浅谈超前地质预报基本做法及在不良地质隧道中的应用

陈美艳（中铁二十四局集团新余工程有限公司，江西新余338000）

浅谈超前地质预报基本做法及在不良地质隧道中的应用

陈美艳（中铁二十四局集团新余工程有限公司，江西新余338000）

针对渝黔引入贵阳枢纽铁路上堰隧道不良地质围岩（顺层偏压、节理发育）且距既有川黔线47～58m等施工特点，该文就如何做好超前地质预报工作及从施工安全的角度探讨超前地质预报在不良地质隧道施工中的应用。

隧道施工；超前地质预报；不良地质；处理方案

1 工程概况

客运系统：渝黔正线接入贵阳北站与贵广线贯通，为解决重庆～上海方向的跨线车转线运行，新建两条客车联络线并设区间线路所接入贵阳东站。

货运系统：线路于正线D4K332公里设置线路所引出货车联络线，结合货车联络线的设置，既有线在都拉营站前局部增建二线，既有川黔线都拉营～关田段单线能力不能满足运输需要，自都拉营～关田增建货车第二线，相应改建都拉营车站、黔灵山车站和关田车站。车站改建均不增加到发线规模。

渝黔引入贵阳枢纽代建范围包含改造既有车站3座，新增线路所7个。线路全长54.56km。其中：隧道工程：10座/ 12573延长米，其中：3km以上隧道1座 （洋坝隧道，全长3242m），2km以上隧道2座（望乡坡隧道，全长2600m；钟寨隧道，全长2250m），隧道工程占本标段的65%左右。

上堰隧道（HD2K419+115，L=320m），单线隧道，由进口往出口方向单口掘进，最大埋深56m，区内海拔1074～1200m，为低中山地貌，区内属亚热带高原季风湿润性气候，雨量充沛，分干湿两季，隧道进出口附近有水泥公路和渝黔铁路经过，交通较为便利。全隧共出碴2.3万方（实方），其中2.08万方调配给路基使用，其余弃于花溪区吴山村弃碴场，运距20km，运输线路由上堰隧道施工便道进入北京西路后，由北京西路转入甲秀南路往花溪方向运输至弃碴场。

本隧道进出口采用台阶式洞门，进出口右侧边坡顺层，进口设置2根1.5m×2m的预加固桩，桩长14m、9.5m；出口设置1根1.5m×2m的预加固桩，桩长11m。

全段采用静态爆破法开挖，设置复合式衬砌，锚喷构筑法支护，并对支护结构体系变形进行监控量测，喷混凝土采用湿喷工艺，隧道拱墙衬砌一次灌注，带仰拱段应先施工仰拱，仰拱应整体灌注。

2 设计地质情况

该隧道位于既有川黔线西侧伴行，相距47～58m，既有线工程为高边坡，隧道开挖面距高边坡坡面约50m。

隧道穿越山体由厚层夹中厚层状长石石英砂岩夹少量薄层泥岩构成，单斜构造区，岩层产状N25～30°E/52～55°SE，岩层走向与隧道洞轴线呈小角度相交，线路右侧围岩顺层偏压；隧区发育3组节理，线密度一般1～2条/m，节理面多平直光滑，紧闭～微张，岩体多被切割成大小不等的棱型块状。

3 超前地质预报工作开展情况

隧道施工中，超前地质预报关系到工程安全、质量和进度，应通过综合超前地质预报手段探明前方地质条件，以便采取有效的施工措施，避免施工突发灾害的发生，确保各项目标顺利实现。

上堰隧道设计采用的主要预报方法：地质调查法、加深炮孔超前探测。地质调查法、加深炮孔超前探测由工程部实施。将以上方法所得的资料进行综合分析与评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及先兆进行预测、判断。根据超前地质预测预报结果，相应优化调整措施，制定应急预案，以确保施工安全及结构安全。同时组成地质超前预报完整的技术体系，并坚持将超前地质预报合理纳入工序进行组织管理。

