关口垭隧道物探报告

1、WTY/CZ01/2004 常德至张家界高速公路第10A合同段关口垭隧道ZK73+708ZK73+860区段综合超前地质预报报告中南大学地球物理勘查新技术研究所 二四年八月常德至张家界高速公路第10A合同段关口垭隧道ZK73+708ZK73+860区段综合超前地质预报报告工程负责人：朱自强 技术负责人：李 键 审 核 人：鲁光银 报告编制人：何现启 主要参加人：朱自强、鲁光银李 键、何现启李 华、王雁平中南大学地球物理勘查新技术研究所 二四年八月常张高速公路第10A合同段关口垭隧道ZK73+708ZK73+860区段综合超前地质预报报告 工程概况 常德至张家界高速公路第10A合同段关口垭隧道设

2、计为双向四车道高速公路上下行别离的两座单洞山岭隧道，隧道净宽11.1m，净高7.1m,两隧道起迄里程和长度分别为:左线:ZK73+580ZK74+460,880m;右:YK73+780YK74+480,700m。围岩类别划分为、类，设计按新奥法原理，除明洞外，各类均采用复合式衬砌，按围岩类别及埋深特征，支护型式分以下四种不同型式：支护设计一览表后续设计 表一支护型式初期支护二次衬砌喷射混凝土钢筋网锚杆小导管支撑2a类C20厚268间距2020 D25中空,L=300间距75*100,梅花型18工子钢架75C25厚45；钢筋：环向222，3a类浅埋C20厚228间距2020 22砂浆,L=300

3、间距100*100,梅花型25格栅钢架100C25厚40；设仰拱3b类深埋C20厚228间距2020 22砂浆,L=300间距100*120,梅花型25格栅钢架120C25厚40；设仰拱4a类C20厚108间距2020 拱部22砂浆,L=250间距100*100,梅花型， /C25厚40；无仰拱该隧道由湖南省路桥集团隧道公司施工，采用从张家界端洞门单侧进洞，施工起于2003年10月，右洞进洞时间比左洞进洞时间错开晚半月，开挖分上下两分层，上分层掌子面与二衬工作面大致保持180m距离范围内，至2004年6月2日止，累计完成的开挖初支1100余米。在此期间，根据实际开挖面围岩工程性质，有相当数量的

4、围岩类别较原设计降类；张家界洞口端也因为出现滑坡，在左洞口增加了长大管棚超前预支护；右洞隧道在施工至YK73+908掌子面时，已完成初支的前方YK73+958YK73+936(推测)段于2004年5月29日发生大型塌方，塌方体框算约8000m3，塌方影响范围开裂、变形区域已开展到YK73+980YK73+908(当时开挖掌子面)，塌方已形成冒顶，其上方山坡地面形成两处沿隧道延伸方向锅底状塌陷坑，长轴方向长两塌陷坑顶末端距离近40m，深约3.5m,靠山坡高的一侧右洞左侧，距塌陷坑815m范围内，见多条与隧道走向一致的，宽1015cm，断续长28m不等的拉张裂缝。幸好大型设备在见到征兆的两天前已撤

5、出，施工人员在塌方前几分钟，听到岩石开裂声及时撤出，才没有造成更大事故。隧道塌方段，埋深2430m，初支是在原设计类，改按类深埋进行，仍然出现大型塌方，施工方对后期施工的平安有提心吊胆之感，尤其是施工掘进前进方向，推测围岩的性质更加不利，隧道埋深也愈发变浅，偏压也将更加严重，前期施工揭露的围岩情况与原设计出入甚大，并且根本上是预计的比实际的要好，基于此，施工方希望能对前方围岩有更准确的预报。受湖南省路桥集团隧道公司的委托，按双方签订的技术合作合同，我所承当了常张高速公路第10A合同段关口垭隧道已开挖左洞掌子面ZK73+860前方区段的综合超前地质预报工作。本次超前预报工作，主要采用的是TSP2

6、03隧道超前长距离预报辅以掌子面短距离跟踪预报、地表地质补充调查相结合的综合手段，完成的工作量如下表：超前地质预报完成工作量一览表 表2项 目单 位完成工作量备注TSP203探测隧道延米152激电发法探测M560地表地质调查Km20071：2000掌子面地质编录掌子面循环数面循环与施工方共同完成隧道工程地质条件概况 隧道位于桃源县热市镇夏家坳村姜家湾组，地貌单元处于构造剥蚀丘陵，隧道所通过的山体总体延向约130，隧道宽度范围内地面高程大致在180258m，隧道路面设计高程168.66188.57m,埋深大约1071m，隧道大致呈280走向。本区处于雪峰、武陵山二级隆起带联合弧形构造之武陵山脉的

