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        綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在鴨咀巖2號(hào)隧道中的應(yīng)用

        2013-01-18 12:45:06劉得璽
        山西建筑 2013年28期
        關(guān)鍵詞:掌子面溶洞巖溶

        智 剛 劉得璽

        (中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,天津 300133)

        鴨咀巖2號(hào)隧道在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估中屬于一般風(fēng)險(xiǎn)隧道,隧道施工很多依靠前期設(shè)計(jì)勘查資料和施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷分析,在地質(zhì)情況稍復(fù)雜情況下,施工技術(shù)人員很難準(zhǔn)確判斷隧道掌子面前方的地質(zhì)情況,致使在施工過(guò)程中可能出現(xiàn)坍塌和突水等現(xiàn)象,給隧道安全施工帶來(lái)困擾。由于當(dāng)前勘察技術(shù)手段和方法技巧的限制,加上地質(zhì)體的復(fù)雜多變,期望在勘察階段完全查明隧道巖體的特性,準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)隧道施工中可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、性質(zhì)和發(fā)育規(guī)模十分困難。鴨咀巖2號(hào)隧道進(jìn)口段白云質(zhì)灰?guī)r溶蝕、溶洞中等~極發(fā)育,安全開(kāi)挖進(jìn)口巖溶發(fā)育段是重中之重(見(jiàn)圖1)。本文以鴨咀巖2號(hào)隧道進(jìn)口巖溶段為例,講述隧道開(kāi)挖所采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段在巖溶探測(cè)中的應(yīng)用及如何根據(jù)各種預(yù)報(bào)手段的預(yù)報(bào)結(jié)果,結(jié)合補(bǔ)充勘察和開(kāi)挖揭示地層信息進(jìn)行綜合分析,得出綜合成果報(bào)告,從而準(zhǔn)確的指導(dǎo)隧道安全施工。

        1 工程概況

        鴨咀巖2號(hào)隧道全長(zhǎng)3 150 m,起止里程為DK342+340~DK345+490,隧道進(jìn)口段隧址區(qū)位于灰?guī)r巖溶發(fā)育區(qū),溶蝕、溶洞中等~強(qiáng)烈發(fā)育,突泥、涌水的風(fēng)險(xiǎn)性較大[1]。

        1.1 水文條件

        根據(jù)隧道通過(guò)區(qū)出露的地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造特征,結(jié)合含水介質(zhì)的不同,此處地下水類型主要分為松散堆積層孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。隧道洞身地表處有若干條沖溝,沖溝內(nèi)為季節(jié)性流水,補(bǔ)給條件較好,地下水發(fā)育。設(shè)計(jì)最大單位涌水量 q0=100 m3/(d·m)[1]。

        圖1 鴨咀巖2號(hào)隧道進(jìn)口

        1.2 地層及構(gòu)造地質(zhì)

        1.2.1 地層巖性

        鴨咀巖2號(hào)隧道DK342+340~DK342+290段洞身穿過(guò)石炭系中上統(tǒng)(C2+3)弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r,巖層產(chǎn)狀35°∠31°,受構(gòu)造影響嚴(yán)重,圍巖呈塊碎狀壓碎結(jié)構(gòu),溶蝕裂隙及溶洞極發(fā)育,存在涌泥、涌水可能;DK343+290~DK345+490段洞身穿過(guò)白堊系上統(tǒng)(K2)弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖,巖層產(chǎn)狀345°∠49°。

        1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

        鴨咀巖2號(hào)隧道共有F1,F(xiàn)2,F(xiàn)3三條斷層穿過(guò)隧道洞身,本段處于F1斷層的斷層破碎影響帶,受構(gòu)造影響嚴(yán)重,巖體破碎。

        2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)用手段

        鴨咀巖2號(hào)隧道采用的主要預(yù)報(bào)方法可分為設(shè)計(jì)階段勘測(cè)資料結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地表調(diào)查、TSP地震波預(yù)報(bào)法、掌子面超前鉆探取芯預(yù)報(bào)、紅外探測(cè)及掌子面地質(zhì)編錄預(yù)測(cè)等。