3.1 超前地质预测预报组织

由工程部组织实施，纳入施工工序管理，并根据预报结果，及时反馈设计单位，调整设计、改变施工方案。

在设计单位提供的地质资料和施工补充勘探的基础上，将超前地质预测预报工作纳入到隧道施工的正常工序中，以探明前方围岩的变化情况，预测施工中可能出现的地质灾害。及时修改、补充和完善隧道施工设计，为隧道的施工提出措施建议，避免重大事故的发生，保证施工的顺利进行。

地质超前预测预报由总工程师直接负责，具体工作由工程部承担。开工前制定详细的工作大纲，施工中严格按照大纲进行日常的预测预报工作。将预测预报结果及时提交总工及架子队技术层，作为现场施工的依据。

3.2 超前地质预报方法

结合上堰隧道工程施工特点以及工程地质、水文地质条件，开展下列超前地质预报工作：

3.2.1 预报的内容

（1）不同岩性接触带的位置，岩层风化程度、接触带岩体破碎程度、地下水富存及发育情况；

（2）隧道内围岩级别变化趋势；

（3）断层破碎带及可溶岩与非可溶岩接触带富水情况；

（4）岩溶发育程度、分布范围、形态及与隧道的相互关系。

3.2.2 预报的方法

针对上堰隧道地质预期分布情况，具体里程所采用方法见表1。

表1 超前地质预报探测表

全隧采用常规地质法进行短距离超前地质预报，根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分钻孔深度5～10m的探测情况，如地层岩性特征、岩体破碎程度、地下水发育情况、结构面性质、洞型变形破坏特征等，对掌子面进行地质素描，并进行地质作图（几何作图、块体坐标作图、赤平投影作图、洞身地质展示图等），结合地表调查情况，对掌子面前方一定范围（约5～20m）的地质条件进行预测、预报。每一开挖循环，均应进行一次，定期形成预报成果报告。若发现掌子面存在危及施工安全的其他异常情况，应及时上报监理、设计及建设单位，并采取相应措施。

地质调查法和加深炮孔探测法具体操作程序如下：

（1）地质调查法

①原理

地质法（相关关系法、趋势外推法、断层参数法）隧道地质超前预报主要根据隧道洞内外地质调查结果和隧道施工期掌子面地质条件调查结果（如岩体结构面掺装及发育状况、岩体破碎程度、岩石的贬值程度等的变化特征），通过地质作图及构造相关性分析，由地面构造产状推测其在地下隧道穿越深度位置的出露位置（相关关系法），由掌子面岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等变化特征推测掌子面前方可能出现的构造及其性质（趋势外推法），进行超前预报。

主要预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面特别是火成岩与沉积岩间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等。

图1 地质法隧道地质超前预报程序框图

②方法与工具

隧道掌子面每次开挖后和初喷后通过肉眼观察和锤击检查，描述和记录围岩地质情况：岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性等。判断围岩类别是否与设计相符，必要时应拍照，测量地下水流量；观察支护效果。

③观察内容

a.无支护的观察内容有：

A.岩石种类和产状；

B.岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造；

C.地层时代归属及产状；

D.节理特性、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，填充物的类型和产状等；

E.断层的性质、产状、破碎带宽度、特征；

F.地下水类型，涌水量大小、涌水位置、涌水压力、水的化学成分等；

G.开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。

b.有支护的观察内容有：

A.初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录；

B.有无锚杆被拉坏或垫板陷入围岩内部的现象；

C.喷混凝土是否产生裂隙或剥落，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏；

D.有无锚杆和喷混凝土施工质量问题；

E.钢拱架有无被压曲现象；

F.是否有底鼓现象。

（2）加深炮孔探测法

加深炮孔探测是在掌子面钻眼的时候，为了确保下一循环围岩情况而加深炮眼（每断面按距离拱顶、边墙1m位置按三角形布置3～5个固定延续的加深炮孔，与开挖轮廓线成5°外插角，加深5～10m），来探测掌子面前方的溶洞、泥槽、涌水、流沙等的一种超前地质预报方法。在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性构造性质及地下水等情况掌握的地质资料，综合不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，大致确定不良地质体的规模。

