2.3.5.1　工程实例一

1.工程概况

贵广铁路GGTJ-1某标隧洞设计时速250km/h，预留提速条件。隧洞起止里程为D3K98+840～D3K106+210，全长7.37km，位于贵州省黔南州都匀市西郊，地处苗岭山脉的腹部。隧洞为单洞双线隧洞，最大埋深470m。

2.地质概况

（1）地层岩性：①志留系中统翁项组分布于调查区南部山脊一带，地层岩性为灰绿色、黄绿色黏土质页岩夹钙质粉砂岩、泥质灰岩，地层产状为125°∠15°；②奥陶系下统桐梓组红花园组分布于调查区中部沟谷及北部山脊一带，主要为浅灰色一灰色，中厚层状夹薄层状，隐晶质一微晶质结构白云岩，质坚性脆，地表普见刀砍状裂隙，灰岩为隐晶质结构，以白云质灰岩居多，地层产状为245°∠25°。

（2）地质构造：隧洞进口发育硝洞1号正断层，与隧洞呈65°左右斜交，倾角80°～90°，断层上盘为砂页岩地层，下盘为灰岩地层，断层破碎带宽5～10m，断层带物质为胶结紧密的断层角砾岩、构造压碎岩，原岩为灰岩、页岩，粒径2～50mm，呈尖棱状，上下盘岩层裂隙间大量充填方解石脉。沿断层线地表为一宽大深沟，雨季沟内有山洪汇集排泄，冲洪积物较厚，隧洞顶板距沟底45m左右，断层带内岩体破碎，且可能顺断层带沿可溶岩一侧发育溶洞，施工中可能发生大规模的涌水、涌泥情况。

（3）水文地质：主要为第四系孔隙潜水、碳酸盐岩溶水及基岩裂隙水。

3.预报成果

（1）宏观预报。隧洞为长大隧洞，区域跨度较大，地质情况复杂，为一级高风险隧洞，隧洞主要不良地质体为岩溶、断层破碎带，施工中可能发生大规模的涌水、涌泥情况，尤其是硝洞1号正断层带附近，可能顺断层带沿可溶岩一侧发育溶洞。

（2）中长距离预报。根据设计文件及宏观预报结论，为确定该断层的具体桩号和评估该断层对隧洞开挖的影响程度，预报项目部分别在D3K100+699掌子面和D3K100+765开展了两次TSP预报及在D3K100+657掌子面瞬变电磁预报。

1）TSP预报结论：在D3K100+770～+834段围岩的纵波波速、密度较低；泊松比σ较高，解释为硝洞1号正断层及断层影响带，岩溶发育、岩体溶蚀破碎，含水量较丰富。图2.3.5-1为D3K100+765掌子面TSP岩石物理力学参数显示结果及成果分析图。

2）瞬变电磁预报结论：D3K100+765～+817段存在一低阻异常体，解释为硝洞1号断层及断层影响带，其中D3K100+767～+792段低阻异常明显，该段存在涌水涌泥的可能性。图2.3.5-2是D3K100+667掌子面瞬变电磁预报成果。

图2.3.5-1　D3K100+765掌子面TSP岩石物理力学参数显示结果及成果分析图

图2.3.5-2　D3K100+667掌子面瞬变电磁预报成果图

（3）短距离预报。

1）地质雷达：为了进一步探明掌子面前方硝洞1号正断层的不良地质体情况，在D3K100+765掌子面上布置了5条雷达测线进行探测，如图2.3.5-3所示，探测结果如图2.3.5-4～图2.3.5-9所示。从雷达色谱图可知：掌子面前方雷达信号同相轴不连续，反射能量分布不均匀且局部，说明掌子面前方岩体均匀性差，在强反射区域发育岩溶空腔并富水的可能性较大。

图2.3.5-3　D3K100+765掌子面雷达测线布置图

图2.3.5-4　1号雷达测线成果图

图2.3.5-5　2号雷达测线成果图

图2.3.5-6　3号雷达测线成果图

图2.3.5-7　4号雷达测线成果图

图2.3.5-8　5号雷达测线成果图

图2.3.5-9　地表坍塌情况

图2.3.5-10　D3K100+765掌子面红外线探测测线布置图

2）红外探水。2011年4月1日，为探明掌子面前方的富水情况，在掌子面上布置4条测线（图2.3.5-10）（每条测线上均匀布置5个测点，从左至右、从上到下）进行红外线测试，探测结果如下：

a.由掌子面上20个测点的红外辐射场强数值（表2.3.5-1），可知其最小值为330μW/cm2，最大值为345μW/cm2，差值为15μW/cm2，大于允许的最小安全值10μW/cm2。

