超前钻探在超前地质预测预报施工中的应用

科技情报开发与经济　文章编号：ｌ００５—６０３３（２００８）２８—０１９４—０２　ＳＣＩ－ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００８年第１８卷第２８期　收稿日期：２００８一Ｏ８～ｌ４　超前钻探在超前地质预测预报施工中的应用　段双喜　（中铁十二局集团有限公司，山西太原，０３００３２）　摘要：结合复杂岩溶齐岳山隧道超前地质预报的施工实践，重点介绍了超前地质钻　探和５　Ｉｌｌ超长炮孔在地质预报工作中的应用。　关键词：地质钻探；超长炮孔；地质预测预报　中图分类号：Ｕ４５２．１’ｌ　文献标识码：Ａ　型裂隙等异常时，必须增加超前钻孑Ｌ，要求至少一孔取芯钻探，并依据钻　孑Ｌ资料绘制纵、横剖面，控制岩溶异常体范围。　一１隧道水文地质概况　齐岳山隧道位于湖北省利川市境内，进口里程ＤＫ３６１＋２５５，Ｈｊ口里　般情况下的超前钻孔布置详见图ｌ、图２、图３。　程ＤＫ３７ｌ＋７８３，全长１０　５２８ｍ，是宜万线重点、难点和控制性１二程。进口　段正洞３　６４５　ｍ，并在线路左侧３０　ｒｌｌ处设贯通平行导坑一座，其中进口　段平行导坑长３　６６５　ｍ。隧道进口地段穿越二、三叠系灰岩，全部位于可　熔岩地层；隧道最大埋深６７０ｍ。主要地质构造为齐岳山背斜，发育大、小　鱼泉和得胜场３条暗河，进口地段发育１Ｏ条断层，其中９条断层对隧道　旌工影响较大，且进口地段为单面反坡施工（一１．３％／３４５　ｍ，一１．５３％／３　３００　ｉｎ），设汁正常涌水量１７６０００ｍ　，最大涌水量７４３　０００ｍ　。该＿丁程主要　风险是岩溶富水、突水、突泥，其涌水突泥等突发性地质灾害将严重危及　施工安全。能否开展好施工地质工作，尤其是超前地质预测预报，做到超　前预判，及时处理突发性地质灾害，是工程建设成败的关键。　Ｉ孑Ｌ　ｊ国了鱼　４孔　６孑Ｌ　图】正洞全断面开挖超前钻孔布置图（ｍ）　２超前地质预测预报工作的主要内容　在长大复杂岩溶隧道施工中，超前地质预测预报工作必须作为一道　工序纳人施工组织设计中。在地质预报工作中，应根据不同的施ｌＴ地质　分级，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质　一１ｒ　　ｌ　预报。如采用物探与钻探相结合、长距离与短距离相结合、预报与地质分　析相结合的综合预报方法预报隧道前方及周边工程地质和水文地质条　ｌｉ　ｌ孔　５孔　件，具体办法有ＴＳＰ２０３、地质雷达、超前地质钻探、超长炮孔、地质素描　等。超前钻孔的主要目的是验证物探异常、探查隧道周边一定范围内是　否存在大型岩溶腔体、探明岩溶腔体在隧道周边一定范围内的发育规模　及充填物性质和裂隙发育情况、进行水压力与涌水量观测，为确定岩体　完整程度、岩溶及岩溶水特征提供依据。与物探方法相比，它具有直观　图２正洞台阶法开挖超前钻　Ｌ布置图（ｍ）　性、客观性，不存在物探手段经常发生的多解性和不确定性。　超前地质钻孔是利用慢、中、快速钻机通过取芯或不取芯的钻孔方　法了解掌子面前方的宏观地质情况。钻孑Ｌ深度以３０　ｍ为主，重点地段应　采取超长距离（６０　ｍ及以上）。地质钻孔对施Ｔ的影响较大。在经济条件　允许或复杂地质影响段较多需经常性施作超前地质钻孔时，应采用快速　地质钻机。　超长炮　Ｌ是利用风钻或凿岩台车在隧道工作面钻小孑Ｌ径的浅孔而　获取地质信息的一种方法。受设备、钻杆性能的限制，一般深度为５　ｍ，较　爆破孑Ｌ深２　ｍ～３　ｍ，可与爆破孔同时施作，具有操作简单、费用低、施工时　间短等优点。凶超长炮孔探测深度总是超前循环爆破进尺２　ｍ左右，可　完全保证施工安全。　Ｉ孔４　Ｌ　图３平导开挖超前钻孔布置图（ｍ）　３超前地质钻孔的探测方案　对于水月毛高、岩体破碎、可能存在岩溶管道或溶腔等岩溶地质条件　４超长炮孔的探测方案　在岩溶高度发育区，因超前地质钻探数量较少，无法规避工作面内　或＿Ｔ作面上部以及两侧潜伏性岩溶对施工的危害。而超长炮孔作为超前　地质钻探的重要补充，因其数量较多．对发现潜伏性岩溶起着非常重要　的作用。在实际操作中，超长炮孑Ｌ需依据超前钻探确定的岩体完整程度、　测试的水压大小、安全岩盘厚度进行具体布置。　复杂地段，超前钻孔６孑Ｌ贯通；岩溶地质条件相对简单地段，超前钻孑Ｌ　４　孑Ｌ贯通：碎屑岩地段，超前钻孑Ｌ　ｌ　Ｌ贯通。・．　超前钻探长度以３０　ｎｌ中距离探测为主，搭接长度为５　ｍ。超前钻探　应钻穿溶腔至完整基岩不少于５　ＩＴＩ。当超前钻孔量测水压高或遇岩溶、大　ｌ９４　段双喜超前钻探在超前地质预测预报施工中的应用　本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｉｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ实践与创新　４．