多種預(yù)報(bào)方法在隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的綜合應(yīng)用

焦 健（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司，成都 610041）

多種預(yù)報(bào)方法在隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的綜合應(yīng)用

焦 健
（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司，成都 610041）

為了更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)施工隧道中的采空區(qū)及涌水突泥等高風(fēng)險(xiǎn)問題，需要采取多種預(yù)報(bào)方法進(jìn)行綜合解釋。以南充經(jīng)大竹至梁平高速公路項(xiàng)目中銅鑼山隧道施工中地質(zhì)超前預(yù)報(bào)為例，介紹了利用將TRT超前預(yù)報(bào)、地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆探三種預(yù)報(bào)相結(jié)合來精確預(yù)報(bào)前方地質(zhì)情況的綜合解釋方法，分析了綜合應(yīng)用解釋對(duì)施工的重要性。

TRT方法；GPR地質(zhì)雷達(dá)；超前鉆探

我國(guó)西部地區(qū)多是山區(qū)地貌，高速公路建設(shè)中隧道施工數(shù)量也尤為眾多，如何在施工過程中降低隧道瓦斯、采空區(qū)及涌水突泥等造成的高風(fēng)險(xiǎn)，保證施工的安全生產(chǎn)也成為了建設(shè)方關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著超前預(yù)報(bào)技術(shù)裝備的提升，克服僅由一種方法解釋帶來的不確定性，結(jié)合多種方法增加預(yù)報(bào)解釋的可靠性和精確度，成為現(xiàn)代施工技術(shù)中一項(xiàng)重要的進(jìn)步。

1 工程概況

南充經(jīng)大竹至梁平（川渝界）高速公路項(xiàng)目位于川東南充和達(dá)州市境內(nèi)，是四川東向通江達(dá)海和陸路出川通道的重要組成部分，也是完善四川綜合交通運(yùn)輸體系和成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)域高速公路網(wǎng)布局的需要。銅鑼山隧道和銅鑼山隧道均為A3設(shè)計(jì)合同段的兩座特長(zhǎng)隧道；均按雙向四車道80km/h高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用分離式雙洞布置。

銅鑼山隧道穿越銅鑼山山脈，隧道長(zhǎng)5023.5m（平均），銅鑼山隧道位于四川自流盆地東部，為典型的梳狀褶皺山地形。背斜成山，緊密狹窄；向斜成谷，寬廣平緩，構(gòu)造地貌明顯。銅鑼山隧道地下水主要為碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水；洞身位于水平循環(huán)帶內(nèi)，巖溶及巖溶水極其發(fā)育；銅鑼山隧道正常涌水量為20萬方/d，最大涌水量59萬方/d；洞身巖溶分布規(guī)模不均，施工中遇煤層、高水壓、涌水（突泥）的風(fēng)險(xiǎn)性極高。

2 預(yù)報(bào)方法的選擇

目前，國(guó)內(nèi)外隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)方法主要可歸為兩大類：地質(zhì)法和地球物理方法。

地質(zhì)法中的超前鉆孔法是隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法中最直接的方法。這種方法是通過鉆孔鉆進(jìn)速度測(cè)試和所采取巖芯的觀察及相關(guān)試驗(yàn)獲取隧道掌子面前方巖石(體)的強(qiáng)度指標(biāo)、可鉆性指標(biāo)、地層巖性資料、巖體完整程度指標(biāo)及地下水狀況等諸多方面的直接資料。但因掌子面超前鉆孔數(shù)量和鉆孔深度有限，有時(shí)不能全面地了解前面的地質(zhì)情況，且鉆孔費(fèi)用昂貴。

地球物理方法中的TRT方法（隧道地震波反射層析成像技術(shù)）是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，通過分析地震波在不同介質(zhì)中的波速差異來分析隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等），位置及規(guī)模。另外一種方法是GPR方法（地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)），這種方法是用無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種方法，是指利用寬帶的電磁波以脈沖形式來探測(cè)地表之下或確定不可視的物體或結(jié)構(gòu)。因發(fā)射頻率的不同，長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)的TRT法的探測(cè)深度范圍達(dá)100-150米，短距離的GPR法的探測(cè)深度范圍為0-30米。

3 多種超前預(yù)報(bào)技術(shù)在銅鑼山隧道工程中的綜合應(yīng)用

于2011年9月，探測(cè)銅鑼山隧道進(jìn)口左線ZK132+899～ZK133+015段圍巖工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，并提出相應(yīng)的建議措施。段范圍內(nèi)隧道穿越背斜西翼雷口坡組T2l地層，巖性主要為薄～中厚層狀的泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖等，局部夾雜巖溶角礫巖。地表發(fā)育巖溶蝕槽谷、洼地、落水洞、溶洞等，隧道內(nèi)可能出現(xiàn)大小不一的溶洞、溶縫。受斷層影響層間擠壓較嚴(yán)重，巖層褶曲發(fā)育，巖體較破碎～破碎。地下水發(fā)育，隧道內(nèi)多出現(xiàn)股狀涌水，在巖溶與非巖溶接觸部位有突水可能。

