多种预报方法在隧道施工超前地质预报的综合应用

2016-04-10四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司成都610041

四川水泥 2016年4期

焦健（四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司，成都 610041）

焦健
（四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司，成都 610041）

为了更准确地预报施工隧道中的采空区及涌水突泥等高风险问题，需要采取多种预报方法进行综合解释。以南充经大竹至梁平高速公路项目中铜锣山隧道施工中地质超前预报为例，介绍了利用将TRT超前预报、地质雷达、超前钻探三种预报相结合来精确预报前方地质情况的综合解释方法，分析了综合应用解释对施工的重要性。

TRT方法；GPR地质雷达；超前钻探

我国西部地区多是山区地貌，高速公路建设中隧道施工数量也尤为众多，如何在施工过程中降低隧道瓦斯、采空区及涌水突泥等造成的高风险，保证施工的安全生产也成为了建设方关注的热点。随着超前预报技术装备的提升，克服仅由一种方法解释带来的不确定性，结合多种方法增加预报解释的可靠性和精确度，成为现代施工技术中一项重要的进步。

1 工程概况

南充经大竹至梁平（川渝界）高速公路项目位于川东南充和达州市境内，是四川东向通江达海和陆路出川通道的重要组成部分，也是完善四川综合交通运输体系和成渝经济区区域高速公路网布局的需要。铜锣山隧道和铜锣山隧道均为A3设计合同段的两座特长隧道；均按双向四车道80km/h高速公路标准设计，采用分离式双洞布置。

铜锣山隧道穿越铜锣山山脉，隧道长5023.5m（平均），铜锣山隧道位于四川自流盆地东部，为典型的梳状褶皱山地形。背斜成山，紧密狭窄；向斜成谷，宽广平缓，构造地貌明显。铜锣山隧道地下水主要为碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水；洞身位于水平循环带内，岩溶及岩溶水极其发育；铜锣山隧道正常涌水量为20万方/d，最大涌水量59万方/d；洞身岩溶分布规模不均，施工中遇煤层、高水压、涌水（突泥）的风险性极高。

2 预报方法的选择

目前，国内外隧道施工地质超前预报技术方法主要可归为两大类：地质法和地球物理方法。

地质法中的超前钻孔法是隧道施工期地质超前预报方法中最直接的方法。这种方法是通过钻孔钻进速度测试和所采取岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石(体)的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度指标及地下水状况等诸多方面的直接资料。但因掌子面超前钻孔数量和钻孔深度有限，有时不能全面地了解前面的地质情况，且钻孔费用昂贵。

地球物理方法中的TRT方法（隧道地震波反射层析成像技术）是一项比较新的技术，通过分析地震波在不同介质中的波速差异来分析隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等），位置及规模。另外一种方法是GPR方法（地质雷达技术），这种方法是用无线电波来确定地下介质分布的一种方法，是指利用宽带的电磁波以脉冲形式来探测地表之下或确定不可视的物体或结构。因发射频率的不同，长距离预报的TRT法的探测深度范围达100-150米，短距离的GPR法的探测深度范围为0-30米。

3 多种超前预报技术在铜锣山隧道工程中的综合应用

于2011年9月，探测铜锣山隧道进口左线ZK132+899～ZK133+015段围岩工程地质及水文地质情况，并提出相应的建议措施。段范围内隧道穿越背斜西翼雷口坡组T2l地层，岩性主要为薄～中厚层状的泥质灰岩、泥灰岩、灰岩和钙质泥岩等，局部夹杂岩溶角砾岩。地表发育岩溶蚀槽谷、洼地、落水洞、溶洞等，隧道内可能出现大小不一的溶洞、溶缝。受断层影响层间挤压较严重，岩层褶曲发育，岩体较破碎～破碎。地下水发育，隧道内多出现股状涌水，在岩溶与非岩溶接触部位有突水可能。

首先使用长距离预报TRT法对ZK132+991～ZK133+062段进行探测，得出的结论基本维持掌子面岩体现状，主要为砂岩，岩体较破碎～较完整，以中粒结构为主，钙质胶结，力学强度高，属于较硬岩。层间结合一般，稳定性一般～较差，易掉块、坍塌。节理裂隙发育，结构面结合一般，中上部岩体易沿不利结构面滑塌冒落。可能出现地下水发育，出现线状、股状涌水。

当施工掘进至ZK133+037处，利用短距离预报GPR对掌子面进行探测，探测范围ZK133+037～ZK133+062，解释数据得出结论掌子面岩性主要为灰岩、泥灰岩，灰岩呈薄～中厚层状，弱风化，微晶质，岩质较坚硬，岩体受结构面切割，易在拱部形成掉块或小规模坍塌。泥灰岩呈片理状，岩体完整性较差，较破碎～破碎，岩性较软，遇水易坍塌。灰岩与泥灰岩呈互层状产出。掌子面岩层产状主要为310～315∠88～90°,仅核心土底部褶曲较大，产状为305∠30°。掌子面附近地下水发育，掌子面右侧有涌水，初支拱顶及掌子面边缘渗水如下雨。围岩整体属软硬岩互层，层间结合较差，在地下水作用下易引发坍塌。

同时，在ZK133+037处进行超前地质钻探过程中阻力较大，当钻进到15米左右时，发生严重顶钻现象，钻探无法继续。由于水压力过大，钻杆直接被冲出，导致钻机损坏。在将钻杆拉出钻孔时，钻孔中涌出大量混水，疑似钻孔坍塌（仍有5 m钻杆卡在钻孔中），随后发现掌子面核心土右侧出现喷射状涌水（喷射距离约3 m），分析认为当掌子面继续开挖时，存在高压涌水风险。通过超前钻探得出结论本次超前地质钻探共完成取芯钻探15m，基本获得隧道掌子面（ZK133+037）前方15m的围岩情况和富水情况等相关地质资料。

最终综合三种预报解释得出结论：该段岩体较破碎，节理裂隙发育，结构面结合较差，稳定性差，开挖后易风化，遇水软化、破碎，造成岩体失稳，易沿不利结构面滑塌，掌子面顶部易坍塌冒落。地下水发育，隧道内多出现股状涌水，在岩溶与非岩溶接触部位有突水可能。

因此建议施工单位应加强超前支护措施及初期支护措施；地下水发育，应做好防排水工作，施工至该段时应施作超前钻孔，探查地下水状况，避免出现涌水（突泥），并根据具体情况决定施工作业。