李義圭 楊 喬 霍小云

(1.九江學(xué)院建筑工程與規(guī)劃學(xué)院，江西九江 332005;2.佛山市佛清從高速公路有限公司，廣東 佛山 528225)

1 概述

為了響應(yīng)長江經(jīng)濟帶和西部開發(fā)政策的進一步落實，重慶市委、市政府將公路建設(shè)作為重點來抓，并對重慶市內(nèi)高速公路進行了規(guī)劃，形成“三環(huán)、十射、三聯(lián)線”的格局。重慶地處我國西南地區(qū)，以山嶺為主，自古素有“山城”之稱。山城需要修建更多隧道來縮短公路里程;往往隧道是公路建設(shè)的重點和難點工程。高風(fēng)險隧道的地質(zhì)情況與其長度、跨徑、水文條件等因素有關(guān)。為了保證隧道安全施工，提高施工效率，控制工程成本;對高風(fēng)險隧道進行超前地質(zhì)預(yù)報是必不可少的工作。

2 常用超前地質(zhì)預(yù)報方法的特點

隧道地質(zhì)預(yù)報分為長距離預(yù)報(預(yù)報長度30 m～150 m)和中距離預(yù)報(預(yù)報長度6 m～30 m)以及短距離(預(yù)報長度小于6 m)預(yù)報，隧道地質(zhì)預(yù)報應(yīng)以地質(zhì)分析為基礎(chǔ)，其他方法根據(jù)施工情況進行動態(tài)校核，見表1。

表1 常用的超前地質(zhì)預(yù)報方法的特點

2.1 地質(zhì)分析法

地質(zhì)分析法是隧道超前地質(zhì)預(yù)報體系中最重要的技術(shù)。根據(jù)隧道勘察資料和隧道施工過程中掌握地質(zhì)情況，并對隧道施工的巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)狀況進行編排分組，采集必要的數(shù)據(jù)分析。推測未開挖段可能出現(xiàn)不良地質(zhì)體的工程性質(zhì)、產(chǎn)狀、位置和規(guī)模。通常隧道工程所處的地質(zhì)環(huán)境較復(fù)雜，需要經(jīng)驗豐富地質(zhì)人員進行分析，提高預(yù)報水平。

2.2 地質(zhì)雷達技術(shù)

地質(zhì)雷達技術(shù)(Ground Probing Radar，簡稱GPR)是以地下物質(zhì)的介電常數(shù)和電阻率的差異(如表2所示)為基礎(chǔ)，對地下介質(zhì)的幾何形態(tài)、空間位置進行解釋的電磁技術(shù)。通過天線發(fā)射以脈沖形式的電波，電波在地下不同介質(zhì)界面的傳播時，接收天線收集到反射電波頻率是不一樣的，地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)經(jīng)處理、分析和解釋，能摸清隧道掌子面前方一定范圍的地質(zhì)條件。此次禮讓隧道采用瑞典RAMACCUⅢ型探地雷達進行探測，100 MHz屏蔽天線，每次可預(yù)報25 m～30 m;當(dāng)遇到復(fù)雜情況應(yīng)加大探測頻率，可采用超前探孔進一步核實。

表2 常見物質(zhì)的相對介電常數(shù)

2.3 超前鉆探法

超前鉆探法是利用專業(yè)水平鉆機對掌子面前方進行鉆探作業(yè)，每一次鉆測探孔深度為25 m～30 m，搭接長度以5 m為宜。根據(jù)鉆探信息進行詳細記錄并分析，可判斷掌子面前方地層巖性、斷層空洞分布情況、巖石的強度、巖石的破碎程度、涌水壓力和涌水量等情況。但由于鉆探費用高、施工復(fù)雜，先經(jīng)地質(zhì)超前雷達、TGP等物探方法初步確定掌子面前方存在不良地質(zhì)段;再進行鉆探驗證，從而選擇正確的開挖方法、注漿參數(shù)以及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，從而達到安全可靠、經(jīng)濟環(huán)保。通過超前預(yù)報等物探方法初步判斷禮讓隧道ZK14+628存在不良地質(zhì)現(xiàn)象(涌水、軟弱夾層)，當(dāng)距不良地質(zhì)段10 m時采用超前探孔;經(jīng)開挖后與預(yù)報結(jié)果基本符合(見圖1)。

