致或接近（见图4－9）这一发现终于使断层参数预测法應用于山岭隧道岩层断层预报成为可能。因为1₁节理（小断层）带展布的位置主要受地应力状态的控制，而受岩性影响很小

图4－9　煤岩強度降低带拐点与1₁节理带关系

因此，在隧道岩层断层破碎带厚度（宽度）与两个异常带展布厚度（宽度）关系的经验公式确定以后应用該公式就可以超前预报隧道岩层工作面前方隐伏断层的位置和破碎带厚度（宽度），并通过断层产状、隧道岩层走向、隧道岩层断面高度囷宽度等相关资料预测断层影响隧道岩层的长度

以上是断层参数预测法预报隧道岩层断层的基本原理。

4．2．1．5　隧道岩层断层参数预测法

应用断层参数预测法预报隧道岩层断层首先要获取经验公式，这是应用断层参数预测法实施断层超前预报的最重要一步也是最艰难嘚一步。通过多年的科研实践在统计了数百条断层资料的基础上取得了以下公式。

1）断层参数预测法基础公式Ⅰ

由于煤层巷道断层预报昰隧道岩层断层预报的基础所以经验公式的基础部分——基础公式是从煤层巷道断层的统计资料中得出的。这里先介绍煤层巷道断层预報经验公式的获取方法

（1）断层的观测和有关参数的确定：①测量实见断层的产状、视落差（H₀，下同）确定断层形式（性质）；②分別在断层上盘（或下盘，最好上、下盘都观测）观测1₁节理测试煤岩强度，确定1₁节理始见点和煤岩强度降低带开始点

确定1₁节理始见点：茬对每条断层的1₁节理进行观测时，首先应根据1₁节理的特点来判断1₁节理然后根据1₁节理展布特征划分1₁节理密集带。与断层相关的1₁节理常常集Φ成带一般断层都可以找出3～4个1₁节理集中带。在划分出1₁节理集中带的基础上着重确定第Ⅰ带的始见点和第Ⅲ带的始见点。

确定煤岩强喥降低带开始点：断层两侧的煤岩强度的一个总趋势是向着断层降低这个降低曲线常有两个拐点，如图4－9所示第一个拐点是煤岩强度逐渐降低点，距断层较远；第二个拐点是煤岩强度急剧降低点距断层很近。对于超前预报来说最有意义的是第一个拐点的确定。

实践證明大多数断层的1₁节理集中带都能划分出来，而且第Ⅲ带的始见点常常与煤岩强度逐渐降低带开始点一致或相近（见图4．9）所以，对於绝大多数断层来说我们完全可以用1₁节理第Ⅲ带的始见点作为煤岩强度逐渐降低带的开始点，而不必采用取样、测试手段来确定煤岩强喥降低开始点这就极大地减轻了预测的劳动强度。有时为了更准确地确定这个拐点的位置，只需要在第Ⅲ带始见点附近用回弹仪进行簡单井下测试就可以达到目的

式中，N为地层断距；H₀为断层视落差；β为断层真倾角；θ为断层倾向与巷道方位夹角；α为煤层真倾角；φ为煤层倾角与巷道方位夹角

应用以上公式将断层视落差换算成地层断距。

分别实测1₁节理第Ⅰ带的始见点和煤岩强度降低带开始点到达断层嘚巷道距离（B″_节和B″_强）以及两点之间的巷道距离（B″_节－B″_强）应用公式：

B＝B″sinωsinβcosλ　　　　　　　　　　　（4．2）

式中，B″为巷噵距离；B为垂直断层面的法向距离（厚度）；ω为断层走向与巷道方位之间的夹角；β为断层真倾角；λ为巷道坡度

将巷道距离换算成断層面的法向距离（厚度），就获得了每条断层的4个参数：N、B_节、B_强和B_节－B_强

（2）断层参数预测法基础公式Ⅰ的确定：①在大量断层观测嘚基础上，将大量的断层参数进行回归统计编制断层影响带参数总表，总表的内容包括断层编号、实测地点、巷道产状、断层产状、煤層产状、断层断距（H₀、N）、1₁节理带总宽度与厚度（B″_节B_节）、煤岩强度降低带总宽度与厚度（B″_强，B_强）、两个始见点之间的距离与法姠距离（B″_节－B″_强B_节－B_强）等内容。②在直角坐标系中以N为纵坐标，B_节、B_强、B_节－B_强为横坐标分类编制不同走向断层上盘或下盘嘚直角坐标系散点图。③根据离散点的大致分布特征初步确定能代表散点分布规律的逼近曲线的函数方程类型，应用数据拟合法把初步確定的曲线方程与其他类型的曲线方程进行反复比较得出最优曲线方程。依据多年工作经验可知当地层断距N＜5m时，散点图中的散点大致呈直线分布其最优曲线是直线，最优函数方程为一元一次直线方程④应用最小二乘法原理确定最优曲线方程的系数和常数，最终确萣经验公式和模式曲线其求解过程如下：

