乌池坝隧道岩溶地质超前预报综合技术

王登科

1 工程背景

乌池坝隧道是沪蓉西高速公路通道的一座重点隧道,其位于湖北省恩施市白果乡乌池坝村,左右幅分离;左洞起讫桩号为ZK253+182～ZK256+645,长 3 463 m;右洞起讫桩号为 YK253+162～YK256+600,长3 438 m。两隧中心间距为35 m,隧道最大埋深约为 480 m。隧道穿越地层有岩溶、岩溶涌(突)水、突泥、断层破碎带等不良地质,而且工期紧迫,技术标准高。本文就超前预报在乌池坝隧道的综合应用技术进行详细阐述,以期为今后类似工程的施工提供一定的参考。

2 工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

乌池坝隧道处于鄂西南褶皱山区,白果背斜的北西翼、金子山复向斜南东翼,呈现单斜构造特征,依次出露志留系至三叠系地层。隧道区一般为第四系覆盖层或基岩裸露,隧道依次穿越志留系、泥盆系、石炭系、二叠系及三叠系地层。

隧道不良地质现象主要是岩溶和断层破碎带。隧道洞身YK255+330～YK255+990段表现为岩溶漏斗、落水洞、溶沟等地表岩溶地貌发育,以溶隙—岩溶管道为主。推测在K255+600～K255+700附近存在严重的岩溶突水和突泥不良地质灾害;断层破碎带主要表现在K255+350～K255+450段,该段为沟坡过渡段,表现为坡脚、坡面上有大量的灰岩崩塌岩块,零星出露P1q灰岩,岩层产状零乱,岩体较破碎。

2.2 水文地质条件

1)地表水。隧道之上的地表水不发育,地表一般无径流,但溶沟、漏斗及串珠状落水洞等岩溶现象发育,地表汇水沿垂直岩溶管道灌入地下,转化为地下径流。2)地下水。地下水主要有孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水三类。孔隙水主要分布于第四系覆盖层中,水量贫乏;基岩裂隙水主要分布于进口段碎屑岩层及断裂破碎带中,水量贫乏;岩溶水分弱承压水及潜水两类,弱承压水在暴雨期间会集中涌水管道造成短时突水的可能性,潜水形成局部岩溶和岩溶突水危害,是该隧道施工的主要工程地质问题。

3 超前地质预报施工流程

超前地质预报施工流程如图1所示。

4 超前地质预报技术

4.1 有针对性的补充地质调查

补充地质调查的主要内容包括不同岩性、地层在隧道地表的出露及接触关系,岩层产状及其变化;构造在隧道地表的出露、分布、性质、规模及其产状变化;地表岩溶发育、规模及分布规律。

4.2 地质素描

地质素描的方法及预报成果如表1所示。

表1 地质素描的方法及成果预报

4.3 岩溶地质预报

4.3.1 岩溶地质学方法对隧道溶洞进行定性预测

对岩溶发育区域的地貌、地质调查分析,进行定性预测。地质学预测的方法及预报成果如表2所示。

表2 地质分析法及成果预报

4.3.2 TSP203超前地质预报系统

TSP203超前地质预报系统适用于极软岩～极硬岩的任何地质情况,可方便快捷的预报掌子面前方100 m～200 m范围内的溶洞、断层破碎带、软弱地层等不良地质情况。

工作方法:TSP203超前地质预报系统测线布设在掌子面附近的边墙上,它由两个接收器孔和24个炮孔组成,两个接收器孔对称分布在两边墙,24个炮孔等间距布置在一侧边墙。

根据围岩软硬和破碎程度以及距接收器位置的远近,每个炮孔装药20 g～50 g,炸药为高爆速炸药,雷管采用零延时电雷管。

在预报过程中,数据解释除充分利用TSP203系统提供的信息、成果外,还需通过其他的预报手段进行综合判断。TSP203地震反射波法进行中长距离(100 m)较大的岩性结构变化情况的预报,采用探地雷达进行短距离(10 m～40 m以内)的精细岩性结构变化情况的预报。

4.3.3 超前地质钻孔

超前地质钻孔主要用于岩溶及地下水发育地段,超前钻孔可最直接的揭示掌子面前方的地层、岩性、节理裂隙等地质特征,是对其他探测手段成果的最后确认和补充。超前地质探孔布置如图2,图3所示。

4.3.4 岩溶水预报

为了搞好超前防水预测预报和快速查找隧道外围威胁隧道安全的隐蔽水体,采用物探和钻探相结合的方法;可采用红外探水法、电法、钻探以及水温监测等方法准确判定出岩溶水的类型,出水量大小等。

4.4 水文地质预测预报

其主要内容有地表井、泉的量测,洞内水文地质预报等。

1)专人负责地表溶槽及谷底漏斗、落水洞、溶沟的泉水、井水水量及地表钻孔水位变化长期量测,分析研究量测结果,及时提出处理措施。2)采用容量法、三角堰法、梯形堰法、规则断面流速法、水泵抽水量法等获取掌子面附近涌水量的实际数据,长期观测记录,综合分析,对未开挖段开展水文地质预报工作。

5 结语

文章介绍了补充地质调查、地质素描、TSP203超前地质预报以及超前地质钻孔等超前地质预报技术,并以TSP203超前地质预报为主要手段,对乌池坝隧道进行岩溶地质超前预报,实践证明是基本成功的,该方法的应用取得了宝贵的岩溶地质超前预报经验。但需指出,岩溶地质超前预报是非常复杂的,预报难度也相当大,预报的精确性问题更难。建议在同类岩溶隧道地质预报中,进一步总结经验、开发技术,把岩溶预报的准确性和预报精度提高到一个新水平。

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