2.4 微震技術(shù)

微震技術(shù)(TGP，Tunncl Geology Prediction)是一種每隔100 m左右探測一次，能無損、可靠、快捷的進行隧道地質(zhì)預(yù)報的探測技術(shù)。它是利用隧道高頻地震波遇到不良地質(zhì)現(xiàn)象(例如斷層破碎帶、采空區(qū)或巖溶等)，阻抗差異性，通過專業(yè)軟件分析數(shù)據(jù)并得出預(yù)報區(qū)域內(nèi)的巖石力學(xué)參數(shù)，最后得出掌子面前方與隧道軸線相交及邊界位面的二維、三維成果圖。大致掌握隧道掌子面前方不良地質(zhì)構(gòu)造信息。實施樁號:禮讓隧道左右線全長范圍。

圖1 禮讓隧道ZK14+628超前探孔突水

2.5 瞬變電磁法

瞬變電磁法也稱時間域電磁法，簡稱TEM。利用接地線源或不接地回線向地下發(fā)射一次電流脈沖磁場的過程，電流脈沖磁場在不同地質(zhì)體中傳播會產(chǎn)生二次感應(yīng)渦流場，在一次電流脈沖場的過程中，脈沖電流渦流所產(chǎn)生二次渦流場不會立即消散，會構(gòu)成一個隨時間衰減的二次渦流場，通過監(jiān)測二次渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率的技術(shù)。因此，我們可以根據(jù)接線圈觀測二次場空間分布規(guī)律，以確定地下介質(zhì)的空間形態(tài)。其探測深度可達100 m。具備探測深度大、施工方便、滋擾小、效果顯著等優(yōu)點，使得它在當(dāng)前的水文地質(zhì)勘探中成為首選技術(shù)。實施樁號:禮讓隧道DK16+100～DK14+100(隧道左、右線)。

2.6 AGI高密度電法

AGI高密度電法是接地電極在地下建立電場的過程，監(jiān)測不同導(dǎo)電地質(zhì)體存在時地表電場的狀況，進一步判定地下地質(zhì)體賦存狀態(tài)，使地質(zhì)問題得到有效解決;可探明施工前方掌子面是否有巖溶和空腔存在。與EH4大地電磁技術(shù)探測成果相互驗證。實施樁號:禮讓隧道K16+100～K15+900，K14+950～K15+450。

3 工程概況

梁忠高速公路(梁平至忠縣)是重慶市高速公路規(guī)劃布局“三環(huán)十射三聯(lián)線”中第2聯(lián)線重要組成部分。其中禮讓隧道是重慶梁忠高速公路LZ2合同段，全長5 518 m(取左右洞均值)，雙向四車道，屬高風(fēng)險隧道，也是梁忠高速公路的難點工程。隧道穿越石膏巖、采空區(qū)、煤炭瓦斯層、巖溶等多種不良地質(zhì)洞段，且地勘資料不詳，存在突泥涌水、瓦斯爆炸等風(fēng)險，被稱為“地質(zhì)災(zāi)害的博物館”隧道。

3.1 地形地貌

禮讓隧道區(qū)址為溶蝕的背斜向山構(gòu)造，隧道進口段和出口段為單向自然斜坡地形。隧道穿越區(qū)域發(fā)育的溶蝕槽谷分為前槽、后槽，前槽地面高程在628 m～689.2 m，坡度:5°～10°;后槽是狹窄的深切槽谷，寬:10 m～30 m，地面高程在 574.1 m～590.3 m，槽谷兩側(cè)地形坡度較大，坡度在 30°～55°。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

