【導(dǎo)讀】圓梁山深埋特長(zhǎng)隧道是渝懷線的關(guān)鍵性控制工程，隧道全長(zhǎng)11068m。細(xì)砂車站懷化端，車站伸入隧道949m，出口緊鄰炭廠河一號(hào)大橋。隧道地處渝、鄂、黔。三省市毗連地區(qū)，為川東褶皺山地與鄂西山地、貴州高原的接觸帶，屬中、低山地形。主要發(fā)育毛壩向斜、桐麻嶺背斜及伴生斷裂、向斜區(qū)內(nèi)發(fā)育較多橫張斷裂。隧道穿越烏江水系與沅江水系的分水嶺——武陵山脈。地質(zhì)條件異常復(fù)雜，該隧道被稱為國(guó)內(nèi)隧道設(shè)計(jì)、施工禁區(qū)。本區(qū)水系基本呈格子狀水系，主河流大多沿北北東向發(fā)育。塊中多為各自封閉的巖溶洼地，難以形成較大的地表徑流。本區(qū)河流除細(xì)紗河屬于烏江。本區(qū)氣候溫和，具有春雨、夏旱、秋綿、冬干的特點(diǎn)，多年平均氣溫℃，最高。溫度℃，最低氣溫℃。多年平均降水量，且分布不均勻，主要集中在。拔高度的增加年平均氣溫降低、雨量增加。生物灰?guī)r，厚52m，與下伏地層呈整合接觸，屬V級(jí)次堅(jiān)石。走向逆斷層，具壓性特征外，其余均為橫向斷層，具張扭特性。

　　

【正文】 特點(diǎn)： （ 1） 適用范圍 廣。 TSP202 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)適用于極軟巖至極硬巖的任何地質(zhì)情況。它是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報(bào)隧道掌子面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)情況。 山東科技 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 35 （ 2）預(yù)報(bào)距離長(zhǎng)。能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方 100～ 350m 范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況，圍巖越硬越完整預(yù)報(bào)長(zhǎng)度就越大．它的接收器系統(tǒng)是獲得專利的 雙軸傳感器，具有 6 個(gè)超靈敏加速計(jì)，能接收到極其微弱的地震波反射信號(hào)。 （ 3）對(duì)隧道施工干擾小。它可在隧道施工間隙進(jìn)行，即使專門安排此項(xiàng)工作，也不過一個(gè)小時(shí)左右。它的接收器和炮眼不是在掌子面上，而是在掌子面附近的邊墻上，打接收器孔和炮眼時(shí)不影響正常的隧道掘進(jìn)，而是在接收信號(hào)時(shí)為減少噪音干擾做短暫停工。 （ 4）提交資料及時(shí)。在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的第二天即可提交正式成果報(bào)告。它設(shè)計(jì)了一套專用處理軟件，將復(fù)雜多解的波形分析轉(zhuǎn)換為直觀的單一解的波形能量分析圖．將隧道頂部和底部的波形能量分析圖分析確定之后，就可得出斷層破碎帶 、軟弱夾層或其它不良地質(zhì)體相對(duì)于隧道的空間位置，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)繪出彈性波速度有差異的地質(zhì)界面相對(duì)于隧道軸線的地質(zhì)平面圖和縱斷面圖。 工作原理 TSP202 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)不是在掌子面上，而是在掌子面附近的邊墻上布置接收器孔和炮眼（如圖 14 所示）。一般情況下布設(shè) 24 個(gè)炮眼和 1 個(gè)接收器孔，接收器孔距最近的一個(gè)炮眼 20m，炮眼間距 1． 5m。洞內(nèi)采集數(shù)據(jù)時(shí) 24 個(gè)炮眼依次進(jìn)行微弱爆破，數(shù)據(jù)記錄器依次記錄每炮接收器接收到的地震波信號(hào)。 山東科技 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 36 圖 14 TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)孔位布置圖 在平導(dǎo) PDK354+085～ +265 進(jìn)行了 TSP 超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)結(jié)果如圖 15 所示。