白永生, 姚旭君

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)

1 工程概況

龍泉山 2#隧道平均長(zhǎng) 2321.5m,最大埋深約 322m,橫穿龍泉山山脈中段。左線隧道最大埋深 322m,右線隧道最大埋深約 320.6m。自隧道進(jìn)口 ～中部 ～隧道出口的線 間 距 分 別 為17.218m～26.5m～13.830m。

隧道上覆土層主要為第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層(Q4del)粘土,沖洪積 (Q4al+pl)粘土 、漂石土 ,坡崩積(Q4dl+c)塊石質(zhì)土,坡殘積(Q4dl+el)粘土,下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3P)砂巖、泥巖,中統(tǒng)遂寧組(J2Sn)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖、中統(tǒng)沙溪廟組(J2S)泥巖、砂巖。區(qū)內(nèi)褶皺強(qiáng)烈,逆掩斷層發(fā)育,上、下構(gòu)造變異較大,也是區(qū)內(nèi)構(gòu)造特點(diǎn)之一。地表資料反映,龍泉山和熊坡背斜構(gòu)造皆屬斷層之上北東向的表皮褶皺,地層深處大都變?yōu)閱涡被虮菭钔黄稹?/p>

2 區(qū)域地質(zhì)分析與隧道瓦斯賦存特點(diǎn)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、勘查設(shè)計(jì)文件和現(xiàn)場(chǎng)路線地質(zhì)踏勘成果,隧道所穿越龍泉山部分整體處于一疏緩的背斜構(gòu)造中,隧道進(jìn)出口兩端均為巖層緩傾的單面山,節(jié)理、斷層不太發(fā)育,局部富集節(jié)理密集帶或發(fā)育小型斷層。隧道圍巖以侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組中厚層泥質(zhì)砂巖、泥巖為主,地層產(chǎn)狀穩(wěn)定。而隧道下伏地層為侏羅系中統(tǒng)遂寧組和沙溪廟組泥巖、砂巖,屬洛帶氣田典型生油氣層,含天然氣。這一地質(zhì)構(gòu)造格局使龍泉山二號(hào)隧道恰好處于油氣層蓋層構(gòu)造中,沿隧道線路主體部分布設(shè)的 3處探孔均測(cè)出瓦斯存在,且局部含量較高。

針對(duì)以上情況,推測(cè)認(rèn)為隧道掘進(jìn)過程中可能遇到的瓦斯受節(jié)理和斷層控制,因此,只要準(zhǔn)確地探測(cè)出節(jié)理或斷層的存在,再利用水平鉆探結(jié)合瓦檢儀,就可成功地探測(cè)瓦斯的賦存狀態(tài),從而有效地完成掌子面前方瓦斯超前預(yù)報(bào)工作,為及時(shí)采取施工措施創(chuàng)造必要的條件。

3 采取的對(duì)策

根據(jù)以上分析,決定綜合采用 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地質(zhì)編錄和水平鉆探三種手段,秉持長(zhǎng)短結(jié)合、精泛相佐的原則,對(duì)掌子面前方圍巖和瓦斯情況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

3.1 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

(1)TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理。

TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)主要采用 TSP-200型地質(zhì)探測(cè)儀。TSP-200采用回聲測(cè)量原理,通過地震波在不同地質(zhì)體中和地質(zhì)界面上產(chǎn)生的反射波特性預(yù)報(bào)前方的地質(zhì)狀況。

TSP-200系統(tǒng)主要由以下三部分組成:

①記錄單元:12道,24位 A/D轉(zhuǎn)換,采樣間隔62.5μs和 125μs,最大記錄長(zhǎng)度為 1808.5ms,記錄帶寬 8000Hz和 4000Hz,動(dòng)態(tài)范圍 120dB。

②接收器(檢波器):三分量加速度地震檢波器,靈敏度為 1000mV/g±5%,頻率范圍為 0.5～5000Hz,共 振 頻 率 9000Hz,橫 向 靈 敏 度＞1%,操作溫度為 0℃～65℃。

③TSPwin軟件:數(shù)據(jù)采集和處理集于一體,高度智能化。

地震波在設(shè)計(jì)的震源點(diǎn)(通常在隧道的左或右邊墻,大約 24個(gè)炮點(diǎn))用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生。地震波在巖石中以球面波形式傳播。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石物性界面(即波阻抗差異界面,如斷層巖石破碎帶和巖性變化等)時(shí),一部分地震信號(hào)反射回來(lái),另一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)(圖 1),反射的地震信號(hào)將被高靈敏度的地震檢波器接收,反射信號(hào)的傳播時(shí)間與反射界面的距離成正比,故能提供一種直接的測(cè)量,用以計(jì)算不良地質(zhì)體界面的距離。探測(cè)數(shù)據(jù)由 TSPwin軟件進(jìn)行計(jì)算處理,由專業(yè)的地質(zhì)預(yù)報(bào)人員進(jìn)行解譯。