禮讓隧道穿越明月峽背斜，構(gòu)造呈現(xiàn)北北東～北東向，隧道區(qū)無較大的區(qū)域性斷裂構(gòu)造。明月峽背斜位于華鎣山隆褶帶南東邊緣，其背斜軸線平直，向北30°、東延伸，無大彎曲，背斜兩翼不對稱，南東翼陡，傾角57°～80°，北西翼緩，傾角30°～44°，為線性斜歪背斜。兩翼出露地層為侏羅紀(jì)中統(tǒng)新田溝組，中下統(tǒng)自流井組、下統(tǒng)珍珠沖組、三疊系上統(tǒng)須家河、中統(tǒng)雷口坡組、下統(tǒng)嘉陵江四段地層，背斜軸部為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三段地層。

3.3 水文條件

隧區(qū)址三疊系中下統(tǒng)碳酸鹽類分布于背斜軸部，因受兩側(cè)碎屑巖所形成的中、低山嶺的夾持，具備有利的巖溶發(fā)育條件，形成了特有的隆脊型溶槽谷，巖溶發(fā)育與巖型、地貌條件關(guān)系密切;巖溶水運動和富集則受地質(zhì)構(gòu)造控制。三疊系上統(tǒng)須家河組砂、頁巖，和侏羅紀(jì)下統(tǒng)珍珠沖組砂、泥巖分布于背斜兩翼，巖層以傾斜狀態(tài)產(chǎn)出，具體形成碎屑巖孔隙裂隙層間承壓水和紅層承壓水良好儲水構(gòu)造條件。尤其是北西翼為緩翼，為典型的自流斜地，是較富水類型之一。

4 結(jié)論

禮讓隧道所處的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，存在多種不良地質(zhì)體，對地質(zhì)超前預(yù)報提出更高的要求，為了解決不良地質(zhì)體預(yù)報過程中出現(xiàn)的“探不到、探不準(zhǔn)、不定量”難題;根據(jù)不同災(zāi)害體采用相適應(yīng)超前地質(zhì)預(yù)報方法，使探報更為精確，確保禮讓隧道順利貫通。

1)隧道動態(tài)超前預(yù)報應(yīng)以“地質(zhì)分析法”為基礎(chǔ)，地質(zhì)分析與綜合物探結(jié)合，洞內(nèi)外結(jié)合，長短探測結(jié)合”為原則，并結(jié)合工程實際對各種方法預(yù)報結(jié)果綜合分析，相互補充、相互驗證，能大大的提高地質(zhì)預(yù)報的解釋精度。2)地質(zhì)分析是隧道超前預(yù)報的基礎(chǔ)，整個地質(zhì)超前預(yù)報核心環(huán)節(jié);在溶洞、突水等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，與超前鉆孔配合使用可提高地質(zhì)預(yù)報精確度。3)“地質(zhì)分析與綜合物探相結(jié)合”是以地質(zhì)分析為基礎(chǔ)，與多種物探技術(shù)進行綜合判定;從而提高勘探精度，減少多解性，才能得到正確的結(jié)果。今后隧道信息化施工采用多種超前物探技術(shù)會增加其成本，可行性較低，為了不限制物探技術(shù)發(fā)展，應(yīng)動態(tài)調(diào)整物探技術(shù)，綜合考慮地質(zhì)超前預(yù)報的經(jīng)濟合理性及可行性。4)“洞內(nèi)外結(jié)合”是指洞內(nèi)、洞外預(yù)報相結(jié)合，并以洞內(nèi)預(yù)報為主。5)“長短探測結(jié)合”是在進行粗查長距離探測預(yù)報，指導(dǎo)更為精確的短距離探測預(yù)報，對比分析長短預(yù)報結(jié)果，相互印證。6)超前地質(zhì)預(yù)報是勘察設(shè)計階段工程地質(zhì)的后續(xù)工作，應(yīng)進行設(shè)計與實際施工的對比分析，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn);合理運用超前預(yù)報技術(shù)，以不斷提高隧道工程地質(zhì)勘察水平。