陳美艷（中鐵二十四局集團新余工程有限公司，江西新余338000）

淺談超前地質(zhì)預(yù)報基本做法及在不良地質(zhì)隧道中的應(yīng)用

陳美艷（中鐵二十四局集團新余工程有限公司，江西新余338000）

針對渝黔引入貴陽樞紐鐵路上堰隧道不良地質(zhì)圍巖（順層偏壓、節(jié)理發(fā)育）且距既有川黔線47～58m等施工特點，該文就如何做好超前地質(zhì)預(yù)報工作及從施工安全的角度探討超前地質(zhì)預(yù)報在不良地質(zhì)隧道施工中的應(yīng)用。

隧道施工；超前地質(zhì)預(yù)報；不良地質(zhì)；處理方案

1 工程概況

客運系統(tǒng)：渝黔正線接入貴陽北站與貴廣線貫通，為解決重慶～上海方向的跨線車轉(zhuǎn)線運行，新建兩條客車聯(lián)絡(luò)線并設(shè)區(qū)間線路所接入貴陽東站。

貨運系統(tǒng)：線路于正線D4K332公里設(shè)置線路所引出貨車聯(lián)絡(luò)線，結(jié)合貨車聯(lián)絡(luò)線的設(shè)置，既有線在都拉營站前局部增建二線，既有川黔線都拉營～關(guān)田段單線能力不能滿足運輸需要，自都拉營～關(guān)田增建貨車第二線，相應(yīng)改建都拉營車站、黔靈山車站和關(guān)田車站。車站改建均不增加到發(fā)線規(guī)模。

渝黔引入貴陽樞紐代建范圍包含改造既有車站3座，新增線路所7個。線路全長54.56km。其中：隧道工程：10座/ 12573延長米，其中：3km以上隧道1座 （洋壩隧道，全長3242m），2km以上隧道2座（望鄉(xiāng)坡隧道，全長2600m；鐘寨隧道，全長2250m），隧道工程占本標(biāo)段的65%左右。

上堰隧道（HD2K419+115，L=320m），單線隧道，由進口往出口方向單口掘進，最大埋深56m，區(qū)內(nèi)海拔1074～1200m，為低中山地貌，區(qū)內(nèi)屬亞熱帶高原季風(fēng)濕潤性氣候，雨量充沛，分干濕兩季，隧道進出口附近有水泥公路和渝黔鐵路經(jīng)過，交通較為便利。全隧共出碴2.3萬方（實方），其中2.08萬方調(diào)配給路基使用，其余棄于花溪區(qū)吳山村棄碴場，運距20km，運輸線路由上堰隧道施工便道進入北京西路后，由北京西路轉(zhuǎn)入甲秀南路往花溪方向運輸至棄碴場。

本隧道進出口采用臺階式洞門，進出口右側(cè)邊坡順層，進口設(shè)置2根1.5m×2m的預(yù)加固樁，樁長14m、9.5m；出口設(shè)置1根1.5m×2m的預(yù)加固樁，樁長11m。

全段采用靜態(tài)爆破法開挖，設(shè)置復(fù)合式襯砌，錨噴構(gòu)筑法支護，并對支護結(jié)構(gòu)體系變形進行監(jiān)控量測，噴混凝土采用濕噴工藝，隧道拱墻襯砌一次灌注，帶仰拱段應(yīng)先施工仰拱，仰拱應(yīng)整體灌注。

2 設(shè)計地質(zhì)情況

該隧道位于既有川黔線西側(cè)伴行，相距47～58m，既有線工程為高邊坡，隧道開挖面距高邊坡坡面約50m。

隧道穿越山體由厚層夾中厚層狀長石石英砂巖夾少量薄層泥巖構(gòu)成，單斜構(gòu)造區(qū)，巖層產(chǎn)狀N25～30°E/52～55°SE，巖層走向與隧道洞軸線呈小角度相交，線路右側(cè)圍巖順層偏壓；隧區(qū)發(fā)育3組節(jié)理，線密度一般1～2條/m，節(jié)理面多平直光滑，緊閉～微張，巖體多被切割成大小不等的棱型塊狀。

