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高堯隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

文檔作者：唐華偉文檔來(lái)源：貴州高速公路開(kāi)發(fā)總公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月18日
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公路隧道 20】0年第4期(總第72期)
高堯隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)
唐華偉
(貴州高速公路開(kāi)發(fā)總公司貴陽(yáng)550003)
摘 要廈蓉高速公路高堯隧道施工存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是淺埋段軟弱圍巖、巖體破碎帶、軟弱央層、地下
水等，致使隧道施工難度及風(fēng)險(xiǎn)性大大增加，隧道施工中多次出現(xiàn)變形坍方。針對(duì)隧道存在的不良地質(zhì)現(xiàn)象，在施
工期應(yīng)用適合的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，較好地預(yù)測(cè)了該隧道的圍巖地質(zhì)情況，保障了T程施T安全和質(zhì)量。
關(guān)鍵詞隧道地質(zhì)問(wèn)題地質(zhì)預(yù)報(bào)
1 引 言
廈蓉高速貴州境內(nèi)的隧道工程所處的工程地質(zhì)
條件較為復(fù)雜，隧道洞口段一般存在埋深淺、風(fēng)化強(qiáng)
的特點(diǎn)，其中板巖隧道風(fēng)化更深，有些隧道洞口段部
分全風(fēng)化成黃褐色粘土，軟硬相間，結(jié)合差，加上地
下水豐富，極易坍塌失穩(wěn)，對(duì)隧道施工安全提出了嚴(yán)
峻的挑戰(zhàn)。本文以高堯隧道這一典型板巖隧道為
例，對(duì)該類隧道的工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并提出適
合的施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，有針對(duì)性地對(duì)圍巖進(jìn)行
探測(cè)，保障此類隧道安全順利施工。
2 隧道工程概況
高堯隧道位于廈蓉高速公路貴州境榕江格龍至
都勻段BT5標(biāo)段。高堯隧道設(shè)計(jì)為單洞雙車道分
離式中隧道，左洞起訖樁號(hào)ZK127+870～ZK128+
570，長(zhǎng)700m，右洞起訖樁號(hào)YK127+865～YK128
+570，長(zhǎng)705m。
隧道穿越山區(qū)地貌形態(tài)屬?gòu)?qiáng)烈剝蝕切割低山
區(qū)。隧道穿越南西北東向山嶺，縱向地形中間高，兩
側(cè)低，地形起伏大，地面標(biāo)高介于716．93~951．47m
之間，相對(duì)高差約234．54m，隧道左線最大埋深
216．57m，隧道右線最大埋深211．54m，屬深埋式中
隧道。隧道進(jìn)口自然坡度值為25。～38。，進(jìn)口段自
然坡度值為35?！?4。。
隧道穿越地層及巖性：第四系全新統(tǒng)殘坡積亞
粘土、碎石土，前震旦系上板溪群清水江組砂質(zhì)板
巖。
隧道區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬小腦背斜北西翼，構(gòu)造線總
體上呈北東～南西向展布，整體穩(wěn)定，總體地質(zhì)構(gòu)造
較為簡(jiǎn)單。小腦背斜兩翼及核部均由清水江組組
成，軸線走向20。，褶皺長(zhǎng)14．5km，寬2．0km，巖層
傾角北西翼傾角15。～40。，南翼傾角4O?！?0。。核
部與線路呈大角度相交。
區(qū)內(nèi)地下水類型主要為基巖裂隙水，洞身段巖
體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，對(duì)地下水補(bǔ)給有利，
基巖裂隙水的含量較豐富。
根據(jù)以上隧道穿越區(qū)域T程地質(zhì)條件，高堯隧
道施工可能存在的T程地質(zhì)問(wèn)題：
(1)隧道埋深較淺，洞口段淺埋、局部偏壓，巖體
破碎、巖體風(fēng)化強(qiáng)易坍塌失穩(wěn)；
(2)洞身段巖體破碎帶；
(3)地下水較豐富，局部可能富水性較強(qiáng)，影響
邊坡及圍巖穩(wěn)定性。
為此，本隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)重點(diǎn)是淺埋段
及洞身破碎帶的預(yù)報(bào)，難點(diǎn)是地下水預(yù)報(bào)。
3 隧道預(yù)報(bào)方法
3．1 預(yù)報(bào)方法選擇
根據(jù)隧道施工可能存在的主要丁程地質(zhì)問(wèn)題，
選擇“以地質(zhì)法為基礎(chǔ)，以HSP(水平聲波反射法)
為主要手段，結(jié)合電磁波反射法(地質(zhì)雷達(dá))的綜合
