楊學(xué)定，姚 宇

(1.貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550000；2.貴州水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴陽 550000)

為了對掌子面前方開挖的地質(zhì)信息詳細(xì)獲取，超前水平鉆孔的應(yīng)用，取得了理想的幫助作用。超前水平鉆孔，屬于探測方式中非常傳統(tǒng)并且可靠的方式，可將掌子前方15-30m的地質(zhì)特征進(jìn)行揭示，其精準(zhǔn)性非常高?？衫谜谱用媲胺?jīng)]有開挖的巖體，直接實(shí)施鉆孔施工，利用巖芯、鉆速以及鉆進(jìn)產(chǎn)生的壓力等，對前方巖體的地質(zhì)特征實(shí)施判斷，此外還可以融合鉆孔聲波水壓力等相應(yīng)的預(yù)測技術(shù)，對涌水量以及壓力實(shí)施預(yù)測。

1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程為大(1)型水利工程，壩址位于七星關(guān)區(qū)與納雍縣界河六沖河中游潘家?guī)r處。由水源工程、畢大供水工程、灌區(qū)骨干輸水工程等組成。其中，灌區(qū)骨干輸水工程由總干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管線、支渠，以及灌區(qū)骨干泵站等組成。在眾多建筑物中，附廓前的深埋長隧洞因埋深較大，單條隧洞長，沿線多為巖溶地層，隧洞多位于地下水位以下，且橫穿跨越大小數(shù)十條地下巖溶管道，隧洞存在遇巖溶管道及涌水、涌泥問題，為整個(gè)夾巖水利樞紐及黔西北供水工程的控制性關(guān)鍵問題[1]。

2 預(yù)報(bào)基本原理

在隧道當(dāng)中，針對掌子面實(shí)施的超前水平鉆孔，需要利用鉆進(jìn)的速度、巖芯采取率統(tǒng)計(jì)、鉆孔巖芯檢定實(shí)驗(yàn)等，進(jìn)行綜合分析之后，可對隧道施工掌子面前方巖體的巖性進(jìn)行確定，并明確含水的具體情況、地層巖石的實(shí)際軟硬程度以及完整性等，還可獲取斷層以及空洞的具體位置。

利用鉆進(jìn)，可對掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行有效的判定和揭露：鉆進(jìn)花費(fèi)的時(shí)間，可以對圍巖的具體堅(jiān)硬程度進(jìn)行反映，如果為硬質(zhì)巖石，那么不會(huì)有較快的鉆進(jìn)速度。如果為軟質(zhì)巖石，那么速度會(huì)快一些。如果有空洞，那么轉(zhuǎn)速會(huì)非?？臁Ｔ跀鄬悠扑閹Щ蛘哂泄?jié)理裂隙發(fā)育的巖石，會(huì)產(chǎn)生卡頓的情況，以致于降慢了鉆進(jìn)的速度。巖體的完整性系數(shù)和相應(yīng)的節(jié)理裂隙發(fā)育情況，可統(tǒng)計(jì)巖芯的采取率進(jìn)行反映，通常情況下，他們的關(guān)系為正比。在完成鉆孔巖芯的鑒定之后，可對巖性地層在隧道前方圍巖中的具體位置進(jìn)行判斷，并明確洞軸線方向上的具體長度。利用巖芯的強(qiáng)度測試，可對掌子面前方巖性地層中存在不同巖石強(qiáng)度給予判定。在判斷鉆孔是否出水以及水量的實(shí)際大小時(shí)，可對掌子面前方有沒有含水體進(jìn)行推測[2]。

3 超前水平鉆孔在水工隧洞工程中的應(yīng)用分析

依據(jù)北干渠余家寨隧洞巖溶水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度及風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行分析之后，對于該項(xiàng)工程施工，采用了三個(gè)預(yù)報(bào)等級，其一為一般預(yù)報(bào)；其二為加強(qiáng)預(yù)報(bào)；其三為重點(diǎn)預(yù)報(bào)。

