熊雄

隧道富水段超前地質(zhì)預(yù)報指的是在隧道施工過程中通過對隧道洞內(nèi)外的地質(zhì)與構(gòu)造調(diào)查，并根據(jù)相關(guān)的分析結(jié)果，通過地球物理探測方法對隧道掌子面探測，并運用地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)等的相關(guān)知識，結(jié)合預(yù)報人員的工作經(jīng)驗，對隧道在施工過程中可能發(fā)生的安全隱患和地質(zhì)災(zāi)害給予判斷和預(yù)報。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)判斷和預(yù)報結(jié)果，并制定科學(xué)預(yù)防與施工處理方案。因此，超前地質(zhì)預(yù)報是隧道施工過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)，尤其對于巖溶隧道富水段來說，探測溶洞的大小和水量情況不僅直接關(guān)系著施工人員的人身安全，更在一定程度上決定著工程項目經(jīng)濟(jì)效益的實現(xiàn)。

一、案例概況

某巖溶隧道全長3250m，為國家Ⅱ級風(fēng)險隧道，經(jīng)現(xiàn)場勘查得出：該隧道中的大部分段落處于可巖溶地層內(nèi)，地質(zhì)條件、水文特點復(fù)雜，涌水突泥等的安全風(fēng)險較高。但本項目在施工過程中始終遵循“物探先行、鉆探驗證、先探后掘、不探不掘”的原則組織和開展施工。與此同時，采用超前地質(zhì)預(yù)報對隧道掌子面、隧底實施綜合探測，可以準(zhǔn)確了解和掌握隧道所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)、水文、溶洞大小等的情況，超前地質(zhì)預(yù)報在本隧道巖溶富水段的施工處理技術(shù)方面奠定了堅實的基礎(chǔ)。

二、巖溶隧道富水段超前地質(zhì)預(yù)報

本隧道為國家Ⅱ級風(fēng)險隧道，按照Ⅱ級風(fēng)險隧道開展超前地質(zhì)預(yù)報，通過多種預(yù)報方式綜合預(yù)報。

1.TSP203地震波法

TSP203地震波法指的是在隧道掌子面后方一定距離內(nèi)的鉆孔內(nèi)中，先利用微震爆破發(fā)射信號，再由爆破引發(fā)的地質(zhì)波于隧道巖體中以球面的形式向四周傳播，并經(jīng)過隧道前方界面反射回來的一種測探方法。利用TSP203地震波法每次最多可測得250m，為了保證超前地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確度和精確度，可通過重疊式預(yù)報，每開挖150m預(yù)報一次，將每次探測情況在重疊部分進(jìn)行對比分析。

根據(jù)對TSP203地震波法數(shù)據(jù)的處理和分析結(jié)果認(rèn)為：本隧道掌子面（DK135+508）前方約120m處的巖溶主要為淺灰色的白云質(zhì)巖，同時受區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造影響巖體比較破碎，且伴有節(jié)理破碎、熔巖裂隙以及斷層影響帶發(fā)育其中，圍巖穩(wěn)定性較差，地下水較多，出水形式主要以點線狀為主，局部范圍為股狀出水。

2.地質(zhì)雷達(dá)法

通過地質(zhì)雷達(dá)法對本隧道開展短距離探測，地質(zhì)雷達(dá)法下每一次的預(yù)報距離為30m，搭接長度不得小于5m，主要用來探測本隧道掌子面前方地質(zhì)條件和水文特點等的情況。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)圖譜與地質(zhì)調(diào)查綜合分析得出：本隧道掌子面前方30處的電磁波能量比較均勻，局部反射界面比較明顯。由此可以得出：掌子面前方巖溶中的節(jié)理裂隙、局部破碎以及自穩(wěn)能力較差。

另外，本隧道的D3K135+505～D3K135+508段反射波出現(xiàn)異常，推測該地段發(fā)育溶腔內(nèi)有巖溶發(fā)育其中，出水方式以線流和股狀為主，建議在本段實施超前水平鉆方式，可以有效防止和減少突水和突泥等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3.紅外探水

某日，相關(guān)測試人員通過紅外探水對本隧道D3K135+508～D3K135+463掌子面前方進(jìn)行了測試，主要測試內(nèi)容包括掌子面前方的地質(zhì)條件、水文特點等的情況。

