綜合超前地質預報在隧道工程中的應用

□文/張笑可

【摘 要】：成貴客專云南威信段CGWX-9標玉京山隧道風險極高，地質條件極其復雜多變,。采取“地質分析,、物探預報與鉆孔驗證”相結合的綜合預報原則，運用地質調查,、地震波探測,、地質雷達、紅外探水和超前水平鉆等綜合預報手段,，準確的預報出玉京山隧道D3K279+945處大型暗河發(fā)育的不良地質情況,，為隧道安全施工提供了可靠保障。

【關鍵詞】：隧道,；巖溶,；超前；地質,；預報

隧道施工很多依靠前期設計勘查資料和施工經(jīng)驗進行判斷分析,，在復雜地質情況下，施工技術人員很難準確判斷隧道掌子面前方的地質情況,，致使在施工過程中可能出現(xiàn)坍塌和突水等現(xiàn)象,，給隧道安全施工帶來困擾。

由于當前勘察技術手段和方法技術的限制,，加上地質體的復雜多變,，期望在勘察階段完全查明隧道巖體的特性，準確地預測隧道施工中可能發(fā)生地質災害的位置,、性質和發(fā)育規(guī)模十分困難,。

玉京山隧道橫洞進正洞段灰?guī)r巖溶中等～極發(fā)育，安全開挖通過巖溶發(fā)育段是隧道施工的重中之重,。本文以玉京山隧道橫洞進正洞巖溶段為例,，講述隧道開挖所采用綜合超前地質預報手段在巖溶探測中的應用及如何根據(jù)各種預報手段的預報結果，結合補充勘察和開挖揭示地層信息進行綜合分析,，得出綜合成果報告,，從而準確的指導隧道安全施工。

1 工程概況

玉京山隧道全長6306m,，起止里程為D3K277+860～D3K284+166,，隧道橫洞進正洞段隧址區(qū)位于灰?guī)r巖溶發(fā)育區(qū)，溶蝕、溶洞中等～強烈發(fā)育,，突泥、涌水的風險性較大,。

2 工程地質條件

玉京山隧道D3K279+515～D3K280+310段洞身穿過二疊系中統(tǒng)（P2m+q）茅口組,、棲霞組灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀N70°E/39°NW,，巖溶強烈發(fā)育,，地表線路附近有大型暗河出口，根據(jù)地質資料,，暗河主管道位于隧底以下約71 m,，對隧道無影響，但施工中可能遇到巖溶支管道,、大型溶洞或巖溶大廳的可能,。

根據(jù)隧道通過區(qū)出露的地層巖性及地質構造特征，結合含水介質的不同,，此處地下水類型主要分為松散堆積層孔隙水,、碳酸鹽巖裂隙巖溶水和基巖裂隙水。隧道洞身地表處有若干條沖溝,、溶槽,，溝槽內為季節(jié)性流水，補給條件較好,，地下水發(fā)育,。設計最大單位涌水量19 979 m3/d。

3 超前地質預報技術

3.1 地質素描

主要內容包括地層巖性,、構造發(fā)育情況,、地下水狀態(tài)、圍巖穩(wěn)定性及初期支護方法等,。地質素描法預報不占用施工時間,，設備簡單，不干擾施工,，出結果快,，預報的效果好，而且為整個隧道提供了完整的地質資料[1],。

玉京山橫洞進正洞段開挖的兩張掌子面地質素描見圖1和圖2,。從圖1和圖2可以分析出從D3K279+970～+950段，掌子面圍巖由弱風化的灰?guī)r逐漸過渡到的弱～強風化灰?guī)r夾黃色粘土,，巖體較破碎,。

圖1 D3K279+970掌子面照片和素描

圖2 D3K279+950掌子面照片和素描

3.2 TSP地震波探測法

玉京山隧道橫洞進正洞TSP炮孔成率高，炮孔布置在上臺階左邊墻，角度下傾10°左右?，F(xiàn)場沒有噪音,、振動等干擾現(xiàn)象，為分析報告準確性提供了保障[2],。

現(xiàn)場TSP接收器位置在D3K280+018,，掌子面位置為D3K279+983，實際激發(fā)19炮,，現(xiàn)場接收數(shù)據(jù)較為理想,，可用于數(shù)據(jù)處理和解釋，探測范圍為D3K279+983～D3K279+863,。根據(jù)TSP的探測結果,、圖3和圖4推測出的分析結果，見表1,。

圖3 巖土參數(shù)變化

圖4 2D成果顯示

表1 初步探測結果 m

里程D3K279+983～+942長度41 D3K279+942～+90537 D3K279+905～+88520 D3K279+885～+86322探測結果推斷巖體較破碎,，節(jié)理裂隙發(fā)育；其中D3K279+949處附近存在夾層或溶蝕裂隙,，含水巖體較破碎,，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水發(fā)育,；其中D3K279+942,、+912處附近存在夾層，具備巖溶發(fā)育的條件巖體較完整～較破碎,，節(jié)理裂隙較發(fā)育,，地下水發(fā)育巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育,；其中D3K279+885處附近存在夾層或溶蝕裂隙,，含水

3.3 超前鉆孔

為進一步探明玉京山隧道橫洞進正洞D3K279+956掌子面前方的地質情況，采用超前水平鉆孔,，鉆孔總長64.0延米,，鉆孔位置及參數(shù)見表2和圖5。

表2 鉆孔參數(shù)