表2.3.5-1　掌子面红外探测记录表

b.根据现场所测左边墙脚、左边墙、拱顶、右边墙、右边墙脚的辐射场强值（从掌子面往已开挖段每隔5m布置一个测点），绘制曲线如图2.3.5-11所示，可以看出往掌子面方向，靠近掌子面附近红外辐射场强值曲线呈上升趋势。

图2.3.5-11　沿隧洞走向红外探测场强变化曲线

根据上述a、b两种判别方法，结合已开挖揭示的围岩情况及地质雷达预报结果，可以判定DK100+765～+789段存在一定规模的含水体。

（4）特殊方法预报。本次特殊方法预报主要采取的方法为加深炮孔和超前水平钻探。2011年3月30日，施工单位在D3K100+765掌子面施作加深炮孔过程中出现承压水流出，且水呈黄色泥浆水，水流持续时间长，且未有减弱的趋势。为了进一步探明掌子面前方地质情况及形态，确保施工安全，随后在掌子面上布置了7个超前水平钻孔，钻孔布置如图2.3.5-12所示。5个超前水平钻孔都出现了不同程度的涌水，图2.3.5-13为ZK2号钻孔涌水照片，超前水平钻孔成果见表2.3.5-2。

图2.3.5-12　D3K100+765掌子面超前水平钻孔布置图

图2.3.5-13　ZK2号钻孔涌水照片

表2.3.5-2　D3K100+765～+795段超前水平钻孔成果表

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4.预报结论

综合上述各类预报成果，可以得出如下预报结论：

（1）预报洞段岩性为灰黑色厚层白云质灰岩，其中在DK100+768～+795段为硝洞1号断层及断层影响带（该影响带将继续向前延伸），发育有管道型溶洞及溶蚀破碎带，以黏土充填为主，夹少量碎石，岩溶水较发育。隧洞开挖过程中，该管道（破碎带）在水平方向上将在隧洞右边墙先揭露、垂直方向将在隧洞顶板先揭露。隧洞横向岩溶管道（破碎带）贯穿于整个隧洞，纵向推测大于6m，岩溶分布平剖、横断面图如图2.3.5-14所示。

图2.3.5-14　斗篷山隧洞D3K100+768～+795段岩溶分布平剖、横断面图

（2）沿断层影响带发育的管道型溶洞及溶蚀破碎带对隧洞施工安全有一定影响，建议根据预报成果进行必要的处理后方能进行隧洞开挖掘进。

（3）施工通过打设管棚、注浆处理后，开挖至预报的不良地质洞段是，溶蚀破碎带基本被注浆填实，从浆液充填情况看，实际的溶蚀管道与隧洞超前预报结论吻合。

2.3.5.2　工程实例二

1.工程概况

某水电站辅助洞全长17.5km，一般埋深1500～2000m，最大埋深2375m。由两条平行、中心距35m，净宽5.5m和6m，净高4.5m和5m的单车道A、B隧洞组成。方位为S121°56′E，纵断面为“人”字坡形，最大纵坡2.5%，最小为0.2%。隧洞西端进口位于某电站闸址上游约1km，高程1657.10m；东端出口位于二级电站厂房以南约4km，高程1566.00m。

2.地质概况

（1）地层岩性：工程区内出露的地层为前泥盆系—侏罗系的一套浅海—滨海相、海陆交替相地层。区内三叠系地层广布，构成河弯内的雄伟山体。中、下统地层为变质程度不同的巨厚—厚层状碳酸盐岩地层以及绿片岩和变质火山岩地层，上统为碎屑岩地层。三叠系地层为辅助洞的主要围岩。

（2）地质构造：工程区从展布的地质构造形迹看，本区处于近东西向（NWW—SEE）应力场控制之下，形成一系列近南北向展布的紧密复式褶皱和高倾角的压性或压扭性走向断裂，并伴有NWW向张性或张扭性断层。东部的褶皱大多向西倾倒；而西部地区扭曲、揉皱现象表现得比较明显。

（3）工程地质问题：隧洞处于高山峡谷的岩溶地区，穿越的地层岩性主要为三叠系变质大理岩、砂板岩、绿泥石片岩。区内主要受NWW—SEE向应力场控制，形成一系列近SN向紧密复式褶皱和高倾角的压性断层，并伴有NWW向张性、张扭性结构面发育，地质条件复杂，具有埋深大、洞线长的特点。主要工程地质问题有高地应力、岩爆、涌水、高地温、有害气体、围岩稳定及隧洞所穿越的断层破碎带等。

3.预报成果

图2.3.5-15　TSP岩石物理力学参数及二维平面（2D）显示结果图

（1）中长距离预报。中长距离预报主要采用TSP203预报，图2.3.5-15是辅助洞BK5+019掌子面采用TSP预报岩石物理力学参数及二维平面（2D）成果图，通过分析成果图得出如下结论：

