动态调整超前地质预报方案--为广湛高铁某隧道施工精准把脉

肖友良

身份证号码：341181198706231417

摘要：广湛高铁某隧道施工至新揭示的富水断层破碎带时，通过调整原设计的超前地质预报方法，采用物探与钻探、长距离与短距离相结合的方法，对各种方法预报结果综合分析，查清了掌子面前方及洞身周边轮廓线一定范围内的工程地质和水文地质条件，为后续隧洞施工正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供了依据，为预防可能形成的灾害性事故及时提供信息，开挖时未出现涌水、突泥和围岩失稳等灾害，确保了施工过程及后期营运安全。

关键词：高铁隧道；超前地质预报；断层；涌水、突泥；施工安全

1概述

新建广州至湛江高速铁路位于广东省境内，是国家“八纵八横”高速铁路网、350Km沿海铁路客运大通道的组成部分，对推动粤西地区经济产业的全面升级和产业集群效应的形成具有重大的战略意义。其中EPC2标段隧道73.898km/29座，占比24.86%，主要分布在粤中中、低山区。

高速铁路隧道施工应进行超前地质预报，并作为工序纳入施工组织管理。超前地质预报是在分析既有地质资料的基础上，采用地质调查、物探、地质超前钻探等手段，对隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等进行探测、分析判释及预报，并提出技术措施建议。

2隧道原设计情况

隧道位于广东省阳春市东南方向，全长3088米，为双线隧道。地貌单元属低山地貌，地表起伏较大，相对高差300m左右，最大埋深约250m。隧道区内植被发育，覆盖面积90%，多为灌木林；附近无居民点。

2.1工程地质条件

隧道洞身地层为泥盆系中下统桂头组上亚群（D1-2gtb）砂岩、泥盆系中下统桂头组下亚群（D1-2gta）砂岩、寒武系八村群中亚群（∈bcb）变质砂岩夹页岩等。

隧址区位于粤桂隆起与桂湘赣粤褶皱带的交界处南端，主要构造体系以北东向构造为主，以紧闭的不对称线性褶皱和规模宏大的压性断裂为特征，受后期构造的叠加、破坏产生区内构造体系间的多种复合联合关系，构成现今复杂的构造面貌。隧址区穿越蓝地坑断层、白麻地断层、长地断层3条推测断层。

2.2水文地质条件

隧址区地表水主要为沟水，受大气降水补给，沿山间溪沟呈枝状向低处径流，为季节性水流。地下水类型为碎屑岩孔隙裂隙水，主要补给来源为附近山体侧向补给，径流途径主要为岩层中孔隙裂隙通道，并向低处排泄，受季节及大气降雨影响，推测本隧道洞身正常涌水量约9831m3/d、最大涌水量约19662m3/d。

2.3洞身设计情况

隧道DK195+327.6～DK195+345.8段埋深约180米，设计地层为弱风化砂岩，岩体较完整；设计围岩分级为Ⅲ级，衬砌类型为Ⅲa型复合式衬砌，施工方法采用台阶法。设计地质复杂程度为简单、超前地质预报方法为地质素描和弹性波反射法（TSP）。

3过程中动态调整超前地质预报方案

3.1原预报方案及结果

隧道在洞身DK195+213附近施做的物探弹性波反射法（TSP），预报显示DK195+330～+355段纵横波波速起伏频繁，存在密集的波阻抗界面，推测围岩强度及稳定性较差，岩体局部破碎，节理裂隙密集发育，地下水发育，开挖过程中需重点关注；建议围岩分级为Ⅳ级。

3.2揭示实际地质情况

隧洞施工至DK195+327时，揭示地质为砂岩，左侧为黄褐色强风化、右侧为浅灰色弱风化，岩层局部稍有褶曲；裂隙发育，裂隙面多夹泥质填充物，岩体较破碎～破碎；掌子面渗滴水，岩石风化不均、软硬不均，左侧局部遇水易软化，岩体稳定性差、易产生小范围坍塌，判定围岩分级为Ⅳ级。

图1：DK195+327掌子面开挖照

3.3动态调整预报方案及结果

根据DK195+327掌子面开挖揭示情况，新增加了超前水平钻探、加深炮孔、瞬变电磁法，提前施做了物探弹性波反射法（TSP），开展了洞内涌水量量测，同时补充了地表地质调绘工作、加密了掌子面素描频次。

1）新增超前水平钻探法，采用冲击钻，掌子面施做2孔，钻进过程快、均存有卡钻现象，在DK195+338～+343.2段钻进过程中孔内有股状浑水涌出，水量隧时间逐渐变小、颜色由灰黑色渐变为浅黄色。

2）新增瞬变电磁法，预报显示掌子面前方视电阻率值整体偏低，整体呈左低右高的趋势，推测DK195+327.6～+345.8段掌子面左右边墙附近围岩较差，其中左边墙附近围岩强度低，岩体破碎，裂隙极发育，地下水发育，左侧拱顶上方需重点关注；推测该段为中等～强富水区。

图2：瞬变电池探测结果

3）提前施做物探弹性波反射法（TSP），预报显示DK194+327.6～+360段纵波波速较低，局部存在密集的波阻抗界面，推测该段围岩强度整体较差，稳定性差，岩体破碎，裂隙发育；其中DK195+328附近、DK195+345～+355段裂隙密集发育，地下水发育，开挖过程中需重点关注；建议围岩分级为Ⅴ级。

综合以上各种预报成果判定：DK195+327.6～DK195+345.8段为断层或断层影响带，裂隙极发育～发育，岩体破碎～较破碎，围岩强度低，为强富水区，稳定性差～极差，左侧拱顶上方附近需重点关注；预报围岩级别为V级，地质复杂程度调整为复杂；富水构造带或构造影响带开挖后围岩易坍塌变形、有出现突泥突水风险的可能；应按要求及时施做超前支护措施，严格控制开挖进尺和步距。

4结论

隧道施工过程中及时调整超前地质预报方法，新增钻探和物探方法，查明了DK195+327.6～+345.8段洞身地质条件。开挖揭示主要为砂岩，强夹全风化、风化不均，岩体破碎，呈块状夹土状、局部呈碎石角砾状，强度较低、局部手掰易碎；普遍可见淋水状出水点、局部呈股状涌水，水质浑浊、水量随季节变化明显，软硬不均、遇水易软化，围岩稳定性极差，属构造破碎带及其影响带。

图3：断层破碎带段代表性掌子面开挖照

图4：隧道开挖揭示局部地质纵断面图

实际地质情况与超前地质预报成果基本一致。开挖前对隧道DK195+327.6～DK195+345.8段围岩级别和衬砌支护类型等进行了变更设计：由设计Ⅲ级围岩Ⅲa型复合式衬砌调整为Ⅴ级围岩Ⅴb型复合式衬砌，超前支护采用超前周边注浆、超前密排小导管方式，施工工法采用三台阶临时横撑法。

该段通过动态调整区段的预报方法，准确预判了掌子面前方地质情况，提前做好预案，过程中未出现涌水、突泥和围岩变形失稳等灾害，确保了施工安全，为全隧顺利贯通奠定了基础。