浅谈高原铁路复杂环境隧道钻爆法施工超前地质预报技术

浅谈高原铁路复杂环境隧道钻爆法施工超前地质预报技术

黄尚准

中铁一局集团第五工程有限公司 宝鸡 721000

【摘 要】本文结合高原铁路复杂环境隧道钻爆法施工，根据隧道环境及特点选择适宜的超前地质预报对隧道掌子面前方岩体完整程度、地下水发育情况进行探测、分析判释及预报，降低地质灾害发生的几率和危害程度，为正确选择开挖方法、支护措施，优化工程设计及施工方案提供参考。

【关键词】高原复杂环境隧道；超前地质预报；

【中图分类号】 U455                  【文献标识码】A

1引言

高原铁路复杂环境隧道钻爆法施工过程中为确保隧道施工期间的安全和经济,必须根据前方地质条件来合理调整施工方案，导致对超前地质预报工作的要求也越来越高。在隧道施工前或者施工过程中如果不能准确地对可能遇到的不良地质体进行预报或预测，有可能影响施工的进度，甚至会引发灾难性事故。因此,超前地质预报成为了高原复杂环境隧道钻爆法施工的必然要求。

2超前地质预报的目的和内容

2.1超前地质预报的目的

超前地质预报的目的是通过掌子面附近不利地质条件的不断查明，提供针对性的措施和有效的施工方案，确保隧道施工达到的动态信息化和长期安全。具体而言，超前地质预报目的如下：

（1）通过采用一系列有效的超前探测方法，对隧道开挖掌子面前方岩体的形态规模、发育程度、涌水状况、涌水压力等地质条件进行较准确的预报，指导工程施工的顺利进行。

（2）探测隧道开挖轮廓线内外的地质异常体，评估其对隧道施工安全的危害程度，采取有效施工对策，达到安全施工和降低地质灾害发生的机率和危害程度的目的。

（3）对掌子面前方地质情况的探明，对设计给出的地表勘探成果进行校核、比对，为优化工程设计提供地质依据。

（4）现场超前地质预报的实施及资料整理，为编制竣工文件提供地质资料。

2.2超前地质预报的主要内容

（1）地层岩性的预测预报，特别是对软弱地层、破碎岩层、煤层及特殊岩土的预测预报；

（2）地质构造的预测预报，特别是对断层，节理密集带、蚀变接触带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育特征的测预报；

（3）不良地质的预测预报，特别是对岩溶、瓦斯、有害气体、岩爆、大变形、高地温等发育情况的预测预报；

（4）地下水的预测预报，特别是对岩溶水、富水断层、富水褶皱轴、含水岩层等储水构造发育特征的预测预报。

3超前地质预报方法及选用原则

3.1超前地质预报方法

3.1.1地质调查法

地质调查法包括地表补充地质调查，掌子面地质素描及洞身地质素描。

3.1.2物探法

目前常用的物探法分为两大类：

（1）弹性波反射法：包括地震波反射法（TSP）、隧道反射成像技术（TRT）、隧道地震成像技术（TST）、水平声波剖面法（HSP）、三维地震法（SAP）等。

（2）电（磁）法：常用的是地质雷达法、瞬变电磁法；需要时也可采用激发极化法、孔内雷达、复频电导率CFC等。

3.1.3超前钻探法

超前钻探法分为超前地质钻孔（取芯及不取芯）和加深炮孔探测。

3.1.4超前导坑法

超前导坑主要是先行隧道，以超前导坑中揭示的地质情况，通过地质理论和作图法预测正洞地质条件。

3.1.5微震监测

通过监测岩体破裂产生的震动或其它物体的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等做出评价，从而为预报和控制灾害提供依据。

3.2预报方法的选用原则

该高原铁路复杂环境隧道钻爆法施工超前地质预报工作原则上采用地质调查、物探、钻探相结合的综合预测预报方法，在综合考虑隧道工程地质、水文地质条件、重大工程地质问题以及施工面临的地质风险等级等基础上，首选目前较为成熟、应用普遍、业内认可度高的预报方法开展超前地质预报工作。

4超前地质预报方法技术要求

4.1地质调查法

（1）地表补充地质调查应在实施洞内地质预报前进行，一般计划在进场进行洞内预报前两周内实施并完成，完成初步成果图的总结。在后期开展预报工作中根据洞内地质的变化情况，应再适时补充地表地质调查。

