瞬變電磁儀法與超前水平鉆孔法在隧道施工中的綜合運用

李健軍

摘要：富水地層隧道施工易引發涌水、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。單一的超前地質預報方法難以準確、全面的對掌子面前方地質情況進行預報，本文根據四川省南充～大竹～梁平高速公路銅鑼山隧道工程地質條件，科學地運用瞬變電磁儀法與超前水平鉆孔法來綜合分析并預測前方地質狀況，經實踐檢驗分析和預測的結果可以有效規避工程地質災害提供可靠的地質參考依據。

Abstract： The construction of water-rich stratum tunnel is easy to cause gushing water， mud flushing and other geological disasters， threatening the safety of construction personnel and hindering the smooth progress of the project. The advanced geological prediction method only is difficult to accurately and comprehensively predict the geological situation. According to the engineering geological conditions of the Tonggongshan tunnel of Nanchong-Dazhu-Liangping Expressway in Sichuan Province， this paper scientifically uses the transient electromagnetic method and the advanced horizontal drilling method to comprehensively analyze and predict the geological status of the front. The results of practical test analysis and prediction can provide a reliable basis to effectively avoid the geological hazards in contraction.

關鍵詞：富水地層；涌水、涌泥；瞬變電磁儀法；超前水平鉆孔法

Key words： water-rich stratum；gushing water， mud flushing；transient electromagnetic method；advanced horizontal drilling method

中圖分類號：U452.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0118-03

0 引言

目前隧道常用的超前地質預報方法多種多樣，如地質雷達（GPR）、紅外探水（infrared ray detector）法、長距離預報有地震反射層析成像（TRT）、超前水平鉆探、地震反射波法（TSP）等[1-5]。單一的預報方法精準度較差，也無法對開挖面前方圍巖和地下水變化情況進行系統地預報[6-7]。本文將科學地運用瞬變電磁儀法與超前水平鉆孔法進行地質條件的分析和預測，以改善現狀，切實提高地質災害超前預測水平。

1 工程概況

銅鑼山隧道位于四川臺拗褶皺帶東北部，屬新華系的次級沉降帶。隧道處于銅鑼山背斜北段，主體構造為銅鑼山背斜、區域斷層（F2）和各種次級褶皺、節理裂隙等。

工程地質概況：

銅鑼山隧道位于南充～大竹～梁平（川渝界）高速公路，橫穿大竹縣余家鎮之間銅鑼山背斜中背斜灰巖出露區，山體多呈孤立的貝殼狀渾圓形山峰；兩翼主要為砂、泥巖出露，山體多呈不規則狀連成片狀的渾圓山體。穿越麂子壩久通煤礦南端，局部段過煤層采空區，含瓦斯。同時，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，降水或地面積水對其影響不大。隧道段水量豐富，水文地質以碳酸鹽巖類裂隙溶洞水為主，構面隧道重要涌水或突水層段。隧道施工中存在瓦斯、采空區及涌水突泥等高風險，施工難度大。

2 測試方法即基本原理

2.1 瞬變電磁儀法基本原理

2.1.1 測試原理

具有較高的抗干擾能力和分辨率的瞬變電磁法，實際上相當于一種人工源電磁法。瞬態的磁場在圍巖體內形成渦流，渦流隨時間的推移不斷向圍巖體內擴散，擴散的速度與巖層的電阻率有關，不同時間擴散到不同深度。我們通過記錄地下渦流變化（即磁場變化率dB/dT）的情況來達到了解地下電阻率的目的。

2.1.2 儀器設備

本次測試采用加拿大GEONICS公司的PROTEM EM-47瞬變電磁儀，GEONICS EM系列儀器是目前國際上最先進的瞬變電磁專業儀器，其最大的優點是抗干擾能力強，精度高，尤其是關斷時間短，這些優點使其具有較大的探測范圍。

2.2 超前水平鉆孔法基本原理

采用超前水平鉆孔進行隧道掌子面前方地質超前預報是隧道施工工期地質超前預報方法中最直接的方法。其通過鉆孔鉆進速度測試和所采取的巖芯的觀察及相關試驗獲取隧道開挖面前方巖石（體）的強度指標、可鉆性指標、地層巖性資料、巖體完整程度指標及地下水發育狀況等諸多方面直接資料，從而達到對開挖面前方巖體變化和巖體含水狀態的預報。

3 工程應用實例

3.1 瞬變電磁儀法預報成果

3.1.1 掌子面現狀

掌子面里程為右洞K136+471m，發生涌水坍方后，掌子面開挖已停止。

3.1.2 測點布設endprint

測試時接收線圈按1m間距由掌子面左向右移動，發射線圈原地旋轉，保證與接收線圈共軸。

3.1.3 預報結果分析

受設備工作特點影響，掌子面至前方約16m為探測盲區，巖體電阻率有效數據為16m以后區域。本次探測電磁場至掌子面前方80m處（K136+390）衰減完畢。

通過對掌子面前方80米的瞬變電磁方法分析，結合掌子面地質信息及地質資料可以得出如下結論：K136+430～K136+390段巖體存在明顯低阻異常帶，表明該段地層中地下水富集，不存在巖溶儲水的可能，巖體裂隙極為發育，可能形成較大規模的地下水儲水帶。

3.2 超前水平鉆孔法

根據銅鑼山隧道出口右線瞬變電磁探水結果和2012.4.9日18標工地會議內容，本次鉆孔布置如圖5、6所示，掌子面里程為右洞K136+461m。

本次鉆孔深度30m左右，所采用鉆頭規格為：？準94合金鉆頭、？準77金剛石鉆頭。巖芯直徑有DN80和DN65三個規格巖芯。

綜合超前鉆孔兩孔情況確定K136+461～ZK136+435段以砂巖為主、夾炭質泥巖，巖體破碎，弱風化，節理裂隙極為發育，有股狀涌水，總體上巖體穩定性差。

3.3 施工建議

綜合分析瞬變電磁方法和超前水平鉆孔法的預報成果，在施工中突出以下建議：①K136+461～K136+435段開挖前采用超前支護，開挖后及時支護，并且調整支護參數，建議圍巖級別為Ⅴ級偏弱。②堅持“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、及時施做仰拱”的原則進行施工，盡量減少對圍巖的擾動，控制開挖后圍巖暴露時間，以免圍巖變形失穩。掌子面至K136+390段建議開挖巖體有10m以上鉆孔控制保護厚度。③及時做好防、排水工作；加強瓦斯和有害氣體等監控，加強通風；建議加強洞內地下水的引排，防止地下水浸泡拱腳。

參考文獻：

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