超前地质预报在高风险岩溶隧道中应用.docx

超前地质预报在高风险岩溶隧道中应用摘要：本文简述了各种超前地质预报方法的特点，针对石 林隧道穿越岩溶、断层、破碎带等复杂地质条件，以地质调 查法为基础，运用多种方法进行综合超前地质预报，使隧道 施工在高风险段落能够及时采取有效的预防措施，并优化了 施工方法，使石林隧道安全快速的通过了各种不良地质地段 及高风险段落关键词：石林隧道；岩溶；施工；超前地质预报；地质 分析；优化新建云桂铁路石林隧道穿越地层均为可溶性碳酸盐地 层，岩溶强烈发育，共穿越6个断层4个破碎带能否开展 好超前地质预报工作，为隧道安全施工及优化施工方法提供 依据，避免突发性地质灾害的发生，是石林隧道建设成败的 关键工程概况石林隧道位于弥勒一石林板桥区间，线路设计为“人” 字坡，全长18208m,为全线最长隧道、全国最长单洞双线隧 道、全国最长的岩溶隧道、世界最长钻爆法施工的岩溶隧道石林隧道大面积穿越灰岩地层，岩体溶蚀强烈，岩溶发 育强烈，区内断裂交错发育，施工高风险源多，存在断层和 岩溶水突水、突泥等地质风险2超前地质预报工作原理、方法根据石林隧道地质情况、风险源及其风险等级，采取多 种不同的超前预报方法，分别为地质调查法、物探法、超前 钻探法及超前导坑法。

2. 1地质调查法地质素描在隧道开挖后及时观察，描述开挖面地层的层 理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、地下水的分布、 出水量大小等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性地质 素描每一开挖循环进行一次2. 2超前钻探法超前钻探法主要有超前地质钻探和加深炮孔探测2. 2. 1超前地质钻探超前地质钻探方法是利用管棚钻机在隧道开挖面进行 超前钻孔，根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗 液的颜色、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断隧 道前方的地质情况超前地质钻探每循环超前探测20〜30 m,前后循环搭 接不小于5 m2. 2.2加深炮孔加深炮孔探测是利用风钻或凿岩台车在隧道开挖面钻 小孔径浅孔获取地质信息，加深炮孔较爆破孔深3 m以上, 孔径与爆破孔相同加深炮孔每一开挖循环施作一次2.3物探法物探法是利用探测对象与其相邻介质存在一定的物性 差异并具有足以被探测的规模和当存在电、磁、振动等外界 干扰时，探测对象的异常能够从干扰背景中区分出来的条件 来开展探测工作的2. 3. 1 TSP203地震波反射法TSP203地质预报系统利用在隧道边墙的炮孔激发弹性 波，弹性波在三维空间传播的过程中，遇到地质岩性变化的 界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等声阻抗界面，会产 生弹性波的反射现象，这种反射波通过预先埋设在隧道围岩 中的检波器接收下来，通过对反射回波旅行时间、传播衰减 以及相位变化等分析，从中拾取掌子面前方的反射波信息， 推断预报隧道前方100m范围内的岩性变化、断层、破碎带、 岩溶发育带以及它们的产状、规模、岩层的含水特性、岩石 力学参数等。

2. 3.2地质雷达地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩 体中的传播及反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超 前地质预报的一种物探方法2. 3. 3红外探测红外探测是通过接收岩体的红外辐射强度，根据红外辐 射异常来确定隐蔽灾害源的存在隐蔽灾害源包括含水断 层、含水溶洞、地下暗河等2.4超前导坑法石林隧道正洞左线线路中线右侧35m设置贯通平导一 座，平导施工中揭示的地质情况为正洞施工时提供依据3工程应用实例石林隧道正洞DK653+605〜+615段，隧道拱顶以上埋深 约160m,地表偏左侧为一溶蚀洼地，钻孔揭示溶洞，本段位 于突水突泥高风险段落内DK653+605〜DK653+615段原设计 为III级围岩，台阶法开挖正洞施工至DK653+599时，掌子面施作了 TSP203.地质 雷达及超前地质钻探预报TSP203预报范围为DK653+599〜DK653+719,预报结果 显示：DK653+599〜+619段围岩较破碎，岩溶弱发育，存在 溶蚀裂隙，建议加强支护地质雷达预报范围为DK653+599〜DK653+629,预报结果 显示：DK653+599〜DK653+629段围岩较破碎，岩溶弱〜中等 发育，存在溶蚀裂隙，局部夹泥，建议加强支护。

