乌兰2号隧道地质情况与综合地质超前预报应用分析

张翔宇,申铁军

（1.山西路桥第四工程有限公司,山西 大同 037000; 2.山西路桥建设集团有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

乌兰2号隧道采用综合超前地质预测开展预测工作，查阅乌兰2号隧道地勘图纸，深度了解隧道围岩情况，现场踏勘、收集地质、水文气象资料，结合合同要求制定了详尽的隧道超前地质预测实施方案[1-2]。

1 乌兰2号隧道工程与地质分析

1.1 乌兰2号隧道基本情况

G218线那拉提至巴仑台公路乌兰2号隧道设计为双向四车道，主洞建筑限界1 025.0 cm×500.0 cm，横断面组成为（0.75+0.50+3.75×2+0.75+0.75）m。乌兰2号隧道主洞、紧急停车带的建筑限界、内轮廓技术指标见图1~图4。

图1 乌兰2号隧道主洞建筑限界图

图4 乌兰2号隧道紧急停车带建筑内轮廓图

1.2 乌兰2号隧道地质情况分析

1.2.1 乌兰2号隧道地形情况分析

隧道位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和静县巴仑台镇西北侧约27 km处，隧道建设起终点为K500+268~K503+194（（以隧道右洞计），采用双洞四车道一级公路设计标准，隧道右洞全长2 926 m，左洞全长2 998 m，为分离式长隧道。隧道进出口洞门均采用端墙式洞门。隧道采用电光照明，机械通风，自流排水。隧道区总体属于中高山峡谷地貌区，隧道走向近东西向，进口西侧为相对宽阔的巴音郭勒河谷，出口东侧为沟谷地貌，为巴音郭勒河支流，地面起伏大，河谷切深140~220 m，总体呈两山夹一谷的地貌。隧道进口高程2 882 m，山体自然坡度26~28°，出口高程2 807 m，为岩质坡体，自然坡面较缓，坡度 30°左右，临空面坡度53~76°。山顶高程2 972~3 128 m，山顶地势起伏，垂直隧道走向发育多条山脊、沟谷及槽地，山脊及沟谷走向近南北向，其中里程K501+500段附近为隧道穿越区最高点，高程3 128 m左右。山顶植被以浅表草地为主，零星灌木生长。隧道最大埋深约280 m[3-5]。

图2 乌兰2号隧道主洞内轮廓图

图3 乌兰2号隧道紧急停车带建筑限界图

1.2.2 乌兰2号隧道地层岩性分析

乌兰2号隧道隧址区周边沟谷第四系分布广泛，洞身段地表以基岩为主。沟谷中以全新统冲洪积碎石以及崩坡积碎石、块石为主，多呈密实状。坡体上局部分布全新统残坡积碎石，呈密实状。下伏基岩为元古界中天山群星星峡组第2段云母片岩等[3]。区内各岩土层特征分述如表1。

表1 乌兰2号隧道地层岩性分布情况统计

1.2.3 乌兰2号隧道地质构造分析

沿线褶皱、断裂构造均较发育，主要以东西向为主，与区域构造线方向近于一致。隧址区范围内未发现区域断裂构造。隧址区出口一带岩层走向近东西向，岩层倾向12°，倾角82~85°。通过地质调绘成果显示，隧道出口一带岩体中发育的优势裂隙有4组：

①J1：178~L85°，裂隙间距0.3~0.5 m；

②J2：103~37°，裂隙间距0.2~0.3 m；

③J3：278~68°，裂隙间距0.1~0.3 m；

④J4：232~58°，裂隙间距0.2~0.4 m。

隧道进口一带主要为崩坡积堆积物，以碎石为主，中密状。依据踏勘、物探解译成果，隧洞洞身桩号 ZK500+360~ZK500+830（K500+370~K500+840）、ZK501+170~ZK501+340(K501+140~K501+280)、ZK501+790~ZK502+120（K501+810~K502+130）段为裂隙密集发育带。保家镇隧道依次穿过保家正断层、郁山背斜，但均对隧道影响较小或基本无影响。对隧道施工影响较大地质构造集中分布在杨柳村隧道进口~1#横洞与正洞交叉口区段[6-8]。

1.2.4 乌兰2号隧道不良地质分析

未见软弱土以及盐渍土发育。隧洞进出口覆盖层分布有季节性冻土，其冻深一般2 m。区内覆盖层主要为粗粒土，对工程影响较小。隧址区山体比高60~240 m，山体顶部局部岩体陡立且山腰以上基岩出露段坡度陡峭，出口位置洞口上方存在部分危岩有可能崩塌[9-11]。

1.2.5 乌兰2号隧道水文地质分析

乌兰2号隧道隧址区主要出露岩性为石英云母片岩和第四系冰碛、洪积碎石等。地貌形态较复杂，地质条件较复杂。据钻孔资料，隧址区地下水位埋深受地形影响较大，山脊、丘陵区域埋深大，孔内一般未见地下水位，洼地、沟谷等区域埋深一般较小[12-14]。

2 乌兰2号综合超前地质预测主要内容

特殊地质地段超前地质预测特别是低阻破碎区等导水、富水地层，隧道出现涌突水的风险较高尤其是洪积岩的汇水区出现涌突水的风险较高。其隧道也存在浅埋段和碎石土、堆积土内部富水、裂隙富水的情况，因此做好隧道地下水的预测工作十分重要[15-17]。

3 乌兰2号综合超前地质预测频率及覆盖范围

3.1 洞口段

由于洞口段无法开展TGP长距离预测所以在洞口段落多采用地质雷达短距离预测，每次搭接长度5 m预测长度在20~30 m。

3.2 洞身段

（1）TGP长距离预测全覆盖：在洞身段只要现场满足开展TGP地质预测需要的条件，就采用TGP全覆盖预测，每次预测长度80.0~120.0 m，搭接长度10.0~20.0 m。

（2）地质雷达预测：在TGP长距离预测的异常段落和设计的地质异常段用地质雷达短距离补充预测。预测的范围为异常段提前10.0~20.0 m开始至异常段结束后20.0 m以上。

4 乌兰2号隧道综合超前地质预测的流程与工作内容

（1）进行乌兰2号隧道的超前地质预测实施方案的评审工作。

（2）进行乌兰2号隧道的超前地质预测实施方案的报批工作。

（3）进行掌子面地质跟踪并采集长距离地质预测物探数据（洞口段落无长距离预测条件以短距离雷达预测为主）。

（4）室内数据处理并综合地质分析，编写地质预测报告，及时发送参建各方。

（5）若长距离预测发现异常，则在异常区追加短距离预测，并结合设计资料与长、短距离预测结果、现场实际围岩情况，提出开展超前钻孔方案，配合开展超前钻孔。

（6）加强围岩的跟踪，如出现与预测明显不符合的情况，及时提前开展预测并分析原因，总结经验。

（7）如与预测级情况基本一致，则继续加强围岩情况跟踪至下一循环。

（8）定期分析总结地质预测情况和总结经验并编写阶段性成果报告。到隧道开挖全部结束后，及时编写地质预测总报告，详见表2。

表2 乌兰2号隧道超前地质预测工程量清单工作内容及工作量统计表

5 结语

综上所述，隧道超前地质预测是隧道施工经济安全的保障和基础。为保证隧道施工的经济性与安全性，地质预测工作应有严格的控制流程和科学规范的操作。乌兰2号隧道地质情况复杂，采用的预测方法多，做好地质预测现场安全管理十分重要，尤其是地震预测和邻近掌子面的地质雷达预测。现场数据采集时，要按照安全操作规程进行相应的数据采集工作。