巖溶地區(qū)隧道施工階段應(yīng)用地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)踐探尋

萬 里

(江西省公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330006)

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巖溶地區(qū)隧道施工階段應(yīng)用地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)踐探尋

萬 里

(江西省公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330006)

在隧道工程的施工階段常常會(huì)遇到一些復(fù)雜的地質(zhì)條件，如巖溶地質(zhì)等等，在這樣的地質(zhì)上進(jìn)行隧道建設(shè)，應(yīng)當(dāng)預(yù)先了解隧道施工掌子面的情況，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可在隧道施工中應(yīng)用地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)?；诖它c(diǎn)，首先簡(jiǎn)要闡述了巖溶的特征及隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上依托工程實(shí)例，對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)λ淼朗┕ぐ踩缘奶嵘灿兴鶐椭?/p>

巖溶；隧道；施工；地質(zhì)預(yù)報(bào)

1 工程概況

該隧道是一座上下行分離的四車道隧道，隧洞平面呈S形，左線ZK39+520～ZK42+767，全長(zhǎng)3 247 m；右線YK39+470～YK42+780，全長(zhǎng)3 310 m。從長(zhǎng)度上看，該隧道工程為特長(zhǎng)隧道，其長(zhǎng)度占線路長(zhǎng)度的比重相對(duì)較大，由此使得該工程所遇到的地質(zhì)條件復(fù)雜多變。工程資料顯示，該線路位于我國(guó)西南巖溶較為發(fā)育的地區(qū)上，巖溶地質(zhì)進(jìn)一步增大了隧道施工難度。

2 地質(zhì)條件

(1)地形地貌。該隧道工程隨處的區(qū)域?yàn)閹r溶剝蝕峰叢洼地中山地貌，溶蝕溝槽發(fā)育，高差在300～400 m之間，隧道的最大埋深深度為349 m。

(2)地層巖性。隧址區(qū)的地層巖性主要為第四系對(duì)基層以及三疊系下統(tǒng)嘉陵江組地層。

(3)地質(zhì)構(gòu)造。隧址區(qū)次生斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，從進(jìn)洞口至出洞口全部有斷層分布。由地勘資料可知，整個(gè)隧道區(qū)內(nèi)有5條斷層，呈壓扭性，構(gòu)造破碎帶的寬度較大，約為20～80 m不等，以破碎巖層為主體，角礫巖次之，外側(cè)塊裂狀巖體的寬度在30～60 m之間。其中F1和F2斷層對(duì)進(jìn)口段的影響較大，膠結(jié)性差。

(4)水文氣象。隧道所在地屬于亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，四季分明、雨量充沛，光照略有不足，災(zāi)害氣候較為頻繁，是典型的山地氣候。隧址所在地的年均氣溫約為15.4 ℃，降雨集中在6月。占全面雨量的17.5%。

3 地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

按預(yù)報(bào)方法探測(cè)位置的不同，可將之分為洞外預(yù)報(bào)和洞內(nèi)預(yù)報(bào)兩類；按照預(yù)報(bào)的性質(zhì)可將之分為物探法、化探法和地質(zhì)法；根據(jù)預(yù)報(bào)距離的長(zhǎng)短可分為長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)(長(zhǎng)度>100 m)和短距離預(yù)報(bào)(長(zhǎng)度<100 m)。在隧道施工階段，主要是預(yù)報(bào)隧洞內(nèi)掌子面的巖溶情況，從而為施工方案和措施的制定提供依據(jù)。TSP是隧道地震預(yù)報(bào)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，該技術(shù)自世紀(jì)90年代引入國(guó)內(nèi)后，在很多高速公隧道工程施工中得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。TSP是借助地震波的反射原理進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)為預(yù)測(cè)范圍廣，是地質(zhì)雷達(dá)4～12倍，適用于極軟巖到極硬巖的任何地質(zhì)情況；理論預(yù)測(cè)長(zhǎng)度為掌子面前方500 m，但由于各種因素的影響，實(shí)測(cè)距離為150～350 m左右；探測(cè)時(shí)間短，大約45 min左右便可完成一次探測(cè)工作；探測(cè)過程中對(duì)隧道施工的干擾較?。毁M(fèi)用僅為超前水平鉆探的1/10～1/20。由于TSP所具備的上述優(yōu)點(diǎn)，使其得到了隧道施工單位的一致好評(píng)和認(rèn)可，下面對(duì)該技術(shù)在巖溶地區(qū)隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