7、东段，主要构造形迹为北北东北东向，勘察区处在沙泊街背斜南东翼，该背斜轴向为NEE向，轴面向SE倒转，受喜马拉雅运动影响，区内水平挤压作用强烈，次级褶曲发育。隧道区岩性单一，为志留系下统龙马溪浅海相泥质页岩，一般出露地表，仅局部有不厚的第四系山麓堆积相覆盖。龙马溪页岩，深灰色，泥质结构，页理构造，局部含炭质，岩性较软，出露地表易风化，具明显的遇水崩解、失水干裂性质，山坡外表大多风化强烈，呈灰黄黄灰色，隧道洞身段，主要为弱风化，两端洞门附近，有强风化。因其沉积环境微相变，可见泥质含量成层差异导致的风化差异。受构造挤压影响，岩体中次级褶皱发育，一般呈舒缓波状，揉皱和扰曲现象多见，低序次小断层也相当发

8、育，岩层总体产状300251025,局部呈现大的变化，倾角可达60，节理发育非常发育，其中主要节理有 2202406575120135658050607085，前两组节理面光滑平直，为共扼剪节理，间隔较密集；后一组为压扭性，产状时有变化。另外，顺岩层面，常见构造应力在岩层面集中形成的层间错动挤压夹泥带，厚度一般0.5cm20cm不等,断续分布，夹泥层性质软弱。从附近的风化强烈的页岩路堑边坡和自然边坡经常可以看见，小规模的滑坡比较普遍，碎落堆更是比比皆是，由此可知，其强风化岩石边坡稳定性极差，在洞口边坡和仰坡须防护，在隧道内出现时，同样要加强支护。本次探测工作，在ZK73+810805掌子面观察

9、到两条相距约67m的断层，倾向、倾角均呈变化，总体倾向SW，倾角3070不等，显压扭性，断层岩为糜棱岩，系泥质页岩挤压动力变质产物，夹含较多的压碎页岩屑，间夹少量页岩构造透镜体，鳞片结构，显定向排列构造，较干，岩性软，呈土状，手易折断。两断层所夹页岩岩体，产状与场地该岩层总体产状有较大变化，为504，节理非常发育，层间见泥化夹层。关口垭隧道均在页岩岩体中掘进而成，隧道底高程高于附近较宽阔谷地，无较大地表水体向隧道处补给。隧道上方山上，因坡降一般较大，大气降水会在较短时间排至附近谷地溪沟中，故一般情况地下水补给不良，并且页岩总体透水和赋水性不好，水量较贫乏。但山坡上冲沟发育，浅埋隧道段因上部岩体

10、风化强烈，层理和节理会有一定的卸荷张开，有利于地表水下渗，因其渗径短，可能在隧道中形成滴水；隧道发生塌方段和因塌方涉及产生裂缝、变形段，因岩体结构变得疏松，大气降水易渗入，尤其塌方段附近山上分布有小面积山塘，可能在塌方段隧道内形成管状水流，因页岩，尤其是其泥化夹层和断层带遇水软化明显是否有膨胀性未明，将大大降低岩石强度和软弱结构面抗剪性能。工作方法隧道超前地质预报是指对隧道开挖掌子面前方围岩的地质情况、不良地质体的位置、工程性状、水文地质状况等进行探测采集信息,并加以分析处理,提出解释预报,从而为施工阶段修正设计提供信息、为施工支护材料提早准备、 防止可能的工程险情、采取得力合理的施工措施，进

11、而加快工程进度,降低工程风险,促使施工技术更趋科学合理，概而言之，即指导施工。本次综合地质预报的地质探测主要以TSP203长距离宏观控制为主，辅以激电法对围岩性质及含水性质予以探测,与此同时，还进行了旨在为物探探测解译的对场地宏观地质概况及与隧道密切相关的主要工程地质现象的地表地质调查工作和与施工方共同进行了开挖掌子面的地质编录工作。对其中TSP203长距离地质预报根本原理概述如下：TSP203隧道超前地质预报系统TSPTunnel Seismic Prediction203超前地质预报系统，系瑞士安伯格测量技术专门为隧道和地下工程超前长距离地质预报研制开发的，目前在该领域居于世界领先水平的地

12、球物理勘察设备和软件的集成,其是基于地震反射波原理，在隧道工程中，它能够方便快捷、较为可靠的预报掌子面前方100200m范围内的地质情况，为隧道工程变更设计和施工工艺提供依据，因其提早预报，大大提高了隧道工程效益，减小工程的风险性，从而具有很好的经济和社会效益。1：TSP工作原理与其它反射地震波方法一样，TSP采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点通常在隧道的左边墙或右边墙，大约24个炮点布成一条直线用小药量激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等)时，一局部地震信号反射回来，一局部信号折射进入前方介质。反射的地震