加深炮孔探测具有设备轻便、探测时间短、直观、可多孔同时进行的优点，一般要求每个开挖都应进行加深炮孔探测；加深炮孔探测的孔数、间距、偏角等要素应根据开挖面尺寸、安全岩盘厚度、要求的探测范围综合确定。

3.3 预报成果分析及处理

地质预测预报的结果由技术人员进行汇总，原始资料整理后上报设计单位。在综合分析的基础上，由测量组组长主持编写综合超前地质预测预报成果，对各种岩性进行描述，包括岩体应力、应变特征。

量化岩体参数、综合确定围岩级别，对不连续界面、层面的构成进行细化，着重查清地质构造、岩溶、断层破碎带。同时查明地下水循环规律和水流动特征以及地下水化学成份等。

成果提交项目总工程师，然后由总工程师牵头，工程部、测量组参加，会同有关专家对提交的成果进行再次分析，对可能出现的地质问题提出必要的安全措施。以指导现场施工。并根据预报结果，及时反馈设计单位，调整设计、改变施工方案。

4 超前地质预报在上堰隧道施工中的应用

4.1 施工中超前地质预报揭示地质情况

开挖过程揭示隧道围岩为灰色、浅灰色厚层夹中厚层状长石石英砂岩夹薄层状深灰色泥岩；砂岩为粗粒结构，岩质较硬，泥岩单层厚0.3～0.5m，在地下水的浸润下，岩质相对软弱；为单斜构造，岩层层面较陡立，倾角一般50～60°，局部70～80°间，层面有起伏扭曲现象，岩层层面与洞轴方向小角度相交，右侧洞身围岩顺层偏压；洞身内地下水弱发育，拱部有少量滴水现象；围岩风化差异现象明显，多为黄褐色砂砾状、块状全风化、强风化层与新鲜坚硬的弱风化层交替分布；总体上围岩风化不均、软硬不均，加之夹有薄层泥岩，造成围岩层间结合较差。

4.2 变更设计情况

（1）HD2K419+035～HD2K419+055段围岩级别由Ⅲ级调整为Ⅳ级，衬砌类型由Ⅲb型复合式衬砌调整为Ⅳb型复合式衬砌。

（2）D2K419+055～HD2K419+070段围岩级别由Ⅲ级调整为Ⅳ级，衬砌类型由Ⅲb型复合式衬砌调整为Ⅳb型复合式衬砌。

（3）HD2K419+070～HD2K419+085段围岩级别由Ⅲ级调整为Ⅴ级，衬砌类型由Ⅲb型复合式衬砌调整为Ⅴc型复合式衬砌。

（4）HD2K419+085～HD2K419+100段围岩级别由Ⅲ级调整为Ⅴ级，衬砌类型由Ⅲb型复合式衬砌调整为Ⅴc型复合式衬砌。

综上所述，超前地质预报是揭示隧道围岩情况最直接、最有效的手段，在施工中应将超前地质预报纳入施组和工序进行严格管理，特别是在不良地质隧道施工中，超前地质预报是隧道施工中的“千里眼”，能及时、迅速发现围岩变化情况，及时反馈给设计单位，调整设计、改变施工方案。所以超前地质预报对隧道施工的作用极为重要，在施工过程中要切实做好此项工作，可以有效预防隧道坍塌事故的发生。

[1]《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设[2008]105号）.

[2]《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007/J721-2007）.

[3]《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB-10417-2003）.

[4]《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）.

[5]渝黔引入贵阳枢纽铁路实施性施工组织设计.

U452.11

A

2095-2066（2016）33-0177-02

2016-11-10

陈美艳（1981-），男，工程师，本科，主要从事铁路建设施工管理工作。