根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果圖進(jìn)行如下判斷分析： 圖 15 TSP 超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果 （ 1） PDK354+085～ +109 段有明顯表示巖體由硬變軟的反射信號(hào)，圍巖級(jí)別與目前掌子面處基本相同，為Ⅱ級(jí)。 （ 2） PDK354+099～ +155 段有多條明顯的較為雜亂的反射信號(hào)，巖體完整性差，節(jié)理裂隙發(fā)育，富含地下水。結(jié)合超前鉆探及區(qū)域地質(zhì)資料，該段為茅口組與吳家坪組含炭泥巖、煤層、鋁土質(zhì)泥巖的接觸帶，同時(shí)也為吳家坪組含炭泥巖、煤 層、硅質(zhì)灰?guī)r的接觸帶，兩個(gè)接觸帶是地下水較活躍的地方，溶孔、溶隙可能較為發(fā)育，同時(shí)泥巖遇水軟化，圍巖級(jí)別降低，本段圍巖級(jí)別以Ⅵ級(jí)為主，局部為Ⅴ級(jí)。 （ 3） PDK354+155～ +265 段有幾條弱反射信號(hào)，巖體完整性較好，圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。 超前探水孔鉆探 超前探水孔設(shè)計(jì) 平導(dǎo)超前探水孔在平導(dǎo)開挖面布設(shè)，根據(jù)機(jī)械配置特點(diǎn)，平導(dǎo)超前探水孔共布設(shè) 4山東科技 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 37 個(gè)，其中 2 個(gè)位于上部拱腰處，另 2 個(gè)位于邊墻部位。平導(dǎo)超前探水孔采用 MKD5S、MKD3S 地質(zhì)鉆機(jī)施做，鉆孔直徑φ 90mm。探水孔探水段長(zhǎng) 30m，探 水孔終孔位于隧道開挖輪廓線外 ～ （在一般區(qū)域選擇為 ）。平導(dǎo)超前探水孔設(shè)計(jì)如圖 16所示。平導(dǎo)超前探水孔設(shè)計(jì)參數(shù)如表 12 所示。 探1 探3探2 探4探4探1 探3探2 橫斷面布設(shè)圖 縱剖面布設(shè)圖 圖 16 平導(dǎo)超前探水孔設(shè)計(jì)圖 平導(dǎo)超前探水孔布設(shè)參數(shù)表 表 12 序號(hào) 編號(hào) 開孔坐標(biāo) (mm) 終孔坐標(biāo) (mm) 角度 (度 ) 鉆孔深度 (m) X0 Y0 X Y 偏角 立角 1 探 1 124 214 2 探 2 247 0 342 0 0 3 探 3 247 0 342 0 0 4 探 4 124 214 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例 （ 1）探孔前掌子面狀況 20xx131，在 PDK354+～ + 段施作超前地質(zhì)探孔前，掌子面拱頂偏左側(cè)有一豎向張裂隙，裂隙自拱部開始向下延伸 30～ 50cm長(zhǎng)，寬度 2～ 4cm，斷裂處流水量為 10m3/h，掌子面其余部位均表現(xiàn)為無水，巖性為灰?guī)r。圖示狀況如圖 17 所 示： 長(zhǎng)3 0～ 50 cm寬度2～ 4c m出水量1 0m / h 3 圖 17 探孔前掌子面（ PDK354+）狀況圖 （ 2）探水孔施工過程及狀況 ① 20xx21 0:10 開始進(jìn)行探水孔施工。 山東科技 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 38 ②在探水孔施作過程中，首先探 探 2孔分別鉆至 6m、 時(shí)開始出水，但水量不大，同時(shí)可以看到拱頂左側(cè)涌水點(diǎn)處涌水量明顯減少，這說明探 探 2孔和拱頂左側(cè)涌水點(diǎn)明顯存在水力聯(lián)系。 ③在繼續(xù)鉆孔過程中，探 3孔鉆至 15m 時(shí)鉆孔內(nèi)出現(xiàn)涌水、涌泥，開始時(shí)表現(xiàn)為混濁水，含有部分角礫石，然后繼續(xù)鉆進(jìn) 時(shí)，順鉆桿周壁流出塑狀粘泥，鉆進(jìn)速度極快，此現(xiàn)象持續(xù) 10min。之后，又表現(xiàn)為涌水（混濁狀）現(xiàn)象。鉆至 27m 時(shí)，巖層開始變硬。 ④在探 3出現(xiàn)涌水、涌泥后不久，探 4孔鉆至 12m左右，也表現(xiàn)為涌水、涌泥現(xiàn)象，至接近終孔時(shí)（ ）地層變?yōu)檩^堅(jiān)硬的巖層。 ⑤探 2鉆孔鉆進(jìn)過程中未表現(xiàn)出涌水、涌泥現(xiàn)象。鉆進(jìn)過程表明巖體結(jié)構(gòu)較完整，堅(jiān)硬。 ⑥探 1孔最后結(jié)束，鉆至 18m 時(shí)鉆進(jìn)速度較快，也表現(xiàn)出涌水、涌泥現(xiàn)象，并由鉆孔狀況可明顯看出探 1孔和探 4孔連通性極強(qiáng)。 ⑦鉆孔過程中測(cè)試掌子面探測(cè)里程段內(nèi)探測(cè)孔總涌水量 為 35m3/h 左右。鉆探結(jié)束后，各孔涌水量依次為 2探孔基本無水， 3探孔涌水量為 15m3/h， 4探孔涌水量為 20m3/h，探 探 4孔涌水量約占鉆孔孔徑位的 1/3～ 1/2，水基本表現(xiàn)為無壓。 地質(zhì)述描綜合判斷 地質(zhì)述描綜合判斷是根據(jù)已開挖的地質(zhì)狀況，并結(jié)合紅外線超前探水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、TSP 超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，以及超前探水孔鉆探等技術(shù)手段，并參照設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)資料，經(jīng)綜合分析得出相應(yīng)的可靠性結(jié)論，從而有效地對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)。例如在平導(dǎo)PDK354+~+ 段就是通過各種預(yù)測(cè) 手段綜合判斷后得出了可靠的結(jié)論：圓梁山隧道進(jìn)口平導(dǎo) PDK354+~+ 地段里程范圍內(nèi)發(fā)育一貫通性強(qiáng)、寬約 12m~15m的大型溶洞，內(nèi)含大量淤泥、礫石，富水。該溶洞構(gòu)造通過四個(gè)超前探水孔的涌水量累計(jì)為 30～ 60m3/d，水力聯(lián)系較強(qiáng)，水頭壓力可能受淤泥阻擋未完全表現(xiàn)。地層巖性為泥巖和灰?guī)r的接觸帶，巖體破碎、裂隙發(fā)育、自穩(wěn)能力較差。根據(jù)地層巖性判斷，該套地層可能處于吳家坪組地層向長(zhǎng)興組地層過渡的地段。 針對(duì) 紅外線超前探水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、 TSP 超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，以及超前探水孔鉆探等技術(shù)手段，經(jīng)過圓梁山 隧道現(xiàn)場(chǎng)研究應(yīng)用，其特點(diǎn)及適用性比較如表 13 所示。 超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)手段比較表 表 13 預(yù)測(cè)手段 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 山東科技 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 39 紅外線 超前探水 ○可有效地預(yù)報(bào)較大涌水的存在。 ○操作簡(jiǎn)單，易行。 ○不占用開挖時(shí)間，不影響施工。 ○費(fèi)用低。 ○當(dāng)?shù)貙雍坎淮髸r(shí)，準(zhǔn)確性較差?！痤A(yù)報(bào)距離較短。 TSP 超前 地質(zhì)預(yù)報(bào) ○能有效地反映大型斷層構(gòu)造。 ○預(yù)報(bào)距離長(zhǎng)。 ○占用開挖時(shí)間少，基本不影響施工。 ○費(fèi)用較高。 ○對(duì)地下水構(gòu)造反映不明顯。 ○對(duì)巖溶管道反映不明顯。 超前探水孔鉆探 ○對(duì)地下水及巖溶構(gòu)造 判斷準(zhǔn)確性最高。 ○操作簡(jiǎn)單，易行。 ○費(fèi)用低。 ○占用開挖時(shí)間，對(duì)施工有影響。 根據(jù)以上比較，利用其優(yōu)缺點(diǎn)，其三種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)手段可根據(jù)工程需要選擇采用。在圓梁山隧道工程中，根據(jù)工程的重要性，采取了三種綜合手段，取得了較好的地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論。 第四章 注漿材料研究 根據(jù)圓梁山隧道注漿堵水及地層加固的要求，從可行性、可靠性、無毒性污染、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)綜合考慮，選擇采用三種注漿材料。即：普通水泥單液漿、普通水泥 水玻璃雙液漿、 TGRM 單液漿。普通水泥單液漿主要用于在地下水量不太豐富的條件下施作徑向注漿加固時(shí) 采用；普通水泥 水玻璃雙液漿主要用于在地下水量較大，嚴(yán)重影響到開挖施工時(shí)采用，其主要作用是注漿堵水，一般在超前預(yù)注漿時(shí)采用； TGRM 單液漿主要利用其抗壓、抗剪強(qiáng)度高，耐久性好等特點(diǎn)，用于正洞的 8m 加固段，以及溶洞區(qū)域。 