1)一般預(yù)報(bào)的應(yīng)用，為對巖溶及涌水低風(fēng)險(xiǎn)洞段進(jìn)行預(yù)測，使用的方式為地質(zhì)分析，并融合了局部加深炮孔實(shí)施相應(yīng)的預(yù)測工作。

2)加強(qiáng)預(yù)報(bào)的應(yīng)用，為對測巖溶及涌水中等風(fēng)險(xiǎn)洞段進(jìn)行預(yù)測，使用的方式為基于物探探測，與加深炮孔、地質(zhì)分析進(jìn)行結(jié)合實(shí)施相應(yīng)的預(yù)報(bào)工作。其中，根據(jù)物探探測出來的成果，將其中存在的異常帶規(guī)模、位置及充水情況，對預(yù)報(bào)等級進(jìn)行調(diào)整，如果必要，可對超前水平鉆孔探測進(jìn)行應(yīng)用[3]。

3)重點(diǎn)預(yù)報(bào)的應(yīng)用，為對巖溶及涌水高風(fēng)險(xiǎn)洞段進(jìn)行預(yù)測，使用的方式為基于物探探測，與超前水平鉆孔、加深炮孔和地質(zhì)分析進(jìn)行結(jié)合實(shí)施預(yù)報(bào)。

地質(zhì)分析法。為依照隧道施工掌子面地質(zhì)條件，如掌子面巖溶發(fā)育、滲水、破碎、顏色變化以及結(jié)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀等一系列情況，對掌子面前方可能存在的巖溶、涌水(泥)、斷層、不同巖性界面以及圍巖穩(wěn)定性等進(jìn)行預(yù)報(bào)[4]。

物探探測法：為借助長短結(jié)合，綜合預(yù)報(bào)的形式。操作流程，要先對長距離預(yù)報(bào)(150m以內(nèi))進(jìn)行使用，如TSP203探測等。如果長距離探測的過程中發(fā)現(xiàn)了異常帶，在施工接近異常帶時(shí)，可借助比較高探測精度的短距離預(yù)報(bào)，如地質(zhì)雷達(dá)或紅外線探水等。

加深炮孔超前探孔：應(yīng)用物探探測，發(fā)現(xiàn)存在的異常帶或可能存在巖溶、巖體破碎地帶之后，可利用加深炮孔實(shí)施探測。探孔布置圖見圖1，共布置5孔，加長鉆桿按掌子面前方9m控制，洞壁周邊探孔向洞外20°傾斜，以保證探測隧洞開挖輪廓線以外3m，保證在鉆爆后有3m安全巖盤。如探測隧洞開挖輪廓外3m內(nèi)、掌子面前方9m存在不良地質(zhì)，則嚴(yán)禁爆破開挖，報(bào)請?jiān)O(shè)計(jì)，作相應(yīng)變更調(diào)整。

圖1 加深炮孔超前探孔布置示意圖

超前水平鉆探：因?yàn)樗淼佬枰┰降叵掳岛?，高水頭、巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的高風(fēng)險(xiǎn)洞段，對于發(fā)現(xiàn)的巖體坡碎、巖溶發(fā)育、富水等異常地段?？稍诿總€(gè)斷面當(dāng)中，對三個(gè)超前水平鉆孔進(jìn)行設(shè)置，其中鉆孔的實(shí)際深度≥30m，安全巖盤≥6m[5]。

