九頂山隧道不良地質條件下超前雷達探測綜合預報

文/中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室 宋罡 吳振君 湯華

云南楚大高速公路擴建工程建設指揮部 鐘明文

1 工程概況

九頂山特長隧道為楚大高速改（擴建）工程的控制性節點工程，九頂山特長隧道右幅長7575m，起點KK281+525，終點KK289+100，最大埋深737.12m；九頂山特長隧道左幅長7576m，起點 ZK281+532，終點ZK289+108，最大埋深738.23m。其中，左幅埋深大于500米隧道長度約為1929m，右幅埋深大于500米隧道長度約為1830m，九頂山隧道為深埋長大隧道。

2 工程地質條件

九頂山隧道區段內構造擠壓嚴重，變質作用強烈，巖體破碎，沿斷層帶，多處、多期侵入巖活動強烈，花崗斑巖、輝綠巖以巖枝、巖脈、巖株、巖墻狀不規則侵入區內各地層。地質構造及巖漿巖的不規則頻繁侵入對隧道圍巖，形成多個性質復雜的斷層構造帶、巖性接觸帶、蝕變帶等圍巖破碎帶，對圍巖穩定及隧洞開挖影響較大。侵入巖噴出巖（花崗斑巖、輝長巖、玄武巖）發育，區域上及隧洞圍巖范圍內有多處大小規模不一的侵入巖發育，與侵入巖蝕變帶附近的灰巖、白云質灰巖蝕變強烈，具有較強軟化變形潛勢。

雨季時地下水豐富，可出現較大涌水并導致大崩塌。雨季時地表水沿破碎帶可出現大涌水。

3 測試內容簡介

九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面進行了地質雷達超前探測，測試深度20m。九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面進行了兩個鉆孔的孔內雷達深孔探測，測試深度分別為39m和36m。

圖1 進口右洞K282+747掌子面

4 隧道掌子面基本情況

九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面照片如圖1，左側圍巖以中厚層青灰色侵入巖（輝綠巖）為主，呈碎裂塊狀鑲嵌結構，碎塊較大，結合較緊密；中間及右側圍巖主要為中厚層塊石狀灰白色白云質灰巖及白云巖，局部夾少量泥質砂巖，雖未出現明顯的小斷層，但掌子面中間位置斜向約45度隱約顯現疑是可能存在的小斷層，推測是由于大的碎石塊體間長期相互擠壓作用而形成的，并夾雜碎石粉末；灰巖陡傾，傾角約75度左右，傾向洞的右側；掌子面下方超前鉆孔剛打完后，孔內出水量較大，經12小時后明顯減小，呈短暫涌流出水狀,初步判斷掌子面前方一定范圍內不會存在斷層或破碎帶。局部巖體極少破碎；周邊無滲水滴水現象，巖性接觸帶無明顯蝕變。

5 超前地質雷達和孔內地質雷達測試結果

1.在九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面進行了超前地質雷達測試，現場采集到的數據波形通過地質雷達處理分析軟件進行處理后，得出地質雷達測試結果見圖2。根據地質雷達探測得到的反射波圖像，結合隧道工程地質勘察結果和觀察掌子面圍巖特征，分析前方20m范圍地質情況如下：掌子面前方0m～8m、11m～20m范圍內雷達電磁波反射界面較強，呈現出不均的低頻反射波組，波形頻率快速變低，波形雜亂，振幅較強，存在二次或多次震蕩，同相軸時斷時續且雜亂。初步推測圍巖K282+747～K282+755段，左側為較完整巖體，且完整性不均一，巖質軟硬不均勻，掌子面中右側呈塊狀、碎裂狀結構分布，結合較緊密，局部巖體之間由于相互擠壓作用較破碎，不同巖體之間相互入侵，夾少許泥質砂巖，裂隙水呈短暫涌流出水狀；推斷圍巖K282+758～YK282+767段可能有小的斷層破碎帶存在，巖性溶蝕變化接觸帶，含水量較小，主要為灰黑灰綠色輝綠巖，巖體呈角礫狀，碎裂塊狀結構較松散破碎，整段圍巖完整性較差。

圖2 掌子面K282+747探測剖面

2.在九頂山隧道進口右洞K282+747掌子面左右兩個間距約10m的鉆孔內進行了鉆孔地質雷達測試，其中左孔孔口處距左邊墻長約3.5m，距地面高約1.5m，測試深度36m；右孔孔口處距右邊墻長約3.5m，距地面高約1.5m，測試深度39m。

左孔的測試結果如圖3所示，通過測試結果分析，未見明顯洞蝕異常反射現象，初步推測存在以下異常區域：（1）距孔底0～3m，樁號K282+782～+783段距鉆孔周圍6～11m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎、節理裂隙發育區，并伴生發育有裂隙水；（2）距孔底4～7m，樁號K282+776～+779段距鉆孔周圍11～23m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節理裂隙發育區，并伴生發育有裂隙水；（3）距孔底11～12m，樁號K287+771～+772段距鉆孔周圍15～21m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節理裂隙發育區；（4）距孔底25～26m，樁號K287+757～+758段距鉆孔周圍15～21m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節理裂隙發育區；（5）距孔底32～34m，樁號K287+749～+751段距鉆孔周圍11～21m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節理裂隙發育區。

圖3 掌子面K282+747左孔鉆孔地質雷達測試結果（測試深度36m）

圖4 掌子面K282+747右孔鉆孔地質雷達測試結果（測試深度39m）

右孔的測試結果如圖4所示，通過測試結果分析，未見明顯洞蝕異常反射現象，初步推測存在以下異常區域：（1）距孔底0～1m，樁號K282+785～+786段距鉆孔周圍4～7m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎、節理裂隙發育區，并伴生發育有裂隙水；（2）距孔底29～30m，樁號K282+753～+754段距鉆孔周圍16～22m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節理裂隙發育區；（3）距孔底36～38m，樁號K287+748～+750段距鉆孔周圍15～21m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節理裂隙發育區；（4）距孔底38～39m，樁號K287+747～+748段距鉆孔周圍15～21m區域有異常反射，可能存在巖石較為破碎，節理裂隙發育區，并伴生發育有裂隙水。

表1 基本工程地質條件及圍巖類別地質預報

6 結論

根據超前地質雷達、鉆孔地質雷達測試和掌子面現場調查結果，并結合隧道進口段的基本工程地質條件和圍巖類別地質預報（結果詳見表1），主要結論如下：

進口右洞K282+747～+755段，左側為較完整巖體，且完整性不均一，中右側呈塊狀、碎裂狀結構分布，夾少許泥質砂巖。K282+758～+760段可能有小斷層破碎帶，巖性溶蝕變化接觸帶，含水量較小，巖體較松散破碎。左側K282+757～+758、K282+749～+751段巖石較為破碎，節理裂隙發育，其中K282+782～+783段裂隙水發育；右側K282+785～+786、K282+753～+754、K282+748～+750、K282+747～+748段巖石較為破碎，節理裂隙發育，其中K282+785～+786和K282+747～+748段裂隙水發育。K282+747～+760段推測圍巖級別為Ⅳ2，K282+760～+767推測圍巖級別為Ⅳ1。