（2）隧道内地质素描是将隧道所揭露的地层岩性、地质构造，结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞、采空区等准确记录下来并绘制成图表，，包括开挖工作面地质素描和洞身地质素描。

4.2超前钻探法

4.2.1超前地质钻探

（1）短距离钻孔（30m以内）

连续钻探时前后两次预报搭接长度不应小于5m。

（2）中长距离钻孔（30m～100m级）

连续钻探时前后两次预报搭接长度5m～10m；富水岩溶发育区洞周围超前钻探应终孔于隧道开挖轮廓线以外5～8m；活动断裂带超前地质钻孔应取芯，首次揭示断层带钻孔孔深不宜小于60m（超前地质钻孔宜距预测断裂位置不小于50m开始实施，揭示断裂带不小于10m，满足活动断裂带两端30m施作衬砌条件），连续钻探时前后两次预报搭接长度不小于10m。

（3）长距离钻孔（100m～500m级）

根据国内外施工经验看，超前地质预报中长度大于100m甚至达到500m以上需进一步调研论证可行性和必要性。施工阶段视需要开展专项设计。

4.2.2加深炮孔探测

钻爆法施工的隧道断层破碎带、可溶岩段、有害气体段、蚀变带和物探异常段等复杂段落采用加深炮孔探测。探测孔较爆破孔（或循环进尺）加深3m以上。可溶岩及有害气体段落，外插角不应小于24°（终孔于隧道轮廓线外不小于2m）当发现地质异常时，应增加径向5m探孔进一步探测；其它段落，外插角宜控制在0°～3°。加深炮孔严禁在爆破残眼中实施且不能作为炮孔使用。

5超期地质预报方法具体施作及分析

5.1地质调查法

根据掌子面地质素描记录，DK0+832.8掌子面揭示为二长花岗岩，呈灰黑色～灰白色，块状构造，弱风化为主，强风化段存在蚀变现象，局部较破碎，易掉块。主要一组节理产状： N45°W∠72°SW；节理间距10-40cm，延伸1～4m不等。掌子面湿润，中部有轻微渗水。掌子面上台阶下部发育一条裂隙，长约7m，密闭无充填。

掌子面岩体受多组节理切割，及差异风化影响，围岩右侧较破碎，有掉块的可能。

5.2地质雷达法

（1）掌子面地质情况简述：

岩性为花岗岩，围岩较破碎，含水，掌子面右侧有裂隙水流出，施工围岩级别为Ⅴ级。

（2）建议：本次预报整段含水，DK0+851.2～+835.2段围岩较破碎，局部股状出水。须按设计要求采用超前地质钻孔和加深炮孔对掌子面前方围岩变化及含水情况进行探测，开挖过程中注意掌子面围岩变化及含水情况，及时支护，防止掉块。

5.3超前钻探法

钻进过程中无卡钻，无突进，钻速均匀，返水呈灰白色，钻杆振动轻微，无水。推测该段围岩弱风化为主，基岩裂隙水不发育。

5.4相互印证情况

（1）对比分析DK0+832.8～+800段地质调查法、物探法、钻探法等预报成果，预报结论基本可相互印证。

（2）DK0+865.6～+832.8段施工开挖揭示：岩性为二长花岗岩，岩体节理裂隙较发育，弱风化为主；围岩局部较破碎。局部基岩裂隙水较发育，呈点滴状～线状，无压力。施工围岩级别与预报围岩级别一致。

综上：DK0+865.6～+832.8段预报结论和实际开挖揭示地质情况基本相符。

6结语

高原铁路复杂环境隧道钻爆法施工中，隧道掌子面前方可能存在影响施工人员安全、施工进度（工期）、工程结构稳定的不良地质体（带），采用各种隧道超前地质预报方法对其位置、规模、性质及其成灾可能性进行科学预测，并提出切实可行的施工对策，以确保工程施工的安全。

参考文献

[1]《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR 9217-2015）

[2]《铁路工程物理勘探规范》（TB 10013-2010）

[3]《铁路工程不良地质勘察规程》（TB 10027-2012）

[4]《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB 10304-2020）

[5] 国铁集团关于印发《铁路建设项目隧道工程安全管理办法》的通知（铁建设[2020]183号）

[6] 何发亮，李苍松等.隧道地质超前预报.成都:西南交通大学出版社.2006

作者介绍：

作者：黄尚准

年龄：25

职务：技术员

职称：助理工程师

工作单位：中铁一局集团第五工程有限公司