第３４卷第１Ｏ期 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１０ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２０１５年４月 Ａｐｒ．２０１５ 超前地质预报在地质复杂隧道施工中的应用 张剔愚 （中国中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南长沙４１０１１７） 摘要：超前地质预报是地质复杂隧道施工的重要工序，通过采用常规地质法、ＴＳＰ２０３、地质雷达、地质钻探、超前平行导 坑等综合预报手段，准确地预测与反馈掌子面前方及隧道轮廓外的具体地质信息，是地质复杂隧道建设的迫切需要。文章 以武广客运专线ＸＸＴＪＩＶ标段隧道为例，着重介绍了岩溶地区隧道综合的超前地质预报技术。 关键词：客运专线；岩溶隧道；ＴＳＰ２０３；超前地质预报；分级管理 中图分类号：Ｕ４５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１５）１０—０００４—０４ ＤｏＩ：１０．１４１６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｕｎａｎｓｃｉ．２０ｌ５．１０．ｏ０２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＺＨＡＮＧ Ｔｉ—ｖｕ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｗｕｊｕ Ｇｒｏｕｐ Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００１７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｔｅｐ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｒｇｅｎｔ ｎｅｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｕｎｎｅｌ，ｗｈｉｃｈ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｐｒｅｄｉｃｔｓ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｕｔｓｉｄｅ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ＴＳＰ２０３，ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ａｄｖａｎｃｅｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｉｌｏｔ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｋａｒｓｔ ｒｅｇｉｏｎ ｉｓ ｈｉｇｈｌｉｇｈｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ＸＸＴＪＩＶ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｎｄｅｒｓ ｏｆ Ｗｕｈａｎ－Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅ；ｋａｒｓｔ ｔｕｎｎｅｌ；ＴＳＰ２０３；ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 隧道穿越区域中，如遇隐伏岩溶、断层等较大不良 地质区段，会导致施工过程中突水、突泥、坍塌、区域沉 中，存在物探异常地段、洞顶发育有大型封闭溶蚀洼地 或多处泉眼，施工可能诱发较大环境灾害或造成较大环 陷、有害气体突出等地质灾害或不良的环境影响，并给 隧道结构安全与今后的运营留下隐患。为规避施工风险， 科学组织武广客运专线隧道施工，需要采取多种手段，分 境影响；海棠隧道岩溶十分发育，称为当时国内在建的岩 溶发育最为复杂的隧道之一，分布多处岩溶漏斗，出口 ＤＫ１８３７＋４００一＋８００附近岩溶呈串珠状，最大达５０ ｍ左右， 级管理，开展综合超前地质预报工作，较准确地预报隧 道地质情况，制定可靠的处理方案和技术措施，及时采 取预防手段与应急预案，确保隧道安全顺利地通过隧道 不良地质区段。 金门口隧道附近有大型暗河系统，仙殿岭、弱口等隧道 穿过煤系地层，可能含有瓦斯。隧道施工中易产生突水 涌泥、塌顶等情况。 ２隧道超前地质预报 ２．１预报工作重点 １工程概况 武广客运专线ＸＸＴＪＩＶ标（ＤＫ１８２０＋０２９．６５一ＤＫ１９０１＋ ２６１．７２）位于湖南省郴州市境内，共有隧道３４座，总长 ２１ ５９０ ｍ，其中，长度大于１ ０００ ｍ的隧道５座，海棠（２ ９０８ ｍ）、九子仙（２７２８ ｍ）两座隧道为本标段的重点控制工程。 本标段隧道地质条件总体较差，岩溶、地下水发育 广泛，软弱破碎、富水、导水性良好地层和大型断层破碎 带、可溶岩与非可溶岩接触带较多；部分隧道勘查设计 收稿日期：２０１５—０３—０９ 作者简介：张剔愚（１９７２一），女，湖南益阳人，大学本科，工程师，主要 针对本标段隧道工程的地质特点，为满足施工需要 与防范可能的突水涌泥、隧顶坍陷等风险，确定以预测 行探测： 预报大型岩溶、富水构造为重点，着重对以下几方面进 ①不良地质，重点是大型溶洞、暗河、人为坑洞等发 育情况的预测预报。 管道水、富水断层、富水地层等的预测预报。 岩完整性的构造发育情况的预测预报。 ②含水构造的位置、规模及其性质，特别是对岩溶 ③地质构造，特别是对断层、节理密集带等影响围 从事工程技术及管理工作。 ６ 企业技术开发 粘土充填。 ３．２地质观察与素描 ２０１５年４月 ②根据本工程特点及现有地质预报仪器设备等资 源现状，确定各级管理的基本预报手段，隧道超前地质 预报分级管理预报措施，见表２。 表２隧道超前地质预报分级管理预报措施表 以掌子面里程ＤＫ１８３８＋３６３时为例。海棠隧道ＤＫ１８３８＋ ３６３掌子面情况，见表４。 表４海棠隧道ＤＫ１８３８＋３６３掌子面情况 序号 指标项目 内容评定 注：★必备重点措施，☆选择辅助措施 ２．５预报实际管理 根据标段３４座隧道的地质特点，研究既有勘察 设计的区域地质、工程地质资料，从而对整个地区 地质情况有一个比较全面和深刻的认识，通过对 地形地貌、地质构造、地层岩性、不良地质及特殊 地质、地下水发育情况、隧道的主要工程地质问题 等资料的分析和把握，针对不同地段的地质情况进行地 质预报重要性分级，对不同级别的隧道或地段采取不同 的预报手段。针对武广客运专线ｘｘＴＪＩＶ标隧道标段分级 管理，见表３。 表３武广客运专线ＸＸＴＪＩＶ标隧道分级管理表 ３．３ ＴＳＰ２０３预报 ①现场工作布置：探测时间为２００７年７月２１日，掌子 面里程ＤＫ１８３８＋３６３。现场施工采用台阶法开挖，掌子面 平整度一般，掌子面宽度１２．４ ｍ，高７．２ ｍ。本次一共布置２４ 个炮孔，距掌子面最近的６ｍ。各孔间距１．５ ｉｎ， 孔深１．５ ｍ，距地面高约１．２ ｍ，每个炮孔装药 量为５Ｏ ｇ。２个传感器对称布置于掌子面后方 的侧壁边墙上，其中，１号接收传感与各爆破孔 在同一侧，并与第一个炮孔相距２０ ｍ。 ②仪器及数据获取：探测采用瑞士安伯 格测量技术有限公司ＴＳＰ２０３超前地质预报系 统。获取探测时间剖面、深度偏移剖面、提取的 反射层、岩石物理和力学参数的二维成果２Ｄ 显示、岩石力学参数表等资料后，进行相应判 释，对前方一定区段内地质状况进行预测。 ３预报实例——海棠隧道出口ＤＫ１８３８＋３６３ ＋２４０ 段Ａ级管理 ３．１地质资料分析 海棠隧道（全长２ ９０８．８１ ｍ），隧址 通过地区为剥蚀一侵蚀一构造型丘陵， 区内植被发育，山坡及谷地被薄层表土 ③探测结果：掌子面前方１２３ｍ范围内，岩体工程地 质特征，见表５。 表５海棠隧道超前地质预报围岩工程特征表 覆盖。出露地层从新到老依次为：第四 系Ｑ４、二叠系上统Ｐ２、二叠系下统Ｐ１、 石炭系中上统Ｃ２＋３。隧道区褶皱发育， 处于海棠背斜核部附近，在核部可见小 的向斜及背斜构造。本段不良地质主要 为岩溶，地表可见漏斗、落水洞等，线型 岩溶率据设计资料为２３％一５４．５％，地下 ９７ ｍ以上灰岩多为溶蚀破碎及溶蚀灰 岩，隧道多处于此标高以上，洞身岩溶 十分发育，呈串珠状，为软塑一流塑的 第３４卷第１Ｏ期 张剔愚：超前地质预报在地质复杂隧道施工中的应用 ７ ３．４水平地质钻探等 本段连续实施了４次共计１５０ ｉｎ水平地质钻探。各段钻 探情况见表５。同时，对ＤＫ１８３８＋３１５一＋２９９、ＤＫ１８３８＋２７９～ ＋２５５等部分软弱地段实施了地质雷达探测与验证。 表５推断围岩等级与原设计围岩有较大区别。 ＴＳＰ２０３预报范围内存在的主要不良地质现象为溶洞、溶 蚀裂隙，软塑状粘土半充填一全充填，易造成涌泥或坍塌 现象发生，建议及时变更围岩级别与支护措施，采用型 钢钢架及超前小导管预支护等加强措施，以安全渡过该 段岩溶发育区。 经后来实际开挖证实，此段超前地质预报实际地质 情况与表５吻合，达到指导施工、提前进行支护变更设 计、预防风险等的预期效果。 ４结语 ①坚持综合的超前预报与分析的方法。ＴＳＰ２０３地质 预报等物探手段，具有间接性以及对其预报结果多解性 等弱点，单种地质预报方法均有其局限性及适用范围， 预报理论与技术需完善，仪器和设备需不断更新改进。 这就要求我们对地质复杂隧道采取多种预报手段，坚持 洞内预报与洞外勘探相结合、地质方法与物探方法相结 合、辅助导坑与正洞探测相结合，相互补充和印证的原 则，开展长中短距离相结合、多层次多手段相结合的综 合超前地质预报。本标段以海棠隧道等代表的重难点隧 道在实施过程中，充分利用平导、地质钻、加深炮孔并结 合掌子面观察与地质素描等手段，与ＴＳＰ２０３物探结果进 行对比分析，对隧道正洞进行了有效预报，取得了良好 效果。 ②坚持对超前地质预报工作进行分级管理。每一项 工程投人的人财物等资源是有限的，特别是对诸如本工 程大区段多隧道群的段落，坚持分级管理起到了分清主 次、突出重点、提高效率，达到既预报准确又节省有限资 源的目的。 ③坚持超前地质预报资料严格管理。资料管理是现 场较薄弱的环节。各种预报均须编制预报成果报告，特别 是对已实施Ａ、Ｂ级预报的段落应编制综合分析预报报 告，归纳汇总建立地质档案。并为以后的竣工文件相关 内容的绘制等需要积累现场原始资料。 ④超前地质预报作为施工工序存在的问题需要进一 步解决。 超前地质预测预报。作为工序纳入施工组织管理，应 给予必要的操作时间和空间，但现场操作时，地质预报 工作与工期的矛盾比较突出，特别是对超前地质预报做 得比较到位，超前钻孔打得比较多的重点长大隧道，占用 地质预报费用。目前超前地质预报费用普遍偏低，影 响地质预报工作的正常开展。有些大型项目由业主直接 招标，由第三方有资质的专业单位进行的超前地质 预报工作，是一个可喜的尝试。 某些隧道工点施工过程中的地质预报，宜只是区域 险，应当在设计阶段做出较明确的分析、界定，以便为施 ２０１０１２４１号，高速铁路隧道施工技术指南【ｓ】． ２】齐传生．隧道及地下工程超前地质预报技术介绍［ＥＢ／ＯＬ］ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｏｃｉｎ．ｅｏｍ／ｐ一１４６７３８６８７．ｈｔｍｌ，２００６—０４． 施工时间较长。地质情况中的个体反映。其总体地质情况与重大地质风 工创造必要的前提条件。参考文献：［１】铁建设［［
