九頂山隧道不良地質(zhì)條件下超前雷達探測綜合預報

文/中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室 宋罡 吳振君 湯華

云南楚大高速公路擴建工程建設(shè)指揮部 鐘明文

1 工程概況

九頂山特長隧道為楚大高速改（擴建）工程的控制性節(jié)點工程，九頂山特長隧道右幅長7575m，起點KK281+525，終點KK289+100，最大埋深737.12m；九頂山特長隧道左幅長7576m，起點 ZK281+532，終點ZK289+108，最大埋深738.23m。其中，左幅埋深大于500米隧道長度約為1929m，右幅埋深大于500米隧道長度約為1830m，九頂山隧道為深埋長大隧道。

2 工程地質(zhì)條件

九頂山隧道區(qū)段內(nèi)構(gòu)造擠壓嚴重，變質(zhì)作用強烈，巖體破碎，沿斷層帶，多處、多期侵入巖活動強烈，花崗斑巖、輝綠巖以巖枝、巖脈、巖株、巖墻狀不規(guī)則侵入?yún)^(qū)內(nèi)各地層。地質(zhì)構(gòu)造及巖漿巖的不規(guī)則頻繁侵入對隧道圍巖，形成多個性質(zhì)復雜的斷層構(gòu)造帶、巖性接觸帶、蝕變帶等圍巖破碎帶，對圍巖穩(wěn)定及隧洞開挖影響較大。侵入巖噴出巖（花崗斑巖、輝長巖、玄武巖）發(fā)育，區(qū)域上及隧洞圍巖范圍內(nèi)有多處大小規(guī)模不一的侵入巖發(fā)育，與侵入巖蝕變帶附近的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r蝕變強烈，具有較強軟化變形潛勢。

雨季時地下水豐富，可出現(xiàn)較大涌水并導致大崩塌。雨季時地表水沿破碎帶可出現(xiàn)大涌水。

3 測試內(nèi)容簡介

九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面進行了地質(zhì)雷達超前探測，測試深度20m。九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面進行了兩個鉆孔的孔內(nèi)雷達深孔探測，測試深度分別為39m和36m。

圖1 進口右洞K282+747掌子面

4 隧道掌子面基本情況

九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面照片如圖1，左側(cè)圍巖以中厚層青灰色侵入巖（輝綠巖）為主，呈碎裂塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，碎塊較大，結(jié)合較緊密；中間及右側(cè)圍巖主要為中厚層塊石狀灰白色白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，局部夾少量泥質(zhì)砂巖，雖未出現(xiàn)明顯的小斷層，但掌子面中間位置斜向約45度隱約顯現(xiàn)疑是可能存在的小斷層，推測是由于大的碎石塊體間長期相互擠壓作用而形成的，并夾雜碎石粉末；灰?guī)r陡傾，傾角約75度左右，傾向洞的右側(cè)；掌子面下方超前鉆孔剛打完后，孔內(nèi)出水量較大，經(jīng)12小時后明顯減小，呈短暫涌流出水狀,初步判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)不會存在斷層或破碎帶。局部巖體極少破碎；周邊無滲水滴水現(xiàn)象，巖性接觸帶無明顯蝕變。