方法”進(jìn)行本隧道施工期地質(zhì)預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)程序：
(1)對(duì)隧道進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查，了解隧道區(qū)域地
質(zhì)、水文地質(zhì)條件，初步確定隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)的重
點(diǎn)和難點(diǎn)段。
(2)在隧道施工過(guò)程中，主要以HSP聲波反射
法進(jìn)行跟蹤地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)距離一般50~70m，
根據(jù)掌子面圍巖地質(zhì)條件可適當(dāng)調(diào)整。
(3)在強(qiáng)風(fēng)化帶或當(dāng)隧道施T遇破碎帶，采用地
質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行短距離精確預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)距離一般2O～
30m 。
3．2 預(yù)報(bào)方法基本原理及軟、硬件
3．2．1 地質(zhì)法
由專業(yè)地質(zhì)人員對(duì)隧道的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)
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公路隧道 2010年第4期(總第72期)
特征進(jìn)行詳細(xì)素描，根據(jù)開(kāi)挖工作面的地質(zhì)特征，并
結(jié)合勘察設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，對(duì)開(kāi)挖工作面前方的地質(zhì)
情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提出T程措施意見(jiàn)。
3．2．2 HSP聲波反射法
HSP聲波反射法的原理建立在彈性波理論基
礎(chǔ)上，傳播過(guò)程遵循惠更斯一菲涅爾原理和費(fèi)馬原
理。探測(cè)物理前提是巖體間或不同地質(zhì)體問(wèn)明顯的
聲學(xué)特性差異。測(cè)試時(shí)在隧道施工掌子面或邊墻一
點(diǎn)發(fā)射低頻聲波信號(hào)，在另一點(diǎn)接收反射波信號(hào)(圖
1)。采用時(shí)域、頻域分析探測(cè)反射波信號(hào)，進(jìn)一步根
據(jù)隧道施工掌子面地質(zhì)調(diào)查、地面地質(zhì)調(diào)查等方法
進(jìn)行預(yù)報(bào)。
ZGS161 0智能工程探測(cè)聲波
主機(jī)
l
便攜式計(jì)算機(jī)l
控制 l
圖1 HSP聲波反射法地質(zhì)預(yù)報(bào)工作原理示意圖
儀器采用中鐵西南科學(xué)研究院新近研制的
ZGS1610—2型智能工程探測(cè)聲波儀。主機(jī)系統(tǒng)最
小分辯時(shí)問(wèn)為100ns，幅度分辯16Bit，記錄長(zhǎng)度
32K，量程5mv~5v，4通道，發(fā)射、同步接收、量程等
參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热坑杀銛y式計(jì)算機(jī)實(shí)施控
制。預(yù)報(bào)軟件采用與該儀器采集數(shù)據(jù)匹配的專用反
射譜和反射子波分析軟件HSP206。
3．2．3 電磁波反射法
電磁波以寬頻帶脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射，
經(jīng)目標(biāo)體反射或透射，被接受天線所接收。
電磁波傳播取決于物體的電性，不同地質(zhì)體(物
體)具有不同的電性，在不同電性的地質(zhì)體分界面上
都會(huì)形成電性介面，雷達(dá)信號(hào)傳播到電性介面時(shí)產(chǎn)
生反射信號(hào)返回地面，通過(guò)接收反射信號(hào)到達(dá)地面
的時(shí)間就可以推測(cè)地下介質(zhì)的變化情況。電磁波在
介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度和波形將隨所通
過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及集合形態(tài)而變化，由此通過(guò)對(duì)時(shí)
域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或目標(biāo)
體的空問(wèn)位置或結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
4 地質(zhì)預(yù)報(bào)具體應(yīng)用舉例
4．1 進(jìn)口ZK128+025掌子面lISP聲波反射法測(cè)試