4 預(yù)報(bào)情況

本次預(yù)報(bào)采用TST12A系統(tǒng)對(duì)隧道右線進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，同時(shí)對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。在對(duì)隧道掌子面進(jìn)行預(yù)測(cè)的過程中，發(fā)現(xiàn)多處存在斷層、破碎帶及溶洞，預(yù)測(cè)到的不良地質(zhì)體出現(xiàn)的流程與實(shí)際情況基本相吻合，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度在90%以上，符合隧道施工中期預(yù)報(bào)的要求。典型測(cè)試段的分析情況如下。

在該隧道右線預(yù)測(cè)的過程中，對(duì)YK41+198～YK41+098段測(cè)試比較典型，預(yù)報(bào)長(zhǎng)度為100 m，該段的圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，巖體的完整性較好且地質(zhì)比較堅(jiān)硬，巖溶總體不發(fā)育，側(cè)壁穩(wěn)定，洞頂局部存在掉塊或小坍塌現(xiàn)象，局部可能存在垂直巖溶。

(1)預(yù)報(bào)結(jié)果。將相關(guān)輸入程序后，經(jīng)過數(shù)據(jù)解編等過程后，對(duì)數(shù)據(jù)記錄的地震波形進(jìn)行能量補(bǔ)償，由此得到X、Y、Z三個(gè)方向的激發(fā)點(diǎn)記錄的原始數(shù)據(jù)，隨后對(duì)地震發(fā)射波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，在借助深度偏移功能對(duì)地質(zhì)界面的繞射點(diǎn)進(jìn)行歸位處理，由此將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維空間域數(shù)據(jù)，并在該數(shù)據(jù)域內(nèi)對(duì)斷層破碎帶在隧洞軸線上出露的位置進(jìn)行計(jì)算，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道施工地質(zhì)超前探查的目的。

(2)對(duì)比分析。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)施工至YK41+142處出現(xiàn)溶洞，洞穴的位置位于掌子面左側(cè)，其特點(diǎn)為無水空洞，無地下暗河出露，隨著掌子面向前逐步推進(jìn)，溶洞也隨之顯露，洞穴的位置由隧道洞室橫斷面左側(cè)向洞頂移動(dòng)，斷面變大，隨后由洞頂向洞室橫斷面右側(cè)移動(dòng)，直至YK41+100處消失。在隧道施工過程中，可對(duì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行參考，并在發(fā)現(xiàn)溶洞后，及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行處理，確保施工安全、有序進(jìn)行。

5 結(jié) 論

綜上所述，本文依托工程實(shí)例，對(duì)TSP技術(shù)在巖溶地區(qū)隧道施工階段中的應(yīng)用進(jìn)行分析。在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)邊界條件予以充分考慮，這是因?yàn)橹挥斜惶綔y(cè)物有可以使地震波發(fā)射的界面時(shí)，才會(huì)使預(yù)報(bào)效果達(dá)到最佳。在本次預(yù)報(bào)中，溶洞為橫向發(fā)育，其邊界與預(yù)報(bào)系統(tǒng)測(cè)量布線存在橫向延伸性，由此使得預(yù)報(bào)達(dá)到了較好的效果，所得的結(jié)果基本與施工情況相符。

[1] 譚信榮,陳壽根,馬輝.隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012，(2):82-83.

[2] 李志林,王星華,謝李釗.基于模糊小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的巖溶隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)[J].現(xiàn)代地質(zhì),2013，(3):41-43.

2016-04-01

萬里(1985-)，男，陜西咸陽旬邑人，工程師，研究方向：隧道工程施工與管理。

U455.2

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1008-3383(2016)11-0140-01