韓　浩　中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭黃鐵路有限公司

21世紀(jì)是地下工程的世紀(jì)，隨著我國(guó)重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的推進(jìn)，隧道修建規(guī)模與難度與日俱增。地質(zhì)條件復(fù)雜、巖溶斷層發(fā)育的隧道施工屢見(jiàn)不鮮，建設(shè)過(guò)程中極易遭遇突水、突泥等重大災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2001～2010年間，隧道重大安全事故達(dá)97起，突水事故占其中77.3%，傷亡人數(shù)1000余人，大量設(shè)備報(bào)廢，工程停建，損失巨大。若想及時(shí)有效的處置該類工程事故，精準(zhǔn)的超前地質(zhì)探測(cè)顯得尤為重要。本文以天目山隧道突水防治工程為例，采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行分析，提出具體注漿防治方案，以期為后續(xù)類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

天目山隧道地處中低山區(qū)，位于天目山山脈西南。該區(qū)地形陡峻、溝谷深切、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。隧道起訖里程DK201+823～DK213+836，全長(zhǎng)12.013km，雙線隧道，目前掌子面往進(jìn)口方向已開(kāi)挖到DK207+294，距隧道進(jìn)口5471m。本次預(yù)報(bào)段為 DK207+294～DK207+344。

該段隧道處在F4斷層附近，該為一區(qū)域性正斷層，斷層視傾角約80°。洞身圍巖為震旦系上統(tǒng)雷公塢組（Z2l）灰綠、暗綠色千枚狀凝灰質(zhì)含礫粉砂巖，夾透鏡體狀含錳白云質(zhì)灰?guī)r。弱風(fēng)化，厚層狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，受斷層的影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，構(gòu)造裂隙水發(fā)育。該斷層切割溝谷，與地表水有水力聯(lián)系，鉆探時(shí)孔內(nèi)有漏水現(xiàn)象，預(yù)測(cè)DK206+000～DK207+800段最大涌水量14697m3/d，設(shè)計(jì)時(shí)需加強(qiáng)支護(hù)和防排水措施，DK207+294～DK207+344段隧道圍巖設(shè)計(jì)分級(jí)為Ⅲ級(jí)。

洞身掘進(jìn)至DK207+294時(shí)，掌子面為含礫粉砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r，灰色。左半側(cè)掌子面裂隙稍發(fā)育，巖體稍破碎；右半側(cè)掌子面裂隙較發(fā)育，巖體較為破碎，地下水發(fā)育，主要呈股狀出水。

2016年3月31 日10時(shí)，杭黃鐵路站前1標(biāo)天目山隧道聞家斜井正洞黃山方向掌子面DK207+294里程鉆孔作業(yè)時(shí)，掌子面右側(cè)拱腰部位加深炮孔鉆進(jìn)至3.5m深時(shí)有突水現(xiàn)象，呈股狀水噴出，水流噴射距離為20m，水質(zhì)呈黃色、夾泥，約30min后，聽(tīng)見(jiàn)掌子面前方有兩次響聲（兩次響聲間隔約20min），第一次響聲之后出水量有所減小，水流噴射距離穩(wěn)定在6m左右，再次響聲之后，噴射狀水流消失，僅有清水淌出（推測(cè)孔身被沖出物堵塞）。

2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，地質(zhì)復(fù)雜程度為復(fù)雜，采用了地震波法、地質(zhì)雷達(dá)，地質(zhì)素描進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

2.1 地震波法

采用TETSP隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行隧道地震超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，探測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 地震波探測(cè)結(jié)果

DK207+294～+372段，長(zhǎng)度78m，該段巖體縱波速度約5470m/s～5760m/s，橫波速度約 3170m/s～3280m/s，縱波速度值有較大的起伏變化。同時(shí)，此段縱橫波偏移歸位圖上強(qiáng)反射界面極為密集。結(jié)合掌子面現(xiàn)場(chǎng)及地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料，推測(cè)此段圍巖整體上裂隙發(fā)育～較發(fā)育，局部可能發(fā)育有不規(guī)則溶槽或溶腔，巖體破碎～較破碎，基巖裂隙水整體上較為發(fā)育，且與地表水有一定的水力聯(lián)系，可呈股狀或涌水狀出水或涌泥，圍巖穩(wěn)定性差。施工時(shí)應(yīng)注意做好超前水平鉆探措施及支護(hù)工作，并做好防排水措施，防止出現(xiàn)坍塌或塌方。其中 DK207+328～+336段、K207+356～+370段縱橫波均存在明顯的強(qiáng)反射異常界面，推測(cè)此兩段發(fā)育有一定規(guī)模的裂隙或裂隙組合，也有可能為溶槽或溶腔發(fā)育，巖體破碎～較破碎，基巖裂隙水可能較為發(fā)育，可呈股狀或涌水狀出水或涌泥，圍巖穩(wěn)定性較差，施工至相應(yīng)里程段前后應(yīng)予以小心。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)法

2016年04月01 日，在隧道掌子面DK207+294掌子面進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)法物探測(cè)試工作，地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)探測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果

