孟慶鋒

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100000）

1 引言

隧道前期勘察是明確現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的重要途徑，但礙于方法有限、時(shí)間不足、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜等緣故，勘察獲取的地質(zhì)資料缺乏完整性，不足以全面反映現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況。綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)是一種更具全面性與準(zhǔn)確性的方法，在探明隧道地質(zhì)條件方面有突出的作用，但其涉及的操作要點(diǎn)豐富，需加強(qiáng)技術(shù)探討，以科學(xué)的方法探測(cè)后，獲取具有參考價(jià)值的信息，為隧道工程建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。

2 工程概況

大磅山隧道起訖樁號(hào)K98+045～K98+885/ZK98+050～ZK98+905，右線840 m，左線855 m，單洞Ⅲ級(jí)圍巖300 m，約占總長(zhǎng)的18%；Ⅳ級(jí)圍巖1 196 m，約占總長(zhǎng)的70%；Ⅴ級(jí)圍巖199 m，約占總長(zhǎng)的12%。隧道進(jìn)、出口洞門形式均為削竹式，隧道內(nèi)規(guī)劃2處人行橫通道。

3 地質(zhì)情況

1）氣象水文條件：隧址區(qū)地下水以碳酸鹽巖巖溶裂隙水、碎屑巖基巖裂隙水為主。地下水埋深淺，補(bǔ)給徑流條件差。

2）地質(zhì)情況：根據(jù)沿線地貌分區(qū)，隧址區(qū)起點(diǎn)K98+060～K98+457屬構(gòu)造侵蝕、溶蝕峰叢谷地地貌區(qū)；K98+457～K98+885（隧址區(qū)終點(diǎn)）屬構(gòu)造剝蝕緩坡低山丘陵地貌區(qū)。

4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

4.1 地質(zhì)調(diào)查分析

洞身深埋地段硬質(zhì)巖段的探測(cè)還需考慮掌子面及兩側(cè)圍巖的剝落程度，評(píng)估是否有巖爆的可能，必要時(shí)采取防控措施。對(duì)于洞身深埋地段的軟巖以及極軟巖段，考慮到易變形的特殊性，探測(cè)時(shí)還需充分關(guān)注掌子面圍巖及兩側(cè)壁的變形特征，評(píng)估是否有變形的可能[1]。

4.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作順序

1）隧道爆破開挖后安排地質(zhì)調(diào)查，根據(jù)掌握的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)信息進(jìn)行地質(zhì)素描，用于匯總地質(zhì)特征。每10 m記錄一次，地質(zhì)條件特殊時(shí)增加記錄的頻率。

2）約每隔100 m用TSP探測(cè)一次，初步掌握掌子面前方的不良地質(zhì)。

3）取距離不良地質(zhì)體約30 m的位置，用瞬變電磁儀或地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)一步核實(shí)不良地質(zhì)，更具全面性地明確具體特征。

4）物探結(jié)果顯示前方有不良地質(zhì)體時(shí)，需要密切關(guān)注掌子面的所處位置，在臨近不良地質(zhì)體約10 m時(shí)鉆孔檢驗(yàn)，準(zhǔn)確判斷地質(zhì)條件。

5）綜合考慮前期地勘結(jié)果、物探結(jié)果、鉆探結(jié)果，準(zhǔn)確判斷不良地質(zhì)體的類型、覆蓋范圍以及程度[2]。

4.3 地質(zhì)綜合超前預(yù)報(bào)技術(shù)

斷層地帶有涌水、突泥乃至坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，必須在安全的前提下順利通過斷層破碎帶，避免施工期間發(fā)生安全事故。經(jīng)過反復(fù)調(diào)研和方案比較，決定采用TSP、探地雷達(dá)、紅外線等先進(jìn)的技術(shù)手段結(jié)合超前探孔等綜合預(yù)報(bào)技術(shù)。利用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)探測(cè)前方100 m內(nèi)的圍巖地質(zhì)，綜合地質(zhì)雷達(dá)、紅外探測(cè)儀等測(cè)定的探測(cè)信息對(duì)前方地質(zhì)條件做系統(tǒng)性的分析，做到有疑必探、先探后掘。最后利用前述所有手段的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，以對(duì)前方圍巖進(jìn)行綜合判定。綜合預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)施方案如圖1所示。