１安全岩盘厚度　平导超长炮孑Ｌ分两循环交错向前布置：第一循环超长炮孔ｌ２孔，中　安全岩盘厚度与岩体完整程度、水压力、洞室断面尺寸、支护强弱等　密切相关，需根据掌子面前方及周边岩体完整程度、洞室大小、水压力具　体确定。根据相关经验估算的安全岩盘厚度见表１。　表１安全岩盘厚度表　围岩完整　程度　完整　破碎　间２孔为水平孔，其余各孑Ｌ以２Ｏ。，４ｏ。角度外捕；第二循环超长炮孔ｌ４　孔，中间５孑Ｌ为水平孔，其余各孑Ｌ以２０Ｏ　４０。角度外插。平导炮孑Ｌ布置见　图６。　１．５　１　５　围岩　不同水压力作用下预留的安全岩盘厚度／ｍ　级别　Ｉｔ－Ｉｌｌ　ＩＶ　Ｏ．５ＭＰａ　１．Ｏ　２．Ｏ　ｌ　ＭＰａ　１．５　４．Ｏ　１．５ＭＰａ　２　ＭＩ）ａ　２．５　６．Ｏ　３．０　７．５　４．２超长炮孔的布孔　（１）当估算的安全岩盘厚度小于或等于３ｉｎ时（即ｌ１，ＩＩＩ级围岩水压　小于２　ＭＰａ及ｌＶ级围岩水压小于０．５　ＭＰａ）的探测方案。　正洞超长炮孑Ｌ分两循环交错向前布置：第一循环超长炮孑Ｌ　ｌ７孔，中　间５孔为水平孔．其余各　Ｌ以２０。和４０。角度外插；第二循环超长炮孔ｌ７　孔，中间６孔为水平孔，其余各孔以２Ｏ。，４０。角度外插。正洞全断面开挖　蕾鸯４０．　●第一循环超长炮孔ｌ２孔　０第二循环超长炮孔１４孑Ｌ　（Ｉｌｆ１）　炮孑Ｌ布置见图４，正洞台阶法开挖炮孔布置见图５。　图６平导炮孑Ｌ布置周边探查：按正洞超长炮孔进行布置。　（２）当岩体破碎、水压大干Ｏ．５　ＭＰａ，估算的安全岩盘厚度大于３　ｍ　时，应进行相应预加固处理后，才能进行掘进。　（３）一般情况下碎屑岩地段不考虑超长炮孔探测。在碎屑岩与可熔　岩接触界面附近，按照可熔岩要求进行超长炮孔布置。　（４）前方岩体出现异常时，应根据具体情况增加超长炮孑Ｌ数量，采用　加密短距离钻孑Ｌ探测。　（５）为了保证安全岩盘厚度，应严格按照设计开挖方法组织开挖、支　护。原则上，正洞断面Ｉ１，ＩＩＩ级围岩每循环开挖长度不超过１．５　ｍ；Ⅳ，Ｖ　级围岩不超过Ｉ　ｉｎ。　Ｉ　——一６　８————０　Ｉ　Ｉ　Ｌ——一６　８——一ｌ　ｌ　　５应用效果　齐岳山隧道进Ｉ＝１地质构造复杂、地下暗河发育、岩溶形态多变，自　２００４年２月ｌ３日开工以来．在已施工的３　０００ｍ巾，为有效地规避地质　风险，中长距离超前地质钻探７１４孔、２５　２７３．３ｍ，短距离及周边５ｍ钻　探４３　２２３孔、１９９　７１２　ｍ，ＴＳＰ２０３超前地质预报４０次、７　７５８　ｍ，运用地质　●第一循环超长炮孑Ｌ：ｌ７孔　圆第二循环超长炮孔：ｌ７孔　图４正洞全断面开挖炮孑Ｌ布置（ｎ１）　雷达４１次、２０４６８　ｎｌ。先后遭遇溶腔１７１处．安全处理１６９个，平均每掘　进２０　ｍ就要遭遇和处理一个溶腔，其中严重影响隧道施工的溶腔达到　２２个，隧道曾先后５次被特大突水突泥淹没。在诸多地质灾害面前，因施　工中严格采用综合超前地质预测预报措施，未发生一起人员伤亡事故和　重大经济损失。　（责任编辑：邱娅男）　Ｉ　●超长炮孔　Ｊ　【　Ｊ　第一作者简介：段双喜，男，１９７２年生．１９９５年毕业于石家庄铁道学　院设备管理专业，工程师，巾铁十二局集团有限公司，山西省太原市．　Ｏ３ｏｏ３２．　ｏ超长炮孑Ｌ　上台阶：第一循环超长炮孔ｌＯ孔：　上台阶：第一循环超长炮孔９孔；　下台阶：第一循环超长炮孔７孑Ｌ。　下台阶：第一循环超长炮孔８孔。　图５正洞台阶法开挖炮孑Ｌ布置（ｍ）　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＤＵＡＮ　Ｓｈｕａｎｇ－ｘｉ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｍｃｔｉ０ｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｑｉｙｕｅｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅ１　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅ　Ｋａｒｓｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｇｏｅｌｏｇｉｃａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　５　ｍ　ｓｕｐｅｒ—ｌｏｎｇ　ｂｌａｓｔ　ｈｏｌｅ　ｉｎ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｓｕｐｅｒ－ｌｏｎｇ　ｂｌａｓｔ　ｈｏｌｅ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　１９５