瞬變電磁儀法在隧道施工涌水預報中的應用

薛永斌

(中國水利水電第四工程局有限公司, 青海西寧 810007)

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瞬變電磁儀法在隧道施工涌水預報中的應用

薛永斌

(中國水利水電第四工程局有限公司, 青海西寧 810007)

富水地層隧道施工過程中，由于受到地質條件的影響及施工技術水平等因素的限制，在開挖過程中易引發涌水、涌泥地質災害，威脅施工人員生命安全，阻礙工程的順利進行。文章結合四川省南充～大竹～梁平高速公路銅鑼山隧道工程地質條件，運用瞬變電磁儀法對前方地質條件進行預報分析，經實踐驗證可有效避免工程地質災害的發生，為隧道施工提高了可靠的地質參考依據。

富水地層；隧道涌水；瞬變電磁儀法

隨著我國隧道數量的不斷增多，隧道施工過程中遇到的復雜地質問題也越來越多。特別是富水巖溶地區的隧道工程，由于巖溶地質本身的復雜性，在隧道開挖過程中，經常會隨機揭露巖溶及巖溶地下水，易引發涌水、涌泥等工程地質災害，威脅施工人員生命安全，阻礙工程的順利進行。

目前隧道常用的超前地質預報方法多種多樣，如地質雷達、超前水平鉆探、瞬變電磁儀法(TEM)、地震反射波法(TSP)等[1-3]。本文結合四川省南充～大竹～梁平高速公路銅鑼山隧道工程地質條件，運用瞬變電磁儀法對前方地質條件進行預報分析，經實踐驗證可有效避免工程地質災害的發生，為隧道施工提高了可靠的地質參考依據。

1　工程概況

銅鑼山隧道位于南充～大竹～梁平(川渝界)高速公路，地下水主要為第四系孔隙潛水入下伏基巖裂隙水，埋深淺，富水性一般，受地表水及降雨影響明顯。隧道段以碳酸鹽巖類裂隙溶洞水為主，碳酸鹽巖系水文地質條件較復雜,水量較豐富,構面隧道重要涌水或突水層段。

2　瞬變電磁儀法(TEM)基本原理

具體工作方法是在洞外或者洞內進行發射線框支架組裝，然后將發射線框附于支架之上，同時在洞內進行發射機、接收機和線框的連接，然后開始進行現場觀測——對掌子面進行探測(圖1)。

圖1　隧道內不共面同軸偶極方式采集布置

3　瞬變電磁儀法預報成果

本次測試的范圍為隧道出口左線ZK136+397～ZK136+310。

3.1掌子面現狀

掌子面巖性主要為灰色中厚層狀灰巖，層厚以20～30 cm為主，巖性堅硬。掌子面左側及掌子面上部巖層產狀為175°∠28°，層間結合一般，掌子面穩定性一般；掌子面中部靠下位置巖層產狀為150°∠50°，局部受褶曲影響傾角變化較大；掌子面右下角位置受褶曲影響較大，圍巖破碎，產狀不明顯，穩定性較差，易掉塊、坍塌。掌子面附近地下水發育，右下角有股狀水由底板涌出，拱頂及掌子面周圍多處滲水(圖2)。

圖2　ZK136+397掌子面素描

3.2測點布設

測點布設見圖3。

圖3　本次測試測點布設平面圖

3.3預報結果分析

預報分析結果見圖4、圖5。

圖4　單測點電磁場衰減圖

圖5　巖體電阻率分布等值線平面圖(單位：Ω)

巖體電阻率有效數據為16 m以后區域，本次探測電磁場至掌子面前方約100 m處(ZK136+297)衰減完畢。巖體電阻率分布及分析見表1。

表1　巖體電阻率分布及分析

4　結論與建議

4.1結論

(1)ZK136+380～ZK136+330段巖體存在明顯低阻異常帶，表明該段地層中地下水富集。結合巖體巖性為薄～中厚層泥灰巖，說明該段巖體裂隙極為發育，特別是ZK136+360～ZK136+340地下水富集，巖溶發育，有溶腔、溶洞發育的可能。由于該段巖體較破碎，在高阻區ZK136+340隧道開挖過程中，可能導致前方和右方含水構造的地下水涌入隧道，產生涌突水危險。

(2)掌子面前方圍巖受褶曲影響，巖體較破碎，地下水發育且水位較高。

(3)從工程地質分析該段巖體主要為灰巖、泥灰巖，結合目前左、右洞巖性分析，目前隧道掌子面位于可溶巖與非可溶巖的接觸帶，局部受褶曲構造影響，巖體較破碎，節理裂隙較發育，地表巖溶槽谷發育，地表水和地下水連通性較好，適宜巖溶發育，因此隧道開挖存在較大的涌突水風險。

4.2建議

(1)以上測試結果中關于富水帶的樁號位置及規模均存在誤差及不確定性，隧道在施工至ZK136+360附近時應進行超前鉆孔探測，以進一步查明。建議左右邊墻附近各布置1個不取芯鉆孔，隧道中部至少布置1個不取芯鉆孔，兩側鉆孔鉆進時向外、向上偏移一定角度。

(2)建議在該段施工過程，巖溶富水區必須進行加深炮孔作業，提前對前方含水體進行排泄減壓，防止較大涌突水造成的災害。

(3)該段開挖過程中，安排專人做好掌子面地質素描工作，密切監視巖層產狀變化信息及出水情況，特殊地段以圖片格式記錄。

[1]武軍杰. 瞬變電磁新技術在隧道超前地質預報中的應用研究[D].長安大學,2005.

[2]郭偉偉. 隧道施工超前地質預測預報綜合技術方法研究[D].西南交通大學,2006.

[3]朱勁. 超前地質預報新技術在銅鑼山隧道的應用及綜合分析研究[D].成都理工大學,2007.

薛永斌(1989～)，男，本科，助理工程師，主要從事隧道施工方面技術工作。

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[定稿日期]2016-03-21