１ 引 言

 

  隧洞開挖過程中遇斷層及斷層影響帶時，巖體破碎、抗剪強度大大降低、摩擦阻力小、巖體自穩能力降低，使得巖體極易發生坍塌。當隧洞或地下洞室發生塌方后，設計需要調查清楚塌方形態、規模大小、塌方體影響帶地質情況，為制定處理方案提供基礎資料。

 

  每種探測方法只能反映地層巖體特定的物性參數，如力學、熱學、電學、聲學、放射學等特性參數。根據設計目的、探測方法的特點，制定合適的探測方案。探測工作通常可以從洞內和地面兩種方式進行。當塌方距地表埋深較淺或全洞被堵死時可采用地面調查，當塌方距地表較深或洞內具備檢測條件時采用洞內調查。地面調查可采用地震勘探、地質雷達、高密度電法等方法，洞內調查可采用地質雷達、地震勘探、地質鉆探及鉆孔全景圖像、聲波等方法。

 

  每個洞室塌方情況及工程地質條件往往不同，結合探測方法的應用條件及優缺點，根據具體工程情況選擇多種合適探測方法進行綜合探測。

 

  ２ 常用探測方法特點

 

  每種探測方法都是建立在相應的理論基礎上，利用巖體的各種特性差異來對目標體進行探測。只有選擇合適的探測方法，才能獲取最有效的地層參數。

 

  ３ 工程應用

 

  ３．１ 工程概況

 

  在建某水電站導流洞布置于河流右岸，洞室圍巖以Ⅲ類為主，Ⅳ、Ⅴ類圍巖主要分布在導流洞進出口段及斷層帶、小斷層交匯帶、裂隙密集帶和巖脈接觸破碎帶。施工過程中導流洞出現兩次塌方，體積分別為６６０ｍ３和５３０ｍ３，影響樞紐建筑物及施工安全。因此，須采取有效的加固處理措施，使導流洞塌方段圍巖巖體處于穩定狀態。

 

  ３．２ 方法選取

 

  由于導流洞布置于右岸，沿線山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，自然坡度一般在６０°～７０°，相對高差３００ｍ 以上。因此地表調查塌方段情況難以實施，只能選擇洞內調查。

 

  洞內調查在施工單位對塌方體及其頂拱進行了表面噴混凝土封閉、注漿、管棚超前支護等支護工作后，巖體相對處于穩定狀態后進行，以保證探測作業安全。

 

  塌方體巖體破碎，與穩定巖體主要在波速、電阻率、電磁率等方面存在明顯差異。結合現場測試條件選擇采用地質鉆探、鉆孔全景圖像、地質雷達法、單孔聲波相結合的綜合探測方法。

 

  ３．３ 工作布置

 

  塌方段布置了Ａ、Ｂ、Ｃ 共３個斷面，每個斷面進行地質鉆探取芯、地質雷達點測、單孔聲波和鉆孔全景圖像測試。各個斷面頂拱、拱腰、拱肩部位布置１個鉆孔，在Ｂ 斷面兩側邊墻各布置１個鉆孔。鉆孔孔徑不小于７６ｍｍ；邊墻孔深為１２ｍ，拱頂鉆孔擊穿破碎巖體，一般進入完整巖體５０ｃｍ為準；拱頂鉆孔垂直于頂拱弧面切線方向，邊墻鉆孔下斜５°～１０°。

 

  ３．４ 成果分析

 

  ３．４．１ 地質鉆探成果

 

  選用２ＰＣ地質鉆機配Ф７６金剛石薄壁鉆頭進行取芯鉆進成孔，總計完成１１個鉆孔。由于巖體破碎，部分孔段取芯率較低；巖體固結段巖芯呈短柱狀，塌方體內部巖大部分呈顆粒狀，塌方體后部巖芯呈塊狀－短柱狀，圖１、圖２和表２部分鉆孔巖芯照片及描述。

 

  ３．４．２ 鉆孔全景圖像

 

  鉆孔全景圖像法是采用先進的ＤＳＰ圖像采集與處理技術，配合高效圖像處理算法，直觀取得鉆孔孔壁圖像的方法，可以輔助巖芯鑒定和彌補取芯率不足的缺點。通過成像以視覺獲取地下信息，可直觀、真實地展示鉆孔孔壁巖層表面特征的優點，劃分地層結構、確定軟弱泥化夾層，檢測斷層、裂隙、破碎帶，觀察地下水活動狀況及位置等。