圖1 各種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)手段組合方案

5 預(yù)報(bào)實(shí)施情況

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)聯(lián)合應(yīng)用TSP206G系統(tǒng)和地質(zhì)雷達(dá)兩種方法。地質(zhì)雷達(dá)采用中國(guó)電波傳播研究所LTD-2100地質(zhì)雷達(dá)和100 MHz天線，點(diǎn)測(cè)方式進(jìn)行，平均點(diǎn)距約為0.1 m；測(cè)線布設(shè)在掌子面距地面0.5 m的位置，如圖2所示。

圖2 掌子面測(cè)線布置示意

考慮到超前地質(zhì)預(yù)報(bào)距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜的特殊性，測(cè)線TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用TSP206G系統(tǒng)，以便有效滿足探測(cè)要求。人工振源在隧道右邊壁設(shè)24個(gè)炮點(diǎn)，用小量炸藥激發(fā)。

6 預(yù)報(bào)結(jié)果與施工建議

6.1 TSP探測(cè)

6.1.1 預(yù)報(bào)分析

數(shù)據(jù)采集采用TSP200地震預(yù)報(bào)儀，設(shè)置的激發(fā)孔、接收孔分別為24個(gè)、2個(gè)，高度約為1.2 m，布設(shè)位置規(guī)劃在隧道左右壁。經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的采集后，用TSPwin專用軟件處理，基于數(shù)據(jù)信息生成縱波三維繞射成像圖、反射界面，作為地質(zhì)條件預(yù)測(cè)的重要參考。

根據(jù)探測(cè)的資料做如下分析：（1）負(fù)反射振幅時(shí)，巖層變軟；正反射振幅時(shí)，巖層變硬；遇正反射和負(fù)反射組合的情況時(shí)，表明探測(cè)區(qū)域內(nèi)存在斷層。（2）從反射強(qiáng)度來看，橫波強(qiáng)于縱波時(shí)，巖層飽含水。（3）泊松比或縱橫波速明顯增加時(shí)，表明探測(cè)區(qū)域有流體，即流體的存在而導(dǎo)致此類指標(biāo)的增加。（4）縱波波速降低時(shí)，探測(cè)區(qū)域存在裂隙。

6.1.2 預(yù)報(bào)結(jié)論

結(jié)合TSP探測(cè)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)觀察和相關(guān)勘察設(shè)計(jì)資料，具體預(yù)報(bào)結(jié)論如下。

1）K98+045～K98+300段：本段縱波波速為1～2.0 km/s，巖性較測(cè)試面無明顯變化，推斷此區(qū)域圍巖破碎，巖體強(qiáng)度低，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。開挖存在擾動(dòng)作用，拱部有局部掉塊乃至坍塌的可能；水文條件方面，地下水較發(fā)育，以滴水狀或股狀的出水方式居多，按Ⅴ級(jí)支護(hù)。

2）K98+300～K98+402段：本段縱波波速較上一段有所提高，為2～3.0 km/s，推斷此區(qū)域圍巖較破碎，巖體強(qiáng)度低，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。開挖存在擾動(dòng)作用，拱部有局部掉塊乃至坍塌的可能；水文條件方面，地下水較發(fā)育，以滴水狀或股狀的出水方式居多，按Ⅴ級(jí)支護(hù)。

3）K98+402～K98+440段：縱坡波速1～2.0 km/s，圍巖破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體強(qiáng)度低，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。開挖存在擾動(dòng)作用，拱部有局部掉塊乃至坍塌的可能；水文條件方面，地下水較發(fā)育，以滴水狀或股狀的出水方式居多，按Ⅴ級(jí)支護(hù)。

4）K98+440～K98+454段：本段縱波波速較上一段有所提高，接近3.0 km/s，推斷此區(qū)域圍巖較完整，巖體裂隙較發(fā)育，強(qiáng)度低，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。開挖存在擾動(dòng)作用，拱部有局部掉塊乃至坍塌的可能；水文條件方面，地下水不發(fā)育，以滴水狀的出水方式居多，按Ⅴ級(jí)支護(hù)。

5）K98+454～K98+710段：本段縱波波速較上一段有所降低，為2～3.0 km/s，推斷此區(qū)域圍巖較破碎，巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)度低，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。開挖存在擾動(dòng)作用，拱部有局部掉塊乃至坍塌的可能；水文條件方面，地下水不發(fā)育，以滴水狀的出水方式居多，按Ⅴ級(jí)支護(hù)。

