李錫均，張 鈞，李德春，高 正，胡濤濤

(云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

國(guó)外隧洞設(shè)計(jì)大量采用施工期的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作為隧洞的補(bǔ)充和優(yōu)化，解決施工地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。

我國(guó)隧洞施工期的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究始于20世紀(jì)50年代，2005年以來(lái)，由于交通運(yùn)輸部(當(dāng)時(shí)的鐵道部、交通部)和水利部等有關(guān)部門(mén)的高度重視，在新建鐵路、高速公路、大型輸水引水工程的隧洞施工的廣泛應(yīng)用，制訂了一系列的相關(guān)工作指南，讓超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作快速發(fā)展和規(guī)范化創(chuàng)造了有利的條件。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用觀察家地質(zhì)勘探領(lǐng)域和大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，以及智慧水利的提出、BIM技術(shù)的應(yīng)用和大量的引調(diào)水線路工程的施工，為地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的局面，為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)理論研究創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是一門(mén)綜合性的學(xué)科，它依托于地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)，地球物理學(xué)技術(shù)中主要涉及電磁場(chǎng)方法和彈性方法。

1 工程應(yīng)用

1.1 工程概況

BMS隧洞布置于金沙江水系與南盤(pán)江水系的分水嶺南翼主要由古生代地層構(gòu)成單斜低中山、丘陵剝蝕地形，地形坡度15°～25°，分布高程1850～2030m，相對(duì)高差50～170m，地勢(shì)北低南高。隧洞前段切割較淺，丘陵呈波狀起伏，山頂渾圓，坡度平緩，溝谷開(kāi)闊。隧洞出口岸坡地形坡度30°～40°，局部沖溝掏蝕的陡崖坡度達(dá)60°。隧洞全長(zhǎng)4996.274m。隧洞一般埋深45～100m，最大埋深134m。

1.2 工程地質(zhì)概述

BMS隧洞地處云南山字型構(gòu)造前弧與青、藏、滇、緬、印尼歹字型構(gòu)造體系東支中段復(fù)合部位，該區(qū)域分屬一級(jí)構(gòu)造單元—揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)，進(jìn)一步劃分二、三級(jí)構(gòu)造單元，屬Ⅰ3滇東臺(tái)褶帶之I13昆明臺(tái)褶束。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)合以及聯(lián)合現(xiàn)象普遍，各種構(gòu)造形跡力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，但它們都有一定的組合規(guī)律和成生聯(lián)系。隧洞東有小江斷裂、西有普渡河斷裂、南有曲江斷裂。工程區(qū)以東為小江強(qiáng)烈地震帶，以南為通?！翉?qiáng)烈地震帶。

隧洞進(jìn)口地層巖性以震旦系下統(tǒng)澄江組(Zacss)長(zhǎng)石石英砂巖為主，巖層產(chǎn)狀為140∠40°；節(jié)理裂隙以①101∠72°、②352∠58°兩組發(fā)育，受區(qū)域斷層、褶皺等影響，地層完整性差，富水性較好，如圖1—3所示。

圖1 隧洞進(jìn)口工程地質(zhì)平面圖

圖2 隧洞進(jìn)口工程地質(zhì)剖面圖

圖3 隧洞進(jìn)口掌子面節(jié)理裂隙發(fā)育情況

隧洞進(jìn)口段洞身段鄰近ADC水庫(kù)，位于隧洞軸線南東側(cè)，其水平距離19～195m，如圖4—5所示，水面高程1873m，水域面積0.02km2，儲(chǔ)水量14×104m3。

圖4 水庫(kù)與隧洞進(jìn)口的平面關(guān)系

庫(kù)水位高于隧洞頂板約27～41m，且距隧洞軸線較近，地下影響半徑R=100～130m，沿長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖裂隙存在與庫(kù)水連通，產(chǎn)生涌水，甚至疏干水庫(kù)，對(duì)水庫(kù)蓄水影響較大。

圖5 ADC水庫(kù)蓄水情況

1.3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為了保證水庫(kù)的蓄水安全和避免隧洞掘進(jìn)過(guò)程安全事故的發(fā)生，是否在隧洞掘進(jìn)前先進(jìn)行超前帷幕的施工，是施工單位亟待解決的問(wèn)題，直接影響工程造價(jià)和施工工期，因此進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是預(yù)測(cè)與判定高效和較經(jīng)濟(jì)的方法。采用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法為地質(zhì)雷達(dá)和TRT兩種。

1.3.1地質(zhì)雷達(dá)

在隧洞YX32+940掌子面布置三條測(cè)線，如圖6所示，預(yù)報(bào)前方Y(jié)X32+940～YX32+970范圍內(nèi)巖體的完整性和裂隙水(地下水)的活動(dòng)情況。

圖6 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置圖

(第一條測(cè)線距隧洞底板1.2m，第二條測(cè)線距隧洞底板3.0m，第三條測(cè)線為掌子面中心線)

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線圖像，如圖7—8所示，綜合分析解釋?zhuān)谱用媲胺結(jié)X32+940～YX32+970段范圍內(nèi)雷達(dá)信號(hào)同相軸連續(xù)差，能量分布不均勻，結(jié)合目前掌子面揭露的地質(zhì)情況，推測(cè)預(yù)報(bào)洞段地質(zhì)巖性為紅褐色強(qiáng)風(fēng)化長(zhǎng)石石英砂巖夾泥巖，巖體完整性差，局部裂隙發(fā)育密集，存在裂隙水，以滲滴水為主，局部呈線狀。

