潘多

摘 要：新建貴陽—南寧客運(yùn)專線貴州段站前工程 GNZQ-6 標(biāo)段九萬大山 1 號(hào)隧道為Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，地質(zhì)條件極其復(fù)雜。文章采用物探和鉆探、長(zhǎng)距離探測(cè)和短距離探測(cè)相結(jié)合的探測(cè)方法，以及TSP 地震波探測(cè)法、超前水平鉆孔、加深炮孔的探測(cè)方法，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出 DK193+340～DK193+370 斷層的不良地質(zhì)，為隧道的安全施工提供了重要保障。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線;隧道;超前地質(zhì)預(yù)報(bào);工程應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U432.1

1 工程概況

新建貴陽—南寧客運(yùn)專線貴州段地處貴州高原低山溶蝕峰從洼地地貌，地形起伏大，自然坡度20～45°，局部為陡崖，植被發(fā)育，洞身穿越石炭系下統(tǒng)大塘階上司段泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖、舊司段頁巖、砂巖、炭質(zhì)頁巖、石英砂巖。砂巖巖性雜，巖質(zhì)軟，巖層緩傾，巖石遇水容易軟化。該段站前工程GNZQ-6標(biāo)段九萬大山1號(hào)隧道隧道進(jìn)口里程DK177+048，出口里程DK194+060，最大埋深約488m，全長(zhǎng)17.012km。該隧道共穿越9 層地層，其中，非可溶巖段落長(zhǎng)2401m，可溶巖段落14611m。另外，隧道穿越3條斷層：①DK178+570附近發(fā)育懂架平推斷層，破碎帶洞身影響長(zhǎng)度約60m，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，圍巖穩(wěn)定性較差;②DK180+743附近發(fā)育一條逆斷層，洞身影響長(zhǎng)度約200 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險(xiǎn)大;③DK184+860附近發(fā)育一條正斷層， 洞身影響長(zhǎng)度約220 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險(xiǎn)大，地下水主要為基巖裂隙水。隧道為Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理隧道。

2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

現(xiàn)場(chǎng)施工采用地質(zhì)素描、TSP地震波探測(cè)、超前水平鉆孔、加深炮孔等綜合方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。通過對(duì)圍巖的破碎和富水程度進(jìn)行預(yù)測(cè)和驗(yàn)證，及時(shí)對(duì)預(yù)報(bào)信息進(jìn)行收集、處理，給施工方案和施工方法調(diào)整提供依據(jù)。

2.1 地質(zhì)素描

地質(zhì)素描是通過地層特征、要素與隧道幾何參數(shù)、地表相關(guān)性分析，以及地質(zhì)理論分析等，推測(cè)開挖面前方可能的地質(zhì)情況的一種預(yù)報(bào)方法。該方法采用地質(zhì)羅盤、敲擊錘等簡(jiǎn)單設(shè)備，不干擾施工，可很快出結(jié)果，能為整個(gè)隧道掌子面提供地質(zhì)資料。根據(jù)掌子面地質(zhì)素描記錄，PDK193+380掌子面巖性主要以石英砂巖為主，局部夾薄層頁巖，灰黑色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體層間結(jié)合較好，局部滲水（圖1）。

2.2 加深炮孔

加深炮孔是根據(jù)隧道斷面大小及可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)，在每一循環(huán)布設(shè)3～8個(gè)加深探孔，探測(cè)孔較循環(huán)進(jìn)尺加深3 m以上，外插角不小于21°，該方法施工簡(jiǎn)單，不單獨(dú)占用施工時(shí)間，準(zhǔn)確度高?，F(xiàn)場(chǎng)加深炮孔的記錄顯示，鉆進(jìn)過程無卡鉆與突進(jìn)現(xiàn)象，鉆孔段落主要為石英砂巖，水量無明顯變化。加深炮孔施工見圖2。

