多種預報方法在隧道施工超前地質(zhì)預報的綜合應用

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多種預報方法在隧道施工超前地質(zhì)預報的綜合應用

焦 健
（四川公路橋梁建設集團有限公司勘察設計分公司，成都 610041）

為了更準確地預報施工隧道中的采空區(qū)及涌水突泥等高風險問題，需要采取多種預報方法進行綜合解釋。以南充經(jīng)大竹至梁平高速公路項目中銅鑼山隧道施工中地質(zhì)超前預報為例，介紹了利用將TRT超前預報、地質(zhì)雷達、超前鉆探三種預報相結(jié)合來精確預報前方地質(zhì)情況的綜合解釋方法，分析了綜合應用解釋對施工的重要性。

TRT方法；GPR地質(zhì)雷達；超前鉆探

我國西部地區(qū)多是山區(qū)地貌，高速公路建設中隧道施工數(shù)量也尤為眾多，如何在施工過程中降低隧道瓦斯、采空區(qū)及涌水突泥等造成的高風險，保證施工的安全生產(chǎn)也成為了建設方關(guān)注的熱點。隨著超前預報技術(shù)裝備的提升，克服僅由一種方法解釋帶來的不確定性，結(jié)合多種方法增加預報解釋的可靠性和精確度，成為現(xiàn)代施工技術(shù)中一項重要的進步。

1 工程概況

南充經(jīng)大竹至梁平（川渝界）高速公路項目位于川東南充和達州市境內(nèi)，是四川東向通江達海和陸路出川通道的重要組成部分，也是完善四川綜合交通運輸體系和成渝經(jīng)濟區(qū)區(qū)域高速公路網(wǎng)布局的需要。銅鑼山隧道和銅鑼山隧道均為A3設計合同段的兩座特長隧道；均按雙向四車道80km/h高速公路標準設計，采用分離式雙洞布置。

銅鑼山隧道穿越銅鑼山山脈，隧道長5023.5m（平均），銅鑼山隧道位于四川自流盆地東部，為典型的梳狀褶皺山地形。背斜成山，緊密狹窄；向斜成谷，寬廣平緩，構(gòu)造地貌明顯。銅鑼山隧道地下水主要為碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水；洞身位于水平循環(huán)帶內(nèi)，巖溶及巖溶水極其發(fā)育；銅鑼山隧道正常涌水量為20萬方/d，最大涌水量59萬方/d；洞身巖溶分布規(guī)模不均，施工中遇煤層、高水壓、涌水（突泥）的風險性極高。

2 預報方法的選擇

目前，國內(nèi)外隧道施工地質(zhì)超前預報技術(shù)方法主要可歸為兩大類：地質(zhì)法和地球物理方法。

地質(zhì)法中的超前鉆孔法是隧道施工期地質(zhì)超前預報方法中最直接的方法。這種方法是通過鉆孔鉆進速度測試和所采取巖芯的觀察及相關(guān)試驗獲取隧道掌子面前方巖石(體)的強度指標、可鉆性指標、地層巖性資料、巖體完整程度指標及地下水狀況等諸多方面的直接資料。但因掌子面超前鉆孔數(shù)量和鉆孔深度有限，有時不能全面地了解前面的地質(zhì)情況，且鉆孔費用昂貴。

地球物理方法中的TRT方法（隧道地震波反射層析成像技術(shù)）是一項比較新的技術(shù)，通過分析地震波在不同介質(zhì)中的波速差異來分析隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置及規(guī)模。另外一種方法是GPR方法（地質(zhì)雷達技術(shù)），這種方法是用無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種方法，是指利用寬帶的電磁波以脈沖形式來探測地表之下或確定不可視的物體或結(jié)構(gòu)。因發(fā)射頻率的不同，長距離預報的TRT法的探測深度范圍達100-150米，短距離的GPR法的探測深度范圍為0-30米。

