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摘 要：叶坪隧道全长3585m为长大隧道，软弱围岩、岩爆、涌水的影响是本工程的难点工程，在施工期应加强超前地质预报并及时采取有效地支护措施保证隧道施工安全。
关键词：隧道；围岩；锚杆；超前；预报
叶坪隧道位于江西省瑞金境内，行政区划属叶坪乡黄沙村。隧道进口里程DK130+805，出口里程DK134+390，全长3585m，该隧道为时速200km客货共线单洞双线隧道。隧道线间距为4.4m～4.506m，隧道内纵坡为自进口至出口位于11.6‰的上坡。海拔为200～490m地势起伏较大，自然坡度为20°～45°，洞身最大埋深约240.4米，通过地层岩性为全风化～弱风化千枚状页岩夹粉砂岩、变质砂岩夹板岩，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩分别占18%、21%、43%、18%。地下水较发育，隧址区存在断层破碎带2条，节理密集带4条及岩层分界线2条。隧道进出口由水泥路相通，能连接至319国道，交通较便利。
一、工程特点及施工方法
叶坪隧道长3585米为控制性工程。本隧道属“寻乌～瑞金”深断裂，由一系列斜冲断层作为侧幕状排列组成。在该隧道地区有断裂构造2条，节理密集带4条及岩性分界线2条，以挤压断裂带和裂隙带为主。
围岩级别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。按照围岩级别，由强到弱依次Ⅱ级围岩采用全断面法，Ⅲ围岩、Ⅳ围岩采用台阶法，Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法、四步CD法施工。
支护主要有初期支护采用C25喷射混凝土和湿喷工艺，Ⅱ级围岩喷混凝土采用喷素混凝土，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩采用网喷混凝土。V级围岩段Va、Vb型衬砌分别采用格栅钢架、I20a工字钢钢架支护，Ⅳ级围岩有Ⅳa、Ⅳb型分别采用拱墙设格栅钢架、I18工字钢钢架支护，Ⅱ、Ⅲ级围岩有Ⅱa、Ⅲb型拱部设组合中空锚杆。Ⅳ级围岩均设小导管超前支护、V级围岩设小导管或大管棚超前支护。
锚杆：拱部用Φ25中空注浆锚杆，边墙及临时支护锚杆用Φ22砂浆锚杆。
二次衬砌：拱墙一次成型，衬砌台车全环一次成型施工工艺，仰拱混凝土必须采用整体模板成型工艺。Ⅲ级围岩拱部、边墙采用C30混凝土，底板采用C35钢筋混凝土施工；Ⅳ、Ⅴ级围岩拱部、边墙、仰拱采用C35钢筋混凝土施工，仰拱填充采用C20混凝土填充。
防水及排水：隧道的防排水按“防、排、堵、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则；对于地下水发育且隧道修建对生态环境或工程环境可能产生不利影响的水塘、水库影响地段，采取“以堵为主，限量排放”的原则，达到堵水有效、防水可靠、经济合理的目的。
二、工程难点
隧址区岩石以千枚状页岩夹粉砂岩、变质砂岩夹板岩分布广泛，隧道洞身穿越围岩Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩为主，占隧道穿越围岩总长度的61%。隧址区岩层构造简单，不利于围岩应力的释放，硬质岩在开挖中可能会发生岩爆。在DK132+000～DK132+100段埋深：210.67 m 三、超前地质预报
本隧道区段处于寻乌—瑞金深断裂即邵武—河源深断裂的一部分，由一系列斜冲断层作为侧幕状排列组成。在勘测中发现断裂构造2条（F1断层、F2断层），节理密集带4条（DK132+100～+315、DK133+085～+150、DK133+350～+430、DK133+720～+770）及岩性分界线2条（DK131+692、DK133+538）。地质构造复杂，采用专业队伍“北京中交桥宇科技有限公司”承担超前地质预报工作。
（1）超前地质预测、预报
隧道施工中，超前地质预报关系到工程安全、质量和进度，为确保各项目标顺利实现，针对本隧道工程地质情况，成立专业的超前地质预测预报小组，拟采用的主要预报方法：TSP预报、地质雷达、远红外线探水仪、超前水平钻孔、地质素描（数码成像）综合分析预报；将以上方法有机结合、综合应用，发挥各自长处，相互补充、相互验证，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系，并坚持将超前地质预报合理纳入工序进行组织管理。对未开挖地段进行地质预测和分析，采集各种水文、地质、变形、应变等信息，及时进行信息反馈，以确定合理的开挖、支护参数，制定合理施工方法。