超前地质钻探共3孔，孔深46m,钻探结果显示：3#钻 孔（掌子面左侧） DK653+613. 5-+615段（长度1.5m）.DK653+616. 5〜+618段（长度1.5m） 钻速不稳，返水呈红 色，判断为溶蚀裂隙夹泥；其余段落钻进正常正洞施工至DK653+605时，掌子面施作加深炮孔，拱部 周边4〜5米范围内加深炮孔钻进异常，钻速不稳有突进， 返水红色，根据钻进情况判断掌子面前方2m后拱部范围存 在溶蚀裂隙夹泥或溶洞；掌子面其它部位加深炮孔钻进正 常为进一步探明前方地质情况，随后又在掌子面 DK653+605施作了超前地质钻探和红外探测超前地质钻探共4孔，其中1#孔（掌子面左上） DK653+606. 5〜+608段（长度1.5m）、2#孔（掌子面拱部） DK653+609. 5〜+611.0段（长度1.5m）、 3#孔（掌子面右 上）DK653+606. 5〜+608段（长度1.5m）均出现钻速异常， 返水呈红色，判断有红粘土和碎块石充填，为一充填型溶洞红外探测显示：掌子面DK653+605岩体上24个测点的 红外辐射场强最大最小值之差小于允许安全值，且往掌子面 方向掌子面附近的红外辐射场强值变化不大，根据以上情况 并结合已开挖揭示围岩情况判断掌子面前方30 m无水。

正洞施工至DK653+607时，掌子面围岩为灰岩，灰色夹 青灰色，弱风化，围岩整体性较好，掌子面无水掌子面开 挖掘进后，右侧拱顶开始出现不间断掉泥、掉块，洞内施工 人员、机械立即撤离掌子面，未造成人员伤亡和设备损失； 随后掌子面开始涌泥，现场涌泥纵向长度约8 m,宽约6 m, 平均堆积高度约1.2 m,涌泥方量约60方；后经 “四方" 现场勘查，位于掌子面右侧拱顶发育一溶洞，溶洞纵向可见 长度约2m,环向长度约4〜5m,溶洞垂直向上发育延伸，拱 顶以上溶洞形态、大小及走向不明，溶洞属充填溶洞，充填 物成分为流塑状红黏土夹块石后经开挖揭示，正洞DK653+607〜610段拱部4〜5 m 范围内发育充填溶洞，溶腔边界侵入开挖线内约1.5m,拱部 开挖线以外溶腔发育界限不明，掌子面其余部位为灰岩，弱 风化，与预报结果基本吻合正洞DK653+605〜DK653+615 段变更为IV级B型衬砌，超前支护采用管棚及42 超前小导管，加强支护采用118型钢钢架4结语石林隧道为高风险岩溶隧道，穿越岩溶、断层、破碎带 等复杂地质条件，施工高风险源多，在施工中以地质调查法 为基础，运用多种方法进行综合超前地质预报，并贯穿施工 全过程，使隧道施工在特殊地质或不良地质地段及高风险段 落能够及时采取有效的预防措施，避免突发性地质灾害的发 生，因此超前地质预报对于隧道施工的安全、经济有非常重 要的意义。

参考文献：[1 ]常士骡主编.工程地质手册（第三版）[M].北京: 中国建筑工业出版社，1992.[2] 中国铁路工程总公司编写.中国铁路工程物探五十 年[M].北京：中国铁道出版社，2003.[3] 中科院地质研究所、隧道局编写•军都山隧道快速 施工超前地质预报指南[M]・北京：中国铁道出版社，1990.。