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小浪底引水隧洞地质超前预报技术之一

来源: 作者:李 鹏 董寿强 时间:2016-09-22 11:12:18 人气:1545

 

小浪底引水隧洞地质超前预报技术之一

董寿强

 

一、工程地质概况

1工程概况

山西省小浪底引黄工程位于运城市境内,是山西大水网两纵十横中第九横内的骨干性大型引调水工程,我公司承建的小浪底引黄六标,主要工程为2#隧洞34+09047+430,共计13.34km

2地质概况

本段洞线通过中条山山脉,为涑水河和板涧河的地形分水岭,地表植被茂密。沿线地形起伏较大,地面高程905590.5m,地势逐渐降低,埋深140840m,中线位于梯形斜坡,处于地下水位以下,围岩以混合岩化片麻岩、角闪岩为主。洞线穿过四条东北向的侵入体、两段断层、两处汇水区和一处含水区。四条侵入体为35+00035+8502#角闪岩侵入体、38+10038+200段推测角闪岩侵入体、39+75040+1503#角闪岩侵入体、42+20042+4004#辉绿岩侵入体;两个断层为33+85033+900段和35+90035+950F23F4断层;两处汇水区为34+50034+60035+36035+550段;一处含水区为36+15036+350段。地下水类型主要为变质岩、侵入岩类基岩裂隙水,在断层带、侵入体接触带和节理裂隙密集带段形成构造裂隙汇水带,部分具有承压性。

3工程地质特点

埋深大(140m-840m),隧洞地质构造单一(片麻岩为主)。

围岩裂隙发育,渗水量大。前期施工中隧洞不同程度渗水及突泥涌水,最大突水量达425m3/h

二、选择预报方法

1预报重点关注对象

地下水涌水突水。小浪底引水隧洞,断面小,埋深大,隧洞位于地下水位以下,且无防水板二衬堵水,在抽排水量一定条件下,隧洞内地下水的变化是首要关注对象。

2预报选择方法

长距离预报:TSP,埋深大为TSP法准确性提供了适宜的场地。

短距离预报:加深炮孔与地质描述,操作简单,方便。

三、预报实施

1超前地质预报方案

1)超前地质预报方法  

采用TGP206长距离预报,每次预报距离根据情况预报距离在100m-150m距离。

采用加深炮孔,短距离预报,对有怀疑地段掌子面前方或洞身都可以采用此法预报

开挖工作面地质描述,包括掌子面与洞身,可以对TGP206与加深炮孔超前地质预报结果比对,临近隧洞内不良地质体的可能前兆作隧洞近距离超前地质预报。

2)综合超前地质预报流程见图1

 

1综合超前地质预报流程图

2隧洞综合超前地质预报

通过采用TGP超前地质预报结合地质素描分析,基本准确预报到节理裂隙发育段,再根据围岩揭示段地下水发育情况推测节理裂隙发育段是否有水及水量大小,通过加深钻孔准确的判断前方围岩的情况,提高了超前探水的几率,对几次大的突涌水段进行了准确的预测。

1TGP206隧洞综合超前地质预报

检测布置,检测段桩号36+321-36+394,其中接收孔桩号36+321,掌子面桩号36+394。预报段里程36+394-36+544,共计150m

预报分析,采集原始数据后,采用TGPwin软件处理后得到预报成果图2,检测段围岩参数见表1,预报结论见表2

 

2  TGP206隧洞超前地质预报成果图

1  TGP206隧洞超前地质预报检测段围岩参数

横波速度(m/s

纵波速度(m/s

泊松比

弹性模量(MPa)

剪切模量(MPa)

密度(g/cm3)

3120

5980

0.31

69685

26537

2.73

2  TGP206隧洞超前地质预报结论

桩号

不良地质

围岩评价

推断围岩类别

长度m

备注

36+39436+430

未风化,弱卸荷;大块状镶嵌结构,嵌合程度紧密,开挖后稳定;地下水多呈湿润-渗水状。

36

36+430~36+520

裂隙发育

未-微风化,弱卸荷;块状镶嵌结构,嵌合程度较松散,开挖后局部易掉块;地下水多呈湿润-渗水状,36+430与36+520里程附近有流水可能

Ⅳ-Ⅲ

90

36+430与36+520增加炮孔检测

36+520~36+544

未风化,弱卸荷;块状镶嵌结构,嵌合程度紧密,开挖后稳定;地下水多呈湿润-渗水状。

24

2)洞内开挖工作面地质素描

记录内容,隧洞开挖每一循环,都要记录时间、里程、岩体结构、节理情况、嵌合程度、风化程度、地下水、围岩类别。该段施工开挖平均开挖进尺2.0m,工序时间4h,岩石以片麻岩为主,节理裂隙发育,地下水发育,局部淋状及股状出水,围岩类别为Ⅲ类,地质素描汇总见表3

