胡世權(quán)

(中鐵十四局集團，山東 濟南 250061)

新建太興鐵路TXXS-2標段策馬村隧道在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上屬于古交掀斜地塊，位于以古交為中心的三角形地區(qū)，屬于五臺山塊隆的南部。其中部被晉中新裂陷的北部斷陷疊加而分割成兩部分，地塊內(nèi)的地層展布為南新北老，總體向SSE緩傾。局部地段顯示一些規(guī)模較大的斷裂和褶皺，構(gòu)造線方向大多呈NE向和NEE向。隧道主體穿越其南部。

隧道主體段地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，有斷層穿越洞身。斷層帶內(nèi)基巖破碎，呈碎石角礫狀，巖性以白云巖和石灰?guī)r為主，鈣泥質(zhì)膠結(jié)。同時，全線地形復雜，地質(zhì)條件差，前期勘察工作不可能完全探明巖體的構(gòu)造、狀態(tài)、特性，特別是滑坡、斷層破碎帶和崩塌等不良地質(zhì)體的位置。導致沿線隧道施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)突水、涌泥和塌方等安全事故，造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，為了保證施工安全，減輕地質(zhì)災害損失，開展超前地質(zhì)預報研究尤為必要。

策馬村隧道是太興鐵路線上第一長大隧道，全長6 872 m。隧道地質(zhì)條件復雜，地質(zhì)構(gòu)造帶發(fā)育，大小斷層破碎帶穿越洞身，施工難度極大，稍有不慎，會嚴重危及施工安全。因此，本文以策馬村隧道斜井為工程背景，經(jīng)過現(xiàn)場地質(zhì)詳勘、TSP超前地質(zhì)預報、地質(zhì)雷達超前預報、超前地質(zhì)水平鉆孔，并結(jié)合工程地質(zhì)資料，對策馬村隧道斜井洞內(nèi)含水或夾泥構(gòu)造及斷層位置、發(fā)育情況進行了綜合地質(zhì)超前預報，并開挖揭露驗證效果，以期為項目的穩(wěn)步推進提供可靠保障。

1 綜合地質(zhì)超前預報技術(shù)

針對地質(zhì)分析原理、TSP中長距離預報、地質(zhì)雷達中短距離預報與超前水平鉆孔4種預報方法的技術(shù)特點，確定了鐵路長大隧道施工綜合地質(zhì)超前預報技術(shù)流程，如圖1所示。分析過程具體為:

1)分析勘察報告，局部區(qū)域地質(zhì)詳勘，探明施工區(qū)域主體穿越的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造特點，重點排查洞口端出露巖體的不良地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，為隧道超前地質(zhì)預報提供前期準備資料。

圖1 綜合地質(zhì)超前預報技術(shù)流程

2)針對主體施工段不良地質(zhì)體位置，選擇合適的預報方法綜合超前預報。即先采用較準確的中、長距離TSP地震波超前預報系統(tǒng)進行探測［1］，探明不良地質(zhì)體與掌子面的空間位置關(guān)系。當掌子面開挖至不良地質(zhì)體附近時，采用地質(zhì)雷達與超前水平鉆孔進行中、短距離補充預報，得到不良地質(zhì)體更為精確的相關(guān)位置與巖性、水含量信息。

通過以上綜合預報流程，最終達到提高預報精度的目的，降低施工作業(yè)過程中的風險。

2 策馬村隧道斜井綜合地質(zhì)超前預報

2.1 地質(zhì)分析

策馬村隧道斜井開挖主體段處于奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r與白云巖，寒武系上統(tǒng)白云巖、中統(tǒng)頁巖，太古界社堂村組片麻巖中，構(gòu)造斷層發(fā)育密集，主要以強風化～全風化碎裂結(jié)構(gòu)形式存在。巖體層面以水平為主，出露大部分呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，軟弱泥質(zhì)夾層充填，局部大碎裂構(gòu)造巖層傾角變化頻繁，有較大面積的裂隙水溢出，且地表降水易順層而下，滲入隧道，從而使隧道成為新的地下水排泄口。隧道整體施工環(huán)境復雜，地質(zhì)條件差。

圖2 反射面二維視圖與預報巖體物性參數(shù)

2.2 TSP探測分析

首先采用TSP203 plus隧道地質(zhì)超前預報系統(tǒng)［2］對策馬村隧道斜井進行了超前地質(zhì)預報。震源點位于策馬村隧洞斜井右側(cè)墻，設(shè)計24炮，實際激發(fā)22炮，接收器置于策馬村隧道右邊墻內(nèi)。接收器位置為K0+59.85，掌子面位置為 K0+118.00。數(shù)據(jù)采集時采用X－Y－Z三分量檢波器接收，采樣間隔62.5 μs，記錄長度451 ms(采樣數(shù)7 218)。預報距離為掌子面前方128 m(即樁號為 K0+118—K0+246)。

