烏蘭2號(hào)隧道地質(zhì)情況與綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)應(yīng)用分析

張翔宇,申鐵軍

（1.山西路橋第四工程有限公司,山西 大同 037000; 2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

烏蘭2號(hào)隧道采用綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)開(kāi)展預(yù)測(cè)工作，查閱烏蘭2號(hào)隧道地勘圖紙，深度了解隧道圍巖情況，現(xiàn)場(chǎng)踏勘、收集地質(zhì)、水文氣象資料，結(jié)合合同要求制定了詳盡的隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)實(shí)施方案[1-2]。

1 烏蘭2號(hào)隧道工程與地質(zhì)分析

1.1 烏蘭2號(hào)隧道基本情況

G218線那拉提至巴侖臺(tái)公路烏蘭2號(hào)隧道設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道，主洞建筑限界1 025.0 cm×500.0 cm，橫斷面組成為（0.75+0.50+3.75×2+0.75+0.75）m。烏蘭2號(hào)隧道主洞、緊急停車(chē)帶的建筑限界、內(nèi)輪廓技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)圖1~圖4。

圖1 烏蘭2號(hào)隧道主洞建筑限界圖

圖4 烏蘭2號(hào)隧道緊急停車(chē)帶建筑內(nèi)輪廓圖

1.2 烏蘭2號(hào)隧道地質(zhì)情況分析

1.2.1 烏蘭2號(hào)隧道地形情況分析

隧道位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣巴侖臺(tái)鎮(zhèn)西北側(cè)約27 km處，隧道建設(shè)起終點(diǎn)為K500+268~K503+194（（以隧道右洞計(jì)），采用雙洞四車(chē)道一級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，隧道右洞全長(zhǎng)2 926 m，左洞全長(zhǎng)2 998 m，為分離式長(zhǎng)隧道。隧道進(jìn)出口洞門(mén)均采用端墻式洞門(mén)。隧道采用電光照明，機(jī)械通風(fēng)，自流排水。隧道區(qū)總體屬于中高山峽谷地貌區(qū)，隧道走向近東西向，進(jìn)口西側(cè)為相對(duì)寬闊的巴音郭勒河谷，出口東側(cè)為溝谷地貌，為巴音郭勒河支流，地面起伏大，河谷切深140~220 m，總體呈兩山夾一谷的地貌。隧道進(jìn)口高程2 882 m，山體自然坡度26~28°，出口高程2 807 m，為巖質(zhì)坡體，自然坡面較緩，坡度 30°左右，臨空面坡度53~76°。山頂高程2 972~3 128 m，山頂?shù)貏?shì)起伏，垂直隧道走向發(fā)育多條山脊、溝谷及槽地，山脊及溝谷走向近南北向，其中里程K501+500段附近為隧道穿越區(qū)最高點(diǎn)，高程3 128 m左右。山頂植被以淺表草地為主，零星灌木生長(zhǎng)。隧道最大埋深約280 m[3-5]。

圖2 烏蘭2號(hào)隧道主洞內(nèi)輪廓圖

圖3 烏蘭2號(hào)隧道緊急停車(chē)帶建筑限界圖

1.2.2 烏蘭2號(hào)隧道地層巖性分析

烏蘭2號(hào)隧道隧址區(qū)周邊溝谷第四系分布廣泛，洞身段地表以基巖為主。溝谷中以全新統(tǒng)沖洪積碎石以及崩坡積碎石、塊石為主，多呈密實(shí)狀。坡體上局部分布全新統(tǒng)殘坡積碎石，呈密實(shí)狀。下伏基巖為元古界中天山群星星峽組第2段云母片巖等[3]。區(qū)內(nèi)各巖土層特征分述如表1。

表1 烏蘭2號(hào)隧道地層巖性分布情況統(tǒng)計(jì)

1.2.3 烏蘭2號(hào)隧道地質(zhì)構(gòu)造分析

沿線褶皺、斷裂構(gòu)造均較發(fā)育，主要以東西向?yàn)橹?，與區(qū)域構(gòu)造線方向近于一致。隧址區(qū)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)區(qū)域斷裂構(gòu)造。隧址區(qū)出口一帶巖層走向近東西向，巖層傾向12°，傾角82~85°。通過(guò)地質(zhì)調(diào)繪成果顯示，隧道出口一帶巖體中發(fā)育的優(yōu)勢(shì)裂隙有4組：

①J1：178~L85°，裂隙間距0.3~0.5 m；

②J2：103~37°，裂隙間距0.2~0.3 m；

③J3：278~68°，裂隙間距0.1~0.3 m；

④J4：232~58°，裂隙間距0.2~0.4 m。

隧道進(jìn)口一帶主要為崩坡積堆積物，以碎石為主，中密狀。依據(jù)踏勘、物探解譯成果，隧洞洞身樁號(hào) ZK500+360~ZK500+830（K500+370~K500+840）、ZK501+170~ZK501+340(K501+140~K501+280)、ZK501+790~ZK502+120（K501+810~K502+130）段為裂隙密集發(fā)育帶。保家鎮(zhèn)隧道依次穿過(guò)保家正斷層、郁山背斜，但均對(duì)隧道影響較小或基本無(wú)影響。對(duì)隧道施工影響較大地質(zhì)構(gòu)造集中分布在楊柳村隧道進(jìn)口~1#橫洞與正洞交叉口區(qū)段[6-8]。