圖1 DK135+508隧道掌子面前方紅外探水曲線示意圖

4.加深炮孔揭示熔巖水過程

在對本隧道線路右側(cè)掌子面（DK135+508）的底板處使用加深炮孔掘進(jìn)至6.2m后發(fā)現(xiàn)：探孔內(nèi)的涌水形式為股狀水，且水質(zhì)清澈伴有少量雜物，水壓較高，無法更進(jìn)一步地向前掘進(jìn)，經(jīng)過工作人員測量，該段的涌水量為2200m3/h，檢測水壓高達(dá)1.65MPa。

三、巖溶探測

本隧道掌子面（DK135+508）在探測出前方具有高壓富水情況后，立即進(jìn)行了超前水平鉆探及隱伏巖溶探查的相關(guān)補(bǔ)充工作。

1.超前水平鉆探

在施工現(xiàn)場，施工人員根據(jù)加深炮孔涌水情況分別于本隧道的掌子面布置了5個鉆孔，孔位布置圖如圖2所示。其中，相關(guān)的施工要點為：（1）當(dāng)1號鉆孔鉆進(jìn)至16m時，涌水量較大，巖溶以淺灰色灰?guī)r為主，鉆孔深度22m，用時132min，鉆速一般；（2）2號鉆孔鉆進(jìn)至20m時，涌水量較大，巖溶以灰白色巖漿為主，鉆孔深度26m，用時180min；（3）3號鉆孔鉆進(jìn)至20m時，涌水量較大，壓力較大，巖溶以白色巖粉為主，鉆孔深度28m，用時128m，鉆速較慢；（4）4號鉆孔鉆進(jìn)至16m后，涌水量較大，水壓較高，巖溶以灰白色巖粉為主，鉆孔深度20m，用時135min，鉆速較慢；（5）5號鉆孔鉆進(jìn)至36m后，涌水量較大，水壓較高，巖溶以灰白色為主，鉆孔深度34m，用時257min，轉(zhuǎn)速方式為局部突進(jìn)。

圖2 鉆孔孔位平面布置圖

2.隧道周邊隱伏巖溶勘查

為保證掌子面施工人員的人身安全，需在掌子面后方（DK135+553）斷面流水處附近利用鑿巖車于每一孔位處再分別施作3個深度為10m的徑向地質(zhì)探孔，鉆孔過程未見異常，且無隱伏巖溶，徑向探孔內(nèi)的涌水量基本沒有明顯變化，僅有少量的出水為巖溶裂隙水。

3.巖溶探測結(jié)果討論

通過對以上鉆進(jìn)情況分析：本隧道掌子面前方35m處，鉆進(jìn)過程中基本沒有出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，鉆機(jī)速度均勻，僅僅局部有突進(jìn)現(xiàn)象，鉆孔深度基本在20～30m后，孔內(nèi)有大量涌水，水量由小逐漸變大，水質(zhì)清澈，伴有少量雜質(zhì)，其中巖溶裂隙水為黃色泥漿水，持續(xù)時間較短，為10min左右。

四、處理技術(shù)及施工效果

根據(jù)以上探測分析得出：本隧道掌子面前方即周邊沒有大型巖溶。因此，對于本隧道掌子面（DK135+505～DK135+508）段可以采用超前支護(hù)、初期支護(hù)以及單側(cè)壁導(dǎo)坑開挖等施工處理技術(shù)。

本隧道從方案確定至完成開挖再到巖溶處理用時共計用時6 8 d，目前已經(jīng)安全通過DKl35+505～DKl35+508巖溶隧道富水段，本工程項目所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件、水文特點基本與施工處理方案一致。其中，超前地質(zhì)預(yù)報特別是超前水平鉆探在該段巖溶探測施工方案的制定方面發(fā)揮了重要的作用，從根本上保證了本隧道開挖的順利推進(jìn)和施工人員的人身安全。

五、結(jié)語

綜上所述，在對本隧道的超前地質(zhì)預(yù)報工作中，通過全體工作人員的不斷探索、實踐和總結(jié)，現(xiàn)已形成了以超前水平鉆探為主，隧道周邊隱伏巖溶勘查為輔的“多手段和多層次”的綜合式超前預(yù)報技術(shù)和施工處理方案。以此為基礎(chǔ)對巖溶隧道富水段開展超前地質(zhì)預(yù)報，成功地穿越了本隧道進(jìn)口工區(qū)巖溶富水帶。另外，通過對本隧道富水段的施工實踐表明：對于巖溶隧道富水段復(fù)雜的地質(zhì)條件和水文特點，采用超前地質(zhì)預(yù)報手段可清楚地了解和掌握隧道掌子面前方巖溶的變化情況，可有效避免由于不清楚地質(zhì)條件而造成的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，保證施工人員人身安全和本項目的順利開展。