圖7 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線圖像成果之一

圖8 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線圖像成果之二

1.3.2TRT7000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在YX32+984.178掌子面前布置TRT7000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，如圖9所示，預(yù)報(bào)YX32+984.178～YX33+093.43范圍內(nèi)巖體的完整性和裂隙水(地下水)的活動(dòng)情況。

圖9 TRT7000測(cè)點(diǎn)布置圖(紅色為錘款擊點(diǎn)，藍(lán)色為接收點(diǎn)，綠色為隧洞走向)

根據(jù)TRT7000俯視圖、側(cè)視圖、立體圖，如圖10—12所示，綜合分析解釋為：

圖10 TRT7000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)俯視圖

圖11 TRT7000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)側(cè)視圖

圖12 TRT7000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)立體圖

(1)樁號(hào)YX32+984.178～YX32+998段：該段地震反射波反射信號(hào)弱，推測(cè)該段地層巖性與掌子面一致，為長(zhǎng)石石英砂巖局部夾泥巖，巖體完整性差，洞壁潮濕。

(2)樁號(hào)YX32+998～YX33+019段：地震反射為正負(fù)相間的片狀、層狀反射，解釋為強(qiáng)風(fēng)化長(zhǎng)石石英砂巖，局部存在泥質(zhì)夾層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)有滲水至滴水現(xiàn)象。

(3)樁號(hào)YX33+019～YX33+028段：該段地震反射波反射信號(hào)弱，巖性為長(zhǎng)石石英砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)有滲水、局部沿裂隙面滴水現(xiàn)象。

(4)樁號(hào)YX33+028～YX33+063段：地震反射呈散點(diǎn)狀、片狀反射，解釋為含水破碎帶，巖性為強(qiáng)風(fēng)化長(zhǎng)石石英砂巖，局部存在泥質(zhì)夾層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，開(kāi)挖過(guò)程中局部易坍塌、掉塊、變形，有滴水、沿裂隙面線狀流水現(xiàn)象。

(5)樁號(hào)YX33+063～YX33+093.43段：地震反射為正負(fù)相間的片狀反射，解釋為強(qiáng)風(fēng)化長(zhǎng)石石英砂巖，局部存在泥質(zhì)夾層，巖體較破碎，隧洞圍巖不穩(wěn)定，開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)有滴水、局部線狀流水現(xiàn)象，建議圍巖類(lèi)型為Ⅴ類(lèi)。

綜上所述，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在YX32+940～YX32+970或在YX32+984.178～YX33+093.43范圍內(nèi)，巖體的完整性差，存在裂隙水(也就是巖體內(nèi)存在著地下水)，在隧洞掘進(jìn)過(guò)程存在滴水、滲水現(xiàn)象，局部存在線狀流水現(xiàn)象，但與ADC水庫(kù)的庫(kù)水位沒(méi)有存在直接的關(guān)系，由此說(shuō)明在隧洞掘進(jìn)時(shí)，不會(huì)影響水庫(kù)的蓄水和水庫(kù)的安全，在此后的隧洞掘進(jìn)完成過(guò)程中也證實(shí)上述的成果是正確的。

2 結(jié)語(yǔ)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)以地質(zhì)分析為基礎(chǔ)、物探方法為手段，多種方法相互印證和補(bǔ)充的綜合預(yù)報(bào)體系進(jìn)行預(yù)報(bào)。

復(fù)雜的大型工程和引調(diào)水線路根據(jù)GB50847—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》、SL629—2014《引調(diào)水線路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》要求進(jìn)行的勘測(cè)工作量布置是有限的，還由于勘測(cè)工作受政治、規(guī)劃設(shè)計(jì)方案、地質(zhì)條件、勘測(cè)工期、勘測(cè)條件及經(jīng)費(fèi)等多種因素的影響，不能全面揭露隧洞復(fù)雜的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，只有在施工階段給以完善和補(bǔ)充，優(yōu)設(shè)計(jì)方案。在隧洞施工過(guò)程還存在著“塌方不可抗御論”的誤區(qū)，但科研實(shí)踐和大量的施工實(shí)踐證明，只要做好施工地質(zhì)工作，特別是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，地質(zhì)條件再?gòu)?fù)雜的隧洞，也可做到少塌方或不發(fā)生塌方，預(yù)防隧洞施工過(guò)程突水、突泥等可能形成的災(zāi)害性事故的發(fā)生，及時(shí)提供信息，使施工單位提前做好準(zhǔn)備，保證施工安全，同時(shí)還能使工程造價(jià)隆低、縮短施工周期、避免事故損失、節(jié)約投資等具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用，特別物探手段的不斷發(fā)展，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)通過(guò)采用宏觀地質(zhì)預(yù)報(bào)、中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)(TRT)、短距離預(yù)報(bào)(地質(zhì)雷達(dá))、特殊方法預(yù)報(bào)(鉆孔電視)相結(jié)合對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，通過(guò)不良地質(zhì)體及時(shí)、有效地采取應(yīng)急施工措施，為防治重大的地質(zhì)災(zāi)害提供有力的保障。高水平、高質(zhì)量、準(zhǔn)確的的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在地質(zhì)條件復(fù)雜的隧洞施中的是必不可少、不可缺的工序，其重要性和必要主要體現(xiàn)在：

(1)進(jìn)一步查明和復(fù)核隧洞開(kāi)挖前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，指導(dǎo)工程施工的順利進(jìn)行。

(2)降低地質(zhì)災(zāi)害事故發(fā)生的機(jī)率和危害程度。

(3)為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供可靠的地質(zhì)資料。