宜萬鐵路巖溶隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報技術(shù)

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1、公路隧道2010年第3期(總第71期)宜萬鐵路巖溶隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報技術(shù)謝銜光(中鐵西南科學(xué)研究院有限公司成都610031)摘要本文通過目前在建的宜(昌)萬(州)鐵路復(fù)雜巖溶隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作實(shí)踐,對綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的各種手段、耗時及準(zhǔn)確度進(jìn)行了分析,對各種預(yù)報手段的適應(yīng)性進(jìn)行了比較,論述了各種預(yù)報手段的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞隧道巖溶超前地質(zhì)預(yù)報分析比較報手段的制約和判釋能力上的限制,依然存在預(yù)報1主要地質(zhì)問題及施工風(fēng)險簡介失準(zhǔn)現(xiàn)象,尤其在開工后的3年內(nèi)較為突出。該項(xiàng)宜萬鐵路隧道工程穿越典型的鄂西碳酸鹽巖地目于2004年6月正式大面開工建設(shè),此后2005年層,也是

2、我國巖溶最發(fā)育的地區(qū)之一,碳酸鹽巖地層1月21日馬鹿青隧道發(fā)生特大型突水突泥,鮮活的總長度占整個隧道全長的70%以上。在22座長、11名作業(yè)工人瞬間化為烏有;2007年8月5日,全特長隧道中,碳酸鹽巖隧道(部分或全部)達(dá)19座。線第一長隧(長度13.833km)-野三關(guān)隧道發(fā)生特多座長大巖溶隧道穿越暗河,在暗河的下部通過,如大型突水突泥(圖1),一舉奪取10人生命,直接經(jīng)白云山、五爪關(guān)、八字嶺、野三關(guān)、大支坪、馬鹿箐、齊濟(jì)損失為1300余萬元;2007年11月20日,高陽寨岳山、別巖槽隧道等;多座隧道穿越區(qū)域大斷裂,如隧道進(jìn)口高陡邊坡發(fā)生大型塌方(圖2),造成35人白云山、五

3、爪關(guān)、八字嶺、野三關(guān)、大支坪、云霧山、齊死亡,1人受傷,直接經(jīng)濟(jì)損失近1500萬元。這些岳山、別巖槽等隧道。歸結(jié)起來,主要存在下列地質(zhì)事故,促使建設(shè)者不得不對包括地質(zhì)預(yù)報在內(nèi)的風(fēng)問題:險控制手段進(jìn)行進(jìn)一步研究。(1)極發(fā)育的巖溶、巖溶水隧道在穿越巖溶地區(qū)時,可能遭遇大型巖溶洞穴、暗河或管道流,發(fā)生大型突水突泥,并可能引起地面巖溶塌陷,地表水源枯竭等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害,危害極其嚴(yán)重。(2)斷層破碎帶宜萬線多座長大隧道穿越規(guī)模宏大的區(qū)域性大斷裂,可能發(fā)生大型塌方,將直接給隧道施工帶來艱巨工程。(3)煤層瓦斯及天然氣圖1野三關(guān)隧道突水淹沒隧道本線多座長大隧道穿越上述煤系地層,可能遭遇有害

4、氣體,造成安全事故。(4)高地應(yīng)力宜萬線多座長大隧道的埋深大于500m,最大埋深達(dá)800余米,且構(gòu)造復(fù)雜,存在高地應(yīng)力而引發(fā)硬質(zhì)巖巖爆和軟質(zhì)巖變形等地質(zhì)問題。因此,宜萬鐵路是鐵路系統(tǒng)公認(rèn)目前在建的有極高施工風(fēng)險的鐵路項(xiàng)目之一。在開工之初,業(yè)主就明文規(guī)定將“隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作”視為必備工序,嚴(yán)加控管,亦即超前地質(zhì)預(yù)報工作不到圖2高陽寨隧道大型塌方現(xiàn)場位,禁止開挖,以有效規(guī)避施工風(fēng)險。但限于目前預(yù)·50·謝銜光宜萬鐵路巖溶隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報技術(shù)筆者通過對宜萬鐵路野三關(guān)隧道、大支坪隧道等被院士團(tuán)喻為世界難題的高風(fēng)險隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的實(shí)踐總結(jié),對相關(guān)綜合超前地

5、質(zhì)預(yù)測預(yù)報的各種手段、耗時及準(zhǔn)確度進(jìn)行了分析,對各種預(yù)報手段的適應(yīng)性進(jìn)行了比較,論述了各種預(yù)報手段的優(yōu)缺點(diǎn),以期對今后完善隧道地質(zhì)預(yù)報技術(shù)有3各種超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報手段判所幫助。[1][2]釋2超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報實(shí)施方案(1)掌子面地質(zhì)素描法2.1地質(zhì)風(fēng)險分級地質(zhì)素描是一種結(jié)合了中長距離超前地質(zhì)預(yù)報設(shè)計(jì)單位依據(jù)勘察結(jié)論,在每座隧道的設(shè)計(jì)文成果,通報對揭示掌子面的地質(zhì)編錄,所實(shí)施的非常件中,將整座隧道的地質(zhì)風(fēng)險予以分段定級,Ⅰ級風(fēng)直觀、簡捷的短距離預(yù)報方法(也稱短期預(yù)報)。因險隧道最多有下列4個等級:此,其預(yù)報結(jié)果準(zhǔn)確度較高,是指導(dǎo)隧道施工的必備(1)A+級:可能發(fā)生大～特大型突水

6、突泥及重工作。大物探異常段落。①工作原理(2)A級:可能存在較大地質(zhì)災(zāi)害的地段,如可掌子面地質(zhì)素描主要是對已揭示地質(zhì)體(地層能遭遇大型暗河系統(tǒng),發(fā)育重大軟弱、富水、導(dǎo)水性巖性、巖層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙、不良地質(zhì)等)良好的斷層;可能誘發(fā)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的地段以及高進(jìn)行觀測和編錄,通過掌子面實(shí)見地質(zhì)體向前方延地應(yīng)力、瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重的地段。伸情況作出有現(xiàn)實(shí)依據(jù)的推斷。它是一種短距離預(yù)(3)B級:主要針對可能發(fā)生中～小型突水突報方法(一次控制長度15m),也稱跟蹤預(yù)報,屬于傳泥地段,存在較大物探、鉆探異常、斷裂帶等地段。統(tǒng)的地質(zhì)類比方法。當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部地段較復(fù)雜時,則按A級要求實(shí)施。②地質(zhì)

7、素描主要內(nèi)容(4)C級:主要針對巖溶水文地質(zhì)條件較好的碳地層巖性及產(chǎn)狀、斷層、節(jié)理、不良地質(zhì)情況等。酸鹽巖及碎屑巖地段,發(fā)生突水突泥的可能性較小。(2)TSP203法2.2專項(xiàng)預(yù)報設(shè)計(jì)方案①使用設(shè)備由瑞士安伯格公司測量技術(shù)公司研制、開發(fā),昆明西普瑞格公司代理,售價28.43瑞士法郎,約折合200萬人民幣。各風(fēng)險隧道承建施工單位均至少配置一臺于現(xiàn)場。②預(yù)報段落控制要求A、A+級地段100m,B、C級地段150m;需多次預(yù)報時,兩次預(yù)報段落的搭接長度不小于10m。(3)地質(zhì)雷達(dá)法①所使用設(shè)備用于超前地質(zhì)預(yù)報