摘要：本文简述了各种超前地质预报方法的特点，针对石林隧道穿越岩溶、断层、破碎带等复杂地质条件，以地质调查法为基础，运用多种方法进行综合超前地质预报，使隧道施工在高风险段落能够及时采取有效的预防措施，并优化了施工方法，使石林隧道安全快速的通过了各种不良地质地段及高风险段落。
关键词：石林隧道；岩溶；施工；超前地质预报；地质分析；优化
新建云桂铁路石林隧道穿越地层均为可溶性碳酸盐地层，岩溶强烈发育，共穿越6个断层4个破碎带。能否开展好超前地质预报工作，为隧道安全施工及优化施工方法提供依据，避免突发性地质灾害的发生，是石林隧道建设成败的关键。
工程概况
石林隧道位于弥勒—石林板桥区间，线路设计为“人”字坡，全长18208m，为全线最长隧道、全国最长单洞双线隧道、全国最长的岩溶隧道、世界最长钻爆法施工的岩溶隧道。
石林隧道大面积穿越灰岩地层，岩体溶蚀强烈，岩溶发育强烈，区内断裂交错发育，施工高风险源多，存在断层和岩溶水突水、突泥等地质风险。
2 超前地质预报工作原理、方法
根据石林隧道地质情况、风险源及其风险等级，采取多种不同的超前预报方法，分别为地质调查法、物探法、超前钻探法及超前导坑法。
2.1 地质调查法
地质素描在隧道开挖后及时观察，描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、地下水的分布、出水量大小等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。地质素描每一开挖循环进行一次。
2.2 超前钻探法
超前钻探法主要有超前地质钻探和加深炮孔探测。
2.2.1 超前地质钻探
超前地质钻探方法是利用管棚钻机在隧道开挖面进行超前钻孔，根据钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液的颜色、岩粉以及在钻探过程中遇到的其他情况来判断隧道前方的地质情况。
超前地质钻探每循环超前探测20～30 m，前后循环搭接不小于5 m。
2.2.2 加深炮孔
加深炮孔探测是利用风钻或凿岩台车在隧道开挖面钻小孔径浅孔获取地质信息，加深炮孔较爆破孔深3 m以上，孔径与爆破孔相同。加深炮孔每一开挖循环施作一次。
2.3 物探法
物探法是利用探测对象与其相邻介质存在一定的物性差异并具有足以被探测的规模和当存在电、磁、振动等外界干扰时，探测对象的异常能够从干扰背景中区分出来的条件来开展探测工作的。
2.3.1 TSP203地震波反射法
TSP203地质预报系统利用在隧道边墙的炮孔激发弹性波，弹性波在三维空间传播的过程中，遇到地质岩性变化的界面、构造破碎帶、岩溶和岩溶发育带等声阻抗界面，会产生弹性波的反射现象，这种反射波通过预先埋设在隧道围岩中的检波器接收下来，通过对反射回波旅行时间、传播衰减以及相位变化等分析，从中拾取掌子面前方的反射波信息，推断预报隧道前方100m范围内的岩性变化、断层、破碎带、岩溶发育带以及它们的产状、规模、岩层的含水特性、岩石力学参数等。
2.3.2 地质雷达
地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射，根据传播速度和反射脉冲波走时进行超前地质预报的一种物探方法。
2.3.3 红外探测
红外探测是通过接收岩体的红外辐射强度，根据红外辐射异常来确定隐蔽灾害源的存在。隐蔽灾害源包括含水断层、含水溶洞、地下暗河等。2.4 超前导坑法
石林隧道正洞左线线路中线右侧35m设置贯通平导一座，平导施工中揭示的地质情况为正洞施工时提供依据。
3 工程应用实例
石林隧道正洞DK653+605～+615段，隧道拱顶以上埋深约160m，地表偏左侧为一溶蚀洼地，钻孔揭示溶洞，本段位于突水突泥高风险段落内。DK653+605～DK653+615段原设计为Ⅲ级围岩，台阶法开挖。
