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    芭蕉灣隧道三維超前預報

    發布時間:2020-01-13 11:28:32

    北京程鵬科技有限責任公司

    一、前言

    CKGZTJ-2標段芭蕉灣隧道DK487+963DK488+063段采用TSP三維超前預報系統和地質調查法相結合的方法進行三維超前地質預報。

    預報時隧道施工開挖面里程為DK487+963。

    任務目的:

    1. 三維超前探測隧道開挖工作面前方的工程地質與水文地質條件;

    2. 三維超前探測斷層破碎帶的位置、寬度等;

    本次完成工作量有:TSP測試100m,地質調查10m。

    二、預測段原設計情況

    預測段地層震旦系下統南沱組頁巖夾砂巖、板巖,地層單斜,巖層層理產狀 。節理裂隙發育,主要發育兩組節理,一組N15°43°W/65°S~90°,一組 ,受節理發育影響,巖體破碎。地下水類型主要為第四系松散土層孔隙水、基巖裂隙水,地下水不甚發育。不良地質主要為順層圍巖失穩和頁巖風化剝落問題,DK487+873+241段圍巖分級為Ⅴ級,DK489+241~+196段圍巖分級為Ⅳ級。

    三、地質調查情況

        1.掌子面地質情況

    掌子面巖性為灰黑色頁巖,中厚層狀,局部夾薄層砂巖,層理發育,節理發育,巖體破碎,弱風化為主。巖層產狀:N35°E/20°S;主要發育兩組節理,J1:N55°E/70°N,節理間距0.05 ~0.25m,延伸長度0.3~1.0m,節理面光滑,密閉,J2N25°W/80°N,節理間距0.05 ~0.25m,節理延伸長度0.5~1.5m,節理面平整,微張,無填充。圍巖穩定性較差,多有掉塊現象,掌子面潮濕,局部有滲水現象。附掌子面地質素描圖。

    2.洞身地質情況

    開挖揭示巖性與掌子面巖性一致,為灰黑色頁巖,中厚層狀,弱風化為主,層理發育,節理較發育,巖體較破碎。巖層及節理產狀與掌子面近似。圍巖較穩定性較差,拱頂有掉塊現象,開挖面潮濕,拱頂有滴水、滲水現象,水量較小。附拱頂和兩側邊墻地質素描圖。

    四、三維物探超前地質預報工作

    1.外業工作

    在項目部的協調和配合下,2013年619布置了TSP探測接收和激發孔,6月20日完成了外業數據采集,原始數據見附表。

    1)TSP觀測系統布置

    觀測系統設計如下:

     

     

    接 收 器 孔

    炮    孔

    設計

    數  量

    2個,位于隧道左右邊墻(各1個)

    24個, 位于隧道左邊墻或右邊墻

    直  徑

    φ45mm~φ50mm 

    φ38mm~φ50mm (現有鉆孔鉆頭)

    深  度

    1.9m(不超過2m)

    1.5m~1.8m

    定  向

    垂直隧道軸向,上傾5°~10°

    垂直隧道軸向,下傾10°~20°

    高  度

    離地面(隧底)高1m左右

    離地面(隧底)高1m左右

    位  置

    距離掌子面約55m

    第1個炮孔離同側接收器孔15~20m,炮孔距1.5m左右

    示意圖

     

    現場實際接收器位置在DK487+908,開挖面位置在DK487+963,實際激發23炮,1個接收器(檢波器)接收。具體參數見附表。

    實際觀測系統布置示意圖見圖1。

     


    2)儀器采集參數

    數據采集時,采用X-Y-Z三分量同時接收,采樣間隔62.5μs,記錄長度451.125ms(7218采樣數)。激發地震波時,采用無延遲時的瞬發電雷管,藥量約為100或200克。

        實際激發23炮,記錄地震數據23炮。

    2.TSP數據分析結果

    在對原始數據的處理中,共23炮數據參與軟件處理分析。

    結合地質資料和施工開挖情況對二維處理結果進行分析解釋,得出如下結論(以目前開挖面巖石為主要參照物)及建議:

    新建滬昆鐵路超前地質預報報表

    預報等級:■預報  ¨警報  ¨緊急警報       預報編號: 

    隧道名稱

    芭蕉灣隧道

    預報方法

    TSP

    預報探測范圍

    DK487+963~DK488+063

    開挖面里程

    DK487+963

    儀器型號

     

