超前鉆探在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用
更新時(shí)間：2021-04-10 17:51
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本文以超前鉆探技術(shù)在某巖溶發(fā)育隧道的應(yīng)用為例，分析超前鉆探技術(shù)在隧道開挖預(yù)測(cè)前方地質(zhì)體的優(yōu)缺點(diǎn)及其在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的作用。
關(guān)鍵詞：超前鉆探技術(shù)；巖溶發(fā)育；隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；施工安全
一、概述
公路隧道工程數(shù)量和建設(shè)規(guī)模越來越大，遇到的的施工地質(zhì)條件也愈加復(fù)雜，為保障隧道施工安全、為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工提供可靠的決策參考依據(jù)，因此隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)漸漸得到各參建方的認(rèn)識(shí)和高度重視。目前隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法主要有：超前鉆探技術(shù)、物理勘探法、水力聯(lián)系觀測(cè)等技術(shù)。超前鉆探技術(shù)作為隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的一部分，因其能在隧道地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域、艱險(xiǎn)圍巖地段較直觀探測(cè)前方地質(zhì)不良體及其空間分布，往往作為物理勘探法的驗(yàn)證應(yīng)用。本文結(jié)合意大利C6XP多功能鉆機(jī)闡述超前鉆探技術(shù)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用。
二、超前鉆探技術(shù)的特點(diǎn)
超前地質(zhì)鉆探技術(shù)是利用鉆機(jī)在隧道開挖掌子面前方進(jìn)行鉆探獲取相關(guān)地質(zhì)信息的一種超前地質(zhì)方法，鉆機(jī)鉆探通過不同地層（軟硬、破碎、完整、空洞、裂隙、涌水涌泥等不良地段）時(shí)反應(yīng)在鉆機(jī)儀器上的參數(shù)不同來判斷前方地層的巖性狀況，通常根據(jù)鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度、扭矩、推進(jìn)力、旋轉(zhuǎn)速度等主要參數(shù)結(jié)合掌子面外露巖層、鉆進(jìn)排出渣樣、回水顏色、地勘資料等對(duì)鉆進(jìn)里程巖層做出判斷。理論上該方法適用于任何地質(zhì)條件的隧道，是最直接、最簡(jiǎn)單的預(yù)報(bào)方法。
超前鉆探技術(shù)在隧道開挖階段進(jìn)行超前鉆探查明掘進(jìn)方向的地質(zhì)條件，不但能直接探明開挖掌子面前方斷層破碎帶、軟巖、巖溶等不良地質(zhì)體的性質(zhì)、位置和規(guī)模，還能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層產(chǎn)狀三要素、瓦斯賦存參數(shù)和巖溶、裂隙、水含水參數(shù)，并且對(duì)于瓦斯地段、巖溶、裂隙、水具有預(yù)排放作用，釋放圍巖體內(nèi)的壓力，保障開挖過程的安全[1]。
但由于鉆探技術(shù)、特別是水平鉆探技術(shù)本身的局限性：
1.在破碎巖體和軟巖（特別是潮濕泥巖夾孤石地段）中會(huì)卡鉆，鉆進(jìn)困難，速度慢，鉆探距離短，對(duì)鉆機(jī)及鉆具損耗嚴(yán)重；
2.鉆進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，占用作業(yè)時(shí)間多，耽誤隧道施工，鉆進(jìn)費(fèi)用高；
3.鉆探獲取的相關(guān)地質(zhì)信息僅代表該孔及附近有限范圍的地質(zhì)狀況，難以形成面的概念[2]。在惡劣地質(zhì)環(huán)境下需要多孔布置，一般以3-7孔居多。
三、工程實(shí)例
3.1 掌子面狀況
某隧道采用洞口小凈隧道方案。隧道右線長(zhǎng)度1326m，最大埋深約254m；隧道左線長(zhǎng)度1340m，最大埋深約253m；某里程樁號(hào)掌子面圍巖主要為中風(fēng)化灰?guī)r組成，溶洞發(fā)育（已打開），洞體部分被粘性土、泥沙等填充，節(jié)理裂隙發(fā)育，自穩(wěn)能力差，存在滲水現(xiàn)象。
現(xiàn)場(chǎng)亟需超前鉆探探測(cè)溶洞發(fā)育狀況、位置、規(guī)模大小，為后續(xù)處理溶洞方案提供依據(jù)。
3.2設(shè)備及鉆孔布置
1、本次C6XP多功能鉆機(jī)1臺(tái)，技術(shù)人員4人，配合工人3人以及鉆機(jī)鉆探配套設(shè)備。
2、鉆孔布置
本次超前鉆探施鉆掌子面采用Φ54mm，2m鉆桿、65mm 直徑鉆頭?；趪鷰r實(shí)際情況，采用液動(dòng)錘沖擊破碎、高壓水沖碴作業(yè)方式，共鉆探8孔。根據(jù)鉆機(jī)的實(shí)際作業(yè)高度及鉆探工作面實(shí)際情況，1#孔布置于左邊墻距掌子面2.5m上側(cè)（與掌子面夾角為500），鉆進(jìn)深度為34.38m；2#孔布置于掌子面左上側(cè)（與掌子面夾角為900），鉆進(jìn)深度為74.17m；，3#孔布置于右邊墻距掌子面6m中上側(cè)（與掌子面夾角為450），鉆進(jìn)深度為30.77m；，4#孔布置于隧底右側(cè)距掌子面3m（與隧底平面夾角為450），鉆進(jìn)深度為13.81m；，5#孔布置于右邊墻距掌子面1.5m中上側(cè)（與掌子面夾角為400），鉆進(jìn)深度為13.01m；，6#孔布置于掌子面右側(cè)中側(cè)（與掌子面夾角為900），鉆進(jìn)深度為7.49m；，7#孔布置于隧底左側(cè)距掌子面1.5m（與掌子面夾角為450），鉆進(jìn)深度為17.37m；，8#孔布置于左邊墻距掌子面0.1m中上側(cè)（與掌子面夾角為300），鉆進(jìn)深度為25.49m。