3 多種超前預報技術(shù)在銅鑼山隧道工程中的綜合應用

于2011年9月，探測銅鑼山隧道進口左線ZK132+899～ZK133+015段圍巖工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，并提出相應的建議措施。段范圍內(nèi)隧道穿越背斜西翼雷口坡組T2l地層，巖性主要為薄～中厚層狀的泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖等，局部夾雜巖溶角礫巖。地表發(fā)育巖溶蝕槽谷、洼地、落水洞、溶洞等，隧道內(nèi)可能出現(xiàn)大小不一的溶洞、溶縫。受斷層影響層間擠壓較嚴重，巖層褶曲發(fā)育，巖體較破碎～破碎。地下水發(fā)育，隧道內(nèi)多出現(xiàn)股狀涌水，在巖溶與非巖溶接觸部位有突水可能。

首先使用長距離預報TRT法對ZK132+991～ZK133+062段進行探測，得出的結(jié)論基本維持掌子面巖體現(xiàn)狀，主要為砂巖，巖體較破碎～較完整，以中粒結(jié)構(gòu)為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，力學強度高，屬于較硬巖。層間結(jié)合一般，穩(wěn)定性一般～較差，易掉塊、坍塌。節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合一般，中上部巖體易沿不利結(jié)構(gòu)面滑塌冒落?？赡艹霈F(xiàn)地下水發(fā)育，出現(xiàn)線狀、股狀涌水。

當施工掘進至ZK133+037處，利用短距離預報GPR對掌子面進行探測，探測范圍ZK133+037～ZK133+062，解釋數(shù)據(jù)得出結(jié)論掌子面巖性主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r，灰?guī)r呈薄～中厚層狀，弱風化，微晶質(zhì)，巖質(zhì)較堅硬，巖體受結(jié)構(gòu)面切割，易在拱部形成掉塊或小規(guī)模坍塌。泥灰?guī)r呈片理狀，巖體完整性較差，較破碎～破碎，巖性較軟，遇水易坍塌?；?guī)r與泥灰?guī)r呈互層狀產(chǎn)出。掌子面巖層產(chǎn)狀主要為310～315∠88～90°,僅核心土底部褶曲較大，產(chǎn)狀為305∠30°。掌子面附近地下水發(fā)育，掌子面右側(cè)有涌水，初支拱頂及掌子面邊緣滲水如下雨。圍巖整體屬軟硬巖互層，層間結(jié)合較差，在地下水作用下易引發(fā)坍塌。

同時，在ZK133+037處進行超前地質(zhì)鉆探過程中阻力較大，當鉆進到15米左右時，發(fā)生嚴重頂鉆現(xiàn)象，鉆探無法繼續(xù)。由于水壓力過大，鉆桿直接被沖出，導致鉆機損壞。在將鉆桿拉出鉆孔時，鉆孔中涌出大量混水，疑似鉆孔坍塌（仍有5 m鉆桿卡在鉆孔中），隨后發(fā)現(xiàn)掌子面核心土右側(cè)出現(xiàn)噴射狀涌水（噴射距離約3 m），分析認為當掌子面繼續(xù)開挖時，存在高壓涌水風險。通過超前鉆探得出結(jié)論本次超前地質(zhì)鉆探共完成取芯鉆探15m，基本獲得隧道掌子面（ZK133+037）前方15m的圍巖情況和富水情況等相關(guān)地質(zhì)資料。

最終綜合三種預報解釋得出結(jié)論：該段巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合較差，穩(wěn)定性差，開挖后易風化，遇水軟化、破碎，造成巖體失穩(wěn)，易沿不利結(jié)構(gòu)面滑塌，掌子面頂部易坍塌冒落。地下水發(fā)育，隧道內(nèi)多出現(xiàn)股狀涌水，在巖溶與非巖溶接觸部位有突水可能。

因此建議施工單位應加強超前支護措施及初期支護措施；地下水發(fā)育，應做好防排水工作，施工至該段時應施作超前鉆孔，探查地下水狀況，避免出現(xiàn)涌水（突泥），并根據(jù)具體情況決定施工作業(yè)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過TRT長距離預報，超前地質(zhì)雷達預報，超前鉆孔再次驗證這三個階段的綜合超前預報，增加了隧道超前預報的可靠性和精確度，給隧道的安全施工奠定了基礎。可以相信，隨著超前預報技術(shù)的日新月異，各種預報方法的綜合應用手段將更大范圍地運用到今后的隧道施工作業(yè)中，給隧道施工提供更好的安全保障。

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