通過TSPwin2.0軟件進行處理，獲得地震波振動傳遞過程中穿過的前方地質(zhì)巖體的物性參數(shù)，如圖2所示。

根據(jù)圖2及TSP其它預報結(jié)果，對預報段內(nèi)地質(zhì)情況進行闡釋，解釋結(jié)果見表1。

根據(jù)TSP探測結(jié)果，掌子面前方隨著里程的增大，巖體含水量逐漸增加，至 K0+235附近有突水涌泥的危險。其中，K0+159，K0+186附近巖體破碎，有小型構(gòu)造碎裂帶發(fā)育;K0+194附近巖體破碎，可能發(fā)育有小型斷層結(jié)構(gòu)。建議施工時加強超前支護和防水工作，防止塌方或突水涌泥等工程事故的發(fā)生。

表1 TSP預報解釋結(jié)果

2.3 地質(zhì)雷達細部探水監(jiān)測

前期TSP宏觀探測結(jié)果顯示，K0+235位置附近有突水涌泥的危險，為了詳細推斷隧道裂隙水的實際發(fā)育情況［3-4］，利用地質(zhì)雷達對 K0+235段開展了一次短距離超前預報探測工作，工作天線頻率為100 MHz，采集樣本512個，隧道K0+235位置附近雷達探測結(jié)果如圖3所示。

圖3 K0+235位置附近地質(zhì)雷達探測結(jié)果

分析圖3可知，K0+235位置附近為富水區(qū)域，含水量較大，以裂隙水為主。預報范圍內(nèi)局部發(fā)育小型富水結(jié)構(gòu)，可能導致周邊破碎巖體發(fā)生軟化，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

2.4 超前水平鉆孔分析

根據(jù)超前水平鉆孔取樣分析結(jié)果與鉆孔沖洗液顏色變化判斷，開挖部位前方左側(cè)發(fā)育有一富水結(jié)構(gòu)，右側(cè)含水量無明顯變化。巖石由較完整的灰?guī)r逐漸變得破碎，夾泥質(zhì)軟弱層，整體巖質(zhì)較軟，強度變化較快。

2.5 綜合超前預報和實際開挖情況對比

經(jīng)施工開挖驗證，K0+232— K0+238附近揭露一處富水結(jié)構(gòu)，寬0.75 m，橫向延伸6 m，斜向下延伸，涌水量較大，靜儲水量較大，隨靜儲水釋放完，涌水量逐漸減小。

綜合宏觀地質(zhì)分析、現(xiàn)場地質(zhì)詳勘、TSP超前地質(zhì)預報、地質(zhì)雷達超前預報與超前水平鉆孔分析檢測結(jié)果，與實際開挖出露情況對比。結(jié)果顯示，在策馬村隧道斜井綜合超前預報技術(shù)成功預報了掌子面開挖過程中可能出現(xiàn)的突水、涌泥、構(gòu)造斷層等不良地質(zhì)情況，為隧道的安全施工和正線的順利貫通提供了強有力的幫助。

3 結(jié)論

本文對太興鐵路策馬村隧道斜井突水涌泥與斷層碎裂帶位置進行超前地質(zhì)預報，由實際開挖掘進和預報結(jié)果對比分析可知，預報效果整體良好，能主動采取積極手段避免突水、涌泥不良地質(zhì)情況的發(fā)生，總結(jié)起來，可得以下結(jié)論:

1)綜合地質(zhì)超前預報技術(shù)首先進行隧址區(qū)詳勘，并經(jīng)宏觀地質(zhì)分析，探明隧道開挖部位所在區(qū)域的地質(zhì)情況;然后采用中、長距離的TSP超前地質(zhì)預報系統(tǒng)進行探測，明確不良地質(zhì)體的大致空間位置與巖性特征;最后采用地質(zhì)雷達并結(jié)合超前水平鉆探進行中、短距離精確預報，確定不良地質(zhì)體的實際位置［5-7］。

2)含水、突泥隧道施工的安全與超前地質(zhì)預報緊密相連，實際掘進開挖與預報結(jié)果對比分析的結(jié)果顯示，本文采用的綜合地質(zhì)超前預報流程能更為準確地預報不良地質(zhì)情況，對在建鐵路公路隧道工程具有一定的借鑒和指導意義。

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