（2）地质预报项目
地面预报：在施工过程中，根据设计提供的地质勘探资料，对重点地段地表开展综合物探，沿隧道轴线绘制纵向剖面图；同时进行地表补充地质测绘。
洞内预报：施工中加强断裂破碎带、涌水的超前地质预报工作，如采用开挖面掌子面地质素描、超前钻孔并辅以TSP等物探手段进行综合预测。对软岩塑性变形进行超前预报，根据超前预报及有关监测结果及时变更施工方案。
（3）超前地质探测与预报方法及工艺
① TSP超前地质预报系统
TSP超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况。它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点，进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的信号也就越强。返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，就可以得到岩体强度变化界面的位置及方位。TSP地质预报系统实际操作中有如下特点：适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况；距离长，能预测掌子面前方100m～200m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大；对施工干扰小，可在施工间隙进行，即使专门安排时间，也不过一小时左右；提交资料及时，在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。采用专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置，计算机自动绘出弹形波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。但也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要采用其他预报手段来补充和完善。 TSP地质预报系统现场测试示意见下图。
图1 TSP地质超前预报系统现场测试示意图
② 超前钻孔探测
“物探先行，钻探验证”，超前钻探是一种传统而可靠的工程地质探测方法，针对本隧道围岩特点，拟采用超前钻探方法进行探测，以超前水平岩芯钻探为主，辅以浅孔钻探。
超前水平岩芯钻探可根据需要探测和了解隧道开挖前方几米、几十米乃至上百米范围内围岩的工程地质情况；通过钻孔了解和释放影响隧道掘进施工的地下水；通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层和断层破碎带进行准确定位；直接采取岩芯样进行抗压强度试验，获取岩石物理力学性质参数。
图2 超前水平钻
为节约施工时间和减少经费，对地质情况稳定、岩性坚硬完整且变化小的地段可酌情减少超前水平岩芯钻探工作量，在钻进过程中，尽可能避免钻头偏移，导致探测结果发生误差。根据岩石的坚硬程度，调整钻机转速和钻压，坚硬岩石采用较低钻压。采用RPD-150C地质钻机进行超前深孔钻探。
实际施工中用喷距代替射速进行预报，施作程序如下：暂时封闭水量较小的探孔，只留一个喷距最远的测量其喷距离（如完全封闭有困难，可尽量堵塞，减小其流量）；把实测喷距换算成标准条件下的喷距。即高出水平面1m（y=1）时的喷距；根据换算后的喷距，对涌水量进行预报。一般喷距小于5m，流量小于100～400m3/h为小型突水，可加大探孔长度，试挖前进；喷距9～12m，流量400m3/h以上为中型突水，应停止施工，探明情况；喷距12m以上，为大型突水，应立即停止施工，探明情况，从速处理。
此方法要求在探孔揭露之前，岩体能承受管道水的压力而保持稳定。因此在临近突水地段，最好多打一些超前探孔，并改放小炮，避免工作面出现冲溃现象，喷距应比较稳定。若探孔水喷距逐渐缩短，说明遇到储量不大的静储量水，危害不大。喷距大于5m时，可加补几个探孔加速施工，查清水情。若探孔水喷距突然缩小，或时大时小，说明管道中有较多的泥砂堵塞，应以初喷距为准。探孔水喷距和隧道涌水量之间的关系还受到其它一些因素的影响，应对于隧道的每一出水段，建立单独的预报标准。
（4）超前地质探测和预报工作程序
图3 超前地质探测和预报工作程序图
