宜万铁路按照“物探长探超前、超长炮孔紧跟、动态调整分级、中短距离详探、水文监测及时、素描导洞辅助”的原则,开展了岩溶隧道施工地质超前探测工作。在施工地质超前探测阶段,查清了大量在工程地质勘察阶段中无法查明的地质问题,从而对症下药,采用相应的施工处理措施,避免了安全事故的发生,为复杂岩溶隧道的贯通作出了重要贡献,并为以后相应工程的修建积累了经验。
宜万铁路8座Ⅰ级风险隧道施工地质超前探测出可能产生突水(泥)的风险源201处,其中,溶腔、管道、暗河及断层72处,宽张裂隙129处,该结果与实际揭示结果完全一致,详见表6-7。
表6-7Ⅰ级风险隧道施工地质超前探测效果表
现以大支坪DK132+990溶腔施工地质超前探测为例,说明进行施工地质超前探测的效果。
一、大支坪隧道工程概况
大支坪隧道全长8 775m,最大埋深495m。隧道区分布泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系地层,可溶岩占隧道全长的90%。地质构造主要为唐坪向斜、养长河背斜以及5条断层。地表分布有水洞坪、水谷坝、向家坪等大型岩溶洼地汇集地表雨水,洼地与隧道间发育有单管式、网络式等规模较大的地下岩溶系统。
二、施工地质超前探测分级
大支坪隧道工程通过了EH-4.V5.GDP-32物探手段探测深部岩溶,探测有重大异常29处、中等异常18处、一般异常2处。深孔钻探水位高于洞身100m,预测最大涌水量约10万m3/d,隧道开挖过程中易遭遇岩溶管道、溶腔,会发生大规模的突水突泥等灾害。
根据岩溶发育程度、涌(突)水量、断层带性质、物探异常划分隧道施工地质超前探测分级,A级地段1 058m,B级地段6 117m,C级地段1 600m。 DK132+990溶洞群位于DK132+700~DK133+200的A级地段中。
三、施工地质超前探测
按照A级地段的施工地质超前探测组合模式,对未施工的DK132+923~DK133+048段,分别在I线、Ⅱ线、迂回导坑正反向6个掌子面开展TSP203地质雷达、超长炮孔、超前钻探、水文监测、地质素描探测工作。超前钻探、物探的搭接长度不小于5m。
(一)TSP203超前探测
在DK132+923掌子面,TSP203探测出DK132+928、DK132+937、DK132+950、DK132+970、DK132+985等处附近存在岩溶异常、发育地下水;DK132+994~DK133+006、DK133+027~+062段波速偏低,可能为岩溶破碎带,富含地下水,如图6-41所示。
图6-41大支坪隧道DK132+923~DK133+066段TSP探测成果图
(二)掌子面地质雷达探测
在DK132+923掌子面,采用地质雷达探测DK132+923~+938段地质情况。DK132+923~+938段15m范围内,围岩较破碎;DK132+938~+953段15m范围内,岩溶裂隙发育,如图6-42所示。
图6-42大支坪隧道DK132+923~+953地质雷达探测成果图
(三)超前钻探及超长炮孔探测
在DK132+923掌子面4孔超前探测的基础上,在DK132+940掌子面进行5孔超前探测,同时,每开挖2m前均采用17孔超长炮孔探测。
探测出:DK132+950~+956段发育充填溶腔,充填物为砂卵石及粘土,钻孔少量涌水,涌水量60~180m3/d,如图6-43所示。
图6-43大支坪隧道DK132+940~+970地质纵断面图
(四)水文监测
对降雨量、出水点水量、水压进行动态监测,得出:地下水受大气降水补给,降雨后8~12h地下水开始明显增大,停雨后24~48h地下水恢复正常;峰值涌水量2.3万m3/h,孔水压在0.3~0.8MPa之间变化。大支坪隧道990异常涌水量、降雨量—时间关系曲线如图6-44所示。
图6-44涌水量、降雨量—时间关系曲线
四、综合探测结果
通过对I线、Ⅱ线、迂回导坑正反向6个掌子面超前探测及水文监测,得出:DK132+990溶洞群岩溶发育范围为I线长95m,Ⅱ线长108m,迂回导坑在左边墙有两处岩溶裂隙;充填物为砂卵石及黏土;涌水量随降雨变化,降雨后8~12h地下水明显增大,停雨后24~48h地下水恢复正常,峰值涌水量为2.3万m3/h,水压为0.3~0.8MPa。
溶腔平面形态如图6-45所示。可见,施工揭示地质情况与探测结果一致。
图6-45大支平隧道DK132+990溶腔平面形态图
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