1）BK5+026～+032段岩体横波波速vs相对较低，纵横波波速比，泊松比σ相对较高；密度ρ，静态杨氏模量相对较低，解释该段岩体破碎并富水。

2）BK5+062～+072段体横波波速vs相对较低，纵横波波速比，泊松比σ相对较高；密度ρ，静态杨氏模量相对较低，解释该段裂隙发育并富水。

（2）短距离预报。为进一步探测BK5+026～+032和BK5+062～+072段的地质情况，在隧洞掘进中，加强了BK5+026～+072段的地质雷达和BEAM预报频率和掌子面的雷达测线，图2.3.5-16为BK5+065掌子面雷达测线布置图。

图2.3.5-16　BK5+065掌子面雷达测线布置示意图

1）地质雷达预报：图2.3.5-17是BK5+038～+058段左右壁底部及BK5+058掌子面底部雷达测试成果色谱图；图2.3.5-18是地质雷达BK5+045～+065段左右壁底部及BK5+065掌子面底部雷达测试成果波形图。图2.3.5-19是地质雷达在BK5+065掌子面中部水平测线成果波形图，图2.3.5-20是地质雷达BK5+065掌子面中部垂直测线成果波形图，从雷达成果图可知：掌子面前方从BK5+072开始，雷达反射能量明显增强，同相轴不连续，波形杂乱。

2）BEAM预报：图2.3.5-21为BEAM在BK5+060～+090段的成果图。从BEAM成果图可知：从BK5+067开始，岩体的PFE值、视电阻率都明显的下降，且在BK5+072处小于零，在BK5+074处达到最低，从BK5+074开始PFE值、视电阻率又逐渐缓慢上升，并在BK5+079处大于零。

3）综合地质雷达及BEAM成果并结合地质分析，得出如下结论：①在BK5+072左右发育一条溶蚀裂隙，并富水，不排除是断层发育；BK5+074～+087段为受构造影响的岩体破碎带，且含水丰富；②在BK5+049～+065段右壁还发育另一条溶蚀裂隙，并含水，延伸后将在BK5+089左右与隧洞相交。

图2.3.5-17　BK5+038～+058段左右壁底部及BK5+058掌子面底部雷达测试成果色谱图

图2.3.5-18　BK5+045～+065段左右壁底部及BK5+065掌子面底部雷达测试成果波形图

图2.3.5-19　掌子面中部水平测线成果波形图

图2.3.5-20　掌子面中部垂直测线成果波形图

图2.3.5-21　辅助洞BK5+060～+090段BEAM预报成果图

（3）特殊方法预报。在隧洞开挖到BK5+072掌子面时，掌子面未发现明显不良地质缺陷，也未发现明显涌水，但在BK5+072掌子面钻孔过程中，掌子面底部一钻孔在钻进1m后出现了大涌水，涌水瞬间喷出约30m，如图2.3.5-22所示，为进一步探明掌子面前方的富水情况，随后在掌子面上布置了两个超前钻孔，超前钻孔深15m，钻孔布置如图2.3.5-23所示。超前钻孔钻进1m后出现涌水，但水压不大，随后在超前钻孔中进行了钻孔雷达测试，以便探明掌子面临近区域是否存在较大规模的含水构造，钻孔雷达成果图如图2.3.5-24、图2.3.5-25所示。

通过钻孔雷达测试得出如下结论：①掌子面前方BK5+072～+085段存在两个异常，解释为两条主要富水裂隙，其中一条裂隙宽6～12cm，另一条宽10～20cm；②隧洞临近区域探测范围内（BK5+072～+085）未发现大型溶洞。

图2.3.5-22　掌子面炮孔涌水照片

图2.3.5-23　掌子面超前钻孔布置图

图2.3.5-24　孔1钻孔雷达成果图

图2.3.5-25　孔2钻孔雷达成果图

（4）预报结论。综合各种预报成果，得出如下结论：掌子面前方BK5+074～+085段隧洞周围无大型溶洞，仅发育两条富水裂隙，其中一条裂隙宽6～12cm，另一条宽10～20cm，且裂隙的连通性较差。

超前预报确认掌子面前方BK5+074～+085段隧洞周围无大型溶洞后，施工单位采取短进尺掘进，顺利通过了该段。后经开挖证实：桩号BK5+073～+075段发育一小断层，产状：N60°～70°E/NW，∠80°，宽度0.4～2.0m，为方解石及方解石胶结的角砾岩，断层面均附有钙化物，在该断层附近，裂隙极为发育，形成与该断层走向平行的裂隙密集带，裂隙带内出现30～50L/s的大涌水。