栋梁坡三维隧道超前预报_成功案例_北京程鹏科技有限责任公司

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栋梁坡三维隧道超前预报

发布日期：2022-09-22 总浏览：75401

北京程鹏科技有限责任公司

一、前言

栋梁坡隧道DK503+227～DK503+170段采用TSP三维超前预报系统和地质调查法相结合的方法进行了三维超前地质预报。

预报时隧道施工开挖面里程为DK503+227。

任务目的：

1. 三维超前探测隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件；

2. 三维超前探测不良地质体的分布情况，预报富水带的位置。

本次完成工作量有：TSP测试57m，地质调查10m。

二、预测段原设计情况

预测段地层为元古界板溪群清水江组变余凝灰质板岩。地质构造不发育。岩层层理产状N14°～32°E/14°～34°S，主要发育两组节理，一组N40°～60°W/60°S～90°，一组N10°～70°E/90°。地下水类型为基岩裂隙水，水量规模由裂隙发育情况控制，主要由大气降水补给。不良地质主要为顺层偏压、地应力及岩爆。

三、地质调查情况

1.掌子面地质情况

开挖揭示岩性为板岩，青灰色，弱风化，岩质坚硬，变余结构，板状构造，中厚层状为主，岩层产状： N30°E/15°S。节理较发育，主要有两组节理：J1产状N50°W/80°N，节理间距0.3～0.7m，延伸长度0.5～1.5m，密闭,平滑；J2产状N20°E/90°，节理间距0.2～0.6m，延伸长度0.5～1.0m，密闭，平滑。岩体整体较完整，围岩稳定性一般。掌子面潮湿。附掌子面地质素描图。

2.洞身地质情况

开挖揭示岩性与掌子面岩性一致，为板岩，青灰色，弱风化，变余结构，板状构造，中厚层状为主，节理较发育，岩层及节理产状与掌子面一致。岩体整体较完整，围岩稳定性一般。拱顶及边墙有渗水现象。附拱顶和两侧边墙地质素描图。

四、物探三维超前地质预报工作

1.外业工作

在项目部的协调和配合下，于201 年10月22日布置了TSP探测接收和激发孔，10月23日完成了外业数据采集，原始数据见附表。

1）TSP观测系统布置

观测系统设计如下：

		接收器孔	炮孔
设计参数	数量	2个，位于隧道左右边墙（各1个）	24个, 位于隧道左边墙或右边墙
	直径	φ45mm～φ50mm	φ38mm～φ50mm (现有钻孔钻头)
	深度	1.9m（不超过2m）	1.5m～1.8m
	定向	垂直隧道轴向，上倾5°～10°	垂直隧道轴向，下倾10°～20°
	高度	离地面（隧底）高1m左右	离地面（隧底）高1m左右
	位置	距离掌子面约55m	第1个炮孔离同侧接收器孔15～20m，炮孔距1.5m左右
示意图

现场实际接收器位置在DK503+288，开挖面位置在DK503+227，测线位于左边墙，实际激发20炮，1个接收器（检波器）接收。具体参数见附表。

观测系统布置示意图见图1。

2）仪器采集参数

数据采集时，采用X-Y-Z三分量同时接收，采样间隔62.5μs，记录长度451.125ms（7218采样数）。激发地震波时，采用无延迟时的瞬发电雷管，药量为200克。