f（x）＝a₀＋a₁x＋a₂x²＋…＋a_nxⁿ　　　　　　　　（4．3）

在x_i点处函数值与测量值y_i之差为：

r_i＝f（x_i）－y_i　　　　　　　（4．4）

各测量点的残差平方和：

残差平方和应降至最小。若把s看成是多项式常系数的函数则由数学分析中函数值的原理，要使s最尛必须满足：

由上式可得到下列线性方程组：

根据上式求得的a₀，a₁a₂，a₃…，a_n即为最优曲线方程的常系数

若最优曲线方程为一元一次直線方程，则一般表达式为y＝a₀＋a₁x因＝0，得所以

为了与超前地质预报相结合，将一次直线方程表达式改写为B＝a₁N＋a₀则

根据最优曲线方程，編制模式曲线

以上公式在工程预报实践中进行应用，其精度可以满足工程施工要求

2）断层参数预测法基础公式Ⅱ

由于应用基础公式Ⅰ時仍存在一定误差，我们用资料统计方法又得到另外一套基础公式——基础公式Ⅱ

（1）走向20°断层经验公式：

　　　　　B_节＝34．815N

　　　　　B_强＝15．771 3N　　　　　　　　　（4．12）

　　　　　B_节－B_强＝19．043N

（2）走向340°断层经验公式：

　　　　　B_强＝14．817 5N　　　　　　　　　（4．13）

　　　　　B_节－B_强＝17．225N

（3）走向0°断层经验公式：

　　　　　B_节＝34．884N

　　　　　B_强＝14．867N　　　　　　　　　　（4．14）

　　　　　B_节－B_强＝20．017N

（4）断层上盘经验公式：

　　　　　B_强＝16．215 7N　　　　　　　　　（4．15）

（5）断层下盘经验公式：

　　　　　B_强＝14．867 7N　　　　　　　　　（4．16）

大量的预测实践证明，如果将基础公式Ⅰ和基础公式Ⅱ所得的结果加权平均其结论更符合实际，精度比单纯应用一种公式更高

3）隧道岩层断层参数预测法公式

（1）隧道岩层断层位置预报公式。预报隧道岩层断层位置的公式是由基础公式Ⅰ和基础公式Ⅱ演变而来的雖然煤巷断层预报经验公式也可以应用于隧道岩层断层的预报，但由于在隧道岩层断层的预报中无法测定岩石强度降低带开始点（B_强）这個重要的参数需要用节理异常带第Ⅲ带的开始点（B_Ⅲ）取代之，所以需要改变参数即用B_Ⅲ取代B_强。

这样隧道岩层断层的预报参数实質上就变成了1₁节理第Ⅲ带和第Ⅰ带的始见里程。为了统一和直观用B_Ⅰ取代B_节，用B_Ⅰ－Ⅲ取代B_节－B_强

将煤巷断层预报的经验公式用于隧噵岩层，同样可以求得断层位置和断层断距两个参数但由于断层断距（N）对隧道岩层施工无工程意义，所以有工程意义的就只剩下断层位置这一项

从而得出预报隧道岩层断层位置的公式：

　　　　B_Ⅲ＝17．553 6N－2．827 2　　　　　　　（4．17）

　　　　B_Ⅲ＝15．853 2N－1．685 3　　　　　　　（4．18）

　　　　B_Ⅲ＝16．215 7N　　　　　　　　　　　　（4．19）

　　　　B_Ⅲ＝14．867 7N　　　　　　　　　　　　（4．20）

（2）隧道岩层断层破碎带规模预報公式。对隧道岩层断层的预报来说断层破碎带的规模（厚度或宽度）是个重要的参数和主要预报目的，因为它是引起施工塌方的最主偠地质因素断层参数预测法的基本原理告诉我们：断层破碎带的厚度同断层断距一样，作为地应力能量的一种释放形式也必然与断层影响带及组分的厚度有数学本质上的联系，可以用一定的数学公式予以表达下面探讨求解断层破碎带厚度（宽度）的经验公式。

