TGP206隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀在灰嘎隧道隧道建設(shè)中的應(yīng)用

李美娛

（浙江交科工程檢測(cè)有限公司，浙江杭州310012）

在改革開(kāi)放不斷深入的過(guò)程中，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)一直保持在較高的增速，同樣的，國(guó)家對(duì)于交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投入也迅速增加。大量的長(zhǎng)大的高速公路在建設(shè)過(guò)程中不免穿越一些特殊的地層構(gòu)造，在施工中對(duì)前方地層情況掌握不準(zhǔn)確的情況下，很容易發(fā)生突泥突水甚至坍落的工程安全問(wèn)題。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是針對(duì)隧道掌子面前方圍巖情況進(jìn)行預(yù)判的一種重要的監(jiān)測(cè)手段，根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)周邊的地質(zhì)情況，可以及時(shí)地對(duì)圍巖的級(jí)別以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證施工過(guò)程的安全穩(wěn)定。本文采用TGP206超前預(yù)報(bào)方法，對(duì)攀大高速公路灰嘎隧道開(kāi)展了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)［1-2］。

1 工程概況

灰嘎隧道右線K28+516～K33+232，長(zhǎng)4716m，最大埋深524m，設(shè)計(jì)路面標(biāo)高1233.70～1307.52m。

隧址區(qū)在區(qū)域位于川西南高山峽谷區(qū)，場(chǎng)區(qū)則屬于中山構(gòu)造剝蝕地貌，隧道軸線左側(cè)山峰最高點(diǎn)地面高程約為1998.5m，場(chǎng)地北側(cè)隧道出口附近灰嘎溝溝谷高程約1200m，相對(duì)高差798.5m。隧址區(qū)山嶺兩側(cè)各發(fā)育一條較大的沖、溪溝，一條為灰力蘇溝，位于進(jìn)口段，總體走向約102°，長(zhǎng)約4.2km，屬“V”型溝谷，沖溝底寬10～15m，上游由眾多樹(shù)枝狀支溝匯集而成，縱坡一般5°～10°，下游縱坡2°～5°，最終匯入紅巖村主溝，兩岸橫坡一般25°～35°，該沖溝有季節(jié)性水流，雨季受大氣降水補(bǔ)給，沖溝有水，旱季時(shí)則無(wú)水。另一條發(fā)育的溪溝為灰嘎溝，位于出口段，總體走向約5°，長(zhǎng)約8.5km，上游由眾多樹(shù)枝狀“V”型支溝匯集而成，下游為寬緩的“U”型溝谷，溪溝底寬10～20m，縱坡一般2°～5°，兩岸橫坡25°～40°，最終匯入金沙江，溝內(nèi)常流水，水量受季節(jié)影響變化大。

隧址區(qū)內(nèi)出露地層主要有新生界第四系全新統(tǒng)崩坡積層，坡洪積層、沖洪積層、滑坡堆積層及中生界侏羅系下統(tǒng)馮家河組、三疊系上統(tǒng)大箐組上段。

本次灰嘎隧道右線進(jìn)口超前地質(zhì)預(yù)報(bào)掌子面里程為K28+604，洞口地段有厚2.50～6.40m的塊石土覆蓋層，下伏為泥砂巖互層夾炭質(zhì)頁(yè)巖，巖層總體傾坡內(nèi)，為逆向交結(jié)斜坡，長(zhǎng)大外傾節(jié)理不發(fā)育，下伏巖體無(wú)向坡外滑移條件。洞口后側(cè)斜坡以前崩坡積碎石為主，未見(jiàn)滑移、拉裂、變形跡象，斜坡整體穩(wěn)定。地下水較豐富，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。掌子面素描如圖1所示。

圖1 K28+604處掌子面素描圖

2 TGP206超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)原理

隧道地震波超前預(yù)報(bào)是利用地震波在巖體傳播過(guò)程中，在聲阻抗界面會(huì)產(chǎn)生地震反射波，利用儀器設(shè)備采集隧道巖體中地震波傳播的信息，通過(guò)相關(guān)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合已有的地質(zhì)資料綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道前方地質(zhì)條件的推斷，達(dá)到地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的［3-4］。地震波震源一般采用小藥量炸藥在隧道邊墻的風(fēng)鉆孔中爆炸產(chǎn)生，激發(fā)炮孔在洞壁一側(cè)沿直線布置，一般采用24個(gè)炮孔，炮孔布置見(jiàn)圖2。在炮孔段的傳播速度,各構(gòu)造面之間巖體的速度是綜合界面反射獲得的“估算速度”,不是隧道圍巖的真速度,應(yīng)用中結(jié)合反射點(diǎn)偏離隧道軸線距離的遠(yuǎn)近和巖體的各項(xiàng)異性分布綜合考慮使用。

圖2 炮孔布置圖［5］

3 TGP成果解釋

灰嘎隧道右線K28+604～K28+704段TGP法反射層位及物理力學(xué)參數(shù)等成果圖，如圖3所示的三分量波形圖。從圖3可見(jiàn)，同側(cè)X、Y、Z分量直達(dá)波明顯，縱橫波分明，各道相關(guān)性較好。因此，本次采集到的原始數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，可靠性較高，可進(jìn)一步處理、解釋［6］。