        2.1 地質(zhì)素描

        素描的主要內(nèi)容包括地層巖性、構(gòu)造發(fā)育情況、地下水狀態(tài)、圍巖穩(wěn)定性及初期支護(hù)方法等。地質(zhì)素描法預(yù)報(bào)不占用施工時(shí)間,設(shè)備簡(jiǎn)單,不干擾施工,出結(jié)果快,預(yù)報(bào)的效果好,而且為整個(gè)隧道提供了完整的地質(zhì)資料[3]。圖2,圖3是鴨咀巖2號(hào)進(jìn)口端開(kāi)挖的兩張掌子面地質(zhì)素描圖,從地質(zhì)素描圖可以分析出從DK343+090.8~DK343+110段,掌子面圍巖由強(qiáng)風(fēng)化的灰?guī)r逐漸過(guò)渡到強(qiáng)~全風(fēng)化灰?guī)r為主,巖體破碎。

        圖2 DK343+090.8掌子面照片和素描圖

        圖3 DK343+110掌子面照片和素描圖

        2.2 TSP地震波探測(cè)法

        鴨咀巖2號(hào)隧道進(jìn)口TSP炮孔成率高,炮孔距上臺(tái)階面20 cm,角度下傾10°左右?,F(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有噪聲、振動(dòng)等干擾現(xiàn)象,為分析報(bào)告準(zhǔn)確性提供了保障。現(xiàn)場(chǎng)TSP接收器位置在DK343+002,掌子面位置為DK343+051.6,實(shí)際激發(fā)23炮,現(xiàn)場(chǎng)接收數(shù)據(jù)較為理想,可用于數(shù)據(jù)處理和解釋,探測(cè)范圍為DK343+051.6~DK343+200。根據(jù)TSP的探測(cè)結(jié)果、圖4所示的2D巖土參數(shù)曲線圖和圖5所示的2D成果顯示圖推測(cè)出的分析結(jié)果見(jiàn)表1[4]。

        圖4 巖土參數(shù)變化圖

        圖5 2D成果顯示圖

        2.3 超前鉆孔

        為進(jìn)一步探明鴨咀巖2號(hào)隧道進(jìn)口DK343+119掌子面前方的地質(zhì)情況,采用超前水平鉆孔,鉆機(jī)類型為RPD-180型鉆機(jī),現(xiàn)場(chǎng)鉆孔照片和取芯照片見(jiàn)圖6,圖7,鉆孔總延米64.0 m,鉆孔位置及參數(shù)如表2,圖8所示。

        表1 初步探測(cè)結(jié)果

        圖6 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔圖

        圖7 現(xiàn)場(chǎng)取芯圖

        圖8 鉆孔布置圖

        表2 鉆孔參數(shù)表

        通過(guò)本次超前鉆孔探測(cè),判斷前方25 m地質(zhì)情況如下:

        DK343+119~DK343+138.5段圍巖為石炭系中上統(tǒng)(C2+3)白云質(zhì)灰?guī)r,巖溶發(fā)育,溶洞、溶腔、風(fēng)化裂隙發(fā)育,充填少量黃泥夾碎石;DK343+138.5~DK343+144段圍巖為白云質(zhì)灰?guī)r,灰白,弱風(fēng)化,屬硬巖,局部強(qiáng)風(fēng)化,屬較軟巖;無(wú)水。此段巖溶溶洞呈串聯(lián)狀發(fā)育。具有代表性的3號(hào)鉆孔的柱狀圖如圖9所示。

        3 綜合結(jié)論及實(shí)際開(kāi)挖揭示情況

        3.1 綜合結(jié)論

        綜合各種預(yù)報(bào)方法的結(jié)論分析,推測(cè)DK343+090.8~DK343+200段,巖體逐漸由弱~強(qiáng)風(fēng)化轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)風(fēng)化~全風(fēng)化,硬巖轉(zhuǎn)變?yōu)檩^軟巖、軟巖;從素描分析出方解石開(kāi)始逐漸增多,表明此段的圍巖在歷史時(shí)期受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和溶蝕作用的影響,巖體破碎,巖體裂隙發(fā)育;其中DK343+119~DK343+138.5段巖溶呈串聯(lián)狀發(fā)育,溶洞、溶腔、風(fēng)化裂隙發(fā)育,溶蝕風(fēng)化嚴(yán)重;整段地下水不發(fā)育,其中在DK343+197處有出水可能。其中 DK343+119~DK343+138.5段巖溶發(fā)育情況如圖10所示。

        建議:DK342+090.8~DK343+200段巖溶發(fā)育,巖體破碎,巖質(zhì)軟。在施工過(guò)程中應(yīng)采取短進(jìn)尺、弱爆破、加強(qiáng)超前支護(hù)措施,防止巖體的坍塌,確保隧道施工安全。為進(jìn)一步探明溶洞的范圍,建議嚴(yán)格施工,做加長(zhǎng)炮孔探測(cè),以確保施工安全。