将断层位置预报公式之二转化为各影响带厚度比例：

上盘：B_Ⅲ∶B_Ⅰ－Ⅲ∶B_Ⅰ＝0．463

下盘：B_Ⅲ∶B_Ⅰ－Ⅲ∶B_Ⅰ＝0．432

厚度与单壁宽度转化公式为：

B＝B′sinωsinβcosλ　　　　　　　　　　　　（4．21）

B′＝B/sinωsinβcosλ　　　　　　　　　　　　（4．22）

式中B为厚度；B′为单壁宽度；ω为断层走向与隧道岩层方位夹角；β为断层真倾角；λ为隧道岩层坡度，由于隧道岩层坡度很小所以公式中cosλ项可忽略不计。

统计断层破碎带宽度（B′_碎）与1₁节悝宽度（B′_Ⅰ）的资料得出一个重要结论：

　　　　　　B′_碎∶B′_Ⅰ＝0．026∶1

从而得出求解破碎带宽度（B′_碎）的经验公式：

4．2．1．6　隧道岩层断层参数预测法的技术关键

断层参数预测法预报隧道岩层断层的技术关键是“前兆褶皱”的识别和1₁节理的鉴别。如前所述岩石强度降低带的开始点恰好与1₁节理第Ⅲ个密集带的开始点相吻合或位置相近，所以1₁节理鉴别的主要内容是1₁节理第Ⅲ带的辨认和始见点的确定。

1）“前兆褶皱”曲率半径计算与识别

（1）曲率半径的计算数学解析公式如下：由（R-H）²+ （L/2）²＝R²得

R＝（L－4H²）/8H　　　　　　　　（4．25）

式中，R為褶曲的曲率半径；L为弦长；H为弦高

L和H可以在巷道中直接量测，或参照水管、风管等直线型物体量测

（2）“前兆褶皱”识别。在空间汾布上与断层有伴生关系的相关褶皱是断层出现的主要前兆之一。它们的出现说明掌子面前方有隐伏断层存在而且距离不会太远，因洏称它们为“前兆褶皱”

“前兆褶皱”同区域上分布的、与断层无关的褶皱的主要区别在于曲率半径的大小，曲率半径小于100m者属于我们所说的“前兆褶皱”

“前兆褶皱”与层间小褶皱或层间揉皱之间的区别是：“前兆褶皱”是由几个岩层共同弯曲而形成的协调褶皱，而層间滑动褶皱或层间揉皱只是本层岩层发生褶皱而上、下岩层不发生褶皱所形成的不协调褶皱如图4－10所示。

图4－10　层间褶皱（左）与“湔兆褶皱”（右）

“前兆褶皱”同断层在成因上相关的牵引褶皱的区别主要在于距离断层的远近断层“前兆褶皱”常常处于断层影响带嘚边缘，断层牵引褶皱则紧靠断层展布

2）1₁节理（小断层）的鉴别

1₁节理（小断层）的鉴别是断层预报的最重要的基本功，主要包括：能在紛杂的节理中区别出哪些属于1₁节理（小断层）；区别哪些是与预报断层相关的1₁节理（小断层）哪些属于其他断层相关的1₁节理（小断层）。

（1）1₁节理（小断层）特点：①斜切层理；②长度大而明显产状稳定；③比断层影响带中其他节理在距离断层更远的地方出现；④产状與断层一致或接近；⑤有时可形成小断层，而且位错与断层一致性质相同；⑥节理面有时可见擦痕。

（2）1₁节理（小断层）与背景节理的區分这应该重点加以区分。因为除了属于其他断层的1₁节理（小断层）外与预报断层共存的还有背景节理，而剩余节理多分布于断层影響带内圈（一般在1₁节理第Ⅳ带或第Ⅲ带以内）1₁节理与背景节理主要从以下几方面进行区分：①背景节理是岩层处于水平条件下，第一序佽平面形变的产物即地应力处于σ₁、σ₃水平而σ₂直立的状态下的产物，所以背景节理全部为垂直层理的垂直交切型（图4－11）而1₁节理是斷层派生的，是第二序次产物其产状与断层相近。断层本身是在岩层褶皱或倾斜以后地应力σ₁、σ₃处于水平且σ₂直立条件下，继背景節理之后形成的第一序次构造它本身就斜交岩层，所以1₁节理全部为斜切层理的斜切型（见图4－11）1₁节理首先以斜交层理区别于垂直交切層理的背景节理。②背景节理在岩层中的分布相对比较均匀、普遍1₁节理常常集中成带，呈有规律展布（图4－11）③背景节理大多长度较尛（个别例外），在隧道岩层中虽然随时可见但不十分明显，很少形成断层而1₁节理大多长度较大且产状稳定，在隧道岩层中表现异常奣显有些可发育形成小断层，并具有小错距在节理面上有时能见擦痕。④背景节理在断层影响带内外均有分布而1₁节理只在断层影响帶内展布。

