隧道超前地質(zhì)預(yù)報TSP儀器探測法在峽口隧道中的應(yīng)用

摘 要：介紹渝湘高速D2合同段峽口隧道左線超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)預(yù)報；TSP儀器

1、峽口隧道工程概況及地質(zhì)條件

峽口隧道位于重慶市黔江區(qū)濯水鎮(zhèn)蒲花村和馮家箱子鋪村之間，為一座上、下行分離的四車道高速公路中型隧道。左線起訖樁號為ZK13+940～ZK14+808，全長868m，右線起訖樁號為YK13+923～YK14+795，全長872m，隧道線形為曲線。左線最大埋深約105m，右線最大埋深約97m，隧道洞內(nèi)設(shè)一處行人橫洞。進(jìn)口段為散體結(jié)構(gòu)的殘坡積硬塑狀壓粘土和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，圍巖穩(wěn)定性很差，易產(chǎn)生塌方。出口段為弱風(fēng)化硬巖，較破碎，層狀、塊碎石結(jié)構(gòu)，有干溶洞及溶蝕裂隙影響巖體穩(wěn)定性，有產(chǎn)生小規(guī)模塊體塌落的可能。洞身段為軟巖，較完整，局部為碎石狀、層狀、塊狀結(jié)構(gòu)較破碎；軟巖與硬巖共存，較破碎，層狀、塊狀結(jié)構(gòu)，隧道橫斷面方向巖性變化大，極易產(chǎn)生大塌方。

2、超前地質(zhì)預(yù)報概述

隧道工程地質(zhì)工作主要是超前地質(zhì)預(yù)報，超前地質(zhì)預(yù)報分為長期和短期超前地質(zhì)預(yù)報，長期地質(zhì)預(yù)報采用的技術(shù)手段有地面地質(zhì)調(diào)查法、斷層參數(shù)預(yù)報法和TSP等儀器探測法，一般預(yù)測距離為掌子面前方100—300m，預(yù)報的精度可達(dá)85%—90%以上。短期地質(zhì)預(yù)報又稱為跟蹤預(yù)報，它是在長期超前地預(yù)報的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化開展的預(yù)報工作，預(yù)報的距離一般可達(dá)掌子面前方10—30m。其技術(shù)手段有兩種，即掌子面編錄預(yù)測法和地質(zhì)雷達(dá)等儀器探測法，其精度可達(dá)90%—95%以上。

3、超前地質(zhì)預(yù)報在峽口隧道施工中的應(yīng)用

峽口隧道采用TSP技術(shù)對開挖面前方圍巖情況進(jìn)行了探測，目的是為開挖指明地質(zhì)概況，從而對不良地質(zhì)和圍巖類別的變化作好開挖進(jìn)尺及變更的準(zhǔn)備，做到心中有數(shù)并在施工中時刻保持高度警惕，最終達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、快速的目的。

4、檢測設(shè)備及原理

4.1儀器設(shè)備簡介

根據(jù)設(shè)計施工情況，峽口隧道采用TSP技術(shù)進(jìn)行超前預(yù)報，探測設(shè)備為TGP12超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)。

TGP12隧道地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)能在中等硬度級別的隧道圍巖中對掌子面前方150—200米范圍內(nèi)的巖性變化、斷層、破碎帶、巖溶發(fā)育帶以及它們的產(chǎn)狀、規(guī)模和前方巖層的含水特性做出預(yù)測預(yù)報，并能計算出上述范圍內(nèi)的縱波、橫波速度、波速比，泊松比，相應(yīng)巖體的動彈模量和剪切模量等巖石力學(xué)參數(shù)。

4.2檢測原理

地震波在巖石中以球面波形式傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綌鄬印r體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶，一部分地震信號反射回來，一部分信號進(jìn)入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播。反射的地震波信號被高靈敏度的地震波器接收，反射信號的傳播時間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比，因此通過測量直達(dá)波速度、反射回波的時間、波形和強(qiáng)度，可以達(dá)到預(yù)報掌子面方地質(zhì)條件的目的。

