瞬变电磁仪法在隧道施工涌水预报中的应用

薛永斌

(中国水利水电第四工程局有限公司, 青海西宁 810007)



瞬变电磁仪法在隧道施工涌水预报中的应用

薛永斌

(中国水利水电第四工程局有限公司, 青海西宁 810007)

富水地层隧道施工过程中，由于受到地质条件的影响及施工技术水平等因素的限制，在开挖过程中易引发涌水、涌泥地质灾害，威胁施工人员生命安全，阻碍工程的顺利进行。文章结合四川省南充～大竹～梁平高速公路铜锣山隧道工程地质条件，运用瞬变电磁仪法对前方地质条件进行预报分析，经实践验证可有效避免工程地质灾害的发生，为隧道施工提高了可靠的地质参考依据。

富水地层；隧道涌水；瞬变电磁仪法

随着我国隧道数量的不断增多，隧道施工过程中遇到的复杂地质问题也越来越多。特别是富水岩溶地区的隧道工程，由于岩溶地质本身的复杂性，在隧道开挖过程中，经常会随机揭露岩溶及岩溶地下水，易引发涌水、涌泥等工程地质灾害，威胁施工人员生命安全，阻碍工程的顺利进行。

目前隧道常用的超前地质预报方法多种多样，如地质雷达、超前水平钻探、瞬变电磁仪法(TEM)、地震反射波法(TSP)等[1-3]。本文结合四川省南充～大竹～梁平高速公路铜锣山隧道工程地质条件，运用瞬变电磁仪法对前方地质条件进行预报分析，经实践验证可有效避免工程地质灾害的发生，为隧道施工提高了可靠的地质参考依据。

1　工程概况

铜锣山隧道位于南充～大竹～梁平(川渝界)高速公路，地下水主要为第四系孔隙潜水入下伏基岩裂隙水，埋深浅，富水性一般，受地表水及降雨影响明显。隧道段以碳酸盐岩类裂隙溶洞水为主，碳酸盐岩系水文地质条件较复杂,水量较丰富,构面隧道重要涌水或突水层段。

2　瞬变电磁仪法(TEM)基本原理

具体工作方法是在洞外或者洞内进行发射线框支架组装，然后将发射线框附于支架之上，同时在洞内进行发射机、接收机和线框的连接，然后开始进行现场观测——对掌子面进行探测(图1)。

图1　隧道内不共面同轴偶极方式采集布置

3　瞬变电磁仪法预报成果

本次测试的范围为隧道出口左线ZK136+397～ZK136+310。

3.1掌子面现状

掌子面岩性主要为灰色中厚层状灰岩，层厚以20～30 cm为主，岩性坚硬。掌子面左侧及掌子面上部岩层产状为175°∠28°，层间结合一般，掌子面稳定性一般；掌子面中部靠下位置岩层产状为150°∠50°，局部受褶曲影响倾角变化较大；掌子面右下角位置受褶曲影响较大，围岩破碎，产状不明显，稳定性较差，易掉块、坍塌。掌子面附近地下水发育，右下角有股状水由底板涌出，拱顶及掌子面周围多处渗水(图2)。

图2　ZK136+397掌子面素描

3.2测点布设

测点布设见图3。

图3　本次测试测点布设平面图

3.3预报结果分析

预报分析结果见图4、图5。

图4　单测点电磁场衰减图

图5　岩体电阻率分布等值线平面图(单位：Ω)

岩体电阻率有效数据为16 m以后区域，本次探测电磁场至掌子面前方约100 m处(ZK136+297)衰减完毕。岩体电阻率分布及分析见表1。

表1　岩体电阻率分布及分析

4　结论与建议

4.1结论

(1)ZK136+380～ZK136+330段岩体存在明显低阻异常带，表明该段地层中地下水富集。结合岩体岩性为薄～中厚层泥灰岩，说明该段岩体裂隙极为发育，特别是ZK136+360～ZK136+340地下水富集，岩溶发育，有溶腔、溶洞发育的可能。由于该段岩体较破碎，在高阻区ZK136+340隧道开挖过程中，可能导致前方和右方含水构造的地下水涌入隧道，产生涌突水危险。

(2)掌子面前方围岩受褶曲影响，岩体较破碎，地下水发育且水位较高。

(3)从工程地质分析该段岩体主要为灰岩、泥灰岩，结合目前左、右洞岩性分析，目前隧道掌子面位于可溶岩与非可溶岩的接触带，局部受褶曲构造影响，岩体较破碎，节理裂隙较发育，地表岩溶槽谷发育，地表水和地下水连通性较好，适宜岩溶发育，因此隧道开挖存在较大的涌突水风险。

4.2建议

(1)以上测试结果中关于富水带的桩号位置及规模均存在误差及不确定性，隧道在施工至ZK136+360附近时应进行超前钻孔探测，以进一步查明。建议左右边墙附近各布置1个不取芯钻孔，隧道中部至少布置1个不取芯钻孔，两侧钻孔钻进时向外、向上偏移一定角度。

(2)建议在该段施工过程，岩溶富水区必须进行加深炮孔作业，提前对前方含水体进行排泄减压，防止较大涌突水造成的灾害。

(3)该段开挖过程中，安排专人做好掌子面地质素描工作，密切监视岩层产状变化信息及出水情况，特殊地段以图片格式记录。

[1]武军杰. 瞬变电磁新技术在隧道超前地质预报中的应用研究[D].长安大学,2005.

[2]郭伟伟. 隧道施工超前地质预测预报综合技术方法研究[D].西南交通大学,2006.

[3]朱劲. 超前地质预报新技术在铜锣山隧道的应用及综合分析研究[D].成都理工大学,2007.

薛永斌(1989～)，男，本科，助理工程师，主要从事隧道施工方面技术工作。

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[定稿日期]2016-03-21