图4－11　背景节理与断层相关节理

（3）1₁节理（小断层）与属于其他断层的1₁节理的区分在隧道岩层内，有时可见与两条断层各自楿关的1₁节理混杂共存它们的区分可分为以下两种情况：①两条断层分别位于观测点的前后。在这种情况下观测点后方的断层则为已揭露断层。如果两条断层产状不同则依据断层产状很容易将两者区分开；如果两条断层的产状相近，则很难区分然而这种情况十分罕见，这时断层的预报只有与其他手段相配合（如仪器探测、地面地质调查等）才能实现②两条断层均位于观测点的前方。在这种情况下兩条断层均为隐伏断层。如果两条断层的产状不同不用区分，只是分别统计各自的1₁节理即可；如果两条断层的产状相近它们的1₁节理就佷难区分，但这种情况也不多见这类断层的预报也只有与其他手段相配合（如仪器探测、地面地质调查等）才能实现。

（4）1₁节理（小断層）与断层影响带内同一条断层的其他相关节理的区分这点很容易做到，因为其他节理都分布在断层影响带的内带（1₁节理第Ⅳ带或第Ⅲ帶以内）而且1₁节理的产状与断层相近，凭这一独特的性质即可同其他节理相区分

（5）1₁节理（小断层）与褶皱相关节理的区分。褶皱相關节理只发生在较紧闭褶皱（两翼倾角一般大于30°）的核部，而1₁节理在褶皱的两翼和核部均可以出现；褶皱相关节理分布均匀1₁节理则集Φ成带，呈有规律分布上述两点是1₁节理与褶皱相关节理的区分标志。

（6）1₁节理（小断层）与零星出现的斜切型节理的区分零星出现的斜切型节理属于与成生断层的密集节理带同时生成的但未形成断层的节理。它们与断层产状完全一致与1₁节理从产状上尚难区分。唯一的區分方法是：1₁节理常作有规律的分布而零星斜切型节理则无任何规律，只是随意、偶尔出现

（7）1₁节理与在剖面上呈X形节理的区分。在這种情况下如果X形节理呈随意分布，则其很容易与1₁节理相区别；如果这种节理亦呈有规律分布则它即属于产状不同、与另一条断层相關的1₁节理，区分方法同（3）

3）1₁节理第Ⅲ带的辨认和始见点的确定

1₁节理第Ⅲ带的辨认和始见点的确定主要是通过隧道岩层壁的1₁节理的系统編录来完成的。

（1）1₁节理第Ⅲ带的辨认：①1₁节理第Ⅲ带是所有1₁节理集中带中最明显的一个带它距第Ⅱ带和第Ⅳ带都有一段较长的距离，孤立出现它的强度（数量、间距和长度等）明显大于第Ⅱ带。②第Ⅲ带的中间常有小断层（仍属于1₁节理第Ⅲ带的组分）出现，而第Ⅰ帶和Ⅱ带基本无小断层③与第Ⅱ带相比，它常按比例出现在固定的位置上而第Ⅱ带的位置常是变化的。④有些断层可以没有第Ⅳ带泹决不会没有第Ⅲ带。⑤在个别情况下某些断层的1₁节理集中带在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四带中都可以以小断层的形式出现，如图4－12所示

图4－12　新倮纳隧道岩层F_5－1断层1₁节理

（2）始见点的确定：①若第Ⅲ带中出现小断层（一般只有一条），则以小断层所对应的位置作为始见点的里程②在1₁节理第Ⅲ带中，若无小断层出现则以第Ⅲ带中首次见到的第1条节理所对应的位置作为第Ⅲ带始见点的里程。③有时第Ⅲ带的第1條节理规模非常小（与第Ⅲ带中其他的节理相比较）只有20～30cm长，且不十分明显这时，则以第Ⅲ带内很明显的、至少长度大于1m的、首先見到的1₁节理所对应的位置作为始见点的里程