圖3 同側(cè)原始波形圖

同側(cè)縱波偏移成像如圖4～圖5所示。根據(jù)隧道地勘資料與施工揭露的實(shí)際情況并結(jié)合本次預(yù)報(bào)得到的縱波比速度分布，可將本次預(yù)報(bào)里程段分為3個(gè)主要圍巖變化分區(qū)段，這里結(jié)合圖1～圖5就各分段的圍巖變化情況分析說(shuō)明如下：

（1）K28+604～K28+634圍巖段，長(zhǎng)度約30m：縱波波速較為平緩穩(wěn)定，在K28+634附近縱波波速出現(xiàn)明顯的波動(dòng)上升，橫波波速基本無(wú)變化，縱波繞射波呈現(xiàn)較強(qiáng)的冷暖交替變化，縱波有反射，橫波基本無(wú)反射；在區(qū)段中部縱波有小波動(dòng)，推測(cè)該段圍巖條件較掌子面無(wú)明顯的變化，但是在K6+624和K6+627附近有可能存在巖層薄弱面，該段為塊石粉質(zhì)粘土，層間結(jié)合差，受構(gòu)造影響強(qiáng)烈，巖體碎裂結(jié)構(gòu)為主，有少量基巖裂隙、孔隙水；注意施工安全，建議及時(shí)支護(hù)，預(yù)測(cè)該段圍巖等級(jí)為V級(jí)。

（2）K28+634～K28+681圍巖段，長(zhǎng)度約47m：縱波波速逐漸上升，橫波波速基本無(wú)變化，繞射波呈現(xiàn)較強(qiáng)的冷暖交替變化，縱波反射明顯，橫波基本無(wú)反射。推測(cè)此段圍巖巖性較前一段變差，圍巖存在較多的軟弱破碎面，圍巖較差，節(jié)理發(fā)育，地下水較發(fā)育；特別在+640，+662，+681左右圍巖較破碎，施工時(shí)要加強(qiáng)注意。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為V級(jí)偏差，建議施工時(shí)注意碎石掉落，注意施工安全，建議及時(shí)支護(hù)。

（3）K28+681～K28+704圍巖段，長(zhǎng)度約23m：縱波波速?zèng)]有明顯變化，橫波波速基本穩(wěn)定，縱、橫波均無(wú)反射，繞射波整體較為均勻。推測(cè)該區(qū)段圍巖巖性較前段無(wú)明顯變化，圍巖完整性較前段無(wú)明顯變化，節(jié)理發(fā)育一般，地下水發(fā)育。預(yù)測(cè)圍巖等級(jí)為V級(jí)，施工中應(yīng)注意巖塊從洞頂和邊壁掉落。

總體來(lái)說(shuō)，本預(yù)報(bào)段內(nèi)圍巖較差，未發(fā)現(xiàn)有重大地質(zhì)病害出現(xiàn)，巖體主要以含塊石粉質(zhì)粘土為主，該巖體單體強(qiáng)度較差，節(jié)理發(fā)育，地下水較發(fā)育，局部范圍圍巖較破碎。本預(yù)報(bào)段內(nèi)圍巖級(jí)別推定：K28+604～K28+704為Ⅴ級(jí)。

圖4 同側(cè)繞射偏移圖

本次TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)束后，為了驗(yàn)證預(yù)報(bào)是否準(zhǔn)確，對(duì)隧道實(shí)際開(kāi)挖情況進(jìn)行了跟蹤，并對(duì)開(kāi)挖后圍巖的實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行了及時(shí)反饋。開(kāi)挖結(jié)果表明，在K28+662位置圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，地下水豐富。開(kāi)挖結(jié)果與之前TGP預(yù)報(bào)結(jié)果相吻合。

圖5 同側(cè)反射界面圖

4 結(jié)論與討論

在灰嘎隧道案例中，實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程顯示：開(kāi)挖進(jìn)行到K28+662附近時(shí)，圍巖破碎程度開(kāi)始增加，穩(wěn)定性較差，并且在該區(qū)域附近出現(xiàn)了局部涌水現(xiàn)象但是涌水量較小。在現(xiàn)場(chǎng)情況與地質(zhì)預(yù)報(bào)情況對(duì)比后發(fā)現(xiàn)與實(shí)際情況基本符合，有效地對(duì)施工起到了指導(dǎo)作用［7］。

隧道的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)TGP206系統(tǒng)是一種較為安全成熟的探測(cè)技術(shù),它通過(guò)地震波在隧道圍巖中的傳播對(duì)掌子面前方的巖性進(jìn)行合理的評(píng)估，是一種間接無(wú)損檢測(cè)的有效方式;該系統(tǒng)在操作過(guò)程中較為方面快捷，對(duì)施工進(jìn)程的影響不大，同時(shí)根據(jù)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到前方圍巖的可靠評(píng)估，從而能夠有效地減少在施工過(guò)程中可能遇到的工程地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)于隧道的施工安全和施工成本起到了非常重要的作用［8-9］。

但是由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及技術(shù)能力的有限性,其探測(cè)精度不可能是完全準(zhǔn)確的。因此為了提高TGP206系統(tǒng)的預(yù)測(cè)精度，需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，避免受到現(xiàn)場(chǎng)噪音的影響，還需要結(jié)合其他多種探測(cè)手段的結(jié)果,將其他物探方法得到的結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證,同時(shí)必須參考隧道的詳勘資料，從而取得最佳的預(yù)報(bào)效果、積極指導(dǎo)施工。