掌子面右側(cè)前方3m～10m內(nèi)（DK207+297～DK207+304段）雷達(dá)電磁波呈極強(qiáng)的反射狀，推測(cè)此段巖石豎向或近豎向裂隙發(fā)育，也有可能為溶槽或溶腔發(fā)育，巖體破碎，基巖裂隙水發(fā)育，可呈股狀或涌水狀出水或涌泥，圍巖穩(wěn)定性差。掌子面中部前方16m～23m內(nèi)（DK207+310～DK207+317段）雷達(dá)電磁波呈大面積強(qiáng)反射狀，推測(cè)此段可能為裂隙發(fā)育，也有可能為溶槽或溶腔發(fā)育，巖體可能較為破碎，基巖裂隙水可能較發(fā)育，可呈股狀或涌水狀出水或涌泥，圍巖穩(wěn)定性差。綜合上述兩處異常特征及掌子面現(xiàn)場(chǎng)，推測(cè)DK207+294～DK207+319段圍巖整體上裂隙發(fā)育～較發(fā)育，不排除局部不規(guī)則溶槽或溶腔發(fā)育的可能性，巖體破碎～較破碎，基巖裂隙水較為發(fā)育，局部可呈股狀或涌水狀出水或涌泥，圍巖整體上穩(wěn)定性較差，施工時(shí)應(yīng)注意做好超前水平鉆探措施及支護(hù)工作，并做好防排水措施，防止出現(xiàn)坍塌或塌方。

2.3 地質(zhì)素描

地質(zhì)素描圖如圖3所示，DK207+294掌子面揭示地層為凝灰質(zhì)含礫粉砂巖，灰色，弱風(fēng)化。左半側(cè)掌子面裂隙稍發(fā)育，巖體稍破碎。右半側(cè)掌子面裂隙較發(fā)育，巖體較為破碎，地下水發(fā)育，主要呈股狀出水。其中，掌子面拱頂偏右側(cè)處及右拱腰位置各有一加深炮孔有大量地下水涌出，水質(zhì)清澈。

圖3 地質(zhì)素描圖

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果綜合分析

綜合上述超前預(yù)報(bào)方法推測(cè)，DK207+294～DK207+344段揭示地層為凝灰質(zhì)含礫粉砂巖、夾透鏡體狀含錳白云質(zhì)灰?guī)r，灰色，弱風(fēng)化，該段處在F4斷層附近，受斷層構(gòu)造的影響，DK207+294～DK207+344段圍巖整體上裂隙發(fā)育～較發(fā)育，巖體破碎～較破碎，其中 DK207+297～DK207+304、DK207+310～DK207+317、DK207+328～+336不排除局部不規(guī)則溶槽或溶腔發(fā)育的可能性，待施工時(shí)進(jìn)行地質(zhì)素描核查，該段構(gòu)造裂隙水發(fā)育，施工過(guò)程中鉆有7個(gè)加深炮孔，其中有兩孔涌水，呈股狀或涌水狀出水，涌水量為40m3/h，預(yù)估掌子面涌水量為6500m3/d。圍巖整體上穩(wěn)定性較差，施工時(shí)應(yīng)注意做好超前水平鉆探措施及支護(hù)工作，并做好防排水措施，防止出現(xiàn)坍塌或塌方及突水事故的發(fā)生。

地下水主要為基巖裂隙水，發(fā)育。不排除局部不規(guī)則溶槽或溶腔發(fā)育的可能性，為巖溶水。推測(cè)天目山隧道DK207+294～DK207+344段隧道圍巖分級(jí)為Ⅳ級(jí)。施工期間應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)核查，尤其在+297～+304，+310～+317，+328～+336，如發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)情況不符時(shí)應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)人員，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

4 突水防治措施

2016年4月1 日開(kāi)始將注漿堵水設(shè)備、材料及應(yīng)急物資調(diào)入洞內(nèi)。2016年4月2日，掌子面DK207+291～+294段進(jìn)行全環(huán)徑向擴(kuò)挖，擴(kuò)挖深度為50cm，并沿?cái)U(kuò)挖斷面周邊全環(huán)施作錨桿。2016年4月3日至4月9日止?jié){墻施工完畢（安裝模板、澆筑混凝土、拆模板、止?jié){墻周邊噴射混凝土封閉、鋪墊鉆孔作業(yè)平臺(tái)）。施作3m止?jié){墻，止?jié){墻施作前預(yù)埋3m長(zhǎng)A108孔口管，并在止?jié){墻周邊全環(huán)預(yù)埋A42注漿管用于注漿密封止?jié){墻周邊滲水、漏漿。2016年4月3日至4月10日，搭設(shè)水泥存放平臺(tái)、注漿作業(yè)平臺(tái)。2016年4月10日，在掌子面右側(cè)拱腰處（2#探孔）開(kāi)始超前探孔，探孔鉆至11m開(kāi)始出水，沖洗液呈黃色，水量隨著鉆孔深度逐漸增大，水質(zhì)渾濁，鉆進(jìn)13m深時(shí)，頂鉆、卡鉆嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)鉆；在2#探孔下方1m位置另開(kāi)孔，鉆進(jìn)4m出水，進(jìn)鉆速度均勻，鉆至8.5m時(shí)，沖洗液呈黃色、夾泥，8.5m至12m進(jìn)鉆速度較快，12m至25m進(jìn)鉆速度均勻，水量隨著鉆孔深度逐漸增大，水質(zhì)逐步變清。2016年4月11日，2#孔出水量為130m3/h、靜水壓力為1.6Mpa～1.8Mpa（第一次壓力表穩(wěn)定12h實(shí)測(cè)水壓為1.8Mpa，第二次更換同量程2.5Mpa壓力表，穩(wěn)定4h水壓為1.6Mpa）。