    已開挖段及開挖面

    地質描述

    開挖面為頁巖。

    測試段DK487+908~DK487+958(50m),平均波速Vp=4230m/s,Vs=2400m/s。

    預報里程

    物性參數描述

    主要物探異常

    DK487+963~+997,長度34m。

    該段圍巖平均波速Vp=4170m/s,Vs=2350m/s;泊松比為0.22~0.28,動態楊氏模量為35~38Gpa。

    與測試段相比,該段圍巖平均波速有所下降,泊松比、動態楊氏模量等物性參數均值下降;局部有反射界面及繞射異常,其中 DK487+980~+984段反射界面較密集。

    DK487+997 DK488+053,長度56m。

    該段圍巖平均波速Vp=4150m/s,Vs=2330m/s;泊松比為0.21~0.31,動態楊氏模量為33~42Gpa。

    與前段相比,該段圍巖平均波速略微下降,泊松比、動態楊氏模量等物性參數波動較大,均值變化不大;較強反射面及繞射異常較密集,其中 DK488+021~+041段圍巖物性較差。

    DK488+053~+063,長度10m。

    該段圍巖平均波速Vp=4180m/s,Vs=2350m/s;泊松比為0.27,動態楊氏模量為37Gpa。

    與前段相比,該段圍巖平均波速略微上升,泊松比減小,動態楊氏模量等物性參數均值增大;無明顯反射面及繞射異常。

    五、預測預報分析

    根據掌子面、洞身地質編錄情況及TSP預報分析結果,結合設計文件工程地質和水文地質資料,對掌子面前方100m洞身及周邊工程地質和水文地質條件進行綜合分析如下:

    1. DK487+873+905,長度32m,較測試段,該段圍巖縱波速上升,橫波速略微下降,泊松比上升,動態楊氏模量等彈性模量下降,有強反射面及繞射異常密集。預測出露巖性應為薄層狀泥質粉砂巖,弱風化,地層單斜,節理較發育,巖體較破碎,局部存在節理密集發育帶,不排除局部有出現小型褶皺或斷層的可能性;從物探測試結果分析,地下水有發育趨勢,開挖過程中會出現滲水、滴水等情況,水量受降雨影響較大,局部段出水量有增大現象;綜上分析,隧道開挖中較易發生掉塊等圍巖失穩現象,施工中應予以重視。

    2. DK487+905~+973,長度68m,較前段,該段圍巖縱、橫波速下降,泊松比上升,動態楊氏模量等彈性模量下降,局部有較強反射面及繞射異常。該段局部位于隧道淺埋段,預測該段出露巖性為頁巖夾泥質粉砂巖,質軟易風化,尤其淺埋段,巖體可能呈強風化現象,地層單斜,節理發育,巖體破碎,尤其930~+973段局部可能發育次生地質構造,巖體可能呈碎塊角礫狀;從物探測試結果分析,局部基巖裂隙發育段地下水較發育,主要以滲水、滴水等情況為主,水量受降雨影響較大;綜上分析,隧道開挖中局部發生塌方、掉塊等圍巖失穩現象的可能性較大,施工中應予以重視。

     六、結論

    1. DK487+873+905,長度32m,預測出露巖性應為薄層狀泥質粉砂巖,弱風化,地層單斜,節理較發育,巖體較破碎,局部存在節理密集發育帶,不排除局部有出現小型褶皺或斷層的可能性;地下水有發育趨勢,開挖過程中會出現滲水、滴水等情況,水量受降雨影響較大,局部段出水量有增大現象;綜上分析,隧道開挖中較易發生掉塊等圍巖失穩現象,施工中應予以重視。建議圍巖級別定為Ⅴ級。

    2. DK487+905~+973,長度68m,該段局部位于隧道淺埋段,預測該段出露巖性為頁巖夾泥質粉砂巖,質軟易風化,尤其淺埋段,巖體可能呈強風化現象,地層單斜,節理發育,巖體破碎,尤其930~+973段局部可能發育次生地質構造,巖體可能呈碎塊角礫狀;局部基巖裂隙發育段地下水較發育,主要以滲水、滴水等情況為主,水量受降雨影響較大;綜上分析,隧道開挖中局部發生塌方、掉塊等圍巖失穩現象的可能性較大,施工中應予以重視。建議圍巖級別定為Ⅴ級。

     七、建議

        DK487+873+973段施工過程中,建議通過加深炮孔驗證并確認預測結果,采用弱爆破、短進尺掘進,迅速封閉巖面,加強初期支護,及時跟進二次襯砌,尤其對可能出現的圍巖失穩現象、地下水發育情況,應予以重視,密切監測,并采取超前措施進行加固,以防止突發事故,確保安全。

     八、其它

    應在DK487+998~DK488+053段施作炮孔和接收孔,為下次施作TSP數據采集工作做好準備。

     九、附圖及附表

      

     

    附圖3  P波深度偏移剖面(上)及提取的反射層(下)


    附圖4  前方物性及異常特征

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