6）K98+710～K98+885段：本段縱波速較上一段有所提高，接近3.0 km/s，推斷此區(qū)域圍巖較完整，巖體裂隙較發(fā)育，強(qiáng)度低，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。開挖存在擾動(dòng)作用，拱部有局部掉塊乃至坍塌的可能；水文條件方面，地下水不發(fā)育，以滴水狀的出水方式居多，按Ⅴ級(jí)支護(hù)。

6.1.3 施工建議

1）K98+045～K98+300、K98+402～K98+440區(qū)域圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)度低，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。開挖存在擾動(dòng)作用，拱部有局部掉塊乃至坍塌的可能；水文條件方面，地下水較發(fā)育，以滴水狀的出水方式居多，局部以淋雨?duì)罨蛴苛鳡顬橹?，施工時(shí)應(yīng)做好地下水的疏導(dǎo)工作，短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、加強(qiáng)初期支護(hù)、及時(shí)施作二次襯砌，防止掉塊、坍塌等工程地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保工程及施工安全。

2）建議施工技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)物探結(jié)果實(shí)時(shí)觀察開挖后和支護(hù)后的圍巖變化，做好記錄并及時(shí)反饋信息。加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息，做到有效指導(dǎo)施工，確保施工安全，開挖后掌子面及時(shí)初噴混凝土，并做好排險(xiǎn)、防護(hù)工作。

3）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)須以長(zhǎng)距離和短距離相結(jié)合的方式，本次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果還須通過短期預(yù)報(bào)情況相互印證。

6.2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)

6.2.1 預(yù)報(bào)結(jié)論

根據(jù)LTD-2100地質(zhì)雷達(dá)回波圖、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)觀察和勘察設(shè)計(jì)資料綜合分析推斷。掌子面前方0～30 m的波形振幅強(qiáng)，波形雜亂。測(cè)試?yán)走_(dá)圖像顯示，探測(cè)區(qū)域內(nèi)的巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，層間結(jié)合的穩(wěn)定性不足。水文條件方面，地下水較發(fā)育，以滴水狀的出水方式居多，局部涌流狀或淋雨?duì)?，?yīng)加強(qiáng)對(duì)拱部的防控，主動(dòng)提高拱部的穩(wěn)定性并減小外部對(duì)其的影響，以免拱部掉塊、坍塌。

6.2.2 施工建議

1）K98+300～K98+402范圍內(nèi)巖體破碎，層間結(jié)合及自穩(wěn)能力差，地下水較發(fā)育，以滴水狀或股狀的出水方式居多，局部涌流狀或淋雨?duì)?，拱部易由于開挖的擾動(dòng)而掉塊乃至坍塌。為保證施工安全，按照短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)的思路進(jìn)行施工，這期間加強(qiáng)對(duì)地下水的疏導(dǎo)，主動(dòng)降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率，保障施工安全。

2）建議施工技術(shù)人員根據(jù)物探結(jié)果實(shí)時(shí)觀察開挖后和支護(hù)后的圍巖變化，做好記錄并及時(shí)反饋信息。加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)和信息的及時(shí)反饋，以信息為指導(dǎo)，有效施工，竭力營(yíng)造安全的施工環(huán)境；掌子面開挖后，初噴混凝土，混凝土的固結(jié)有利于穩(wěn)固巖土體；從現(xiàn)場(chǎng)施工條件出發(fā)，采取針對(duì)性的排險(xiǎn)、防護(hù)措施，最大限度地消除安全隱患[3]。

7 結(jié)語

經(jīng)過本文對(duì)綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的分析，提出作業(yè)要點(diǎn)，現(xiàn)做如下總結(jié)：

1）隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息能為工程施工提供重要參考，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)，首要前提在于做好地質(zhì)工作，在此基礎(chǔ)上結(jié)合其他預(yù)報(bào)方法，更具全面性地掌握隧道的地質(zhì)條件，據(jù)此編制預(yù)報(bào)方案。

2）為獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)信息，需充分掌握地質(zhì)資料和高質(zhì)量物性資料，進(jìn)而進(jìn)行物探資料的解譯，更加準(zhǔn)確地判斷地質(zhì)條件。

3）超前預(yù)報(bào)方法豐富，根據(jù)地質(zhì)情況、預(yù)報(bào)距離等條件合理搭配，獲得完善的、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)信息。

4）對(duì)比分析開挖揭露情況和預(yù)報(bào)結(jié)果，檢驗(yàn)超前預(yù)報(bào)方法的可行性，針對(duì)不足之處加以調(diào)整，提高超前預(yù)報(bào)水平。