九顶山隧道不良地质条件下超前雷达探测综合预报

文/中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室 宋罡 吴振君 汤华

云南楚大高速公路扩建工程建设指挥部 钟明文

1 工程概况

九顶山特长隧道为楚大高速改（扩建）工程的控制性节点工程，九顶山特长隧道右幅长7575m，起点KK281+525，终点KK289+100，最大埋深737.12m；九顶山特长隧道左幅长7576m，起点 ZK281+532，终点ZK289+108，最大埋深738.23m。其中，左幅埋深大于500米隧道长度约为1929m，右幅埋深大于500米隧道长度约为1830m，九顶山隧道为深埋长大隧道。

2 工程地质条件

九顶山隧道区段内构造挤压严重，变质作用强烈，岩体破碎，沿断层带，多处、多期侵入岩活动强烈，花岗斑岩、辉绿岩以岩枝、岩脉、岩株、岩墙状不规则侵入区内各地层。地质构造及岩浆岩的不规则频繁侵入对隧道围岩，形成多个性质复杂的断层构造带、岩性接触带、蚀变带等围岩破碎带，对围岩稳定及隧洞开挖影响较大。侵入岩喷出岩（花岗斑岩、辉长岩、玄武岩）发育，区域上及隧洞围岩范围内有多处大小规模不一的侵入岩发育，与侵入岩蚀变带附近的灰岩、白云质灰岩蚀变强烈，具有较强软化变形潜势。

雨季时地下水丰富，可出现较大涌水并导致大崩塌。雨季时地表水沿破碎带可出现大涌水。

3 测试内容简介

九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面进行了地质雷达超前探测，测试深度20m。九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面进行了两个钻孔的孔内雷达深孔探测，测试深度分别为39m和36m。

图1 进口右洞K282+747掌子面

4 隧道掌子面基本情况

九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面照片如图1，左侧围岩以中厚层青灰色侵入岩（辉绿岩）为主，呈碎裂块状镶嵌结构，碎块较大，结合较紧密；中间及右侧围岩主要为中厚层块石状灰白色白云质灰岩及白云岩，局部夹少量泥质砂岩，虽未出现明显的小断层，但掌子面中间位置斜向约45度隐约显现疑是可能存在的小断层，推测是由于大的碎石块体间长期相互挤压作用而形成的，并夹杂碎石粉末；灰岩陡倾，倾角约75度左右，倾向洞的右侧；掌子面下方超前钻孔刚打完后，孔内出水量较大，经12小时后明显减小，呈短暂涌流出水状,初步判断掌子面前方一定范围内不会存在断层或破碎带。局部岩体极少破碎；周边无渗水滴水现象，岩性接触带无明显蚀变。

5 超前地质雷达和孔内地质雷达测试结果

1.在九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面进行了超前地质雷达测试，现场采集到的数据波形通过地质雷达处理分析软件进行处理后，得出地质雷达测试结果见图2。根据地质雷达探测得到的反射波图像，结合隧道工程地质勘察结果和观察掌子面围岩特征，分析前方20m范围地质情况如下：掌子面前方0m～8m、11m～20m范围内雷达电磁波反射界面较强，呈现出不均的低频反射波组，波形频率快速变低，波形杂乱，振幅较强，存在二次或多次震荡，同相轴时断时续且杂乱。初步推测围岩K282+747～K282+755段，左侧为较完整岩体，且完整性不均一，岩质软硬不均匀，掌子面中右侧呈块状、碎裂状结构分布，结合较紧密，局部岩体之间由于相互挤压作用较破碎，不同岩体之间相互入侵，夹少许泥质砂岩，裂隙水呈短暂涌流出水状；推断围岩K282+758～YK282+767段可能有小的断层破碎带存在，岩性溶蚀变化接触带，含水量较小，主要为灰黑灰绿色辉绿岩，岩体呈角砾状，碎裂块状结构较松散破碎，整段围岩完整性较差。

图2 掌子面K282+747探测剖面

2.在九顶山隧道进口右洞K282+747掌子面左右两个间距约10m的钻孔内进行了钻孔地质雷达测试，其中左孔孔口处距左边墙长约3.5m，距地面高约1.5m，测试深度36m；右孔孔口处距右边墙长约3.5m，距地面高约1.5m，测试深度39m。

左孔的测试结果如图3所示，通过测试结果分析，未见明显洞蚀异常反射现象，初步推测存在以下异常区域：（1）距孔底0～3m，桩号K282+782～+783段距钻孔周围6～11m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎、节理裂隙发育区，并伴生发育有裂隙水；（2）距孔底4～7m，桩号K282+776～+779段距钻孔周围11～23m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎，节理裂隙发育区，并伴生发育有裂隙水；（3）距孔底11～12m，桩号K287+771～+772段距钻孔周围15～21m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎，节理裂隙发育区；（4）距孔底25～26m，桩号K287+757～+758段距钻孔周围15～21m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎，节理裂隙发育区；（5）距孔底32～34m，桩号K287+749～+751段距钻孔周围11～21m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎，节理裂隙发育区。

图3 掌子面K282+747左孔钻孔地质雷达测试结果（测试深度36m）

图4 掌子面K282+747右孔钻孔地质雷达测试结果（测试深度39m）

右孔的测试结果如图4所示，通过测试结果分析，未见明显洞蚀异常反射现象，初步推测存在以下异常区域：（1）距孔底0～1m，桩号K282+785～+786段距钻孔周围4～7m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎、节理裂隙发育区，并伴生发育有裂隙水；（2）距孔底29～30m，桩号K282+753～+754段距钻孔周围16～22m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎，节理裂隙发育区；（3）距孔底36～38m，桩号K287+748～+750段距钻孔周围15～21m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎，节理裂隙发育区；（4）距孔底38～39m，桩号K287+747～+748段距钻孔周围15～21m区域有异常反射，可能存在岩石较为破碎，节理裂隙发育区，并伴生发育有裂隙水。

表1 基本工程地质条件及围岩类别地质预报

6 结论

根据超前地质雷达、钻孔地质雷达测试和掌子面现场调查结果，并结合隧道进口段的基本工程地质条件和围岩类别地质预报（结果详见表1），主要结论如下：

进口右洞K282+747～+755段，左侧为较完整岩体，且完整性不均一，中右侧呈块状、碎裂状结构分布，夹少许泥质砂岩。K282+758～+760段可能有小断层破碎带，岩性溶蚀变化接触带，含水量较小，岩体较松散破碎。左侧K282+757～+758、K282+749～+751段岩石较为破碎，节理裂隙发育，其中K282+782～+783段裂隙水发育；右侧K282+785～+786、K282+753～+754、K282+748～+750、K282+747～+748段岩石较为破碎，节理裂隙发育，其中K282+785～+786和K282+747～+748段裂隙水发育。K282+747～+760段推测围岩级别为Ⅳ2，K282+760～+767推测围岩级别为Ⅳ1。