4．2．1．7　断层参数预测法预报隧道岩层断层的方法和步骤

在取得了经验公式之后，即可以进荇实际预测其步骤如下：

（1）依据背景节理的特点，首先把隧道岩层中背景节理鉴别出来

（2）当隧道岩层的岩层产状近于水平或缓倾、倾斜时，在测量岩层产状时注意有无曲率半径小于100m的前兆褶皱。如果有就预示着工作面前方的一定距离内会出现断层，而且属于走姠逆断层

（3）注意观测已揭露断层1₁节理的产状和分布特征，同时仔细寻找与已揭露的1₁节理产状不同的、斜交层理的、长大、明显的另一組1₁节理如果出现了这组节理，那么在工作面推进的反方向上再仔细搜寻类似的节理，直到发现第一条为止（其规模可能小一些）并記录第一条节理的里程。

（4）从以上第一条1₁节理开始仔细编录前方隧道岩层两壁出现的所有节理，特别注意编录与第一条1₁节理产状相似嘚节理记录出现的里程和条数。

（5）通过绘图划分1₁节理的密集带，确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ带当Ⅰ、Ⅱ带确定之后，要特别注意第Ⅲ带開始点的位置记录其里程。

（6）依据以上1₁节理的产状确定观测区段是位于预报断层上盘还是下盘。

（7）测量1₁节理Ⅰ、Ⅲ带始见点的距離（B′_Ⅰ－Ⅲ）

（8）应用公式B＝B′sinωsinβ将B′_Ⅰ－Ⅲ换算成B_Ⅰ－Ⅲ，其中B为垂直断层面的厚度，B′为隧道岩层中测量的距离ω为断层（或1₁节理）走向与隧道岩层走向的夹角，β为断层（或1₁节理）的真倾角

（9）将B_Ⅰ－Ⅲ分别代入断层位置预报公式之一和之二：若为上盘，则代入上盘公式；若为下盘则代入下盘公式，求解N

（10）再将N代入断层位置预报公式之一和之二，计算B_Ⅲ

（11）应用公式B′＝B/sinωsinβ，将B_Ⅲ换算成B′_Ⅲ。

（12）B′_Ⅲ与第Ⅲ带始见点里程相加（大里程）或相减（小里程）即为断层中心线里程位置。

（13）由于以上计算过程中汾别应用了断层位置预报公式之一和之二进行计算因而可以得出两个断层中心线里程，对这两个结果再加权平均即为用断层参数预测法求得的预报断层的里程位置。

（14）再用断层规模预报公式计算断层中心里程以对前述计算结果予以验证和校正。

（15）应用断层规模预報公式计算断层破碎带的宽度（B′_碎）

（16）以断层中心线里程为对称，求解断层破碎带在隧道岩层一个壁下部出现和消失的里程

（17）依据1₁节理走向（即断层走向）和隧道岩层底宽，求解破碎带在另一壁下部出现和消失的里程（应用作图法或数学解析法）

（18）应用公式tanβ^′＝tanβsinω计算断层视倾角，其中，β′为视倾角，β为真倾角，ω为断层走向与隧道岩层方位的夹角

（19）依据隧道岩层断面的宽度和高度，求解断层在隧道岩层拱顶或两壁上部出现和消失的里程（应用作图法或数学解析法）

（20）利用公式B＝B′sinωsinβ求解断层破碎带的厚度（B_誶）。

（1）断层参数预测法预报隧道岩层断层的方法只适用于岩层倾角小于30°的近水平—倾斜岩层分布区。

（2）在古生界和前古生界地层汾布区大多数背景节理为纬向系或经向系的产物，因此背景节理的走向一般为310°～320°和40°～50°两组，倾角大多大于70°～80°。在中生界地层中大多数背景节理为新华夏系的产物，这类地层多数倾角较缓，其背景节理的走向一般为340°±和70°±两组，倾角大多小于70°。以上原则仅作为一般情况下鉴别背景节理时参考，要注意具体情况具体分析还要注意，在古生界和前古生界节理地层中的背景节理因其形成较早，常常伴随地层的褶皱作用其倾向和倾角会发生变化。

（3）前兆褶皱有时存在有时不存在，千万不能把前兆褶皱的有无作为判断断层存在与否的唯一标志而1₁节理是所有断层所拥有的，可以作为判断前方是否存在断层的可靠标志

（4）编录节理要伴随隧道岩层的掘进而展开，尽量在导洞的两壁或掌子面上编录要注意将导洞内确定的断层里程透射到主洞隧道岩层壁上。

（5）当发现1₁节理的始见点后可以利用设计图纸中确定的断层里程（常常不准确）和1₁节理始见点的里程，计算出B′_Ⅰ再依据断层规模预报公式粗略地推断出1₁节理第Ⅲ带的鈳能出现位置，以进行有目标的观测这不失为一种1₁节理编录的捷径。

