瞬變電磁儀法在隧道施工涌水預(yù)報中的應(yīng)用

薛永斌

(中國水利水電第四工程局有限公司, 青海西寧 810007)

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瞬變電磁儀法在隧道施工涌水預(yù)報中的應(yīng)用

薛永斌

(中國水利水電第四工程局有限公司, 青海西寧 810007)

富水地層隧道施工過程中，由于受到地質(zhì)條件的影響及施工技術(shù)水平等因素的限制，在開挖過程中易引發(fā)涌水、涌泥地質(zhì)災(zāi)害，威脅施工人員生命安全，阻礙工程的順利進(jìn)行。文章結(jié)合四川省南充～大竹～梁平高速公路銅鑼山隧道工程地質(zhì)條件，運(yùn)用瞬變電磁儀法對前方地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報分析，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證可有效避免工程地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，為隧道施工提高了可靠的地質(zhì)參考依據(jù)。

富水地層；隧道涌水；瞬變電磁儀法

隨著我國隧道數(shù)量的不斷增多，隧道施工過程中遇到的復(fù)雜地質(zhì)問題也越來越多。特別是富水巖溶地區(qū)的隧道工程，由于巖溶地質(zhì)本身的復(fù)雜性，在隧道開挖過程中，經(jīng)常會隨機(jī)揭露巖溶及巖溶地下水，易引發(fā)涌水、涌泥等工程地質(zhì)災(zāi)害，威脅施工人員生命安全，阻礙工程的順利進(jìn)行。

目前隧道常用的超前地質(zhì)預(yù)報方法多種多樣，如地質(zhì)雷達(dá)、超前水平鉆探、瞬變電磁儀法(TEM)、地震反射波法(TSP)等[1-3]。本文結(jié)合四川省南充～大竹～梁平高速公路銅鑼山隧道工程地質(zhì)條件，運(yùn)用瞬變電磁儀法對前方地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報分析，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證可有效避免工程地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，為隧道施工提高了可靠的地質(zhì)參考依據(jù)。

1　工程概況

銅鑼山隧道位于南充～大竹～梁平(川渝界)高速公路，地下水主要為第四系孔隙潛水入下伏基巖裂隙水，埋深淺，富水性一般，受地表水及降雨影響明顯。隧道段以碳酸鹽巖類裂隙溶洞水為主，碳酸鹽巖系水文地質(zhì)條件較復(fù)雜,水量較豐富,構(gòu)面隧道重要涌水或突水層段。

2　瞬變電磁儀法(TEM)基本原理

具體工作方法是在洞外或者洞內(nèi)進(jìn)行發(fā)射線框支架組裝，然后將發(fā)射線框附于支架之上，同時在洞內(nèi)進(jìn)行發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和線框的連接，然后開始進(jìn)行現(xiàn)場觀測——對掌子面進(jìn)行探測(圖1)。

圖1　隧道內(nèi)不共面同軸偶極方式采集布置

3　瞬變電磁儀法預(yù)報成果

本次測試的范圍為隧道出口左線ZK136+397～ZK136+310。

3.1掌子面現(xiàn)狀

掌子面巖性主要為灰色中厚層狀灰?guī)r，層厚以20～30 cm為主，巖性堅(jiān)硬。掌子面左側(cè)及掌子面上部巖層產(chǎn)狀為175°∠28°，層間結(jié)合一般，掌子面穩(wěn)定性一般；掌子面中部靠下位置巖層產(chǎn)狀為150°∠50°，局部受褶曲影響傾角變化較大；掌子面右下角位置受褶曲影響較大，圍巖破碎，產(chǎn)狀不明顯，穩(wěn)定性較差，易掉塊、坍塌。掌子面附近地下水發(fā)育，右下角有股狀水由底板涌出，拱頂及掌子面周圍多處滲水(圖2)。

圖2　ZK136+397掌子面素描

3.2測點(diǎn)布設(shè)

測點(diǎn)布設(shè)見圖3。

圖3　本次測試測點(diǎn)布設(shè)平面圖

3.3預(yù)報結(jié)果分析

預(yù)報分析結(jié)果見圖4、圖5。

圖4　單測點(diǎn)電磁場衰減圖

圖5　巖體電阻率分布等值線平面圖(單位：Ω)

巖體電阻率有效數(shù)據(jù)為16 m以后區(qū)域，本次探測電磁場至掌子面前方約100 m處(ZK136+297)衰減完畢。巖體電阻率分布及分析見表1。

表1　巖體電阻率分布及分析

4　結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

(1)ZK136+380～ZK136+330段巖體存在明顯低阻異常帶，表明該段地層中地下水富集。結(jié)合巖體巖性為薄～中厚層泥灰?guī)r，說明該段巖體裂隙極為發(fā)育，特別是ZK136+360～ZK136+340地下水富集，巖溶發(fā)育，有溶腔、溶洞發(fā)育的可能。由于該段巖體較破碎，在高阻區(qū)ZK136+340隧道開挖過程中，可能導(dǎo)致前方和右方含水構(gòu)造的地下水涌入隧道，產(chǎn)生涌突水危險。

(2)掌子面前方圍巖受褶曲影響，巖體較破碎，地下水發(fā)育且水位較高。

(3)從工程地質(zhì)分析該段巖體主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r，結(jié)合目前左、右洞巖性分析，目前隧道掌子面位于可溶巖與非可溶巖的接觸帶，局部受褶曲構(gòu)造影響，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地表巖溶槽谷發(fā)育，地表水和地下水連通性較好，適宜巖溶發(fā)育，因此隧道開挖存在較大的涌突水風(fēng)險。

4.2建議

(1)以上測試結(jié)果中關(guān)于富水帶的樁號位置及規(guī)模均存在誤差及不確定性，隧道在施工至ZK136+360附近時應(yīng)進(jìn)行超前鉆孔探測，以進(jìn)一步查明。建議左右邊墻附近各布置1個不取芯鉆孔，隧道中部至少布置1個不取芯鉆孔，兩側(cè)鉆孔鉆進(jìn)時向外、向上偏移一定角度。

(2)建議在該段施工過程，巖溶富水區(qū)必須進(jìn)行加深炮孔作業(yè)，提前對前方含水體進(jìn)行排泄減壓，防止較大涌突水造成的災(zāi)害。

(3)該段開挖過程中，安排專人做好掌子面地質(zhì)素描工作，密切監(jiān)視巖層產(chǎn)狀變化信息及出水情況，特殊地段以圖片格式記錄。

[1]武軍杰. 瞬變電磁新技術(shù)在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用研究[D].長安大學(xué),2005.

[2]郭偉偉. 隧道施工超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報綜合技術(shù)方法研究[D].西南交通大學(xué),2006.

[3]朱勁. 超前地質(zhì)預(yù)報新技術(shù)在銅鑼山隧道的應(yīng)用及綜合分析研究[D].成都理工大學(xué),2007.

薛永斌(1989～)，男，本科，助理工程師，主要從事隧道施工方面技術(shù)工作。

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[定稿日期]2016-03-21