首先使用長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)TRT法對(duì)ZK132+991～ZK133+062段進(jìn)行探測(cè)，得出的結(jié)論基本維持掌子面巖體現(xiàn)狀，主要為砂巖，巖體較破碎～較完整，以中粒結(jié)構(gòu)為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，力學(xué)強(qiáng)度高，屬于較硬巖。層間結(jié)合一般，穩(wěn)定性一般～較差，易掉塊、坍塌。節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合一般，中上部巖體易沿不利結(jié)構(gòu)面滑塌冒落。可能出現(xiàn)地下水發(fā)育，出現(xiàn)線狀、股狀涌水。

當(dāng)施工掘進(jìn)至ZK133+037處，利用短距離預(yù)報(bào)GPR對(duì)掌子面進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)范圍ZK133+037～ZK133+062，解釋數(shù)據(jù)得出結(jié)論掌子面巖性主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r，灰?guī)r呈薄～中厚層狀，弱風(fēng)化，微晶質(zhì)，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖體受結(jié)構(gòu)面切割，易在拱部形成掉塊或小規(guī)模坍塌。泥灰?guī)r呈片理狀，巖體完整性較差，較破碎～破碎，巖性較軟，遇水易坍塌?；?guī)r與泥灰?guī)r呈互層狀產(chǎn)出。掌子面巖層產(chǎn)狀主要為310～315∠88～90°,僅核心土底部褶曲較大，產(chǎn)狀為305∠30°。掌子面附近地下水發(fā)育，掌子面右側(cè)有涌水，初支拱頂及掌子面邊緣滲水如下雨。圍巖整體屬軟硬巖互層，層間結(jié)合較差，在地下水作用下易引發(fā)坍塌。

同時(shí)，在ZK133+037處進(jìn)行超前地質(zhì)鉆探過程中阻力較大，當(dāng)鉆進(jìn)到15米左右時(shí)，發(fā)生嚴(yán)重頂鉆現(xiàn)象，鉆探無法繼續(xù)。由于水壓力過大，鉆桿直接被沖出，導(dǎo)致鉆機(jī)損壞。在將鉆桿拉出鉆孔時(shí)，鉆孔中涌出大量混水，疑似鉆孔坍塌（仍有5 m鉆桿卡在鉆孔中），隨后發(fā)現(xiàn)掌子面核心土右側(cè)出現(xiàn)噴射狀涌水（噴射距離約3 m），分析認(rèn)為當(dāng)掌子面繼續(xù)開挖時(shí)，存在高壓涌水風(fēng)險(xiǎn)。通過超前鉆探得出結(jié)論本次超前地質(zhì)鉆探共完成取芯鉆探15m，基本獲得隧道掌子面（ZK133+037）前方15m的圍巖情況和富水情況等相關(guān)地質(zhì)資料。

最終綜合三種預(yù)報(bào)解釋得出結(jié)論：該段巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合較差，穩(wěn)定性差，開挖后易風(fēng)化，遇水軟化、破碎，造成巖體失穩(wěn)，易沿不利結(jié)構(gòu)面滑塌，掌子面頂部易坍塌冒落。地下水發(fā)育，隧道內(nèi)多出現(xiàn)股狀涌水，在巖溶與非巖溶接觸部位有突水可能。

因此建議施工單位應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù)措施及初期支護(hù)措施；地下水發(fā)育，應(yīng)做好防排水工作，施工至該段時(shí)應(yīng)施作超前鉆孔，探查地下水狀況，避免出現(xiàn)涌水（突泥），并根據(jù)具體情況決定施工作業(yè)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過TRT長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)，超前地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)，超前鉆孔再次驗(yàn)證這三個(gè)階段的綜合超前預(yù)報(bào)，增加了隧道超前預(yù)報(bào)的可靠性和精確度，給隧道的安全施工奠定了基礎(chǔ)?？梢韵嘈?，隨著超前預(yù)報(bào)技術(shù)的日新月異，各種預(yù)報(bào)方法的綜合應(yīng)用手段將更大范圍地運(yùn)用到今后的隧道施工作業(yè)中，給隧道施工提供更好的安全保障。

[1]趙永貴, 劉浩, 孫宇,肖寬懷. 隧道超前預(yù)報(bào)研究進(jìn)展[J] . 地球物理學(xué)進(jìn)展,2003,18（4）:460-464.

[2]何成,江登洪,陳欣梅. 特殊不良地質(zhì)隧道的超前鉆探法預(yù)報(bào)技術(shù)探討[J]. 西南公路,2010,（4）:126-130.

[3]趙永貴. 國(guó)內(nèi)外隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)評(píng)析與推介[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展,2007,22 （4） :1344-1352.

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1007-6344（2016）04-0047-01