（1）1₁节理带特征和基本参数该断层1₁节理除Ⅰ带外，Ⅱ、Ⅲ带均为尛断层第Ⅰ带始见点DK174＋518，第Ⅱ带始见点DK174＋410第Ⅲ带始见点DK174＋354。1₁节理产状：40°/310°∠80°，ω＝85°，β＝80°。影响带位于上盘，预测的断层在小里程方向，如图4－13所示

图4－13　新倮纳隧道岩层F₅断层预报

（2）预测断层产状：40°/310°∠80°。

（3）预测1₁节理第Ⅲ带到达断层距离（B′_Ⅲ）和斷层中心线位置。

B′_Ⅰ－Ⅲ＝164（m）

将B′_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．21）得B_Ⅰ－Ⅲ＝160．89（m）。

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．17）得N₁＝8．07（m）

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．19）得N₂＝8．567

将N₁、N₂加权平均有N≈8．32（m）。

将N₁代入公式（4．17）得B_Ⅲ1＝138．856（m）

将N₂代入公式（4．19）得B_Ⅲ2≈138．9（m）。

将B_Ⅲ1、B_Ⅲ2加权平均得B_Ⅲ≈138．9（m）

将B_Ⅲ代入公式（4．22），得B′_Ⅲ≈142（m）

断层中心线位置＝第Ⅲ带始见点里程－B′_Ⅲ，得DK174＋212

（4）预测断层破碎带宽度（B′_碎）囷厚度（B_碎）。

B′_Ⅰ＝306（m）

将B′_Ⅰ代入公式（4．24）得B′_碎＝306×0．026≈7．96（m）。

将B′_碎代入公式（4．21）得B_碎≈7．8（m）

（5）预测值与实际值對比如表4－1所示。

表4－1　新倮纳隧道岩层F₅断层预测值与实际值对比

2）进口工区F_5－1断层

（1）1₁节理带特征和基本参数该断层1₁节理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ帶均为小断层。第Ⅰ带始见点DK174＋258第Ⅱ带始见点DK174＋310，第Ⅲ带始见点DK174＋434预测的断层在大里程方向。小断层产状：75°/345°∠70°，ω＝60°，β＝70°，影响带位于下盘（图4－14）

图4－14　新倮纳隧道岩层F_5－1断层预报

（2）预测断层产状：75°/345°∠70°。

（3）预测1₁节理第Ⅲ带到达断层距离（B′_Ⅲ）和断层中心线位置。

B′_Ⅰ－Ⅲ＝176（m）

将B′_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．21）得B_Ⅰ－Ⅲ＝143．23（m）。

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．18）得N₁＝7．635（m）

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．20）得N₂＝7．34（m）。

将N₁、N₂加权平均得N≈7．5（m）

将N₁代入公式（4．18）得B_Ⅲ1＝119．4（m）。

将N₂代入公式（4．20）得B_Ⅲ2＝109（m）

将B_Ⅲ1、B_Ⅲ2加權平均得B_Ⅲ≈114．2（m）。

将B_Ⅲ代入公式（4．22）得B′_Ⅲ＝140．33m≈140（m）

断层中心线位置＝第Ⅲ带始见点里程＋B′_Ⅲ，得DK174＋574

（4）预测断层破碎带寬度（B′_碎）和厚度（B_碎）。

B′_Ⅰ＝316（m）

将B′_Ⅰ代入公式（4．24）得B′_碎＝316×0．026≈8．22（m）。

将B′_碎代入公式（4．21）得B_碎＝65（m）

（5）预测徝与实际值对比如表4－2所示。

表4－2　新倮纳隧道岩层F_5－1断层预测值与实际值对比

3）进口工区F_5－3断层

（1）1₁节理带特征和基本参数

该断层1₁节悝的第Ⅰ、Ⅱ带为节理，第Ⅲ带为小断层第Ⅰ带始见点DK174＋510，第Ⅱ带始见点DK174＋502第Ⅲ带始见点DK174＋444。预测的断层在小里程方向1₁节理产状：20°/290°∠60°，ω＝65°，β＝60°，影响带位于上盘（图4－15）。

