超前鉆探在隧道施工中的應用

張 雷

中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600

超前鉆探在隧道施工中的應用

張 雷

中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600

本文以某隧道工程地質勘探為例，首先簡要的闡述了超前鉆探預報的必要性以及超前水平鉆探方法。對實際隧道工程的超前水平鉆探勘探進行了分析，總結了通過水平鉆探得出隧道的地質情況，給出了施工建議。最后，對鉆探質量控制提出了相應的措施，確保施工安全以及施工質量。

超前水平鉆探；隧道工程；地質勘探

0 引言

在隧道穿越有可能涌水地段時，利用潛孔鉆機在工作面上兩側拱腰各設一孔，進行超前鉆探，以查清前方地質及涌水情況。每次的鉆探深度控制在30m為宜。采用超前鉆孔、TSP203、地質雷達和紅外線探測儀進行聯合地質預報，并認真作好地質素描，不斷積累和豐富新的地質資料，提高預報的準確性，為安全穿越含水地段提供第一手資料。

1 超前鉆探技術

1.1 超前水平鉆探

對規模較大的區域性斷層、物探超前預報的異常段（可能的巖溶發育段及突涌水段），通過超前水平鉆探進一步確定斷層的位置、破碎帶的寬度、富水情況，并進一步確定巖溶的發育情況，包括溶洞的位置、大小、充填情況等。

對關鍵區段采用超前鉆探的方式進行調查，取得最直接的依據。施工現場最易實施的是采用沿掌子面布置3個～7個超前的深孔，預測前方地下水情況，特別是向斜地段、可能有突水地段，采用這種方法是比較行之有效的。地質鉆孔布置見圖1所示。

圖1 超前水平鉆孔布置圖

1.2 超前地質鉆探

針對有突水的可能的破裂斷層帶，采用鉆孔超前探測，鉆孔長度20m～30m，驗證綜合超前物探成果，超前鉆孔3個，并至少有一個孔應取芯；探孔孔徑一般不小于φ75mm，并考慮5m長搭接，探孔終孔應超出開挖輪廓線1.5m。

超前鉆探時，停止施工，噴混凝土封閉開挖面，測設鉆孔位置與方位，然后搭設作業臺架，鉆機就位固定，安裝鉆桿試鉆。在確定鉆孔位置、方位準確后，開始鉆進，鉆進過程中注意鉆孔出水量、鉆碴及鉆桿進尺，詳細記錄鉆孔過程中各種資料和數據。根據超前鉆孔資料分析前方圍巖節理發育情況和可能涌水量及地下水發連通情況，根據不同情況采取不同施工技術措施。如臨近漏水地段3m～5m前，在開挖鉆孔時，安排2～4孔超前水平鉆，鉆5m～8m，準確了解前方水文地質情況，提高支護、排水等措施針對性。

2 工程實例

某分離式隧道，左幅全長1 568m，右幅全長165m。設計路面標高1 165. 61147m，隧道左線最大埋深約227m右線最大埋深約232m。為確保隧道施工安全和施工質量，并為隧道開挖、支護提供依據，對該隧道在D1K711+030-D1K710+960段進行了超前地質鉆探D1K711+030-D1K710+960段位于沖溝段，為查明地質、確保安全，采用φ75超前探孔進行驗證。本段超前地質鉆探采用回轉取芯鉆。超前地質鉆孔平面布置，如圖2所示。鉆探孔位置:隧道里程D1K711+030，鉆孔深度：20. 10 m。

圖2 超前地質鉆孔布置圖

各孔段主要水文工程地質特征：0.0m～2.90m巖芯完整呈長柱狀，采芯率100%；2.90m～6.30m巖層間較破碎呈碎塊狀、短柱狀，2.90m～3.10m，5.60m～5.80m見裂隙，有溶蝕現象，溶孔發育，采芯率80%；6.30m～15.60m，巖芯完整呈長柱狀、線柱狀，采芯率95%；15.60m～16.20m，見溶蝕裂隙，裂面上見黃色泥質侵染，具構造巖溶溶蝕裂隙的特征，采芯率70%，巖芯呈塊狀。16.20m～19.50m巖芯完整呈長柱狀，其中，17.80m～18.20m有溶蝕現象，采芯率90%。19.5m～20.10m，巖芯較破碎，采芯率100%；該隧道從D1K711+030掌子面鉆探揭露的20.10m長度內，地層巖性為灰色中厚層狀隱晶質結構灰巖，巖質較堅硬，無大的斷裂構造通過，未見地下暗河或突水、涌水現象。但在隧道里 程 D1K711+027.5～D1K711+024段，D1K711+011～D1K711+07.9段，巖芯比較破碎，應注意冒頂，做好支護工作，D1K711+023～D1K711+022段，D1K711+014～D1K711+011段，見溶蝕現象，應對溶蝕突水、涌水做好預防工作。