超前地质预报,36+430里程开始,节理组数急剧增加、地下水逐渐变大,股状出水部位逐渐变多,依据上述地质结合超前地质预报成果图横波绕射偏移图综合分析,初步判断36+430后地下水发育,从36+330桩号开始增加加深炮孔检测前方地质,同理从桩号36+495开始增加加深炮孔检测,预报汇总表见表3

3地质素描汇总表

里程

地质描述

预报

围岩类别

长度(m)

36+394-36+430

未风化,弱卸荷;块状镶嵌结构,嵌合程度紧密,开挖后稳定;开挖后基本稳定;地下水呈滴水状。

36+430节理裂隙增加,股状水逐渐增多,初步判定前方地下水发育

36

36+430-36+470

未风化,弱卸荷;块状镶嵌结构,嵌合程度紧密,开挖后稳定;开挖后基本稳定;地下水呈流水-滴水状, 36+439股状出水水量约30m3/h。

36+470股状水减少,初步判定前方地下水减少

40

36+470-36+495

未风化,弱卸荷;块状镶嵌结构,嵌合程度紧密,开挖后稳定;开挖后基本稳定;地下水呈滴水状。

36+495节理裂隙增加,股状水逐渐增多,初步判定前方地下水发育

25

36+495-36+544

未风化,弱卸荷;块状镶嵌结构,嵌合程度紧密,开挖后稳定;开挖后基本稳定;地下水呈流水-滴水。

/

49

3)加深炮孔检测

检测方法,加深炮孔在掌子面呈梅花形布置,见图3,钻孔方向呈放射状,角度一般为(15-25)(°)钻杆长7m,搭接大于1m

 

3,加深炮孔示意图

超前地质预报,检测过程中,可根据是否卡钻、钻孔出水量、出水颜色等判断掌子面前方地质、地下水变化情况。

加深炮孔汇总见表4

4加深炮孔汇总表

检测次数

里程

描述

预报

1

36+430.1

36+435.8

36+441.5

36+446.2

36+451.1

36+457.3

无卡钻现象,钻孔有水流出,流出颜色为无色

岩性无变化,地下水呈流水状

2

36+462.1

无卡钻现象,25钻孔有无流出,流出颜色为无色

25钻孔无流水,初步判断已通过该地下水发育段

3

45+495.2

36+505.1

36+510.8

36+515.5

36+520.2

36+525.1

36+530.3

36+535.1

36+540.3

无卡钻现象,无压力股状流水,流出颜色为无色

岩性无变化,地下水呈流水状

3总结

每一种预报方法都有其优点,也有其局限性,本文选取TGP206长距离宏观预报,预报达到150m,预报距离长是其优点,预报36+430-36+520为Ⅳ-Ⅲ类围岩,实际上此段为Ⅲ类围岩,测到36+43036+520两处地下水变化点,实际是36+43036+495,第二处偏差较大,这就是其局限性,要结合工作面地质素描与加深炮孔检测,及时修正TSP超前地质预报,再根据预报成果指导施工。

地质描述简单易于掌握、不需要复杂仪器,能很好记录隧洞围岩情况,也可根据临近隧洞内不良地质体的可能前兆隧洞超前地质预报这是其优点,预报距离短是其局限性。加深炮孔能较为直观的了解炮孔周围的地质情况,这是其优点,预报距离短与不能全面反映掌子面前方地质情况是其局限性。

TGP206、地质描述、加深炮孔3种地质超前预报方法必须相互补充,运用中要跟随隧洞开挖不间断的进行,才能提高预报可靠性。小浪底引黄工程中,采用TGP206、地质描述、加深炮孔3种简单、易于实现的方法进行综合隧洞超前地质预报,综合判定隧洞前方地质情况,及大地提高了预报准确性,可以及时准确采用相应的施工措施,避免开挖过程中地质灾害的发生,降低人员伤亡,减少财产损失,保证施工进度。