鉆孔編號 偏角/（°） 仰角/（°） 孔深/m ZK-1 0 0 19.0

圖5 鉆孔布置

通過超前鉆孔探測,，判斷前方19 m地質情況如下：D3K279+956～D3K279+949.5段圍巖為二疊系中統(tǒng)（P2m+q）茅口組,、棲霞組灰?guī)r，巖體較完整,，巖質較硬,，節(jié)理裂隙較發(fā)育；D3K279+949.5～D3K279+940.9段圍巖為灰?guī)r夾粘土,，巖體較破碎,，節(jié)理裂隙發(fā)育,；D3K279+ 940.9～D3K279+937段圍巖為巖溶發(fā)育，發(fā)育非填充型溶洞,；無水,，見表3。

表3 ZK-1號鉆孔

地層代號 里程/m深厚 孔度/m度/m柱狀圖1∶200工程地質簡述 徑/mm 279+956 279+949.56.56.5W2 W2 P2m+q 279+940.915.18.665 W2-3 279+93719.03.90～6.5 m為灰?guī)r,，弱風化,，屬硬巖6～15.1 m為灰?guī)r夾粘土，弱～強風化,，屬硬～較軟巖15.1～19 m為非填充型溶洞，無水

4 綜合結論及實際開挖揭示情況

4.1 綜合結論

綜合各種預報方法的結論綜合分析,，推測D3K279+ 956～D3K279+937段,，巖體逐漸由弱風化轉變?yōu)槿躏L化～強風化，硬巖轉變?yōu)檩^軟巖,；從素描分析出粘土夾層開始逐漸增多,，表明此段的圍巖受到溶蝕作用的影響，巖體較破碎,，巖體裂隙發(fā)育,；其中D3K279+940.9～D3K279+937段巖溶發(fā)育，溶洞,、溶腔,、風化裂隙發(fā)育；地下水不發(fā)育,。其中D3K279+940.9～D3K279+937段巖溶發(fā)育情況見圖7,。

圖7 D3K279+940.9～+937段巖溶發(fā)育

建議：D3K279+940.9～D3K279+937段巖溶發(fā)育，巖體較破碎,，巖質變軟,。在施工過程中應采取短進尺、弱爆破,、加強超前支護措施,，防止巖體的坍塌，確保隧道施工安全,。為進一步探明溶洞的范圍,，建議工區(qū)嚴格施作加長炮孔探測，以確保施工安全,。

4.2 實際開挖揭示情況

D3K279+956～D3K279+940.9段圍巖為灰色灰?guī)r,，局部層間夾粘土，巖體較完整,，節(jié)理裂隙較發(fā)育,。

D3K279+940.9～D3K279+937段隧道已開挖段揭示地層巖性為灰色灰?guī)r，巖質較硬，局部層間夾黃色粘土,，弱風化為主,，局部強風化，節(jié)理裂隙發(fā)育,，巖體較完整～較破碎,；地下水不發(fā)育；巖溶發(fā)育,，掌子面發(fā)育溶洞,，溶洞自D3K279+940.9段延伸至D3K279+937段，向上低于開挖輪廓線2.5 m,，向左橫向延伸,，向右往掌子面方向延伸，向下低于隧底80 m深且伴隨有流水聲,。溶洞內填充少量黃泥,，無水，圖8,。

圖8 掌子面揭露溶洞

5 結語

對于埋深大,、工程地質條件復雜的隧道，即使采用目前比較成熟的可控源音頻大地電磁法(CS AMT)并輔以深孔鉆探進行勘察,，亦僅能粗略宏觀地探測隧道洞身范圍內規(guī)模較大的斷層,、巖溶、富水帶等不良地質體,。要比較詳盡地查明隧道的不良地質情況,，必須在隧道施工期間進行超前地質預報工作[3]。

在隧道施工過程中,，運用各種超前預報方法來指導施工是重要且必要的,，它使施工消除盲目性并按科學規(guī)律指導施工，這已為有識之士所共識,。有目的的綜合運用各種預報方法,，通過信息的反饋不斷改進和選擇預報方法，使預報方法優(yōu)化組合,，可得到最佳的預報效果和經(jīng)濟價值,。

在超前預報中使用TSP探測時，要注意避開各種震動干擾,，以保證獲得第一手資料的可靠性,。在數(shù)據(jù)處理及解譯過程中，必須結合前期勘察資料,，如有必要還可配合圍巖及巖石的波速測試,。

參考文獻：

[1]智 剛.TSP超前地質預報結果準確性的影響因素分析[J].路基工程,，2015，（5）：139-143.

[2]軍羨安,，于遠祥,，鄭志勇.超前地質災害預報在桃花鋪二號隧道施工中的應用[J].地下空間與工程學報，2004,，24（1）：33-35.

[3]何發(fā)亮,，李蒼松，李術才,，等.隧道施工地質超前地質預報工作方法[J].巖土力學,，2006，27（S1）：270-274.

□中圖分類號：U452.1+1

□文獻標志碼：C

□文章編號：1008-3197（2017）01-69-03

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2017.01.024

□收稿日期：2016-08-15

□作者簡介：張笑可/女,，1983年出生,，工程師，中鐵隧道勘測設計院有限公司,，從事超前地質預報工作。