測(cè)試掌子面地質(zhì)素描及聲波測(cè)線布置如圖2所
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刁 。
圖2 ZK128-t-025掌子面測(cè)試布置示意圖
測(cè)試掌子面巖性為灰色薄至中層板巖，巖層產(chǎn)
狀13oz17。，掌子面下部以中層為主，上部為薄層
狀，局部層面與節(jié)理面夾強(qiáng)至全風(fēng)化巖體碎屑；掌子
面右側(cè)發(fā)育～破碎帶，產(chǎn)狀3O 75。。掌子面巖體
表面濕潤(rùn)，局部滴水，巖體節(jié)理發(fā)育，主要發(fā)育2組
節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀分別為36 72。、220 50。，節(jié)理面較
平直，微張，局部張開(kāi)粘土充填。
總體上巖體破碎，自穩(wěn)能力差。
采用HSP聲波反射法進(jìn)行測(cè)試，圖3為測(cè)試典
型波形曲線。測(cè)試巖體聲波縱波平均速度為
1875m／s。圖4為時(shí)域和頻域分析成果圖。
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圖3 ZK128+025掌子面測(cè)試典型波形圖
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圖4 ZK128+025探測(cè)時(shí)域和頻域分析成果圖
分析認(rèn)為，目前掌子面前方60m范圍內(nèi)圍巖基
本維持目前掌子面狀況，巖性主要為灰色砂質(zhì)板巖，
以薄至中層狀為主，巖體破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，局部地段
結(jié)構(gòu)面充填粘土，并伴有地下水出露，穩(wěn)定性差，建
唐華偉 高堯隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)
議圍巖級(jí)別總體為V級(jí)，對(duì)應(yīng)里程為ZK128+025
～ ZK128+085。其中，目前掌子面前方0～38m 圍
巖風(fēng)化強(qiáng)，埋深淺，建議局部加強(qiáng)支護(hù)，防止塌方，對(duì)
應(yīng)里程為ZK128+025~ZK128+063。
目前隧道掌子面前方60m范圍內(nèi)屬于淺埋段，
巖體破碎，部分地段風(fēng)化嚴(yán)重，并有軟弱夾層發(fā)育，
對(duì)圍巖穩(wěn)定性不利，特作如下施工建議：
(1)左線建議支護(hù)參數(shù)總體按V a支護(hù)(在上述
局部極破碎部位建議可適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)，防止坍方)；
(2)開(kāi)挖時(shí)采用短進(jìn)尺、弱爆破，嚴(yán)格控制超欠
挖，按設(shè)計(jì)要求控制每循環(huán)進(jìn)尺；
(3)盡早施作仰拱和二襯，封閉成環(huán)；
(4)對(duì)地下水出露部位提前做好防排水工作。
開(kāi)挖驗(yàn)證情況：掌子面前方60m范圍內(nèi)為灰色
強(qiáng)風(fēng)化板巖，巖體破碎，在ZK128+025～ZK128+
063段風(fēng)化尤為嚴(yán)重，巖體軟弱破碎，圍巖穩(wěn)定性
差。施工時(shí)，因提前準(zhǔn)備施工預(yù)案，嚴(yán)格按預(yù)報(bào)建議
方法施工，該段得以順利通過(guò)。
4．2 洞身段地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)
測(cè)試掌子面地質(zhì)素描及雷達(dá)測(cè)線布置如圖5所
示。
圖5 ZK128+165掌子面測(cè)試布置示意圖
測(cè)試掌子面巖性為灰色中層砂質(zhì)板巖，掌子面
局部夾薄層，巖層產(chǎn)狀270 25。，巖體弱風(fēng)化，巖體
較破碎，呈塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，掌子面節(jié)理較發(fā)育，主要
發(fā)育3組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀及特征如下：
(1)節(jié)理產(chǎn)狀為50 35。，節(jié)理間距20~45cm，
延伸0．5～lm，平直，閉合，局部微張；
(2)節(jié)理產(chǎn)狀為330 40。，節(jié)理間距20~45cm，
延伸0．5～1m，平直，閉合，局部微張；
(3)節(jié)理產(chǎn)狀為6O 65。，節(jié)理間距20~30cm，
延伸約1～2m，平直，閉合，局部微張。
掌子面巖體干燥無(wú)水。
總體上巖體較破碎，自穩(wěn)能力一般。
現(xiàn)場(chǎng)在掌子面下部布置兩條雷達(dá)測(cè)線對(duì)掌子面
前方圍巖進(jìn)行探測(cè)。圖6為兩條雷達(dá)探測(cè)剖面的分
析成果圖。
對(duì)采集雷達(dá)圖譜分析認(rèn)為，目前掌子面前方0～
