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，掌子面前方Y(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，開挖過(guò)程中會(huì)有滴水、局部線狀流水現(xiàn)象，建議圍巖類型為Ⅴ類。

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。