大亮山隧道地溫探測研究

鄒友

摘? ?要：地溫探測對隧道的設(shè)計施工具有重大意義。地溫探測不僅能夠得到地溫的分布特征，同時可以對隧道全線地溫進(jìn)行預(yù)測，所得結(jié)果可為隧道設(shè)計和施工提供借鑒。本文以大亮山隧道為研究對象，對其地溫進(jìn)行探測，研究地溫隨時間及深度變化規(guī)律，并對大亮山隧道不同區(qū)段、不同最大埋深、不同圍巖級別下的地溫進(jìn)行預(yù)測。所得結(jié)果可為隧道設(shè)計及施工提供重大借鑒，為進(jìn)一步研究地溫對隧道設(shè)計及施工的影響提供參考。

關(guān)鍵詞：大亮山隧道? 地溫探測? 地溫預(yù)測? 地溫影響

中圖分類號：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0042-03

1? 工程概況

1.1 隧道規(guī)模

大亮山隧道位于云南省云縣，為分離式隧道。隧道右線起訖里程為K12+620～K22+830，全長10210m，最大埋深1199.53m;隧道左線起訖里程為ZK12+600～ZK22+835，全長10235m，最大埋深1210.85m。隧址區(qū)海拔高程介于1197.60～2525.30m之間，相對高差1321.70m，屬高中山構(gòu)造剝蝕地貌區(qū)。隧道洞身地形陡峻，地表植被較發(fā)育，以灌木林、桉樹林及杉樹為主。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、鉆探揭露結(jié)果，該隧道區(qū)段范圍內(nèi)分布地層為第四系坡殘積（Q4dl+el）層、第四系泥石流堆積層（Q4sef）、第四系沖洪積層（Q4al+pl）、下元古界瀾滄群（Pz1ln）片巖、侏羅系地層花開左組下段（J2h1）砂礫巖、燕山期火山巖（γ52）黑云花崗巖。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)調(diào)查顯示，隧道進(jìn)口附近有南汀河斷裂（F99），距隧址區(qū)約500m，全長約200km。該斷裂在全新世活動劇烈，1000年以來發(fā)生過2次斷錯地表地震事件。地震的活動性較強(qiáng)，為一發(fā)震斷裂。本項目區(qū)段為南汀河斷裂北東段。斷裂走向北東南西向，傾向138°～154°，傾角50°～70°，斷裂帶寬約70～150m。有右旋走滑的特征。受斷層影響，隧道進(jìn)口及附近巖體巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，圍巖穩(wěn)定性差，對擬建隧道進(jìn)口影響相對較小;隧道出口及附近巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，圍巖穩(wěn)定性差，對擬建隧道出口及附近地段影響相對較大。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、鉆探揭露結(jié)果，該隧道區(qū)段范圍內(nèi)分布地層為第四系坡殘積（Q4dl+el）層、第四系泥石流堆積層（Q4sef）、第四系沖洪積層（Q4al+pl）、下元古界瀾滄群（Pz1ln）片巖、侏羅系地層花開左組下段（J2h1）砂礫巖、燕山期火山巖（γ52）黑云花崗巖。

1.3 水文條件

隧道地表水體較發(fā)育，隧道區(qū)進(jìn)口段為冷水箐河，洞身段多發(fā)育季節(jié)性沖溝，出口段為幫卡河。冷水箐河流量0.5m3/s，為南橋河一級支流，水量受區(qū)內(nèi)降雨及季節(jié)性氣候影響較大，區(qū)域上屬于瀾滄江水系，為一個泥石流溝谷，發(fā)生過多次泥石流，已采用多級攔砂壩治理，現(xiàn)壩內(nèi)已經(jīng)淤滿，在發(fā)生較大的泥石流時對隧道進(jìn)口及附近線路有一定的影響。幫卡河流量Q=0.3m?/s，為頭道水河一級支流，水量受區(qū)內(nèi)降雨及季節(jié)性氣候影響較大，區(qū)域上屬于怒江水系，對隧道口影響較小。

2? 地溫測試

對大亮山隧道的地溫進(jìn)行測試，得到低溫分布特征，進(jìn)而基于低溫分布特征評價其對隧道開挖的影響。地溫測試采用PPS井下溫度及壓力傳感器，采樣間隔為3Sec，耐溫150℃，耐壓25MPa，精度為0.01℃。測試設(shè)備見圖1。

由于該測試孔在裸眼段孔壁不穩(wěn)、出砂等情況，考慮到測試的安全性，決定在鉆桿內(nèi)開展地溫測試，具體測試流程如下所述：

（1）地面調(diào)試好測溫傳感器后，將其放置在專用的測試設(shè)備中。

（2）通過現(xiàn)場取芯鋼絲繩將放置有測溫傳感器的設(shè)備勻速下入測試井中，并記錄下入深度及時間。

（3）當(dāng)放置有溫度傳感器的測試設(shè)備下入孔底后，等待30min，然后將測試設(shè)備勻速上提至地面，導(dǎo)出溫度數(shù)據(jù)，地溫測試即完成。

3? 地溫測試結(jié)果分析

地溫測試結(jié)果的可靠性受多方面因素的影響，對于在鉆孔中測試地溫，鉆井液的溫度對測試結(jié)果影響較大。通常來說，如果將溫度傳感器放入孔內(nèi)足夠長的時間，等到鉆井液的溫度和地層原始溫度平衡后才能測試到真實的地層溫度。圖2為溫度傳感器在測試層位（460m）所測試到的溫度。可以得到，在30min內(nèi)，實測溫度基本趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定溫度大約在37℃。此外，得到地溫隨深度的變化曲線，見圖3。深度由零增加至60m的過程中，溫度由14℃漸降至8.5℃;隨著深度增加，溫度持續(xù)上升，且增長速率逐漸增大。

根據(jù)CZK111-5號孔（鉆孔里程左K19+200右15m）的實測地溫值（測試深度460m），實測巖石溫度為37℃。在此基礎(chǔ)上結(jié)合水文、地質(zhì)資料以及云南地區(qū)隧道施工經(jīng)驗對大亮山隧道的地溫分布進(jìn)行了推測，結(jié)果如下表1所示。表1對不同區(qū)段、不同最大埋深、不同圍巖等級下隧道地溫均進(jìn)行了預(yù)測。由表1得到，地溫異常的區(qū)段為K19+100～K19+900，地溫值為30℃～37℃。進(jìn)行高地溫地層隧道開挖，高低溫對隧道的施工環(huán)境、隧道中的建筑材料、機(jī)械設(shè)備及隧道運(yùn)營等，都會產(chǎn)生較嚴(yán)重的負(fù)面影響，隧道施工前要確實做好地溫測試，得到地溫分別特征，基于其分別特征對隧道全線地溫進(jìn)行預(yù)測，為隧道設(shè)計和施工提供指導(dǎo)。

4? 結(jié)語

本文以大亮山隧道為研究對象，對大亮山隧道的地溫進(jìn)行測試，得到地溫分布特征，并基于分布特征實現(xiàn)隧道全線地溫預(yù)測，所得結(jié)果供隧道設(shè)計和施工參考。需要加強(qiáng)超前預(yù)報工作，同時由于深埋長大隧道的高地溫問題引起的熱害，必須對掌子面施工通風(fēng)時的溫度進(jìn)行預(yù)測，并據(jù)此對掌子面采取相應(yīng)的降溫措施以使隧道施工順利進(jìn)行。

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