 

  圖３是Ｂ 斷面ＪＣ０３鉆孔全景圖像，同芯樣照片相比，它反映的巖體信息更加豐富、準確。

 

  Ｂ－ＪＣ０３鉆孔０～２．３ｍ 為固結段、較密實；２．３～５．４ｍ為破碎巖體，裂隙發育、無序，碎塊、碎粒狀結構；５．４～８．１ｍ 巖體破碎、裂隙發育、無序、張開，碎塊、短柱狀結構；８．１～９．４ｍ 巖體較完整，裂隙較發育、閉合，長柱狀結構。

 

  ３．４．３ 鉆孔單孔聲波

 

  由于塌方體位于導流洞頂拱，頂拱鉆孔孔斜向上，測試聲波需要注水耦合，塌方體遇水鉆孔極易塌孔，故僅對邊墻２鉆孔進行聲波測試，波速曲線如圖４。

 

  鉆孔揭示河側、山側邊墻巖體巖性不一，河側邊墻為細粒花崗巖，山側邊墻為粗粒花崗巖。河側邊墻松弛深度為４．０ｍ，平均聲波速度在４ ５００ｍ／ｓ，松弛帶以里平均聲波速度為６ １００ｍ／ｓ；山側邊墻松弛深度為２．０ｍ，平均聲波速度在３ ６００ｍ／ｓ，松弛帶以里聲波平均速度為５ ５００ｍ／ｓ。

 

  ３．４．４ 地質雷達法

 

  地質雷達現場測試條件極復雜：測試面凹凸不平，鋼拱架間距短、僅為５０ｍｍ，頂拱布置有φ１０８管棚、間距為４０ｍｍ，布置大量錨桿。因此地質雷達采用點測方式，在兩榀鋼拱之間，沿頂拱弧向布置測點，重復測試避開鋼拱、管棚等影響。理論上塌方體地質雷達能獲得理想的測試效果，但是受到上述眾多干擾因素的影響，測試圖像對數據分析僅供參考。

 

  ３．５ 探測成果

 

  塌方段地下水不豐富，主要表現為濕潤。此洞段巖體主要受地質構造的影響，有小斷層通過，巖體破碎，加之不利結構面的組合，使其在隧洞開挖后形成臨空面，因而在重力作用下形成塌方。

 

  經綜合探測表明，此洞段巖體的垮塌深度總體中間較深，兩側相對較淺。其中Ｂ 斷面頂拱部位垮塌深度大于１４ｍ，Ａ 斷面河側邊墻處斷層破碎帶及垮塌體較深，達１４．１ｍ。從探測斷面分析，Ｂ 斷面垮塌較嚴重，范圍較廣；Ｃ 斷面次之；Ａ 斷面除河側邊墻外，總體垮塌較淺。

 

  固結灌漿殼體厚度隨樁號增加而增加，各斷面呈頂拱較厚、拱肩和拱腰較淺的趨勢，頂拱厚度一般在５～６ｍ，拱腰和拱肩厚度一般為０．８～２ｍ，其中Ｃ 斷面頂拱最厚為６．４ｍ，Ａ 斷面各部位均較薄，厚度為０．２～０．７ｍ；固結灌漿密實度總體較好，局部存在蜂窩狀或空腔，其中Ｃ 斷面頂拱灌漿不連續。

 

  ４ 結 語

 

  １）物探的前提是地下介質在某種物理性質上存在差異，比如密度、電阻率、導磁率等。任何一種物探方法的能力都是有限的，只能在一定的條件和范圍內使用，然而，每種方法都有自己獨具的特點。多種探測方法的綜合運用，相互驗證，才能避免單一方法的局限性，充分發揮各種方法的優勢。

 

  ２）通過實例應用，采用物探與地質相結合的綜合探測方法，分析、研究塌方體等不良地質體形態是成功的，為制定后續處理方案提供基礎資料。

 

  ３）從理論上講，完整巖體與松散破碎巖體之間具有明顯的磁性差異，塌方體經過初步處理之后，存在大量的磁性干擾源，在這樣的復雜條件下地質雷達法應用效果大大降低了。