圖2 水平鉆探布置示意圖

由于物理探測判釋成果的多解性，需對重點(diǎn)懷疑地段，采用多種方法探測，進(jìn)行綜合判釋，就需用一定數(shù)量的地質(zhì)鉆孔驗(yàn)證。鉆探法是最直觀、可靠的超前預(yù)報(bào)手段。在可能發(fā)生涌水或低瓦斯洞段采用超前地質(zhì)水平鉆施作3個(gè)探孔，1孔位于上部頂拱，2孔位于邊墻部位，其中1孔取芯。高瓦斯洞段預(yù)報(bào)超前探孔數(shù)為5孔，即頂拱1孔，兩側(cè)拱腰處2孔，邊墻2孔。根據(jù)需預(yù)報(bào)距離的遠(yuǎn)近可采用不同型號鉆機(jī)，一般可探測前方30m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況(必要時(shí)可鉆100m以上)。采用YQ-100B潛孔鉆機(jī)或地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑采用Φ89，地段超前探測長度15-30m，搭接長度5m。

4 成果分析以及評價(jià)

余家寨隧洞進(jìn)口控制段超前水平鉆孔施工，掌子面里程隧1+790，鉆孔深度30m。掌子面施鉆3個(gè)超前水平鉆孔，分別為拱頂往下80cm一個(gè)，底板往上約100cm兩側(cè)各一個(gè)[6]。

1#孔：圍巖性質(zhì)：灰?guī)r，鉆進(jìn)過程中勻速鉆進(jìn)，無卡鉆、溶洞空腔等異常情況，鉆孔過程中無滲水現(xiàn)象，呈白色、灰白色、灰色，鉆進(jìn)過程中無特殊氣體排出。

2#孔：圍巖性質(zhì)：灰?guī)r，鉆進(jìn)過程中勻速鉆進(jìn)，無卡鉆、溶洞空腔等異常情況，鉆孔過程中無滲水現(xiàn)象，呈白色、灰白色、灰色，鉆進(jìn)過程中無特殊氣體排出。

3#孔：圍巖性質(zhì)：灰?guī)r，鉆進(jìn)過程中勻速鉆進(jìn)，無卡鉆、溶洞空腔等異常情況，鉆孔過程中無滲水現(xiàn)象，呈白色、灰白色、灰色，鉆進(jìn)過程中無特殊氣體排出。

超前水平鉆孔技術(shù)，屬于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用非常普遍的一種形式，使得對隧道地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取更加直接和精準(zhǔn)，并且起到了很強(qiáng)的預(yù)警災(zāi)害作用。

超前水平鉆探技術(shù)與物探方式進(jìn)行比較，其優(yōu)勢特征更加突出，比如客觀性以及直觀性避免了物探解譯當(dāng)中存在的不確定性問題。但是該項(xiàng)技術(shù)在隧道施工的應(yīng)用，會(huì)占用一定的時(shí)間，對施工進(jìn)度產(chǎn)生影響，同時(shí)費(fèi)用也比較高，這也是非常明顯的缺點(diǎn)。所以，針對地質(zhì)條件非常復(fù)雜的隧道施工，需要將傳統(tǒng)物探方式與先進(jìn)物探手段進(jìn)行結(jié)合，發(fā)揮彼此的優(yōu)勢，并且對缺點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充，可以使隧道超前預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)性以及便捷性得到提升，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的目標(biāo)。此外，對于隧道綜合施工地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的選擇，需要基于工程具體相適應(yīng)的綜合預(yù)報(bào)系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，對其進(jìn)行詳細(xì)的探究，可以使預(yù)報(bào)過程更加高效、經(jīng)濟(jì)以及精準(zhǔn)。

5 結(jié) 語

針對隧道工程的建設(shè)，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為隧道工程當(dāng)中，避免風(fēng)險(xiǎn)的重要措施，在隧道施工中有著廣泛的應(yīng)用。針對掌子面實(shí)施的超前水平鉆孔，需要利用鉆進(jìn)的速度、巖芯采取率統(tǒng)計(jì)、鉆孔巖芯檢定實(shí)驗(yàn)等，進(jìn)行綜合分析之后，可對隧道施工掌子面前方巖體的巖性進(jìn)行確定，并明確含水的具體情況、地層巖石的實(shí)際軟硬程度以及完整性等，還可獲取斷層以及空洞的具體位置，以便實(shí)施細(xì)致的使用掌子面前方地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。