实际激发20炮，记录地震数据20炮。

2.TSP数据分析结果

在对原始数据的处理中，共20炮数据参与软件处理分析。

结合地质资料和施工开挖情况对二维处理结果进行分析解释，得出如下结论（以目前开挖面岩石为主要参照物）及建议：

新建沪昆铁路超前地质预报报表

预报等级：■预报 ¨警报 ¨紧急警报预报编号：TYY-CKGZYB-DLPSD-46-1

隧道名称		栋梁坡隧道	预报方法	TSP
预报探测范围		DK503+227～DK503+170	开挖面里程	DK503+227
仪器型号
已开挖段及开挖面地质描述	开挖面为板岩。测试段DK503+288～DK503+239（49m），平均波速Vp=5440m/s，Vs=3080m/s。
预报里程	物性参数描述		主要物探异常
DK503+227～+213，长度14m	该段围岩平均波速 Vp=5420m/s，Vs=3070m/s；泊松比为0.25～0.28，动态杨氏模量为65～72Gpa。		该段围岩平均波速与测试段相比变化不大，泊松比、动态杨氏模量等物性参数波动较大，泊松比增大，动态杨氏模量等物性参数均值减小；反射界面和绕射异常较密集。
DK503+213～+196，长度17m	该段围岩平均波速Vp=5450m/s，Vs=3100m/s；泊松比为0.25，动态杨氏模量为72Gpa。		与前段相比，该段围岩平均波速有所升高，泊松比减小，动态杨氏模量等物性参数均值增大；无明显反射界面和绕射异常。
DK503+196～+170，长度26m	该段围岩平均波速Vp=5420m/s，Vs=2960m/s；泊松比为0.21～0.28，动态杨氏模量为62～69Gpa。		与前段相比，该段围岩平均波速略有降低，泊松比增大，动态杨氏模量等物性参数均值减小；局部有反射界面和绕射异常。

五、预测预报分析

根据掌子面、洞身地质编录情况及TSP预报分析结果，结合设计文件工程地质和水文地质资料，对掌子面前方57m洞身及周边工程地质和水文地质条件进行综合分析如下：

1. DK503+317～+273，长度44m，较测试段：该段围岩纵波速下降、横波速变化不大，泊松比值下降，动态杨氏模量等物性参数略微降低；强反射界面及绕射异常密集。该段围岩与已开挖段近似，预测出露岩性应为板岩，中厚层状，地层单斜，存在顺层偏压问题，弱风化，节理较发育，岩体整体较完整，局部相对较破碎；从物探参数变化来看，地下水较测试段变化不大，总体不甚发育，主要为基岩裂隙水，以局部渗水、滴水现象为主；综上分析，该段围岩稳定性一般，开挖过程中局部可能出现掉块等围岩失稳现象。

2. DK503+273～+217，长度56m，较前段：该段围岩纵横波速降低，泊松比升高、动态杨氏模量等物性参数值降低。该段围岩物性较上段有变差的趋势，预测出露岩性仍为板岩，弱风化，中厚层状为主，地层单斜，继续存在顺层偏压问题，节理较发育，岩体较破碎，局部可能有褶曲和小型断层等次生构造发育；从物探参数变化来看，地下水总体较上一预测段发育，以渗水、滴水现象为主，整体出水量有增大趋势，局部可能出现淋雨状滴水现象；综上分析，该段围岩稳定性较差，开挖过程中较易出现掉块及局部小范围坍塌等围岩失稳现象。

六、结论

1. DK503+317～+273，长度44m，预测出露岩性应为板岩，中厚层状，地层单斜，存在顺层偏压问题，弱风化，节理较发育，岩体整体较完整，局部相对较破碎；地下水较测试段变化不大，总体不甚发育，主要为基岩裂隙水，以局部渗水、滴水现象为主；综上分析，该段围岩稳定性一般，开挖过程中局部可能出现掉块等围岩失稳现象。建议围岩级别定为Ⅲ级。

2. DK503+273～+217，长度56m，预测出露岩性仍为板岩，弱风化，中厚层状为主，地层单斜，继续存在顺层偏压问题，节理较发育，岩体较破碎，局部可能有褶曲和小型断层等次生构造发育；地下水总体较上一预测段发育，以渗水、滴水现象为主，整体出水量有增大趋势，局部可能出现淋雨状滴水现象；综上分析，该段围岩稳定性较差，开挖过程中较易出现掉块及局部小范围坍塌等围岩失稳现象。建议围岩级别定为Ⅳ级。