超前地质预报在高风险岩溶隧道中应用

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1、超前地质预报在高风险岩溶隧道中应用摘要：本文简述了各种超前地质预报方法的特点，针对石林隧道穿越岩溶、断层、破碎带等复杂地质条件，以地质调查法为基础，运用多种方法进行综合超前地质预报，使隧道施工在高风险段落能够及时采取有效的预防措施，并优化了施工方法，使石林隧道安全快速的通过了各种不良地质地段及高风险段落。关键词：石林隧道；岩溶；施工；超前地质预报；地质分析；优化新建云桂铁路石林隧道穿越地层均为可溶性碳酸盐地层，岩溶强烈发育，共穿越6个断层4个破碎带。能否开展好超前地质预报工作，为隧道安全施工及优化施工方法提供依据，避免突发性地质灾害的发生，是石林隧道建设成败的关

2、键。工程概况石林隧道位于弥勒一石林板桥区间，线路设计为“人”字坡，全长18208m,为全线最长隧道、全国最长单洞双线隧道、全国最长的岩溶隧道、世界最长钻爆法施工的岩溶隧道。石林隧道大面积穿越灰岩地层，岩体溶蚀强烈，岩溶发育强烈，区内断裂交错发育，施工高风险源多，存在断层和岩溶水突水、突泥等地质风险。2超前地质预报工作原理、方法根据石林隧道地质情况、风险源及其风险等级，采取多种不同的超前预报方法，分别为地质调查法、物探法、超前钻探法及超前导坑法。2.1地质调查法地质素描在隧道开挖后及时观察，描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、地下水的分布、出

3、水量大小等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。地质素描每一开挖循环进行一次。2.2超前钻探法超前钻探法主要有超前地质钻探和加深炮孔探测。2.2.1超前地质钻探超前地质钻探方法是利用管棚钻机在隧道开挖面进行超前钻孔，根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液的颜色、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断隧道前方的地质情况。超前地质钻探每循环超前探测20〜30m,前后循环搭接不小于5m。2.2.2加深炮孔加深炮孔探测是利用风钻或凿岩台车在隧道开挖面钻小孔径浅孔获取地质信息，加深炮孔较爆破孔深3m以上,孔径与爆破孔相同。加深炮孔每一开挖循环施作一次。2.3物探法物

4、探法是利用探测对象与其相邻介质存在一定的物性差异并具有足以被探测的规模和当存在电、磁、振动等外界干扰时，探测对象的异常能够从干扰背景中区分出来的条件来开展探测工作的。2.3.1TSP203地震波反射法TSP203地质预报系统利用在隧道边墙的炮孔激发弹性波，弹性波在三维空间传播的过程中，遇到地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等声阻抗界面，会产生弹性波的反射现象，这种反射波通过预先埋设在隧道围岩中的检波器接收下来，通过对反射回波旅行时间、传播衰减以及相位变化等分析，从中拾取掌子面前方的反射波信息，推断预报隧道前方100m范围内的岩性变化、断层、破碎带、

5、岩溶发育带以及它们的产状、规模、岩层的含水特性、岩石力学参数等。2.3.2地质雷达地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法。2.3.3红外探测红外探测是通过接收岩体的红外辐射强度，根据红外辐射异常来确定隐蔽灾害源的存在。隐蔽灾害源包括含水断层、含水溶洞、地下暗河等。2.4超前导坑法石林隧道正洞左线线路中线右侧35m设置贯通平导一座，平导施工中揭示的地质情况为正洞施工时提供依据。3工程应用实例石林隧道正洞DK653+605〜+615段，隧道拱顶以上埋深约160m,地表偏左侧为一溶蚀洼

6、地，钻孔揭示溶洞，本段位于突水突泥高风险段落内°DK653+605〜DK653+615段原设计为III级围岩，台阶法开挖。正洞施工至DK653+599时，掌子面施作了TSP203.地质雷达及超前地质钻探预报。TSP203预报范围为DK653+599〜DK653+719,预报结果显示：DK653+599〜+619段围岩较破碎，岩溶弱发育，存在溶蚀裂隙，建议加强支护。地质雷达预报范围为DK653+599〜DK653+629,预报结果显示：DK653+599〜DK653+629段围岩较破碎，岩溶弱〜中等发育，存在溶蚀裂隙，局部夹泥，建议加强支护。超前地质钻探共3孔，孔

7、深46m,钻探结果显示：3#钻孔（掌子面左侧）DK653+613.5-+615段（长度1.5m）.DK653+616.5〜+618段（长度1.5m）钻速不稳，返水呈红色，判断为溶蚀裂隙夹泥；其余段落钻进正常。正洞施工至DK653+605时，掌子面施作加深炮孔，拱部周边4〜5米范围内加深炮孔钻进异常，钻速不稳有突进，返水红色，根据钻进情况判断掌子面前方2m后拱部范围存在溶蚀裂隙夹泥或溶洞；掌子面其它部位加深炮孔钻进正常。为进一步探明前方地质情况，随后又在掌子面DK653+605施作了超前地质钻探和红外探测。超前地质钻探共4孔，其中1#孔（掌子面左上）DK653+6

8、06.5〜+608段（长