2.3 超前水平鉆探

超前鉆探法是利用鉆機(jī)對(duì)掌子面前方進(jìn)行沖擊和回轉(zhuǎn)鉆探的超前探測(cè)方法，適用于各種地質(zhì)情況下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。本工程中使用意大利C6鉆機(jī)進(jìn)行超前水平鉆孔施工，C6鉆機(jī)扭力大、取芯完整，對(duì)施工影響小，適用于各種地層的快速鉆進(jìn)?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，結(jié)合TSP地震波探測(cè)結(jié)果，有針對(duì)性設(shè)計(jì)鉆孔的位置和鉆孔角度，施工過程中全程跟蹤作業(yè)，通過沖洗液的變化、鉆進(jìn)的速率、出水量的大小判斷地質(zhì)情況。超前水平鉆孔的資料顯示，沖洗液呈灰黑色，流量均勻，無卡鉆與突進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，鉆孔段落巖性主要為石英砂巖，巖質(zhì)硬，節(jié)理裂隙發(fā)育。超前水平鉆探施工見圖3。

2.4 TSP地震波探測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)施工采用TSP地震波反射法，在軟弱、破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)，預(yù)報(bào)距離控制在100～120 m，前后2次搭接長(zhǎng)度10 m以上;在隧道的圍巖完整時(shí)，物探距離可以達(dá)到200 m以上;當(dāng)圍巖較破碎時(shí)，物探距離采用120 m的有效預(yù)報(bào)距離，搭接長(zhǎng)度不小于30 m。

2.4.1 TSP地震波探測(cè)系統(tǒng)

TSP地震波探測(cè)系統(tǒng)通過三分量檢波器來接收地震波信號(hào)，并同時(shí)進(jìn)行測(cè)量過程控制;通過起爆裝置引爆電雷管和炸藥，人工激發(fā)地震波。TSP地震波探測(cè)見圖4。

本工程在隧道里程PDK193+495的位置左側(cè)壁和右側(cè)壁分別布置1個(gè)地震波接收孔，孔徑為50 mm，左邊墻接收孔孔深為1.8 m，孔的高度高于底板約1.65m，右邊墻接收孔孔深為1.75 m，孔的高度高于底板1.2m;在PDK193+446～479段的左側(cè)壁布置24個(gè)激發(fā)孔分別激發(fā)地震波，孔間距1.49 m，孔徑45 mm，孔深1.38～1.79 m，所有激發(fā)孔裝填藥量均為100 g，激發(fā)孔的高度高于底板上方約1.2 m。TSP地震波探測(cè)系統(tǒng)布置示意圖、TSP接收器孔和炮孔布置示意圖見圖5、圖6。

2.4.2 探測(cè)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)TSP地震波探測(cè)系統(tǒng)原理，把距離隧道軸線近、能量大的反射波組判釋為圍巖異常區(qū)，結(jié)合地震波速、反射波相位、泊松比和楊氏模量等參數(shù)對(duì)圍巖異常的類別進(jìn)行劃分。

將現(xiàn)場(chǎng)采集的資料傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)爆炸點(diǎn)與檢波器的距離分別計(jì)算各段圍巖的縱波波速Vp和橫波波速Vs，根據(jù)Vp和Vs值可直接計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以及計(jì)算動(dòng)彈性模量Wd、動(dòng)剪切模量Gd和泊松比νd，其計(jì)算公式如式（1）：式（1）中，p為圍巖密度。

根據(jù)繞射重疊法原理，即可計(jì)算得到反射截面與隧道的相對(duì)位置，即與隧道軸線的交角或至掌子面的距離。

2.4.3 探測(cè)結(jié)果

本次探測(cè)預(yù)報(bào)掌子面里程為PDK193+436，探測(cè)預(yù)報(bào)里程范圍為PDK193+436～PDK193+316（掌子面前方120 m），探測(cè)結(jié)果為，圍巖總體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育～發(fā)育，其中，PDK193+403～PDK193+391段、PDK193+376～PDK193+355段和PDK193+325附近裂隙發(fā)育或存在夾層、含水。圖7為TSP地震波探測(cè)得到的反射層位及物理力學(xué)參數(shù)探測(cè)結(jié)果。

