综合超前地质预报在隧道工程中的应用

综合超前地质预报在隧道工程中的应用

□文/张笑可

【摘 要】：成贵客专云南威信段CGWX-9标玉京山隧道风险极高，地质条件极其复杂多变。采取“地质分析、物探预报与钻孔验证”相结合的综合预报原则，运用地质调查、地震波探测、地质雷达、红外探水和超前水平钻等综合预报手段，准确的预报出玉京山隧道D3K279+945处大型暗河发育的不良地质情况，为隧道安全施工提供了可靠保障。

【关键词】：隧道；岩溶；超前；地质；预报

隧道施工很多依靠前期设计勘查资料和施工经验进行判断分析，在复杂地质情况下，施工技术人员很难准确判断隧道掌子面前方的地质情况，致使在施工过程中可能出现坍塌和突水等现象，给隧道安全施工带来困扰。

由于当前勘察技术手段和方法技术的限制，加上地质体的复杂多变，期望在勘察阶段完全查明隧道岩体的特性，准确地预测隧道施工中可能发生地质灾害的位置、性质和发育规模十分困难。

玉京山隧道横洞进正洞段灰岩岩溶中等～极发育，安全开挖通过岩溶发育段是隧道施工的重中之重。本文以玉京山隧道横洞进正洞岩溶段为例，讲述隧道开挖所采用综合超前地质预报手段在岩溶探测中的应用及如何根据各种预报手段的预报结果，结合补充勘察和开挖揭示地层信息进行综合分析，得出综合成果报告，从而准确的指导隧道安全施工。

1 工程概况

玉京山隧道全长6306m，起止里程为D3K277+860～D3K284+166，隧道横洞进正洞段隧址区位于灰岩岩溶发育区，溶蚀、溶洞中等～强烈发育，突泥、涌水的风险性较大。

2 工程地质条件

玉京山隧道D3K279+515～D3K280+310段洞身穿过二叠系中统（P2m+q）茅口组、栖霞组灰岩，岩层产状N70°E/39°NW，岩溶强烈发育，地表线路附近有大型暗河出口，根据地质资料，暗河主管道位于隧底以下约71 m，对隧道无影响，但施工中可能遇到岩溶支管道、大型溶洞或岩溶大厅的可能。

根据隧道通过区出露的地层岩性及地质构造特征，结合含水介质的不同，此处地下水类型主要分为松散堆积层孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水和基岩裂隙水。隧道洞身地表处有若干条冲沟、溶槽，沟槽内为季节性流水，补给条件较好，地下水发育。设计最大单位涌水量19 979 m3/d。

3 超前地质预报技术

3.1 地质素描

主要内容包括地层岩性、构造发育情况、地下水状态、围岩稳定性及初期支护方法等。地质素描法预报不占用施工时间，设备简单，不干扰施工，出结果快，预报的效果好，而且为整个隧道提供了完整的地质资料[1]。

玉京山横洞进正洞段开挖的两张掌子面地质素描见图1和图2。从图1和图2可以分析出从D3K279+970～+950段，掌子面围岩由弱风化的灰岩逐渐过渡到的弱～强风化灰岩夹黄色粘土，岩体较破碎。

图1 D3K279+970掌子面照片和素描

图2 D3K279+950掌子面照片和素描

3.2 TSP地震波探测法

玉京山隧道横洞进正洞TSP炮孔成率高，炮孔布置在上台阶左边墙，角度下倾10°左右。现场没有噪音、振动等干扰现象，为分析报告准确性提供了保障[2]。

现场TSP接收器位置在D3K280+018，掌子面位置为D3K279+983，实际激发19炮，现场接收数据较为理想，可用于数据处理和解释，探测范围为D3K279+983～D3K279+863。根据TSP的探测结果、图3和图4推测出的分析结果，见表1。

图3 岩土参数变化

图4 2D成果显示

表1 初步探测结果 m

里程D3K279+983～+942长度41 D3K279+942～+90537 D3K279+905～+88520 D3K279+885～+86322探测结果推断岩体较破碎，节理裂隙发育；其中D3K279+949处附近存在夹层或溶蚀裂隙，含水岩体较破碎，节理裂隙较发育，地下水发育；其中D3K279+942、+912处附近存在夹层，具备岩溶发育的条件岩体较完整～较破碎，节理裂隙较发育，地下水发育岩体较破碎，节理裂隙发育；其中D3K279+885处附近存在夹层或溶蚀裂隙，含水