對(duì)掌子面采取施作5個(gè)超前探孔進(jìn)行排水泄壓：對(duì)已施作2#超前探孔采取放水泄壓，同時(shí)施作其余4個(gè)超前鉆孔進(jìn)行泄壓；并在止?jié){墻下部增加兩個(gè)斜向下方探孔，探明隧道地質(zhì)情況。確定DK207+294～DK207+324段圍巖級(jí)別由III級(jí)變更為V級(jí)，襯砌支護(hù)類型由IIIa復(fù)合式襯砌變更為Vb復(fù)合式襯砌，拱部設(shè)置Φ89長(zhǎng)管棚+II型超前小導(dǎo)管，開(kāi)挖工法采用三臺(tái)階法；并對(duì)DK207+294～DK207+324段采取徑向5m超前預(yù)注漿進(jìn)行加固堵水，注漿漿液采用水泥～水玻璃雙液漿。經(jīng)治理后，掌子面突水量及水壓明顯減小，效果良好。

5 結(jié)論與建議

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，地質(zhì)復(fù)雜程度為復(fù)雜，采用了地震波法、地質(zhì)雷達(dá)，地質(zhì)素描進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。結(jié)果表明：在F4斷層附近，受斷層構(gòu)造的影響，DK207+294～DK207+344段圍巖整體上裂隙發(fā)育～較發(fā)育，巖體破碎～較破碎，預(yù)估掌子面涌水量為6500m3/d，圍巖整體上穩(wěn)定性較差。確定DK207+294～DK207+324段圍巖級(jí)別由III級(jí)變更為V級(jí)，襯砌支護(hù)類型由IIIa復(fù)合式襯砌變更為Vb復(fù)合式襯砌，拱部設(shè)置Φ89長(zhǎng)管棚+II型超前小導(dǎo)管，開(kāi)挖工法采用三臺(tái)階法；并對(duì)DK207+294～DK207+324段采取徑向5m超前預(yù)注漿進(jìn)行加固堵水，注漿漿液采用水泥～水玻璃雙液漿。

隧道開(kāi)挖遇到突水情況時(shí)，建議采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，盡可能探明前方水壓、水量、地質(zhì)等相關(guān)情況，為詳細(xì)制定突水治理方案、減少施工事故提供科學(xué)依據(jù)。

[1]許振浩,李術(shù)才,李利平,陳軍,張之淦,石少帥.一種典型的巖溶隧道襯砌壓裂突水災(zāi)害成因與防治 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2011,30(07)：1396-1404.

[2]周宗青,李術(shù)才,李利平,隋斌,石少帥,張乾青.淺埋隧道塌方地質(zhì)災(zāi)害成因及風(fēng)險(xiǎn)控制[J].巖土力學(xué),2013,24(05)：1375-1382.

[3]李浪,戎曉力,王明洋,盧浩,夏沅譜,張志成.深長(zhǎng)隧道突水地質(zhì)災(zāi)害三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)研制及其應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2016,35(03)：491-497.

[4]李術(shù)才,石少帥,李利平,陳軍,許振浩,周宗青,袁永才.三峽庫(kù)區(qū)典型巖溶隧道突涌水災(zāi)害防治與應(yīng)用 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,33(09)：1887-1896.

[5]李術(shù)才,劉斌,李樹(shù)忱,張慶松,聶利超,李利平,許振浩,鐘世航.基于激發(fā)極化法的隧道含水地質(zhì)構(gòu)造超前探測(cè)研究 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2011,30(07)：1297-1309.

[6]韓德品,李丹,程久龍,王鵬.超前探測(cè)災(zāi)害性含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造的直流電法[J].煤炭學(xué)報(bào),2010,35(04)：635-639.

[7]邱道宏,李術(shù)才,張樂(lè)文,崔偉,蘇茂鑫,謝富東.基于隧洞超前地質(zhì)探測(cè)和地應(yīng)力場(chǎng)反演的巖爆預(yù)測(cè)研究[J].巖土力學(xué),2015,36(07)：2034-2040.

[8]劉傳孝,蔣金泉,楊永杰.斷層特征參數(shù)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)與識(shí)別的應(yīng)用研究[J]. 巖土力學(xué),2004,(05)：832-834+838.

[9]劉傳孝,蔣金泉,楊永杰.地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于探測(cè)拱橋、空洞的效果驗(yàn)證[J].巖土力學(xué),2001,(01)：106-108.

[10]張淑坤,張向東,李永靖.高速公路下伏老采空區(qū)探測(cè)及驗(yàn)證技術(shù)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,(9)：3361-3367.