13、信号将被高灵敏度的地震检波器接收。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量。TSP203超前地质预报系统的现场布置及测试过程由一系列炮点、两个三维接收传感器X、Y、Z方向、接收机及数据处理系统组成见图1。2：仪器及现场工作方式本次探测采用瑞士安伯格测量技术TSP203超前地质预报设备。仪器设置如下:记录单元12道 24位A/D转换采样间隔：s带宽:8000hz记录长度：7218采样点动态范围120dB道数：1-12接收单元三分量加速度地震检波器灵敏度：1000mV/g5%频率范围：5000Hz3：现场工作情况关口垭隧道现场施工采用上下分层开挖方式，掌子面平整度一般，掌

14、子面宽度6.0米，高4.0m。本次TSP探测掌子面的里程桩号为：ZK73+860，24个炮点中，距掌子面最近的距离为5m，炮点距1.5m,检波器距最近炮点15m。探测结果及预报1：TSO203探测成果图图2 深度偏移剖面图图3 提取的反射层图图4 2D结果显示图 2:激电探测结果图ZK73860 820 780 740 700关口垭隧道激电探测ZK73860 820 780 740 700图1 关口垭隧道电阻率探测成果图之一ZK73860 840 820 800 780 760 740图2 关口垭隧道激电探测成果图之一ZK73860 840 820 800 780 760 740图3 关口垭隧

15、道激电探测成果图之二图4 关口垭隧道电阻率探测成果图之二解译：激化法系在隧道上部地面进行，探测成果如图1图4所示。从图1可以看出，在ZK73835813位置出现了低阻异常，对应的激化率较大图3所示，推测其为破碎带，裂隙发育，含少量水。而在ZK73813810路段岩石风化程度一般，但节理裂隙发育。在ZK73810788段，岩石激化率较高，而对应电阻率变化巨大，推测其岩石破碎严重，稳定性差。裂隙也较为发育，含少量水，施工过程中应加强支护。ZK73740734段，电阻率变高，激化率较大，岩石较前后完整些，但是节理裂隙仍较发育。ZK73+734708，岩石电阻率又变小，激化率升高明显，推测岩石风化严重

16、，破碎，松散，节理、裂隙非常发育，含水,稳定性很差，注意支护。3 探测综合成果预报 根据对以TSP为主要手段的探测结果,并结合场地工程地质概况,掌子面地质编录资料、地表地质调查情况综合分析，对ZK73+860ZK73+708段围岩地质情况预报于下表： 预测结果一览表 表3里 程长度m推 断 结 果1Zk73+860+83426弱风化岩层，节理、裂隙发育,块状层状结构,围岩较稳定。2Zk73+834+78747有断层通过，断层走向150左右，对岩体完整影响较明显，节理、裂隙很发育.拱顶易形成掉块或小塌方，应加强支护。3Zk73+787+7789岩石较完整,节理较发育，块状层状结构。4Zk73+7

17、78+76018节理、裂隙很发育，含水量增加,有构造缓倾角软弱夹层,岩石性状变化较大，可能形成小塌方.应加强支护。5Zk73+760+74020岩石风化较严重，节理、裂隙极发育，含水,呈碎石镶嵌压碎结构,稳定性差.可能形成塌方，注意加强支护。6Zk73+740+7364岩石较为完整，但右拱顶可能有风化岩分布，节理、裂隙较发育.稳定性比较差.7Zk73+736+70828岩石风化较严重，性质极其不均，节理、裂隙极发育，含水,呈碎石压碎结构,稳定性差.可能形成塌方，注意加强支护。五、结论与建议本次超前预报综合判断结果见表3。超前预报说明，左线隧道在ZK73834787，长度47m，有较大规模的断层

18、带存在，岩性特征呈现软硬相间特质，推测围岩类别类，局部稍差，建议按S3a增强支护；ZK73778760段，有断层带分布，含水，围岩稳定性较差，建议按S3a增强支护；上述两段建议考虑采用将格栅钢架改换为工字钢架的措施18工。ZK73+760708段，除局部外，稳定性总体很差，岩石风化严重，性质不均，呈碎石状压碎结构，含地下水，易形成塌方，围岩类别主要为类，建议按照S2a开挖支护，并加强平安防范。洞口段采用超前长管棚支护很有必要。根据左线断层带的产状特征，推测右线YK73+885845；YK73825805段有可能遇见与ZK73834787， ZK73778760类似地质情况，假设然，之前施工的左线段之成败经验是右线施工很好的工程类比，可在修正的根底上参照实行。志留系龙马溪泥质页岩，因其泥质成分较高，尤其是泥质富集