3 超前地質(zhì)預(yù)報工作開展情況

隧道施工中，超前地質(zhì)預(yù)報關(guān)系到工程安全、質(zhì)量和進度，應(yīng)通過綜合超前地質(zhì)預(yù)報手段探明前方地質(zhì)條件，以便采取有效的施工措施，避免施工突發(fā)災(zāi)害的發(fā)生，確保各項目標(biāo)順利實現(xiàn)。

上堰隧道設(shè)計采用的主要預(yù)報方法：地質(zhì)調(diào)查法、加深炮孔超前探測。地質(zhì)調(diào)查法、加深炮孔超前探測由工程部實施。將以上方法所得的資料進行綜合分析與評判，相互印證，并結(jié)合掌子面揭示的地質(zhì)條件、發(fā)展規(guī)律、趨勢及先兆進行預(yù)測、判斷。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報結(jié)果，相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整措施，制定應(yīng)急預(yù)案，以確保施工安全及結(jié)構(gòu)安全。同時組成地質(zhì)超前預(yù)報完整的技術(shù)體系，并堅持將超前地質(zhì)預(yù)報合理納入工序進行組織管理。

3.1 超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報組織

由工程部組織實施，納入施工工序管理，并根據(jù)預(yù)報結(jié)果，及時反饋設(shè)計單位，調(diào)整設(shè)計、改變施工方案。

在設(shè)計單位提供的地質(zhì)資料和施工補充勘探的基礎(chǔ)上，將超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作納入到隧道施工的正常工序中，以探明前方圍巖的變化情況，預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害。及時修改、補充和完善隧道施工設(shè)計，為隧道的施工提出措施建議，避免重大事故的發(fā)生，保證施工的順利進行。

地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報由總工程師直接負責(zé)，具體工作由工程部承擔(dān)。開工前制定詳細的工作大綱，施工中嚴格按照大綱進行日常的預(yù)測預(yù)報工作。將預(yù)測預(yù)報結(jié)果及時提交總工及架子隊技術(shù)層，作為現(xiàn)場施工的依據(jù)。

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報方法

結(jié)合上堰隧道工程施工特點以及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，開展下列超前地質(zhì)預(yù)報工作：

3.2.1 預(yù)報的內(nèi)容

（1）不同巖性接觸帶的位置，巖層風(fēng)化程度、接觸帶巖體破碎程度、地下水富存及發(fā)育情況；

（2）隧道內(nèi)圍巖級別變化趨勢；

（3）斷層破碎帶及可溶巖與非可溶巖接觸帶富水情況；

（4）巖溶發(fā)育程度、分布范圍、形態(tài)及與隧道的相互關(guān)系。

3.2.2 預(yù)報的方法

針對上堰隧道地質(zhì)預(yù)期分布情況，具體里程所采用方法見表1。

表1 超前地質(zhì)預(yù)報探測表

全隧采用常規(guī)地質(zhì)法進行短距離超前地質(zhì)預(yù)報，根據(jù)掌子面開挖揭示的地質(zhì)條件及部分鉆孔深度5～10m的探測情況，如地層巖性特征、巖體破碎程度、地下水發(fā)育情況、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、洞型變形破壞特征等，對掌子面進行地質(zhì)素描，并進行地質(zhì)作圖（幾何作圖、塊體坐標(biāo)作圖、赤平投影作圖、洞身地質(zhì)展示圖等），結(jié)合地表調(diào)查情況，對掌子面前方一定范圍（約5～20m）的地質(zhì)條件進行預(yù)測、預(yù)報。每一開挖循環(huán)，均應(yīng)進行一次，定期形成預(yù)報成果報告。若發(fā)現(xiàn)掌子面存在危及施工安全的其他異常情況，應(yīng)及時上報監(jiān)理、設(shè)計及建設(shè)單位，并采取相應(yīng)措施。