根據現場鉆孔資料分析，預測前方地層巖溶、裂隙較為發育，建議采取超前小導管注漿進行超前支護，同時在此段隧道施工過程中，應密切注意泥化夾層、溶洞和節理的失穩破壞，同時在可能發育溶槽或溶洞區域，可能發生突泥和突水，故開挖后應及早支護并采取相應的措施，防止麻痹大意思想，并加強監控量測。

3 超前地質鉆探施工

3.1 超前地質鉆探技術要求

1 ）孔數：超前水平鉆孔每個斷面為3個孔，掌子面中間一個孔，兩側邊墻各一個孔；2）孔深：連續鉆探每循環孔深為30m，并且前后兩循環鉆孔重疊5m，即25m一循環；3）孔徑：鉆孔直徑為φ75，其滿足鉆探取芯、取樣和孔內測試的要求。

3.2 超前鉆探工作要求

1 ）超前鉆探過程中應在現場做好鉆探記錄，包括鉆孔位置、開孔時間、終孔時間、孔深、鉆進壓力、鉆進速度隨鉆孔深度變化情況、沖洗液顏色和流量變化等；2）超前鉆探過程中應及時鑒定巖芯、巖粉，判定巖石名稱，并選擇代表性巖芯整理保存；3）加強鉆進設備的維修與保養，使鉆機處于良好狀態；強化協調和管理，各方面應積極配合，減少和縮短施鉆時間。

3.3 鉆孔質量與鉆孔效率保證措施

為提高工作效率，減少地質超前鉆探占用開挖工作面的時間，可采用沖擊鉆與回鉆取芯鉆相結合的方式。根據地質調繪與物探法結合判斷出的圍巖危險區域決定是采用沖擊鉆還是采用回轉取芯鉆。沖擊鉆速度快，但是無法取出巖芯，只能通過一些可接指標判斷隧道工作面前方的圍巖變化情況，加大了對圍巖分析的難度；回轉取芯鉆速度慢，占用施工時間太多，但是能準確直接地對前方圍巖進行分析研究。如何選擇鉆探方法還需根據實際情況專門研究決定。長距離地質超前鉆探應按照標準操作要求進行，對鉆探質量控制宜采取下列措施：

3.4 采用系統的鉆探程序

1 ）測量布孔：施鉆前按孔位設計圖設計的位置用全站儀或經緯儀準確測量放線，將開孔孔位用紅油漆標注在開挖工作面上；2）設備就位：孔位布好后，設備就位，接通各動力電源和供風、供水管路。安裝電路要由專業電工操作，確保安全，供風管路要連接緊密，無漏氣現象；3）對正孔位，固定鉆機：將鉆具前端對準開挖工作面上的孔位，調整鉆機方位，將鉆機固定牢固；4）開孔、安裝孔口管：孔口管必須安設牢固；5）成孔驗收：施鉆滿足設計要求，經現場技術人員確認簽收后方可停鉆終孔。

3.5 控制鉆進方向

1 ）鉆機定位完畢后，對鉆機進行機座加固，使鉆機在鉆進過程中位置不偏移，做到鉆孔完畢鉆機位置不變。在鉆進過程中應定期檢查機器的松動情況，及時調整固定；2）對鉆具的導向裝置盡可能加長，并且選用剛度較強的鉆桿，從而提高鉆具的剛度，減少鉆具的下沉量，達到技術的要求。不得使用彎曲鉆具；3）當巖層由軟變硬時應采用慢速、輕壓鉆進一定深度后，改用硬巖層的鉆進參數。鉆進中應減少換徑次數；4）本循環鉆孔完畢后，根據測量結果總結出鉆具的下沉量，下一循環鉆探時通過調整孔深、仰俯角等措施控制下沉量在設計要求的范圍內，達到技術要求的精度；5）對于100m以上的超長鉆孔，應綜合工作面巖性、隧道坡度、前進方向、鉆桿自重等因素進行鉆孔定向綜合設計，計算出合理鉆進角度。

3.6 信息整理

根據勘測資料以及超前地質預報工作和實施的洞內外檢測所獲得的資料，進行綜合分析，對隧道內可能發生的大規模涌水、突泥等不良地質情況的斷層破碎帶應增加探測力度。采用超前鉆孔、地質雷達和紅外線探測儀進行聯合地質預報，并認真作好地質素描，提高預報的準確性，為安全穿越斷層帶提供第一手資料。

4 結論

隨著隧道工程施工的逐步深入，需要在施工過程中采取有效方法，對前方不良地質災害進行準確的超前預報，以便及時地修正開挖和支護設計方案，避免施工事故發生。超前鉆孔作為直接地揭示掌子面前方的地質特征的手段有較高準確率，是地質超前預報一種必不可少的手段，通過結合工程實例，提出超前地質鉆探工作要求以及相應的技術措施，為同類工程提供參考借鑒。

[1]張慶欣.齊岳山隧道超前鉆探施工技術[J].鐵道標準設計，2008(5).

[2]段雙喜.超前鉆探在超前地質預測預報施工中的應用[J].科技情報開發與經濟，2008(10).

U45

A

1674-6708（2012）59-0058-02