20m巖體裂隙發(fā)育，巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，局部為碎塊
狀，巖體穩(wěn)定性相對(duì)較差(對(duì)應(yīng)里程為ZK128+165
~ ZK128+185)；掌子面前方2O～30m 圍巖主要呈
中層狀結(jié)構(gòu)，局部夾薄層，穩(wěn)定性一般(對(duì)應(yīng)里程為
ZK128+185～ZK128+195)。開(kāi)挖驗(yàn)證表明，掌子
面至前方20m主要為薄層狀灰色砂質(zhì)板巖，節(jié)理裂
隙發(fā)育，巖體較破碎，結(jié)合較差，巖體總體穩(wěn)定性較
差，施工時(shí)按IVb進(jìn)行支護(hù)；掌子面前方20m 以后
圍巖主要以中至中厚層為主，完整性變好，施工時(shí)減
弱支護(hù)強(qiáng)度，按IVC進(jìn)行支護(hù)。
： { ； 5 ：
。
圖6 ZK128+165掌子面雷達(dá)探測(cè)剖面分析成果圖
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公路隧道 2010年第4期(總第72期)
5 結(jié) 論
目前高堯隧道左右洞均已接近貫通，超前地質(zhì)
預(yù)報(bào)是保證該隧道工程快速、經(jīng)濟(jì)、安全、順利進(jìn)行，
避免或減少地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的有力手段。對(duì)于同類型
或類似的隧道工程，應(yīng)根據(jù)隧道地質(zhì)特點(diǎn)及工程問(wèn)
題的類型，因地制宜地選用適合的預(yù)報(bào)方法，以滿足
探測(cè)的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。
參考文獻(xiàn)
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報(bào)，1994．37(2)：218~230．
四川綿茂路籃家?guī)r隧道勘探工作加快進(jìn)度
籃家?guī)r隧道為綿茂公路的控制性工程。設(shè)計(jì)行車速度40km／h，隧道建筑限界為9m(寬)×5m(高)，標(biāo)
準(zhǔn)路基寬度為8．5m的雙向兩車道二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)。隧道全長(zhǎng)8125．39m。受特殊地質(zhì)、氣候環(huán)境影響，籃家
巖隧道勘察工作難度較大，目前設(shè)計(jì)單位正在加緊進(jìn)行地質(zhì)勘探工作。隧道全線共布置9個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺約
4953m。其中，綿竹段4個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺2828m；茂縣段5個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺2125m。全線EH4大地物理探測(cè)
按照點(diǎn)距20m左右線各布置一條，單邊布置400個(gè)，共布置800個(gè)點(diǎn)，一共布置貫穿軸線物探線8125m，洞
口共布置物探線1918m。截至2010年5月25日，茂縣端已經(jīng)修建完成鉆探點(diǎn)便道(15km)，ZK7(擬鉆
194m)已開(kāi)鉆2O天，鉆進(jìn)進(jìn)尺150m；EH4物探工作已經(jīng)完成300多個(gè)點(diǎn)，從茂縣向綿竹軸線方向前進(jìn)約
3kin。綿竹端ZK1便道修建完畢，正開(kāi)展炮眼施工。物探工作尚在加緊進(jìn)行。
(隧道分會(huì)供稿)
昆明城區(qū)道路最長(zhǎng)隧道崗頭山隧道貫通
2010年5月24日昆明市道路最長(zhǎng)隧道崗頭山隧道全線貫通，整個(gè)隧道貫通只用了386天，這個(gè)速度達(dá)
到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。此后，該隧道工程轉(zhuǎn)入機(jī)電設(shè)備和內(nèi)部裝修階段。崗頭山隧道設(shè)計(jì)行車速度為60km／h，
為分離式隧道，左右兩幅各3車道，其中左隧道2742m、右隧道2717m。崗頭山隧道左右兩條隧道之間有4
條分流車道將兩邊隧道連接起來(lái)。據(jù)介紹，這4條車道均為單向車道，長(zhǎng)3o多米，當(dāng)一側(cè)隧道不能通行時(shí)，
車輛可通過(guò)這4條分流車道轉(zhuǎn)移到對(duì)面隧道內(nèi)行駛。另外，隧道拱墻施工外圍采取工字鋼混凝土澆灌，內(nèi)側(cè)
是螺紋鋼}昆凝土澆灌，這樣的方式將隧道變成了山體的一部分，即便是地震造成崗頭山山體位移或滑坡，隧
道都不會(huì)垮，只會(huì)隨著山體一起移動(dòng)，可以保證隧道內(nèi)的車輛不會(huì)被山體掩埋。
(隧道分會(huì)供稿)
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