        圖9 DK343+119掌子面ZK-03號(hào)鉆孔柱狀圖

        圖10 DK343+119~DK343+138.5段巖溶發(fā)育示意圖

        3.2 實(shí)際開(kāi)挖揭示情況

        DK343+119~DK343+135段隧道已開(kāi)挖段揭示地層巖性為白云質(zhì)灰?guī)r,軟硬互層,呈黃褐色夾灰白色,強(qiáng)風(fēng)化,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較破碎;地下水不發(fā)育;巖溶發(fā)育,掌子面拱頂、左側(cè)、右側(cè)發(fā)育溶洞、溶腔,拱頂溶洞自DK343+119段延伸至DK343+135段,向上高于開(kāi)挖輪廓線2.5 m,向左橫向延伸約23.0 m,向右橫向延伸約19.0 m,溶洞內(nèi)無(wú)充填物,無(wú)水,發(fā)育多條溶腔。圖11為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖圖。DK343+158~DK343+198隧道已開(kāi)挖段揭示地層巖性為灰?guī)r,呈黃褐色夾灰白色,強(qiáng)風(fēng)化,軟硬互層,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎;地下水不發(fā)育;巖溶發(fā)育,掌子面拱頂左側(cè)溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重,發(fā)育溶洞、溶腔,溶洞體積高約4.5 m,寬約4 m,沿隧道走向發(fā)育,拱頂左側(cè)溶洞自DK343+177延伸至DK343+198,溶洞內(nèi)充填少量粘土,無(wú)水,向上發(fā)育溶腔。

        圖11 左側(cè)拱腰處溶洞

        4 結(jié)語(yǔ)

        在隧道施工過(guò)程中,運(yùn)用各種超前預(yù)報(bào)方法來(lái)指導(dǎo)施工是重要且必要的,它使施工消除盲目性,并按科學(xué)規(guī)律指導(dǎo)施工,這已為有識(shí)之士所共識(shí)。有目的的綜合運(yùn)用各種預(yù)報(bào)方法,通過(guò)信息的反饋不斷改進(jìn)和選擇預(yù)報(bào)方法,使預(yù)報(bào)方法優(yōu)化組合,可得到最佳的預(yù)報(bào)效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作中,由于巖溶發(fā)育的千變?nèi)f化,沒(méi)有規(guī)律性,所以針對(duì)巖溶的預(yù)報(bào),是一個(gè)重點(diǎn),更是一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)技術(shù)人員的要求將越來(lái)越高,他們不僅要有大量的地質(zhì)知識(shí),還要掌握豐富的物探和鉆探經(jīng)驗(yàn),把這些技能結(jié)合成知識(shí)體系,這才能真正做到對(duì)巖溶的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)[5,6]。

        TSP探測(cè)法在隧道的預(yù)報(bào)中有相當(dāng)重要的作用,可以大體上確定巖溶和斷層的位置,為施工提供可靠的建議,再結(jié)合鉆孔和紅外探測(cè)結(jié)果,更能做到有的放矢。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益毋庸置疑,但超前鉆孔的連續(xù)施作,占用了較長(zhǎng)的施工時(shí)間。通過(guò)隧道開(kāi)挖過(guò)程中加深炮孔(5 m)的施作,既省時(shí),又能大致查明隧道掌子面前方5 m的地質(zhì)情況。加深炮孔和超前鉆孔的有機(jī)結(jié)合,更能利于隧道的安全快速施工。

        [1] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.鴨咀巖2號(hào)隧道勘察報(bào)告[R].2010.

        [2] 趙 鵬,翟宸儇.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在斗篷山隧道中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè),2011,31(sup):2.

        [3] 齊傳生,周振國(guó),楊世武,等.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)指南(鐵建設(shè)[2008]105號(hào))[Z].

        [4] 袁真秀.TSP技術(shù)在廈深鐵路大南山隧道花崗巖地層開(kāi)展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的應(yīng)用研究[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2011(5):21-23.

        [5] 軍羨安.超前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)在桃花鋪二號(hào)隧道施工中的應(yīng)用[J].地下空間,2004(3):66-67.

        [6] 何發(fā)亮,李蒼松.隧道施工地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方法[J].巖土力學(xué),2006(10):53-54.

        [7] 商 琦.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在隧道地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[J].山西建筑,2012,38(8):185-186.

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