3、具體鉆進(jìn)里程地質(zhì)狀況
1#孔：距離掌子面0米～8.37米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，8.37～13.18米段圍巖為溶洞，軟弱泥巖填充，溶洞鉆探距離為4.81米，換算垂直于左邊墻為3.1米，13.18～34.38米圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬。
2#孔：距離掌子面0.4米～5.3米段圍巖為為溶洞，軟弱泥巖填充，溶洞鉆探距離為4.9米，5.3～74.17米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，局部微小裂隙發(fā)育。
3#孔：距離掌子面0米～30.77米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，局部微小裂隙發(fā)育。
4#孔：距離地面0米～13.81米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，局部微小裂隙發(fā)育。
5#孔：距離掌子面0米～13.01米段圍巖米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，局部微小裂隙發(fā)育。
6#孔：距離掌子面0米～1.7米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，1.7～6.5米段圍巖為溶洞，軟弱泥巖填充，6.5～7.49米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬。
7#孔：距離掌子面0米～17.37米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬。
8#孔：距離掌子面0米～6.38米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，6.38～13米段圍巖為溶洞，軟弱泥巖填充，溶洞鉆探距離為6.62米，換算垂直于左邊墻為5.73米，13米～25.49米段圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色，巖體較完整，巖質(zhì)較硬。
由于篇幅所限僅附1號(hào)孔少量代表性鉆機(jī)記錄圖
3.3 鉆探結(jié)論
此次鉆探里程74.17米，設(shè)計(jì)穿越圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，巖性較硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較完整；圍巖設(shè)計(jì)等級(jí)Ⅲ 級(jí)。
根據(jù)鉆探綜合得出：0～5.3m段圍巖主要為溶洞，長(zhǎng)5.3米，軟弱泥巖填充，有少量滲水，距左邊墻6.5米位置及上方存在溶腔發(fā)育，大小為3.3～5.7米，右邊墻位置探測(cè)未發(fā)現(xiàn)有空洞，但裂隙發(fā)育；雨季地下水易沿溶洞及上方位置滲流、滴水。建議圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)；5.3～74.17m段圍巖主要為中風(fēng)化灰?guī)r，巖體較完整，局部裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較硬，渣樣灰白灰?guī)r，回水灰白色；鉆進(jìn)過程中沒發(fā)現(xiàn)新的溶洞，圍巖自穩(wěn)性較好，雨季地下水易沿裂隙面滲流、滴水。建議圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。
四、結(jié)語
隨著隧道工程施工的逐步深入，采用有效準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)方法探測(cè)預(yù)測(cè)隧道掌子面前方地質(zhì)體及其狀態(tài)，為施工方開挖提出相應(yīng)的建議，保障隧道施工安全，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全成為參建各方的重中之重。超前鉆探技術(shù)作為隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法中必不可少的一部分，在隧道施工中能直接、準(zhǔn)確探測(cè)前方圍巖狀況，特別是在設(shè)計(jì)地勘資料與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境嚴(yán)重不符且圍巖呈變差趨勢(shì)、其他預(yù)報(bào)手段預(yù)測(cè)出不良地質(zhì)體又難以確定位置和規(guī)模、巖溶發(fā)育區(qū)、瓦斯發(fā)育地段、需釋放水壓力和水量的富水裂隙帶和斷層、需釋放地應(yīng)力的高地應(yīng)力段等都發(fā)揮有不可替代的作用。但超前鉆探技術(shù)因鉆探距離短、占用施工時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高等缺點(diǎn)大都充當(dāng)其他預(yù)報(bào)手段的輔助驗(yàn)證應(yīng)用。
隨著鉆機(jī)和機(jī)具的不斷更新發(fā)展，超前鉆探技術(shù)在預(yù)報(bào)工作中的不斷實(shí)踐和總結(jié)，鉆探技術(shù)將在隧道和預(yù)報(bào)方法中發(fā)揮更加積極地作用。
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