3 超前地質(zhì)探測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)論

綜合隧道PDK193+436～PDK193+316段物探法和超前鉆探法預(yù)報(bào)成果，結(jié)合掌子面地質(zhì)隧道素描和地質(zhì)勘察相關(guān)資料，綜合地質(zhì)探測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)論如下。

（1）PDK193+380～PDK193+322段巖性主要是石英砂巖，局部夾頁巖，圍巖較破碎，接力裂隙發(fā)育。

（2）PDK193 + 376～PDK193 + 355段和PDK193 +

325附近裂隙發(fā)育或存在夾層、含水。施工過程中采用加深炮孔進(jìn)一步驗(yàn)證表明：PDK193+382～PDK193+324段原設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，實(shí)際綜合預(yù)報(bào)分析該段圍巖級(jí)別亦為Ⅳ級(jí)，與原設(shè)計(jì)相符。

（3）DK193+340～DK193+370探測(cè)預(yù)報(bào)為，巖層緩傾，地下水較發(fā)育，頁巖巖質(zhì)較軟，遇水易軟化，圍巖局部穩(wěn)定性較差。施工中應(yīng)注意降水量及圍巖含水量的變化和影響，做好防排水措施，及時(shí)支護(hù)，防止掉塊、局部坍塌及涌水等;探測(cè)預(yù)報(bào)段落局部可能存在少量瓦斯氣體聚集，施工過程中應(yīng)進(jìn)行瓦斯監(jiān)測(cè)，做好通風(fēng)處理措施。

4 結(jié)束語

綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)施工是一道重要的施工工序，通過綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開挖的情況進(jìn)行評(píng)估，提高了預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。新建貴陽—南寧客運(yùn)專線貴州段站前工程GNZQ-6標(biāo)段九萬大山1號(hào)隧道采用地質(zhì)調(diào)查、加深炮孔、超前水平鉆孔、TSP地震波探測(cè)法等手段，對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息進(jìn)行綜合分析、相互驗(yàn)證，對(duì)隧道掌子面前方不良地質(zhì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，使得該工程提前采取相應(yīng)對(duì)策和措施，保證了隧道施工的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]張前進(jìn). 基于TSP多波關(guān)系的圍巖穩(wěn)定性等級(jí)判定方法研究[D]. 北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2013.

[2]尚億軍. 馬桑哨隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息管理系統(tǒng)研究[D]. 湖北武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[3]付海. 巖溶地區(qū)公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測(cè)的綜合研究[D]. 湖北武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[4]趙文軻，王連成，鐘鳴. 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法在大瑤山公路隧道中的應(yīng)用[J]. 公路交通技術(shù)，2011（6）.

[5]張卿，羅宗帆. TST超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在貴州巖溶地區(qū)的應(yīng)用[J]. 隧道建設(shè)，2012（3）.

[6]羅宗帆. 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在滬昆高鐵巖溶地區(qū)的應(yīng)用分析[J].公路隧道， 2013（1）.

[7]肖書安，吳世林. 復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道地質(zhì)超前探測(cè)技術(shù)[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào)，2004（2）.

[8]劉學(xué)東. 探地雷達(dá)技術(shù)在中條山隧道施工中的應(yīng)用[J]. 水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2011（1）.

[9]趙永貴，蔣輝. 隧道地震超前預(yù)報(bào)技術(shù)現(xiàn)狀分析與新進(jìn)展[J]. 公路隧道，2010（1）。

[10] 鄒愛民. 低頻段脈沖探地雷達(dá)技術(shù)研究[D]. 吉林長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2011.

[11] 武科，馬明月，李術(shù)才. 高風(fēng)險(xiǎn)巖溶地區(qū)隧道的綜合物探研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011（1）.

收稿日期 2019-11-25

責(zé)任編輯 朱開明