潘多

摘 要：新建貴陽—南寧客運專線貴州段站前工程 GNZQ-6 標段九萬大山 1 號隧道為Ⅰ級風(fēng)險隧道，地質(zhì)條件極其復(fù)雜。文章采用物探和鉆探、長距離探測和短距離探測相結(jié)合的探測方法，以及TSP 地震波探測法、超前水平鉆孔、加深炮孔的探測方法，準確預(yù)報出 DK193+340～DK193+370 斷層的不良地質(zhì)，為隧道的安全施工提供了重要保障。

關(guān)鍵詞：客運專線;隧道;超前地質(zhì)預(yù)報;工程應(yīng)用

中圖分類號：U432.1

1 工程概況

新建貴陽—南寧客運專線貴州段地處貴州高原低山溶蝕峰從洼地地貌，地形起伏大，自然坡度20～45°，局部為陡崖，植被發(fā)育，洞身穿越石炭系下統(tǒng)大塘階上司段泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖、舊司段頁巖、砂巖、炭質(zhì)頁巖、石英砂巖。砂巖巖性雜，巖質(zhì)軟，巖層緩傾，巖石遇水容易軟化。該段站前工程GNZQ-6標段九萬大山1號隧道隧道進口里程DK177+048，出口里程DK194+060，最大埋深約488m，全長17.012km。該隧道共穿越9 層地層，其中，非可溶巖段落長2401m，可溶巖段落14611m。另外，隧道穿越3條斷層：①DK178+570附近發(fā)育懂架平推斷層，破碎帶洞身影響長度約60m，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，圍巖穩(wěn)定性較差;②DK180+743附近發(fā)育一條逆斷層，洞身影響長度約200 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險大;③DK184+860附近發(fā)育一條正斷層， 洞身影響長度約220 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險大，地下水主要為基巖裂隙水。隧道為Ⅰ級風(fēng)險管理隧道。

2 超前地質(zhì)預(yù)報

現(xiàn)場施工采用地質(zhì)素描、TSP地震波探測、超前水平鉆孔、加深炮孔等綜合方法進行超前地質(zhì)預(yù)報。通過對圍巖的破碎和富水程度進行預(yù)測和驗證，及時對預(yù)報信息進行收集、處理，給施工方案和施工方法調(diào)整提供依據(jù)。

2.1 地質(zhì)素描

地質(zhì)素描是通過地層特征、要素與隧道幾何參數(shù)、地表相關(guān)性分析，以及地質(zhì)理論分析等，推測開挖面前方可能的地質(zhì)情況的一種預(yù)報方法。該方法采用地質(zhì)羅盤、敲擊錘等簡單設(shè)備，不干擾施工，可很快出結(jié)果，能為整個隧道掌子面提供地質(zhì)資料。根據(jù)掌子面地質(zhì)素描記錄，PDK193+380掌子面巖性主要以石英砂巖為主，局部夾薄層頁巖，灰黑色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體層間結(jié)合較好，局部滲水（圖1）。

2.2 加深炮孔

加深炮孔是根據(jù)隧道斷面大小及可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)，在每一循環(huán)布設(shè)3～8個加深探孔，探測孔較循環(huán)進尺加深3 m以上，外插角不小于21°，該方法施工簡單，不單獨占用施工時間，準確度高?，F(xiàn)場加深炮孔的記錄顯示，鉆進過程無卡鉆與突進現(xiàn)象，鉆孔段落主要為石英砂巖，水量無明顯變化。加深炮孔施工見圖2。

2.3 超前水平鉆探

超前鉆探法是利用鉆機對掌子面前方進行沖擊和回轉(zhuǎn)鉆探的超前探測方法，適用于各種地質(zhì)情況下的超前地質(zhì)預(yù)報。本工程中使用意大利C6鉆機進行超前水平鉆孔施工，C6鉆機扭力大、取芯完整，對施工影響小，適用于各種地層的快速鉆進。現(xiàn)場施工時，結(jié)合TSP地震波探測結(jié)果，有針對性設(shè)計鉆孔的位置和鉆孔角度，施工過程中全程跟蹤作業(yè)，通過沖洗液的變化、鉆進的速率、出水量的大小判斷地質(zhì)情況。超前水平鉆孔的資料顯示，沖洗液呈灰黑色，流量均勻，無卡鉆與突進現(xiàn)場，鉆孔段落巖性主要為石英砂巖，巖質(zhì)硬，節(jié)理裂隙發(fā)育。超前水平鉆探施工見圖3。

2.4 TSP地震波探測

現(xiàn)場施工采用TSP地震波反射法，在軟弱、破碎地層或巖溶發(fā)育區(qū)，預(yù)報距離控制在100～120 m，前后2次搭接長度10 m以上;在隧道的圍巖完整時，物探距離可以達到200 m以上;當圍巖較破碎時，物探距離采用120 m的有效預(yù)報距離，搭接長度不小于30 m。