3.3 超前钻孔

为进一步探明玉京山隧道横洞进正洞D3K279+956掌子面前方的地质情况，采用超前水平钻孔，钻孔总长64.0延米，钻孔位置及参数见表2和图5。

表2 钻孔参数

钻孔编号 偏角/（°） 仰角/（°） 孔深/m ZK-1 0 0 19.0

图5 钻孔布置

通过超前钻孔探测，判断前方19 m地质情况如下：D3K279+956～D3K279+949.5段围岩为二叠系中统（P2m+q）茅口组、栖霞组灰岩，岩体较完整，岩质较硬，节理裂隙较发育；D3K279+949.5～D3K279+940.9段围岩为灰岩夹粘土，岩体较破碎，节理裂隙发育；D3K279+ 940.9～D3K279+937段围岩为岩溶发育，发育非填充型溶洞；无水，见表3。

表3 ZK-1号钻孔

地层代号 里程/m深厚 孔度/m度/m柱状图1∶200工程地质简述 径/mm 279+956 279+949.56.56.5W2 W2 P2m+q 279+940.915.18.665 W2-3 279+93719.03.90～6.5 m为灰岩，弱风化，属硬岩6～15.1 m为灰岩夹粘土，弱～强风化，属硬～较软岩15.1～19 m为非填充型溶洞，无水

4 综合结论及实际开挖揭示情况

4.1 综合结论

综合各种预报方法的结论综合分析，推测D3K279+ 956～D3K279+937段，岩体逐渐由弱风化转变为弱风化～强风化，硬岩转变为较软岩；从素描分析出粘土夹层开始逐渐增多，表明此段的围岩受到溶蚀作用的影响，岩体较破碎，岩体裂隙发育；其中D3K279+940.9～D3K279+937段岩溶发育，溶洞、溶腔、风化裂隙发育；地下水不发育。其中D3K279+940.9～D3K279+937段岩溶发育情况见图7。

图7 D3K279+940.9～+937段岩溶发育

建议：D3K279+940.9～D3K279+937段岩溶发育，岩体较破碎，岩质变软。在施工过程中应采取短进尺、弱爆破、加强超前支护措施，防止岩体的坍塌，确保隧道施工安全。为进一步探明溶洞的范围，建议工区严格施作加长炮孔探测，以确保施工安全。

4.2 实际开挖揭示情况

D3K279+956～D3K279+940.9段围岩为灰色灰岩，局部层间夹粘土，岩体较完整，节理裂隙较发育。

D3K279+940.9～D3K279+937段隧道已开挖段揭示地层岩性为灰色灰岩，岩质较硬，局部层间夹黄色粘土，弱风化为主，局部强风化，节理裂隙发育，岩体较完整～较破碎；地下水不发育；岩溶发育，掌子面发育溶洞，溶洞自D3K279+940.9段延伸至D3K279+937段，向上低于开挖轮廓线2.5 m，向左横向延伸，向右往掌子面方向延伸，向下低于隧底80 m深且伴随有流水声。溶洞内填充少量黄泥，无水，图8。

图8 掌子面揭露溶洞

5 结语

对于埋深大、工程地质条件复杂的隧道，即使采用目前比较成熟的可控源音频大地电磁法(CS AMT)并辅以深孔钻探进行勘察，亦仅能粗略宏观地探测隧道洞身范围内规模较大的断层、岩溶、富水带等不良地质体。要比较详尽地查明隧道的不良地质情况，必须在隧道施工期间进行超前地质预报工作[3]。

在隧道施工过程中，运用各种超前预报方法来指导施工是重要且必要的，它使施工消除盲目性并按科学规律指导施工，这已为有识之士所共识。有目的的综合运用各种预报方法，通过信息的反馈不断改进和选择预报方法，使预报方法优化组合，可得到最佳的预报效果和经济价值。

在超前预报中使用TSP探测时，要注意避开各种震动干扰，以保证获得第一手资料的可靠性。在数据处理及解译过程中，必须结合前期勘察资料，如有必要还可配合围岩及岩石的波速测试。

参考文献：

[1]智 刚.TSP超前地质预报结果准确性的影响因素分析[J].路基工程，2015，（5）：139-143.

[2]军羡安，于远祥，郑志勇.超前地质灾害预报在桃花铺二号隧道施工中的应用[J].地下空间与工程学报，2004，24（1）：33-35.

[3]何发亮，李苍松，李术才，等.隧道施工地质超前地质预报工作方法[J].岩土力学，2006，27（S1）：270-274.

□中图分类号：U452.1+1

□文献标志码：C

□文章编号：1008-3197（2017）01-69-03

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2017.01.024

□收稿日期：2016-08-15

□作者简介：张笑可/女，1983年出生，工程师，中铁隧道勘测设计院有限公司，从事超前地质预报工作。