摘要：本为针对兴泉铁路桃山二号隧道渗水情况，先后施作了地震波反射法检测（TGP206）、地质雷达、超前水平钻探，根据物探结果进行分析论证，得出的预报结果与实际开挖所揭示的地质情况基本一致，很好的控制施工质量和指导施工进度，验证了超前地质预报在隧道开挖过程中的重要性。
关键词：超前地质预报；地质雷达TGP206；物探手段
1综合超前地质预报方法
施作隧道超前地质预报是为了降低地质灾害发生的机率和危害程度，进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质和水文地质条件，指导工程施工顺利的进行[1]。超前地质预报一般分为地质调查法、超前钻探法和物探法[2]。地质调查法可以将隧道所揭露工程地质和水文地质准确记录并汇成图表，推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况；超前钻探法分为超前地质钻孔和加深炮孔，超前地质钻孔拟采用冲击钻，验证中近距离物探超前探测存在异常的地段；物探法主要包括弹性波反射发和电磁波反射法，弹性波反射法包括地震波反射法、水平声波剖面法、复式速度法和陆地声纳法，电磁波主要有技术成熟的地质雷达[3]。
2工程概况
桃山二号隧道为越岭隧道，隧道地处福建，属构造侵蚀剥蚀中山地貌区，沟槽相间，地势起伏大。本标段隧道起止里程为DK322+190～DK327+788，全长5597m。隧道属低山丘陵区，地形起伏较大，局部较陡，隧道进口基岩露出，隧道出口土层及全风化层较厚。上覆第四系全新统人工填土碎石土，冲洪积软土，坡洪积软土，细圆砾土；下伏基岩为三叠系下统溪口组砂岩及晚白垩世石碑前单元花岗岩岩脉。
掌子面里程为DK327+418.2时，进行了一次3米循环进尺的爆破开挖，爆破后掌子面出现局部渗水，随后施工单位立即停止施工，联系业主方、监理方、超前地质预报检测公司对现场情况进行评估和检测，先后施作地震波反射（TGP206）的长距离预报、中长距离的地质雷达（瑞典ProEx）检测和短距离的超前水平钻探。
3物探法
3.1TGP地震波超前地质预报
隧道地震波超前预报原理是运用地震反射波和绕射波原理，对隧道掌子面前方的地质水文条件进行检测。根据应急预案要求，在掌子面里程为DK327+415.2的位置进行了地震波反射法物探检测，检测里程为DK327+415.2至DK327+295.2。
通过对TGP隧道地质超前预报成果的分析，划分掌子面前方120米范围的隧道围岩为4个地质单元：
1）DK327+415.2至DK327+384段，长度31.2米
围岩为砂岩，估算岩体速度与测量段（炮孔实测段）岩体速度基本一致，纵波绕射波呈现较强的冷暖交替变化。推断：隧道围岩较破碎、强风化局部弱风化、呈块状结构；岩体节理裂隙发育，张开节理，存在软弱泥质夹层；裂隙水发育，雨季注意地下水量变化。物探结果显示隧道前方右侧围岩存在异常地质病害。建议按照Ⅴ级围岩施工。施工中结合超前水平钻孔和加深炮孔，涌水量大时建议施作地质雷达，注意拱顶塌落和滑塌，及时做好支护及防排水措施。
2）DK327+384至DK327+350段，长度34米
围岩为砂岩，纵波波速呈阶梯状明显下降，横波出现多个正负反射界面，横波绕射波呈现较强的冷暖交替变化。推断：隧道围岩破碎、强风化、层状或碎石状结构、岩质软；岩体节理裂隙很发育，裂隙多以张开型为主，裂隙以泥质充填；裂隙水发育。物探结果显示此段为断层破碎带，破碎程度变化较快。建议按Ⅴ级围岩施工。
3）DK327+350至DK327+322段，长度28米
围岩为砂岩，纵波波速成阶梯状上升，横波出现多个反射界面。推断：隧道围岩较破碎、强风化、层状结构；岩体节理裂隙发育，裂隙微张；地下裂隙水较发育。物探结果显示前方无特殊异常地质病害，存在软弱破碎面。建议按Ⅳ级围岩施工。施工中尤其注意加强支护，防止掉块或塌方，雨季注意水量变化。