2.4.1 TSP地震波探測系統(tǒng)

TSP地震波探測系統(tǒng)通過三分量檢波器來接收地震波信號，并同時進行測量過程控制;通過起爆裝置引爆電雷管和炸藥，人工激發(fā)地震波。TSP地震波探測見圖4。

本工程在隧道里程PDK193+495的位置左側(cè)壁和右側(cè)壁分別布置1個地震波接收孔，孔徑為50 mm，左邊墻接收孔孔深為1.8 m，孔的高度高于底板約1.65m，右邊墻接收孔孔深為1.75 m，孔的高度高于底板1.2m;在PDK193+446～479段的左側(cè)壁布置24個激發(fā)孔分別激發(fā)地震波，孔間距1.49 m，孔徑45 mm，孔深1.38～1.79 m，所有激發(fā)孔裝填藥量均為100 g，激發(fā)孔的高度高于底板上方約1.2 m。TSP地震波探測系統(tǒng)布置示意圖、TSP接收器孔和炮孔布置示意圖見圖5、圖6。

2.4.2 探測數(shù)據(jù)處理

根據(jù)TSP地震波探測系統(tǒng)原理，把距離隧道軸線近、能量大的反射波組判釋為圍巖異常區(qū)，結(jié)合地震波速、反射波相位、泊松比和楊氏模量等參數(shù)對圍巖異常的類別進行劃分。

將現(xiàn)場采集的資料傳輸?shù)接嬎銠C，對原始數(shù)據(jù)進行處理。根據(jù)爆炸點與檢波器的距離分別計算各段圍巖的縱波波速Vp和橫波波速Vs，根據(jù)Vp和Vs值可直接計算動力學(xué)參數(shù)，以及計算動彈性模量Wd、動剪切模量Gd和泊松比νd，其計算公式如式（1）：式（1）中，p為圍巖密度。

根據(jù)繞射重疊法原理，即可計算得到反射截面與隧道的相對位置，即與隧道軸線的交角或至掌子面的距離。

2.4.3 探測結(jié)果

本次探測預(yù)報掌子面里程為PDK193+436，探測預(yù)報里程范圍為PDK193+436～PDK193+316（掌子面前方120 m），探測結(jié)果為，圍巖總體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育～發(fā)育，其中，PDK193+403～PDK193+391段、PDK193+376～PDK193+355段和PDK193+325附近裂隙發(fā)育或存在夾層、含水。圖7為TSP地震波探測得到的反射層位及物理力學(xué)參數(shù)探測結(jié)果。

3 超前地質(zhì)探測預(yù)報結(jié)論

綜合隧道PDK193+436～PDK193+316段物探法和超前鉆探法預(yù)報成果，結(jié)合掌子面地質(zhì)隧道素描和地質(zhì)勘察相關(guān)資料，綜合地質(zhì)探測預(yù)報結(jié)論如下。

（1）PDK193+380～PDK193+322段巖性主要是石英砂巖，局部夾頁巖，圍巖較破碎，接力裂隙發(fā)育。

（2）PDK193 + 376～PDK193 + 355段和PDK193 +

325附近裂隙發(fā)育或存在夾層、含水。施工過程中采用加深炮孔進一步驗證表明：PDK193+382～PDK193+324段原設(shè)計圍巖級別為Ⅳ級，實際綜合預(yù)報分析該段圍巖級別亦為Ⅳ級，與原設(shè)計相符。

（3）DK193+340～DK193+370探測預(yù)報為，巖層緩傾，地下水較發(fā)育，頁巖巖質(zhì)較軟，遇水易軟化，圍巖局部穩(wěn)定性較差。施工中應(yīng)注意降水量及圍巖含水量的變化和影響，做好防排水措施，及時支護，防止掉塊、局部坍塌及涌水等;探測預(yù)報段落局部可能存在少量瓦斯氣體聚集，施工過程中應(yīng)進行瓦斯監(jiān)測，做好通風(fēng)處理措施。

4 結(jié)束語

綜合超前地質(zhì)預(yù)報施工是一道重要的施工工序，通過綜合超前地質(zhì)預(yù)報分析，同時對現(xiàn)場實際開挖的情況進行評估，提高了預(yù)報的準確性。新建貴陽—南寧客運專線貴州段站前工程GNZQ-6標段九萬大山1號隧道采用地質(zhì)調(diào)查、加深炮孔、超前水平鉆孔、TSP地震波探測法等手段，對超前地質(zhì)預(yù)報信息進行綜合分析、相互驗證，對隧道掌子面前方不良地質(zhì)進行預(yù)報，使得該工程提前采取相應(yīng)對策和措施，保證了隧道施工的安全。

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收稿日期 2019-11-25

責(zé)任編輯 朱開明