王登科

1 工程背景

烏池壩隧道是滬蓉西高速公路通道的一座重點(diǎn)隧道,其位于湖北省恩施市白果鄉(xiāng)烏池壩村,左右幅分離;左洞起訖樁號(hào)為ZK253+182～ZK256+645,長(zhǎng) 3 463 m;右洞起訖樁號(hào)為 YK253+162～YK256+600,長(zhǎng)3 438 m。兩隧中心間距為35 m,隧道最大埋深約為 480 m。隧道穿越地層有巖溶、巖溶涌(突)水、突泥、斷層破碎帶等不良地質(zhì),而且工期緊迫,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高。本文就超前預(yù)報(bào)在烏池壩隧道的綜合應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述,以期為今后類似工程的施工提供一定的參考。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

烏池壩隧道處于鄂西南褶皺山區(qū),白果背斜的北西翼、金子山復(fù)向斜南東翼,呈現(xiàn)單斜構(gòu)造特征,依次出露志留系至三疊系地層。隧道區(qū)一般為第四系覆蓋層或基巖裸露,隧道依次穿越志留系、泥盆系、石炭系、二疊系及三疊系地層。

隧道不良地質(zhì)現(xiàn)象主要是巖溶和斷層破碎帶。隧道洞身YK255+330～YK255+990段表現(xiàn)為巖溶漏斗、落水洞、溶溝等地表巖溶地貌發(fā)育,以溶隙—巖溶管道為主。推測(cè)在K255+600～K255+700附近存在嚴(yán)重的巖溶突水和突泥不良地質(zhì)災(zāi)害;斷層破碎帶主要表現(xiàn)在K255+350～K255+450段,該段為溝坡過渡段,表現(xiàn)為坡腳、坡面上有大量的灰?guī)r崩塌巖塊,零星出露P1q灰?guī)r,巖層產(chǎn)狀零亂,巖體較破碎。

2.2 水文地質(zhì)條件

1)地表水。隧道之上的地表水不發(fā)育,地表一般無徑流,但溶溝、漏斗及串珠狀落水洞等巖溶現(xiàn)象發(fā)育,地表匯水沿垂直巖溶管道灌入地下,轉(zhuǎn)化為地下徑流。2)地下水。地下水主要有孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水三類?？紫端饕植加诘谒南蹈采w層中,水量貧乏;基巖裂隙水主要分布于進(jìn)口段碎屑巖層及斷裂破碎帶中,水量貧乏;巖溶水分弱承壓水及潛水兩類,弱承壓水在暴雨期間會(huì)集中涌水管道造成短時(shí)突水的可能性,潛水形成局部巖溶和巖溶突水危害,是該隧道施工的主要工程地質(zhì)問題。

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)施工流程

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)施工流程如圖1所示。

4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

4.1 有針對(duì)性的補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查

補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查的主要內(nèi)容包括不同巖性、地層在隧道地表的出露及接觸關(guān)系,巖層產(chǎn)狀及其變化;構(gòu)造在隧道地表的出露、分布、性質(zhì)、規(guī)模及其產(chǎn)狀變化;地表巖溶發(fā)育、規(guī)模及分布規(guī)律。

4.2 地質(zhì)素描

地質(zhì)素描的方法及預(yù)報(bào)成果如表1所示。

表1 地質(zhì)素描的方法及成果預(yù)報(bào)

4.3 巖溶地質(zhì)預(yù)報(bào)

4.3.1 巖溶地質(zhì)學(xué)方法對(duì)隧道溶洞進(jìn)行定性預(yù)測(cè)

對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)域的地貌、地質(zhì)調(diào)查分析,進(jìn)行定性預(yù)測(cè)。地質(zhì)學(xué)預(yù)測(cè)的方法及預(yù)報(bào)成果如表2所示。

表2 地質(zhì)分析法及成果預(yù)報(bào)

4.3.2 TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)適用于極軟巖～極硬巖的任何地質(zhì)情況,可方便快捷的預(yù)報(bào)掌子面前方100 m～200 m范圍內(nèi)的溶洞、斷層破碎帶、軟弱地層等不良地質(zhì)情況。

工作方法:TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)測(cè)線布設(shè)在掌子面附近的邊墻上,它由兩個(gè)接收器孔和24個(gè)炮孔組成,兩個(gè)接收器孔對(duì)稱分布在兩邊墻,24個(gè)炮孔等間距布置在一側(cè)邊墻。

根據(jù)圍巖軟硬和破碎程度以及距接收器位置的遠(yuǎn)近,每個(gè)炮孔裝藥20 g～50 g,炸藥為高爆速炸藥,雷管采用零延時(shí)電雷管。

在預(yù)報(bào)過程中,數(shù)據(jù)解釋除充分利用TSP203系統(tǒng)提供的信息、成果外,還需通過其他的預(yù)報(bào)手段進(jìn)行綜合判斷。TSP203地震反射波法進(jìn)行中長(zhǎng)距離(100 m)較大的巖性結(jié)構(gòu)變化情況的預(yù)報(bào),采用探地雷達(dá)進(jìn)行短距離(10 m～40 m以內(nèi))的精細(xì)巖性結(jié)構(gòu)變化情況的預(yù)報(bào)。

4.3.3 超前地質(zhì)鉆孔

超前地質(zhì)鉆孔主要用于巖溶及地下水發(fā)育地段,超前鉆孔可最直接的揭示掌子面前方的地層、巖性、節(jié)理裂隙等地質(zhì)特征,是對(duì)其他探測(cè)手段成果的最后確認(rèn)和補(bǔ)充。超前地質(zhì)探孔布置如圖2,圖3所示。

4.3.4 巖溶水預(yù)報(bào)

為了搞好超前防水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和快速查找隧道外圍威脅隧道安全的隱蔽水體,采用物探和鉆探相結(jié)合的方法;可采用紅外探水法、電法、鉆探以及水溫監(jiān)測(cè)等方法準(zhǔn)確判定出巖溶水的類型,出水量大小等。

4.4 水文地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

其主要內(nèi)容有地表井、泉的量測(cè),洞內(nèi)水文地質(zhì)預(yù)報(bào)等。

1)專人負(fù)責(zé)地表溶槽及谷底漏斗、落水洞、溶溝的泉水、井水水量及地表鉆孔水位變化長(zhǎng)期量測(cè),分析研究量測(cè)結(jié)果,及時(shí)提出處理措施。2)采用容量法、三角堰法、梯形堰法、規(guī)則斷面流速法、水泵抽水量法等獲取掌子面附近涌水量的實(shí)際數(shù)據(jù),長(zhǎng)期觀測(cè)記錄,綜合分析,對(duì)未開挖段開展水文地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。

5 結(jié)語

文章介紹了補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)素描、TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以及超前地質(zhì)鉆孔等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù),并以TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為主要手段,對(duì)烏池壩隧道進(jìn)行巖溶地質(zhì)超前預(yù)報(bào),實(shí)踐證明是基本成功的,該方法的應(yīng)用取得了寶貴的巖溶地質(zhì)超前預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)。但需指出,巖溶地質(zhì)超前預(yù)報(bào)是非常復(fù)雜的,預(yù)報(bào)難度也相當(dāng)大,預(yù)報(bào)的精確性問題更難。建議在同類巖溶隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中,進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、開發(fā)技術(shù),把巖溶預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和預(yù)報(bào)精度提高到一個(gè)新水平。

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