4）DK327+322至DK327+295.2段，长度26.8米
围岩为砂岩，纵波波速较前段有所提高，但反射界面综合纵剖图稍有降低。推断：隧道围岩较破碎、强风化局部弱风化、层状结构；节理裂隙较发育；存在裂隙水。建议按Ⅳ级围岩施工。施工中尤其注意加强支护，防止掉块或塌方。
3.2地质雷达
图四地质雷达掌子面预测含水分布图
地质雷达利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置的电磁技术，其理论基础为高频电磁波理论。根据长距离地震波探测结果，在里程DK327+410位置存在异常地质灾害，建议在掌子面里程为DK327+415.2处施作地质雷达进行短距离精准预测，预测里程为DK327+415.2到DK327+385.2。地质雷达预测结果如下：
在掌子面左侧深度6-8m处，中部深度5-9m、9-12m处，反射波信号强烈，围岩较为破碎，推测该区域裂隙发育，含少量裂隙水。其余位置反射波信号较为均匀，无明显强反射，推测围岩性质较均匀，完整性相对较好，节理裂隙相对较少，裂隙水相对较少。与地震波反射法探测结果基本一致，结果可靠。
3.3超前钻探法
超前钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探，获取地质信息的一种超前地质预报方法。对需要预报的DK327+415.2-DK327+385.2区段采取超前钻探进行超前地质预测。现场采用履带式液压钻机-JK590型钻机。钻孔布置情况如图六所示。对钻进过程进行了跟踪观察：
1）孔1：钻孔用时4小时56分钟，钻进速度一般，无水，无异常突进，冲洗液为灰黑色。
2）孔2：钻孔用时4小时25分钟，钻进速度较快，钻进中有水涌出，无压力，无异常突进，冲洗液为暗灰色。
超前钻探的预报结论如下：
0～30.0m范围内为砂岩页岩泥岩层，围岩强风化，岩石节理裂隙较发育，围岩存在软弱破碎面，存在泥质充填夹层，地下水较发育，钻进过程中偶有卡钻现象，钻进速度一般、无空洞及突进异常，冲洗液为暗灰色。设计围岩级别为Ⅳ级，建议围岩级别为Ⅴ级。
图五超前钻孔布置图
3.4地质调查法
随着隧道的开挖，前方地质情况也逐渐揭示，DK327+415.2-DK327+385.2区段，围岩为强风化砂岩夹粉质黏土，岩体破碎局部较破碎，岩石成黄褐色局部青灰色，节理裂隙发育，裂隙夹有粘土。围岩自稳困难，需要及时支护，掌子面局部涌水。建议围岩级别Ⅴ级。
4结论
1）通过地震波反射法（TGP206）可以很好的进行长距离预报，指导预报人员使用地质雷达或者超前水平钻探等短距离预报手段。
2）由于现场安全布局的影响，导致掌子面停工半个月，致使隧道围岩应力重分布，预报的地下水位置提前。在以后的工程施工中要做好合理的施工工艺安排，避免长时间的停工和工程安全事故的发生。
3）本次隧道渗水事故结合了地震波反射、地质雷达和超前水平钻探，地质雷达和超前水平钻探很好的验证了地震波反射法检测结果中地质异常的地段，地质素描又很好的揭示了隧道开挖的真是地质情况。
4）超前地质预报的实施可以很好的预测前方围岩的大致情况，能够有效的指导施工，减少工程事故的发生。为业主节约投资成本，为施工方节约施工成本。
参考文献：
[1]刘云祯,梅汝吾.TGP隧道地质超前预报技术的优势[J].隧道建设,2011,31(1):21-32.
[2]金美海,李星平,张长亮.隧道超前地质预报综述[J].交通运输研究,2007(7):88-91.
[3]张先锋.隧道超前地质预报技术指南[M].人民交通出版社,2013.
论文作者:沈世占,孙克斌
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/29
标签：围岩论文; 地质论文; 超前论文; 隧道论文; 裂隙论文; 地震波论文; 反射论文; 《防护工程》2019年11期论文;