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    棟梁坡三維隧道超前預報

    發布時間:2022-09-22 09:32:47

    北京程鵬科技有限責任公司

    一、前言

    棟梁坡隧道DK503+227DK503+170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了三維超前地質預報。

    預報時隧道施工開挖面里程為DK503+227。

    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. 三維超前探測不良地質體的分布情況,預報富水帶的位置。

    本次完成工作量有:TSP測試57m,地質調查10m。

    二、預測段原設計情況

    預測段地層元古界板溪群清水江組變余凝灰質板巖。地質構造不發育。巖層層理產狀N14°~32°E/14°~34°S,主要發育兩組節理,一組N40°~60°W/60°S~90°,一組N10°~70°E/90°。地下水類型為基巖裂隙水,水量規模由裂隙發育情況控制,主要由大氣降水補給。不良地質主要為順層偏壓、地應力及巖爆。

    三、地質調查情況

        1.掌子面地質情況

    開挖揭示巖性為板巖,青灰色,弱風化,巖質堅硬,變余結構,板狀構造,中厚層狀為主,巖層產狀: N30°E/15°S。節理較發育,主要有兩組節理:J1產狀N50°W/80°N,節理間距0.3~0.7m,延伸長度0.5~1.5m,密閉,平滑;J2產狀N20°E/90°,節理間距0.2~0.6m,延伸長度0.5~1.0m,密閉,平滑。巖體整體較完整,圍巖穩定性一般。掌子面潮濕。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,為板巖,青灰色,弱風化,變余結構,板狀構造,中厚層狀為主,節理較發育,巖層及節理產狀與掌子面一致。巖體整體較完整,圍巖穩定性一般。拱頂及邊墻有滲水現象。附拱頂和兩側邊墻地質素描圖。

     

     四、物探三維超前地質預報工作

    1.外業工作

    在項目部的協調和配合下,201 年10月22日布置了TSP探測接收和激發孔,10月23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DK503+288,開挖面位置在DK503+227,測線位于左邊墻,實際激發20炮,1個接收器(檢波器)接收。具體參數見附表。

    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,藥量為200克。

        實際激發20炮,記錄地震數據20炮。

    2.TSP數據分析結果

    在對原始數據的處理中,共20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:TYY-CKGZYB-DLPSD-46-1

    隧道名稱

    棟梁坡隧道

    預報方法

    TSP

    預報探測范圍

    DK503+227~DK503+170

    開挖面里程

    DK503+227

    儀器型號

     

    已開挖段及開挖面

    地質描述

    開挖面為板巖。

    測試段DK503+288~DK503+239(49m),平均波速Vp=5440m/s,Vs=3080m/s。

    預報里程

    物性參數描述

    主要物探異常

    DK503+227~+213,長度14m

    該段圍巖平均波速 Vp=5420m/s,Vs=3070m/s;泊松比為0.25~0.28,動態楊氏模量為65~72Gpa。

    該段圍巖平均波速與測試段相比變化不大,泊松比、動態楊氏模量等物性參數波動較大,泊松比增大,動態楊氏模量等物性參數均值減??;反射界面和繞射異常較密集。

    DK503+213~+196,長度17m

    該段圍巖平均波速Vp=5450m/s,Vs=3100m/s;泊松比為0.25,動態楊氏模量為72Gpa。

    與前段相比,該段圍巖平均波速有所升高,泊松比減小,動態楊氏模量等物性參數均值增大;無明顯反射界面和繞射異常。

    DK503+196~+170,長度26m

    該段圍巖平均波速Vp=5420m/s,Vs=2960m/s;泊松比為0.21~0.28,動態楊氏模量為62~69Gpa。

    與前段相比,該段圍巖平均波速略有降低,泊松比增大,動態楊氏模量等物性參數均值減??;局部有反射界面和繞射異常。

    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57m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. DK503+317~+273,長度44m,較測試段:該段圍巖縱波速下降、橫波速變化不大,泊松比值下降,動態楊氏模量等物性參數略微降低;強反射界面及繞射異常密集。該段圍巖與已開挖段近似,預測出露巖性應為板巖,中厚層狀,地層單斜,存在順層偏壓問題,弱風化,節理較發育,巖體整體較完整,局部相對較破碎;從物探參數變化來看,地下水較測試段變化不大,總體不甚發育,主要為基巖裂隙水,以局部滲水、滴水現象為主;綜上分析,該段圍巖穩定性一般,開挖過程中局部可能出現掉塊等圍巖失穩現象。

    2. DK503+273~+217,長度56m,較前段:該段圍巖縱橫波速降低,泊松比升高、動態楊氏模量等物性參數值降低。該段圍巖物性較上段有變差的趨勢,預測出露巖性仍為板巖,弱風化,中厚層狀為主,地層單斜,繼續存在順層偏壓問題,節理較發育,巖體較破碎,局部可能有褶曲和小型斷層等次生構造發育;從物探參數變化來看,地下水總體較上一預測段發育,以滲水、滴水現象為主,整體出水量有增大趨勢,局部可能出現淋雨狀滴水現象;綜上分析,該段圍巖穩定性較差,開挖過程中較易出現掉塊及局部小范圍坍塌等圍巖失穩現象。

    六、結論

        1. DK503+317~+273,長度44m,預測出露巖性應為板巖,中厚層狀,地層單斜,存在順層偏壓問題,弱風化,節理較發育,巖體整體較完整,局部相對較破碎;地下水較測試段變化不大,總體不甚發育,主要為基巖裂隙水,以局部滲水、滴水現象為主;綜上分析,該段圍巖穩定性一般,開挖過程中局部可能出現掉塊等圍巖失穩現象。建議圍巖級別定為Ⅲ級。

    2. DK503+273~+217,長度56m,預測出露巖性仍為板巖,弱風化,中厚層狀為主,地層單斜,繼續存在順層偏壓問題,節理較發育,巖體較破碎,局部可能有褶曲和小型斷層等次生構造發育;地下水總體較上一預測段發育,以滲水、滴水現象為主,整體出水量有增大趨勢,局部可能出現淋雨狀滴水現象;綜上分析,該段圍巖穩定性較差,開挖過程中較易出現掉塊及局部小范圍坍塌等圍巖失穩現象。建議圍巖級別定為Ⅳ級。

    七、建議

    1.DK503+317~+217段施工過程中,建議通過加深炮孔來驗證預報的準確性,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,針對局部可能出現的圍巖失穩和出水情況,需加強監測,并做好合理的應對措施,以確保安全。

    2.針對近期降雨量的增加,應及時做好洞內防排水措施,尤其對局部地下水較發育段,應采取相應措施,防止突水等地質災害發生時造成人員和設備損失。

    八、其它

    應在DK503+235~+180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

     

     

     

    1TSP系統接收到的X、Y、Z方向的原始記錄

     

    附圖2  TSP系統接收到的X、Y、Z方向的原始記錄頻譜圖

     

     

    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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