5 超前地質(zhì)雷達和孔內(nèi)地質(zhì)雷達測試結(jié)果

1.在九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面進行了超前地質(zhì)雷達測試，現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)波形通過地質(zhì)雷達處理分析軟件進行處理后，得出地質(zhì)雷達測試結(jié)果見圖2。根據(jù)地質(zhì)雷達探測得到的反射波圖像，結(jié)合隧道工程地質(zhì)勘察結(jié)果和觀察掌子面圍巖特征，分析前方20m范圍地質(zhì)情況如下：掌子面前方0m～8m、11m～20m范圍內(nèi)雷達電磁波反射界面較強，呈現(xiàn)出不均的低頻反射波組，波形頻率快速變低，波形雜亂，振幅較強，存在二次或多次震蕩，同相軸時斷時續(xù)且雜亂。初步推測圍巖K282+747～K282+755段，左側(cè)為較完整巖體，且完整性不均一，巖質(zhì)軟硬不均勻，掌子面中右側(cè)呈塊狀、碎裂狀結(jié)構(gòu)分布，結(jié)合較緊密，局部巖體之間由于相互擠壓作用較破碎，不同巖體之間相互入侵，夾少許泥質(zhì)砂巖，裂隙水呈短暫涌流出水狀；推斷圍巖K282+758～YK282+767段可能有小的斷層破碎帶存在，巖性溶蝕變化接觸帶，含水量較小，主要為灰黑灰綠色輝綠巖，巖體呈角礫狀，碎裂塊狀結(jié)構(gòu)較松散破碎，整段圍巖完整性較差。

圖2 掌子面K282+747探測剖面

2.在九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面左右兩個間距約10m的鉆孔內(nèi)進行了鉆孔地質(zhì)雷達測試，其中左孔孔口處距左邊墻長約3.5m，距地面高約1.5m，測試深度36m；右孔孔口處距右邊墻長約3.5m，距地面高約1.5m，測試深度39m。

左孔的測試結(jié)果如圖3所示，通過測試結(jié)果分析，未見明顯洞蝕異常反射現(xiàn)象，初步推測存在以下異常區(qū)域：（1）距孔底0～3m，樁號K282+782～+783段距鉆孔周圍6～11m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)，并伴生發(fā)育有裂隙水；（2）距孔底4～7m，樁號K282+776～+779段距鉆孔周圍11～23m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)，并伴生發(fā)育有裂隙水；（3）距孔底11～12m，樁號K287+771～+772段距鉆孔周圍15～21m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)；（4）距孔底25～26m，樁號K287+757～+758段距鉆孔周圍15～21m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)；（5）距孔底32～34m，樁號K287+749～+751段距鉆孔周圍11～21m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)。

圖3 掌子面K282+747左孔鉆孔地質(zhì)雷達測試結(jié)果（測試深度36m）

圖4 掌子面K282+747右孔鉆孔地質(zhì)雷達測試結(jié)果（測試深度39m）

右孔的測試結(jié)果如圖4所示，通過測試結(jié)果分析，未見明顯洞蝕異常反射現(xiàn)象，初步推測存在以下異常區(qū)域：（1）距孔底0～1m，樁號K282+785～+786段距鉆孔周圍4～7m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)，并伴生發(fā)育有裂隙水；（2）距孔底29～30m，樁號K282+753～+754段距鉆孔周圍16～22m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)；（3）距孔底36～38m，樁號K287+748～+750段距鉆孔周圍15～21m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)；（4）距孔底38～39m，樁號K287+747～+748段距鉆孔周圍15～21m區(qū)域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)，并伴生發(fā)育有裂隙水。

表1 基本工程地質(zhì)條件及圍巖類別地質(zhì)預報

6 結(jié)論

根據(jù)超前地質(zhì)雷達、鉆孔地質(zhì)雷達測試和掌子面現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，并結(jié)合隧道進口段的基本工程地質(zhì)條件和圍巖類別地質(zhì)預報（結(jié)果詳見表1），主要結(jié)論如下：

進口右洞K282+747～+755段，左側(cè)為較完整巖體，且完整性不均一，中右側(cè)呈塊狀、碎裂狀結(jié)構(gòu)分布，夾少許泥質(zhì)砂巖。K282+758～+760段可能有小斷層破碎帶，巖性溶蝕變化接觸帶，含水量較小，巖體較松散破碎。左側(cè)K282+757～+758、K282+749～+751段巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，其中K282+782～+783段裂隙水發(fā)育；右側(cè)K282+785～+786、K282+753～+754、K282+748～+750、K282+747～+748段巖石較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，其中K282+785～+786和K282+747～+748段裂隙水發(fā)育。K282+747～+760段推測圍巖級別為Ⅳ2，K282+760～+767推測圍巖級別為Ⅳ1。