正洞施工至DK653+599时，掌子面施作了TSP203、地质雷达及超前地质钻探预报。
TSP203预报范围为DK653+599～DK653+719，预报结果显示：DK653+599～+619段围岩较破碎，岩溶弱发育，存在溶蚀裂隙，建议加强支护。
地质雷达预报范围为DK653+599～DK653+629，预报结果显示：DK653+599～DK653+629段围岩较破碎，岩溶弱～中等发育，存在溶蚀裂隙，局部夹泥，建议加强支护。
超前地质钻探共3孔，孔深46m，钻探结果显示：3#钻孔（掌子面左侧） DK653+613.5～+615段（长度1.5m）、DK653+616.5～+618段（长度1.5m） 钻速不稳，返水呈红色，判断为溶蚀裂隙夹泥；其余段落钻进正常。
正洞施工至DK653+605时，掌子面施作加深炮孔，拱部周边4～5米范围内加深炮孔钻进异常，钻速不稳有突进，返水红色，根据钻进情况判断掌子面前方2m后拱部范围存在溶蚀裂隙夹泥或溶洞；掌子面其它部位加深炮孔钻进正常。
为进一步探明前方地质情况，随后又在掌子面DK653+605施作了超前地质钻探和红外探测。
超前地质钻探共4孔，其中1#孔（掌子面左上）DK653+606.5～+608段（长度1.5m）、2#孔（掌子面拱部）DK653+609.5～+611.0段（长度1.5m）、 3#孔（掌子面右上）DK653+606.5～+608段（长度1.5m）均出现钻速异常，返水呈红色，判断有红粘土和碎块石充填，为一充填型溶洞。
红外探测显示：掌子面DK653+605岩体上24个测点的红外辐射场强最大最小值之差小于允许安全值，且往掌子面方向掌子面附近的红外辐射场强值变化不大，根据以上情况并结合已开挖揭示围岩情况判断掌子面前方30 m无水。
正洞施工至DK653+607时，掌子面围岩为灰岩，灰色夹青灰色，弱风化，围岩整体性较好，掌子面无水。掌子面开挖掘进后，右侧拱顶开始出现不间断掉泥、掉块，洞内施工人员、机械立即撤离掌子面，未造成人员伤亡和设备损失；随后掌子面开始涌泥，现场涌泥纵向长度约8 m，宽约6 m，平均堆积高度约1.2 m，涌泥方量约60方；后经 “四方”现场勘查，位于掌子面右侧拱顶发育一溶洞，溶洞纵向可见长度约2m，环向长度约4～5m，溶洞垂直向上发育延伸，拱顶以上溶洞形态、大小及走向不明，溶洞属充填溶洞，充填物成分为流塑状红黏土夹块石。
后经开挖揭示，正洞DK653+607～610段拱部4～5 m范围内发育充填溶洞，溶腔边界侵入开挖线内约1.5m，拱部开挖线以外溶腔发育界限不明，掌子面其余部位为灰岩，弱风化，与预报结果基本吻合。正洞DK653+605～DK653+615段变更为IV级B型衬砌，超前支护采用φ108大管棚及φ42超前小导管，加强支护采用I18型钢钢架。
4 结语
石林隧道为高风险岩溶隧道，穿越岩溶、断层、破碎带等复杂地质条件，施工高风险源多，在施工中以地质调查法为基础，运用多种方法进行综合超前地质预报，并贯穿施工全过程，使隧道施工在特殊地质或不良地质地段及高风险段落能够及时采取有效的预防措施，避免突发性地质灾害的发生，因此超前地质预报对于隧道施工的安全、经济有非常重要的意义。
参考文献：
［1］常士骠主编.工程地质手册（第三版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1992.
［2］中国铁路工程总公司编写.中国铁路工程物探五十年［M］.北京：中国铁道出版社，2003.
［3］中科院地质研究所、隧道局编写.军都山隧道快速施工超前地质预报指南［M］.北京：中国铁道出版社，1990.
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