5、準(zhǔn)備工作、測線布置及說明

5.1準(zhǔn)備事項

5.2測線布置及說明

5.2.1接收孔的布置

預(yù)報時峽口隧道左線掌子面樁號為ZK14+628.5里程處，在ZK14+567.5里程左右兩側(cè)用鑿巖機(jī)鑿眼，該孔略向上傾斜，高為1.1m、深為2m、直徑為50mm。鑿?fù)昕缀髴?yīng)立即進(jìn)行清孔工作，以利于順利送入預(yù)報接收檢波器，孔中預(yù)報接收檢波器采用黃油耦合，接受孔距掌子面61m。

5.2.2激發(fā)炮孔的布置

激發(fā)炮孔在左側(cè)邊墻的里程是ZK14+587.5—ZK14+622。在隧道左邊墻的同一水平線上從里向外布置24個炮孔（最里邊的一個炮孔距離掌子面6.5m），炮孔間距1.5m，炮孔高度為1.1m，（如圖）深為1.8m，鉆孔時必須注意保持鉆桿向下15°左右的傾角（以利于向炮孔中灌水封炮孔），鉆桿直徑為38-50mm，激發(fā)炮孔與接受孔的最近距離為20m。 圖：激發(fā)炮孔

圖：鉆孔平面布置圖

6、數(shù)據(jù)采集

在一切準(zhǔn)備就緒以后，預(yù)報工作開始，首先技術(shù)人員用水封激發(fā)孔中的炸藥，以利于波的傳播。用哨子作為起爆信號，第一個起爆孔為距離掌子面最近的炮孔，依次向接收孔靠近，在預(yù)報工作過程中掌子面先停止作業(yè)，以防爆破時對掌子面圍巖擾動出現(xiàn)浮石掉塊傷人。

7、測試結(jié)果分析

采集的TSP數(shù)據(jù)，技術(shù)人員通過TGPwin軟件進(jìn)行處理，獲得P波、SH波、SV波的時間剖面、相關(guān)偏移歸位剖面等成果。綜合分析隧道左右壁原始記錄，分離后的縱橫波（P、SH、SV）記錄得知：檢測段圍巖在ZK14+628-ZK14+567段，縱波（Vp）速度為5180米∕秒；橫波（Vs）速度為2040米∕秒；動泊松比為0.408；巖體動彈性模量為26955Mpa；巖體動剪切模量為9527Mpa；巖體密度取23KN∕m3。預(yù)報里程樁號為ZK14+567-ZK14+808，其中ZK14+628-ZK14+808為超前預(yù)報工作預(yù)測段，長180m。

預(yù)報掌子面巖體情況如下表：

8、結(jié)論

在施工過程中有了相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，能更合理的做出施工方案。針對峽口隧道左線超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，預(yù)報掌子面前方巖體里程：ZK14+628-668、ZK14+690-720、ZK14+740-808段為軟硬巖變化接觸帶、溶蝕帶或裂隙發(fā)育帶；其中ZK14+648-660、ZK14+690-706推斷該段可能發(fā)育溶槽、溶隙，且具有含泥化充填物和含裂隙水、巖溶水的可能性；其他段巖體相對較完整。

目前峽口隧道左線掌子面已經(jīng)順利完成貫通，從開挖過程來看洞身圍巖的揭示，隧道超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)論符合現(xiàn)場施工實際情況。尤其在出洞口一段，隧道左線覆蓋層薄、巖體為軟硬巖變化接觸帶、裂隙發(fā)育帶，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)論結(jié)合掌子面實際開挖情況，隨時調(diào)整開挖進(jìn)尺、加強(qiáng)超前小導(dǎo)管預(yù)加固圍巖、噴射砼噴密實嚴(yán)格控制拱架背后無空洞，保證了峽口隧道左線掌子面安全、優(yōu)質(zhì)的貫通。

參考文獻(xiàn)

[1]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTJ042-94，人民交通出版社

[2]《隧道施工及組織管理指南》，吳煥通等編，人民交通出版社