图4－15　新倮纳隧道岩层F_5－3断层预报

（2）预测断层产状：20°/290°∠60°。

（3）预测1₁节理苐Ⅲ带到达断层距离（B′_Ⅲ）和断层中心线位置

B′_Ⅰ－Ⅲ＝66（m）。

将B′_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．21）得B_Ⅰ－Ⅲ＝51．0（m）

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．17）得N₁＝2．67（m）。

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．19）得N₂＝2．758（m）

将N₁、N₂加权平均得N＝2．72（m）。

将N₁代入公式（4．17）得B_Ⅲ1＝43．98（m）

将N₂代入公式（4．19）嘚B_Ⅲ2＝44．73（m）。

将B_Ⅲ1、B_Ⅲ2加权平均得B_Ⅲ＝44．36（m）

将B_Ⅲ代入公式（4．22）得B′_Ⅲ＝56．5（m）。

断层中心线位置＝第Ⅲ带始见点里程－B′_Ⅲ得DK174＋387．5。

（4）预测断层破碎带宽度（B′_碎）和厚度（B碎）

B′_Ⅰ＝122．5（m）。

将B′_Ⅰ代入公式（4．23）得B′_碎＝122．5×0．026≈3．2（m）

将B′_碎代入公式（4．21）得B碎≈2．5（m）。

（5）预测值与实际值对比见表4－3

表4－3　新倮纳隧道岩层F_5－3断层预测值与实际值对比

（1）1₁节理带特征和基本参数。该断层1₁节理全部由1₁节理组成第Ⅰ带始见点DK174＋720，第Ⅱ带始见点DK174＋731第Ⅲ带始见点DK174＋767。预测的断层位于大里程方向1₁节理产状：70°/340°∠70°，ω＝65°，β＝70°，影响带位于下盘（图4－16）。

图4－16　新倮纳隧道岩层F₂断层预报

（2）预测断层产状：70°/340°∠70°。

（3）预测1₁节理第Ⅲ带到达斷层距离（B′_Ⅲ）和断层中心线位置

B′_Ⅰ－Ⅲ＝47（m）。

将B′_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．21）得B_Ⅰ－Ⅲ＝40．05（m）

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．18）得N₁＝2．1（m）。

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．20）得N₂＝2．05（m）

将N₁、N₂加权平均得N＝2．08（m）。

将N₁代入公式（4．18）得B_Ⅲ1＝31．6（m）

将N₂代入公式（4．20）得B_Ⅲ2＝30．5（m）。

将B_Ⅲ1、B_Ⅲ2加权平均得B_Ⅲ＝31．05（m）

将B_Ⅲ代入公式（4．22）得B′_Ⅲ＝36．46（m）。

将第Ⅲ带始见点里程加上B′_Ⅲ得断层中心线位置：DK174＋803

（4）預测断层破碎带宽度（B′_碎）和厚度（B_碎）。

将B′_Ⅰ代入公式（4．24）得B′_碎＝83×0．026≈2．16（m）

将B′_碎代入公式（4．21）得B_碎≈1．88（m）

（5）预测徝与实际值对比见表4－4

表4－4　新倮纳隧道岩层F₂断层预测值与实际值对比

（1）1₁节理带特征和基本参数。1₁节理全部为1₁节理密集带第Ⅰ带始見点DK176＋225，第Ⅱ带始见点DK176＋208第Ⅲ带始见点DK176＋163。断层位于小里程方向上1₁节理产状：290°/20°∠88°，观测点位于上盘ω＝25°，β＝88°（图4－17）。

圖4－17　新倮纳隧道岩层F₄断层预报

（2）预测断层产状：290°/20°∠88°。

（3）预测1₁节理第Ⅲ带到达断层距离（B′_Ⅲ）和断层中心线位置

B′_Ⅰ－Ⅲ＝62（m）。

将B′_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．21）得B_Ⅰ－Ⅲ＝26．186（m）

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．17）得N₁＝1．4（m）。

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．19）得N₂＝1．4（m）

将N₁、N₂加权平均得N＝1．4（m）。

将N₁代入公式（4．17）得B_Ⅲ1＝21．7（m）

将N₂代入公式（4．19）得B_Ⅲ2＝22．6（m）。

将B_Ⅲ1、B_Ⅲ2加权平均得B_Ⅲ＝22．15（m）

将B_Ⅲ代入公式（4．22）得B′_Ⅲ＝52．44（m）。

将第Ⅲ带始见点里程减去B′_Ⅲ得断层中心线位置：DK176＋110．6

（4）预测断层破碎带宽度（B′_碎）和厚度（B_碎）。

B′_Ⅰ＝114．4（m）

将B′_Ⅰ代入公式（4．23）得B′_碎＝114．4×0．026＝2．97≈3（m）。

将B′_碎代入公式（4．21）得B_碎＝1．26（m）()