普通水泥 水玻璃雙液漿 普通水泥 水玻璃雙液漿是地下工程施工中常用的注漿材料，該材料用于堵水施工時(shí)，可靠性極高，對(duì)于普通水泥 水玻璃的性能而言，國(guó)內(nèi)外許多科研單位已經(jīng)在室內(nèi)做過了深入的研究，目前該材料已在國(guó)內(nèi)外重大工程施工中被廣泛采用。 [19][20][21][22] 受原材料的影響， 可能在施工中普通水泥 水玻璃雙液漿的性能會(huì)發(fā)生微小的變化，對(duì)于施工應(yīng)用而言，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中間試驗(yàn)，測(cè)試注漿材料的凝膠時(shí)間，從而根據(jù)機(jī)械配制狀況、工人的熟練程度、工藝的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿材料配比的選擇。 中間試驗(yàn)一 20xx77～ 20xx78對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提供的材料進(jìn)行普通水泥 水玻璃雙液漿中間試驗(yàn)。 （ 1）原材料 水泥： P 和 P 三峽牌普通硅酸鹽水泥 水玻璃：濃度 38 Be′，模數(shù)不詳 山東科技 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 40 緩凝劑： Na2HPO4 工業(yè)用品 水：現(xiàn)場(chǎng)用水 （ 2）測(cè)試數(shù)據(jù) 中間試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表 14。 中間試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表 表 14 水泥種類 配比參數(shù) 材料用量 凝膠 時(shí)間 W:C C:S 水玻璃濃度 （ Be′） 緩凝劑摻量 (%) 水泥漿 （ ml） 水玻璃 （ ml） 緩凝劑 （ g） P O :1 1: 30 500 150 ″ P O :1 1: 30 400 200 ″ P O :1 1: 30 286 200 ″ P O :1 1:1 30 300 300 ″ P O :1 1: 35 500 150 ″ P O :1 1: 35 400 200 ″ P O :1 1: 35 286 200 ″ P O :1 1:1 35 300 300 ″ P O :1 1: 30 500 150 ″ P O :1 1: 30 400 200 ″ P O :1 1: 30 286 200 ″ P O :1 1:1 30 200 200 ″ P O 1:1 1: 30 500 150 ″ P O 1:1 1: 30 400 200 ″ P O 1:1 1: 30 286 200 ″ P O 1:1 1:1 30 200 200 ″ P O :1 1: 30 500 150 ″ P O :1 1: 30 400 200 ″ P O :1 1: 30 286 200 ″ P O :1 1:1 30 300 300 ″ P O :1 1: 30 500 150 ″ P O :1 1: 30 400 200 ″ P O :1 1: 30 286 200 ″ P O :1 1:1 30 300 300 ″ P O :1 1: 30 500 150 ″ P O :1 1: 30 400 200 ″ P O :1 1: 30 286 200 ″ P O :1 1:1 30 300 300 ″ P O 1:1 1: 30 500 150 ″ P O 1:1 1: 30 400 200 ″ P O 1:1 1: 30 286 200 ″ P O 1:1 1:1 30 300 300 ″ 山東科技 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 41 P O :1 1: 30 500 150 ″ P O :1 1: 30 400 200 ″ P O :1 1: 30 286 200 ″ P O :1 1:1 30 300 300 ″ P O :1 1: 30 500 150 45 ″ P O :1 1: 30 400 200 45 ″ P O :1 1: 30 286 200 45 ″ P O :1 1:1 30 300 300 45 ″ P O 1:1 1: 30 500 150 45 ″ P O 1:1 1: 30 400 200 45 ″ P O 1:1 1: 30 286 200 45 ″ P O 1:1 1:1 30 300 300 45 1′ 10″ P O 1:1 1: 30 2 500 150 60 ″ P O 1:1 1: 30 2 400 200 60 1′ 0″ P183