地質(zhì)調(diào)查法和加深炮孔探測法具體操作程序如下：

（1）地質(zhì)調(diào)查法

①原理

地質(zhì)法（相關(guān)關(guān)系法、趨勢外推法、斷層參數(shù)法）隧道地質(zhì)超前預(yù)報主要根據(jù)隧道洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和隧道施工期掌子面地質(zhì)條件調(diào)查結(jié)果（如巖體結(jié)構(gòu)面摻裝及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的貶值程度等的變化特征），通過地質(zhì)作圖及構(gòu)造相關(guān)性分析，由地面構(gòu)造產(chǎn)狀推測其在地下隧道穿越深度位置的出露位置（相關(guān)關(guān)系法），由掌子面巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育狀況、巖體破碎程度、巖石的變質(zhì)程度等變化特征推測掌子面前方可能出現(xiàn)的構(gòu)造及其性質(zhì)（趨勢外推法），進行超前預(yù)報。

主要預(yù)報隧道掌子面前方存在的斷層、不同巖類間的接觸界面特別是火成巖與沉積巖間的接觸界面、隧道前方圍巖的穩(wěn)定性及失穩(wěn)破壞形式等。

圖1 地質(zhì)法隧道地質(zhì)超前預(yù)報程序框圖

②方法與工具

隧道掌子面每次開挖后和初噴后通過肉眼觀察和錘擊檢查，描述和記錄圍巖地質(zhì)情況：巖性、巖層產(chǎn)狀、裂隙、地下水情況、圍巖完整性與穩(wěn)定性等。判斷圍巖類別是否與設(shè)計相符，必要時應(yīng)拍照，測量地下水流量；觀察支護效果。

③觀察內(nèi)容

a.無支護的觀察內(nèi)容有：

A.巖石種類和產(chǎn)狀；

B.巖性特征：巖石的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造；

C.地層時代歸屬及產(chǎn)狀；

D.節(jié)理特性、組數(shù)、間距、規(guī)模，節(jié)理裂隙的發(fā)育程度和方向性，斷面狀態(tài)特征，填充物的類型和產(chǎn)狀等；

E.斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀、破碎帶寬度、特征；

F.地下水類型，涌水量大小、涌水位置、涌水壓力、水的化學(xué)成分等；

G.開挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂板有無剝落現(xiàn)象。

b.有支護的觀察內(nèi)容有：

A.初期支護完成后對噴層表面的觀察以及裂縫狀況的描述和記錄；

B.有無錨桿被拉壞或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象；

C.噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙或剝落，要特別注意噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞；

D.有無錨桿和噴混凝土施工質(zhì)量問題；

E.鋼拱架有無被壓曲現(xiàn)象；

F.是否有底鼓現(xiàn)象。

（2）加深炮孔探測法

加深炮孔探測是在掌子面鉆眼的時候，為了確保下一循環(huán)圍巖情況而加深炮眼（每斷面按距離拱頂、邊墻1m位置按三角形布置3～5個固定延續(xù)的加深炮孔，與開挖輪廓線成5°外插角，加深5～10m），來探測掌子面前方的溶洞、泥槽、涌水、流沙等的一種超前地質(zhì)預(yù)報方法。在鉆進過程中，從鉆進的時間、速度、壓力、沖洗液的顏色、成分以及卡鉆、跳鉆等和巖性構(gòu)造性質(zhì)及地下水等情況掌握的地質(zhì)資料，綜合不同位置鉆孔的鉆進時間變化曲線，大致確定不良地質(zhì)體的規(guī)模。

加深炮孔探測具有設(shè)備輕便、探測時間短、直觀、可多孔同時進行的優(yōu)點，一般要求每個開挖都應(yīng)進行加深炮孔探測；加深炮孔探測的孔數(shù)、間距、偏角等要素應(yīng)根據(jù)開挖面尺寸、安全巖盤厚度、要求的探測范圍綜合確定。

3.3 預(yù)報成果分析及處理

地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的結(jié)果由技術(shù)人員進行匯總，原始資料整理后上報設(shè)計單位。在綜合分析的基礎(chǔ)上，由測量組組長主持編寫綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報成果，對各種巖性進行描述，包括巖體應(yīng)力、應(yīng)變特征。