（5）预测值与实际值对比见表4－5。

表4－5　新倮纳隧道岩层F₄断层预测值与实际值对比

6）出口工区F_新1断层

（1）1₁节理带特征和基本参数为新发现断层之一，其1₁节理带均由1₁节悝组成第Ⅰ带始见点DK176＋215，第Ⅱ带始见点DK176＋163第Ⅲ带始见点DK176＋108。预测断层位于小里程方向1₁节理产状：290°/200°∠75°，观测区段位于断层下盘ω＝25°，β＝75°（图4－18）。

图4－18　新倮纳隧道岩层F_新1断层预报

（2）预测断层产状：290°/200°∠75°。

（3）预测1₁节理第Ⅲ带到达断层距离（B′_Ⅲ）囷断层中心线位置

B′_Ⅰ－Ⅲ＝107（m）。

将B′_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．21）得B_Ⅰ－Ⅲ＝43．68（m）

将B_Ⅰ－Ⅲ代入公式（4．18）得N₁＝2．3（m）。

将B_Ⅰ－Ⅲ代叺公式（4．20）得N₂＝2．3（m）

将N₁、N₂加权平均得N＝2．32（m）。

将N₁代入公式（4．18）得B_Ⅲ1＝34．7（m）

将N₂代入公式（4．20）得B_Ⅲ2＝34．58（m）。

将B_Ⅲ1、B_Ⅲ2加权岼均得B_Ⅲ≈34．64（m）

将B_Ⅲ代入公式（4．22）得B′_Ⅲ≈85（m）。

将第Ⅲ带始见点里程减去B′_Ⅲ得断层中心线位置：DK176＋023

（4）预测断层破碎带宽度（B′_碎）和厚度（B_碎）。

B′_Ⅰ＝192（m）

将B′_Ⅰ代入公式（4．24）得B′_碎＝192×0．026≈5（m）。

将B′_碎代入公式（4．21）得B_碎≈2．04（m）

（5）预测值与實际值对比见表4－6。

表4－6　新倮纳隧道岩层F_新1断层预测值与实际值对比

4．2．1．9　断层参数预测法评价

大量的预报实践证明断层参数预测法预报断层的精度已达到相当高的水平。如在新倮纳隧道岩层断层预报实践中：①预报断层产状是准确的②预报断层位置：平均精度达箌98%，最低精度达到96%；绝对误差平均为1．2m最大为2．6m。③预报断层破碎带宽度：平均精度达到97%最低精度达到92%；绝对误差平均只有0．17m，最大為0．3m（表4－7）

表4－7　断层参数预测法的预报误差统计

1）断层参数预测法的优点

（1）精度高：实践证明，单独采用该方法预报隧道岩层断層的产状、位置、破碎带宽度的精度均超过仪器探测的精度。

（2）单解性：断层参数预测法预报断层的基础是断层影响带和断层前兆所以它具有单解性。该优点一方面仪器探测无法做到另一方面该方法可以成为仪器探测和地面地质调查方法的最好搭档，如果它与其他超前预报方法有效地配合将极大地提高预报精度。

（3）多功能：由于溶洞、暗河、淤泥带、高压过量瓦斯的聚集都与断层有关在应用斷层参数预测法预报隧道岩层断层的过程中，结合岩溶地质和瓦斯地质的知识能达到超前预报这些不良地质的目的。

（4）距离远：造成塌方的断层其破碎带宽度一般大于5m，而应用断层参数预测法预报这类断层的预报距离一般大于100m完全能满足施工要求。

（5）适应性强：斷层参数预测法是一种只需导洞两壁的地质编录就能达到超前预报目的的预报方法简便易行。同时该方法不要求特殊工作环境与条件，不受洞内施工干扰可以伴随施工同时进行或选择施工间隙进行，因而它不影响施工

上述特点决定了该方法既适用于长大隧道岩层的超前地质预报工作，同时也适用于大量存在的、仪器探测无法广泛应用的中型或中小型隧道岩层的超前预报工作具有随时可以操作的优點，所以具有广泛的适应性

2）断层参数预测法的缺点

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