圖 1 TSP探測(cè)原理示意圖

(2)地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體做法。

TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)由外業(yè)工作和內(nèi)業(yè)整理兩部分組成。

外業(yè)工作包括在施工現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)炮孔、安裝接收器,設(shè)置儀器采集參數(shù)、激發(fā)震源同時(shí)收集并記錄數(shù)據(jù)。炮孔的布設(shè)如圖 2所示。在隧道一側(cè)邊墻連續(xù)布設(shè) 24個(gè)炮孔和一個(gè)接收器,其具體位置、傾角見表 1。

圖 2 觀測(cè)系統(tǒng)平面示意圖

數(shù)據(jù)采集時(shí),采用 X-Y-Z三分量同時(shí)接收,設(shè)定采樣間隔和記錄長(zhǎng)度。激發(fā)地震波時(shí),采用無(wú)延時(shí)瞬發(fā)電雷管,防水乳化炸藥,藥量為 50～100g左右。

表 1 炮孔與接收器孔布設(shè)參數(shù)表

3.2 地質(zhì)素描法

(1)原 理。

由專業(yè)地質(zhì)人員對(duì)隧道的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)的編錄并繪制地質(zhì)素描圖,每個(gè)循環(huán)根據(jù)掌子面的地質(zhì)特征,結(jié)合勘察設(shè)計(jì)地質(zhì)資料,對(duì)掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè),繪制地質(zhì)縱斷面展開圖并提出工程措施。

(2)方 法。

對(duì)洞壁巖體主要結(jié)構(gòu)面(斷層、層理及節(jié)理、裂隙等)進(jìn)行定性及定量統(tǒng)計(jì)量測(cè),查明主要結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、性質(zhì)、延伸長(zhǎng)度、張開寬度、粗糙程度、蝕變情況、密度、地下水及充填情況等,分析優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。

對(duì)巖體受構(gòu)造影響程度、節(jié)理發(fā)育程度、巖體完整程度、富水程度及圍巖穩(wěn)定狀態(tài)等進(jìn)行詳細(xì)編錄,據(jù)此對(duì)圍巖級(jí)別及其他地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行修正,提出有針對(duì)性的支護(hù)、襯砌或超前加固措施。

對(duì)重點(diǎn)地段,如斷帶、節(jié)理密集帶、巖性接觸帶、地下水富集帶、巖性變化頻繁或軟硬相間及掌子面地質(zhì)情況與地面測(cè)繪出入較大的重點(diǎn)地段進(jìn)行核對(duì)和詳細(xì)的調(diào)查與分析評(píng)價(jià)。

3.3 超前水平鉆探

地質(zhì)探孔預(yù)報(bào)僅指短距離超前水平鉆探,是目前各種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法中最簡(jiǎn)單、最有效的一種預(yù)報(bào)方法。采用水平地質(zhì)鉆機(jī)在開挖面鉆 1～3個(gè)孔(探孔深 15m,一般地質(zhì)地段超前地質(zhì)鉆孔 1個(gè),水量較大、砂層和風(fēng)化深槽地段 3個(gè)),分別位于拱頂和拱腰部位。超前探孔直徑為 89mm,終孔位于隧道開挖輪廓線外 1.5～3.0 m。探孔的主要目的是探明掌子面前方斷層、褶皺構(gòu)造的性質(zhì)、寬度、產(chǎn)狀及可能的瓦斯賦存情況,如瓦斯壓力、瓦斯?jié)舛鹊群偷叵滤闆r。

4 效果評(píng)價(jià)

截至 2010年 2月 5日,龍泉山 2#隧道總共實(shí)施 TSP地質(zhì)預(yù)報(bào) 15次,揭露節(jié)理密集帶進(jìn)口 20處、出口 12處。以上節(jié)理的存在均得到地質(zhì)編錄的證實(shí)。

瓦斯出露段的開挖證明:所預(yù)報(bào)的節(jié)理密集帶均有瓦斯溢出。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)龍泉山 2#高瓦斯隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)的成功實(shí)施,可以得出以下結(jié)論:

(1)隧道的地質(zhì)預(yù)報(bào)必須以區(qū)域地質(zhì)分析為根本,在充分掌握?qǐng)鰠^(qū)區(qū)域地質(zhì)和構(gòu)造信息的基礎(chǔ)上分析致災(zāi)機(jī)理,找出控災(zāi)的主要矛盾,從而做到有的放矢;

(2)精確的地質(zhì)分析也為TSP隧道物理探測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),為消除解譯結(jié)果的多解性提供了可能;

(3)嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)操作,規(guī)范探測(cè)與鉆探施工;

(4)地質(zhì)與物探相結(jié)合、宏觀與微觀相佐證,步步為營(yíng)、穩(wěn)扎穩(wěn)打,是成功探測(cè)瓦斯的關(guān)鍵。