隧道超前钻探查不良地质体的应用效果分析

新用户7688Uojz 2023-03-08 发布于湖南

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张良翰张寒韬

云南建设基础设施投资股份有限公司云南航天工程物探检测股份有限公司

摘要：我国隧道施工在穿越复杂地质区域时，应用地质调查、物探法很难准确查明不良地质体特征，本文为查明隧道掌子面前方明确不良地质体类型、位置和特征，应用隧道超前水平钻对在复杂地质条件下的施工隧道掌子面后方进行超前钻探工作，探查了隧道掌子面前方一定范围内的岩性类别、节理发育程度，查明了含水情况、含瓦斯情况、软岩3种不良地质特征，为隧道施工安全提供了依据。

关键词：不良地质;隧道;超前钻探;

目前我国隧道工程越来越多，地质条件越来越复杂，施工隧道中常穿越岩溶、断层、采空区、高瓦斯煤层、地层倾角较大等不良地质体。由于隧道施工中超前地质预报常采用地质调查、物探方法等推测方法，成果并不直观，未能及时发现不良地质体，导致隧道突水涌泥，瓦斯爆炸等安全事故频发，造成了重大社会影响和经济损失。如何直观、准确的了解隧道掌子面前方不良地质情况成为隧道安全施工的重点工作。近年来，隧道施工中超前水平钻应用范围越来越广泛，开展超前钻探工作，探查隧道掌子面前方一定范围内的地质情况，为隧道安全施工提供依据，已成为重要的保障手段，其应用研究具有重要的现实意义。

1 隧道超前水平钻探简介

超前地质钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法，主要采用冲击钻或回转取芯钻或先进的全自动钻机。利用钻机近似平行于地面在隧道掌子面进行钻孔，根据钻探过程中的记录及芯样分析，对隧道前方的地质情况进行分析和判断，了解隧道工作面前方围岩地层岩性、岩体完整程度、裂隙度、溶洞、断层破碎带、软弱岩层、节理密集带、瓦斯等不良地质体情况，直观明确掌握隧道前方不良地质体的的里程桩号位置，提出科学合理支护方案，从而采取相应措施保证施工的安全。

2 钻孔布置

钻机采用矿用ZY-650型全液压钻机，适用于复杂地质条件下隧道的超前地质钻探工作。断层、节理密集带、富水区或岩溶区一般钻3～5孔，本次钻探工作布设了4个钻孔，孔径均为89mm，孔深为50m，方位角118°，上部两孔各距离拱顶1.5m，倾角0°。下部两孔各距离上台阶地板2.5m，倾角3°。布置钻孔位置及参数见图1～图3、表1。

图1 超前钻孔布置示意图下载原图

图2 超前钻孔布置平面图下载原图

图3 超前钻孔布置剖面图下载原图

表1 钻孔参数一览表下载原图

3 钻探揭露情况

超前钻探时记录了钻孔过程中观察到的岩性特征，围岩岩性为暗紫色、青灰色泥灰岩，岩层节理、裂隙发育，填充有方解石脉，岩层产状约299°∠64°。

施工的4个超前钻孔实际情况见表2。

表2 钻孔施工参数一览表下载原图

综合上述4个钻孔揭露情况，掌子面前方约0～24.4m段主要为泥灰岩，约24.4～57.2m段主要为灰岩，节理裂隙发育。钻探过程中未发现岩层间有明显含水现象，2#钻孔终孔1小时后测得孔口瓦斯浓度为0.2%，孔口以里1m处瓦斯浓度为16%，其余三个钻孔孔口及孔口以里1m处测得瓦斯浓度均为0。

煤层、瓦斯情况:在钻探里程Z2K26+506～Z2K26+449段过程中，未发现煤层或煤线，经现场瓦检员检测及便携式瓦检仪实时监测，掌子面瓦斯浓度为0,2#钻孔终孔1小时后测得孔口瓦斯浓度为0.2%，孔口以里1m处瓦斯浓度为16%，其余三个钻孔孔口及孔口以里1m处测得瓦斯浓度均为0。

围岩情况:该段隧道洞身与岩层近于直交，埋深约在273.6～297.5m，洞身围岩主要以泥灰岩、灰岩为主。由于岩层倾角较大，节理裂隙发育，对围岩稳定性具有较大影响。该段洞身以泥灰岩、灰岩为主，岩层倾角较大，节理较发育，易造成拱顶不稳，对围岩稳定性不利。在隧道开挖过程中应及时根据实际揭露的围岩情况确定开挖及支护参数，以保证施工安全。

涌水情况:超前钻探时采用湿式钻探，钻探过程中未发现岩层间有明显含水现象，2#钻孔终孔后有线状流水流出，7小时后，线状流水呈滴水状。

4 结语

在穿越岩溶、断层、采空区、高瓦斯煤层、地层倾角较大等地复杂地质情况下进行隧道施工面临重大安全隐患，应用地质、物探手段进行不良地质勘察仅得到推测结果。本文应用隧道水平钻机开展隧道不良地质探测，1#、2#钻孔表明，孔内经检测发现有浓度较大瓦斯，但无压力，孔口无瓦斯涌出现象，为围岩裂隙含瓦斯通过钻孔缓慢渗出，随着掌子面爆破开挖，超前水平钻孔内瓦斯浓度会出一定幅度的变化。钻孔直观的探明了隧道掌子面后方的岩性、含水情况、含瓦斯情况以及瓦斯变化情况，为隧道施工安全提供了直观、准确的依据。应用隧道水平钻是避免隧道安全事故的最直观，准确的超前预报手段，意义重大，推广应用价值高。