量化巖體參數(shù)、綜合確定圍巖級別，對不連續(xù)界面、層面的構(gòu)成進行細化，著重查清地質(zhì)構(gòu)造、巖溶、斷層破碎帶。同時查明地下水循環(huán)規(guī)律和水流動特征以及地下水化學(xué)成份等。

成果提交項目總工程師，然后由總工程師牽頭，工程部、測量組參加，會同有關(guān)專家對提交的成果進行再次分析，對可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題提出必要的安全措施。以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。并根據(jù)預(yù)報結(jié)果，及時反饋設(shè)計單位，調(diào)整設(shè)計、改變施工方案。

4 超前地質(zhì)預(yù)報在上堰隧道施工中的應(yīng)用

4.1 施工中超前地質(zhì)預(yù)報揭示地質(zhì)情況

開挖過程揭示隧道圍巖為灰色、淺灰色厚層夾中厚層狀長石石英砂巖夾薄層狀深灰色泥巖；砂巖為粗粒結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)較硬，泥巖單層厚0.3～0.5m，在地下水的浸潤下，巖質(zhì)相對軟弱；為單斜構(gòu)造，巖層層面較陡立，傾角一般50～60°，局部70～80°間，層面有起伏扭曲現(xiàn)象，巖層層面與洞軸方向小角度相交，右側(cè)洞身圍巖順層偏壓；洞身內(nèi)地下水弱發(fā)育，拱部有少量滴水現(xiàn)象；圍巖風(fēng)化差異現(xiàn)象明顯，多為黃褐色砂礫狀、塊狀全風(fēng)化、強風(fēng)化層與新鮮堅硬的弱風(fēng)化層交替分布；總體上圍巖風(fēng)化不均、軟硬不均，加之夾有薄層泥巖，造成圍巖層間結(jié)合較差。

4.2 變更設(shè)計情況

（1）HD2K419+035～HD2K419+055段圍巖級別由Ⅲ級調(diào)整為Ⅳ級，襯砌類型由Ⅲb型復(fù)合式襯砌調(diào)整為Ⅳb型復(fù)合式襯砌。

（2）D2K419+055～HD2K419+070段圍巖級別由Ⅲ級調(diào)整為Ⅳ級，襯砌類型由Ⅲb型復(fù)合式襯砌調(diào)整為Ⅳb型復(fù)合式襯砌。

（3）HD2K419+070～HD2K419+085段圍巖級別由Ⅲ級調(diào)整為Ⅴ級，襯砌類型由Ⅲb型復(fù)合式襯砌調(diào)整為Ⅴc型復(fù)合式襯砌。

（4）HD2K419+085～HD2K419+100段圍巖級別由Ⅲ級調(diào)整為Ⅴ級，襯砌類型由Ⅲb型復(fù)合式襯砌調(diào)整為Ⅴc型復(fù)合式襯砌。

綜上所述，超前地質(zhì)預(yù)報是揭示隧道圍巖情況最直接、最有效的手段，在施工中應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)報納入施組和工序進行嚴格管理，特別是在不良地質(zhì)隧道施工中，超前地質(zhì)預(yù)報是隧道施工中的“千里眼”，能及時、迅速發(fā)現(xiàn)圍巖變化情況，及時反饋給設(shè)計單位，調(diào)整設(shè)計、改變施工方案。所以超前地質(zhì)預(yù)報對隧道施工的作用極為重要，在施工過程中要切實做好此項工作，可以有效預(yù)防隧道坍塌事故的發(fā)生。

[1]《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)指南》（鐵建設(shè)[2008]105號）.

[2]《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》（TB10121-2007/J721-2007）.

[3]《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB-10417-2003）.

[4]《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（TB10304-2009）.

[5]渝黔引入貴陽樞紐鐵路實施性施工組織設(shè)計.

U452.11

A

2095-2066（2016）33-0177-02

2016-11-10

陳美艷（1981-），男，工程師，本科，主要從事鐵路建設(shè)施工管理工作。