1.2.4 烏蘭2號(hào)隧道不良地質(zhì)分析

未見(jiàn)軟弱土以及鹽漬土發(fā)育。隧洞進(jìn)出口覆蓋層分布有季節(jié)性?xún)鐾粒鋬錾钜话? m。區(qū)內(nèi)覆蓋層主要為粗粒土，對(duì)工程影響較小。隧址區(qū)山體比高60~240 m，山體頂部局部巖體陡立且山腰以上基巖出露段坡度陡峭，出口位置洞口上方存在部分危巖有可能崩塌[9-11]。

1.2.5 烏蘭2號(hào)隧道水文地質(zhì)分析

烏蘭2號(hào)隧道隧址區(qū)主要出露巖性為石英云母片巖和第四系冰磧、洪積碎石等。地貌形態(tài)較復(fù)雜，地質(zhì)條件較復(fù)雜。據(jù)鉆孔資料，隧址區(qū)地下水位埋深受地形影響較大，山脊、丘陵區(qū)域埋深大，孔內(nèi)一般未見(jiàn)地下水位，洼地、溝谷等區(qū)域埋深一般較小[12-14]。

2 烏蘭2號(hào)綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)主要內(nèi)容

特殊地質(zhì)地段超前地質(zhì)預(yù)測(cè)特別是低阻破碎區(qū)等導(dǎo)水、富水地層，隧道出現(xiàn)涌突水的風(fēng)險(xiǎn)較高尤其是洪積巖的匯水區(qū)出現(xiàn)涌突水的風(fēng)險(xiǎn)較高。其隧道也存在淺埋段和碎石土、堆積土內(nèi)部富水、裂隙富水的情況，因此做好隧道地下水的預(yù)測(cè)工作十分重要[15-17]。

3 烏蘭2號(hào)綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)頻率及覆蓋范圍

3.1 洞口段

由于洞口段無(wú)法開(kāi)展TGP長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)所以在洞口段落多采用地質(zhì)雷達(dá)短距離預(yù)測(cè)，每次搭接長(zhǎng)度5 m預(yù)測(cè)長(zhǎng)度在20~30 m。

3.2 洞身段

（1）TGP長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)全覆蓋：在洞身段只要現(xiàn)場(chǎng)滿(mǎn)足開(kāi)展TGP地質(zhì)預(yù)測(cè)需要的條件，就采用TGP全覆蓋預(yù)測(cè)，每次預(yù)測(cè)長(zhǎng)度80.0~120.0 m，搭接長(zhǎng)度10.0~20.0 m。

（2）地質(zhì)雷達(dá)預(yù)測(cè)：在TGP長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)的異常段落和設(shè)計(jì)的地質(zhì)異常段用地質(zhì)雷達(dá)短距離補(bǔ)充預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)的范圍為異常段提前10.0~20.0 m開(kāi)始至異常段結(jié)束后20.0 m以上。

4 烏蘭2號(hào)隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)的流程與工作內(nèi)容

（1）進(jìn)行烏蘭2號(hào)隧道的超前地質(zhì)預(yù)測(cè)實(shí)施方案的評(píng)審工作。

（2）進(jìn)行烏蘭2號(hào)隧道的超前地質(zhì)預(yù)測(cè)實(shí)施方案的報(bào)批工作。

（3）進(jìn)行掌子面地質(zhì)跟蹤并采集長(zhǎng)距離地質(zhì)預(yù)測(cè)物探數(shù)據(jù)（洞口段落無(wú)長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)條件以短距離雷達(dá)預(yù)測(cè)為主）。

（4）室內(nèi)數(shù)據(jù)處理并綜合地質(zhì)分析，編寫(xiě)地質(zhì)預(yù)測(cè)報(bào)告，及時(shí)發(fā)送參建各方。

（5）若長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)異常，則在異常區(qū)追加短距離預(yù)測(cè)，并結(jié)合設(shè)計(jì)資料與長(zhǎng)、短距離預(yù)測(cè)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際圍巖情況，提出開(kāi)展超前鉆孔方案，配合開(kāi)展超前鉆孔。

（6）加強(qiáng)圍巖的跟蹤，如出現(xiàn)與預(yù)測(cè)明顯不符合的情況，及時(shí)提前開(kāi)展預(yù)測(cè)并分析原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

（7）如與預(yù)測(cè)級(jí)情況基本一致，則繼續(xù)加強(qiáng)圍巖情況跟蹤至下一循環(huán)。

（8）定期分析總結(jié)地質(zhì)預(yù)測(cè)情況和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并編寫(xiě)階段性成果報(bào)告。到隧道開(kāi)挖全部結(jié)束后，及時(shí)編寫(xiě)地質(zhì)預(yù)測(cè)總報(bào)告，詳見(jiàn)表2。

表2 烏蘭2號(hào)隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)工程量清單工作內(nèi)容及工作量統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)是隧道施工經(jīng)濟(jì)安全的保障和基礎(chǔ)。為保證隧道施工的經(jīng)濟(jì)性與安全性，地質(zhì)預(yù)測(cè)工作應(yīng)有嚴(yán)格的控制流程和科學(xué)規(guī)范的操作。烏蘭2號(hào)隧道地質(zhì)情況復(fù)雜，采用的預(yù)測(cè)方法多，做好地質(zhì)預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)安全管理十分重要，尤其是地震預(yù)測(cè)和鄰近掌子面的地質(zhì)雷達(dá)預(yù)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)，要按照安全操作規(guī)程進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集工作。