四、结束语
叶坪隧道施工过程中坚持“先预报、管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则，重点抓实隧道超前地质预报工作，最终实现叶坪隧道安全、优质、快速完工的施工生产目标。
参考文献
[1] 周爱国 主编.隧道工程现场施工技术.人民交通出版社，2004。
[2] 方利成 主编.隧道工程病害防治图集.中国电力出版社，2001。
关键词：隧道；围岩；锚杆；超前；预报
叶坪隧道位于江西省瑞金境内，行政区划属叶坪乡黄沙村。隧道进口里程DK130+805，出口里程DK134+390，全长3585m，该隧道为时速200km客货共线单洞双线隧道。隧道线间距为4.4m～4.506m，隧道内纵坡为自进口至出口位于11.6‰的上坡。海拔为200～490m地势起伏较大，自然坡度为20°～45°，洞身最大埋深约240.4米，通过地层岩性为全风化～弱风化千枚状页岩夹粉砂岩、变质砂岩夹板岩，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩分别占18%、21%、43%、18%。地下水较发育，隧址区存在断层破碎带2条，节理密集带4条及岩层分界线2条。隧道进出口由水泥路相通，能连接至319国道，交通较便利。
一、工程特点及施工方法
叶坪隧道长3585米为控制性工程。本隧道属“寻乌～瑞金”深断裂，由一系列斜冲断层作为侧幕状排列组成。在该隧道地区有断裂构造2条，节理密集带4条及岩性分界线2条，以挤压断裂带和裂隙带为主。
围岩级别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。按照围岩级别，由强到弱依次Ⅱ级围岩采用全断面法，Ⅲ围岩、Ⅳ围岩采用台阶法，Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法、四步CD法施工。
支护主要有初期支护采用C25喷射混凝土和湿喷工艺，Ⅱ级围岩喷混凝土采用喷素混凝土，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩采用网喷混凝土。V级围岩段Va、Vb型衬砌分别采用格栅钢架、I20a工字钢钢架支护，Ⅳ级围岩有Ⅳa、Ⅳb型分别采用拱墙设格栅钢架、I18工字钢钢架支护，Ⅱ、Ⅲ级围岩有Ⅱa、Ⅲb型拱部设组合中空锚杆。Ⅳ级围岩均设小导管超前支护、V级围岩设小导管或大管棚超前支护。
锚杆：拱部用Φ25中空注浆锚杆，边墙及临时支护锚杆用Φ22砂浆锚杆。
二次衬砌：拱墙一次成型，衬砌台车全环一次成型施工工艺，仰拱混凝土必须采用整体模板成型工艺。Ⅲ级围岩拱部、边墙采用C30混凝土，底板采用C35钢筋混凝土施工；Ⅳ、Ⅴ级围岩拱部、边墙、仰拱采用C35钢筋混凝土施工，仰拱填充采用C20混凝土填充。
防水及排水：隧道的防排水按“防、排、堵、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则；对于地下水发育且隧道修建对生态环境或工程环境可能产生不利影响的水塘、水库影响地段，采取“以堵为主，限量排放”的原则，达到堵水有效、防水可靠、经济合理的目的。
二、工程难点
隧址区岩石以千枚状页岩夹粉砂岩、变质砂岩夹板岩分布广泛，隧道洞身穿越围岩Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩为主，占隧道穿越围岩总长度的61%。隧址区岩层构造简单，不利于围岩应力的释放，硬质岩在开挖中可能会发生岩爆。在DK132+000～DK132+100段埋深：210.67 m
本隧道区段处于寻乌—瑞金深断裂即邵武—河源深断裂的一部分，由一系列斜冲断层作为侧幕状排列组成。在勘测中发现断裂构造2条（F1断层、F2断层），节理密集带4条（DK132+100～+315、DK133+085～+150、DK133+350～+430、DK133+720～+770）及岩性分界线2条（DK131+692、DK133+538）。地质构造复杂，采用专业队伍“北京中交桥宇科技有限公司”承担超前地质预报工作。
（1）超前地质预测、预报
隧道施工中，超前地质预报关系到工程安全、质量和进度，为确保各项目标顺利实现，针对本隧道工程地质情况，成立专业的超前地质预测预报小组，拟采用的主要预报方法：TSP预报、地质雷达、远红外线探水仪、超前水平钻孔、地质素描（数码成像）综合分析预报；将以上方法有机结合、综合应用，发挥各自长处，相互补充、相互验证，从不同方面发现异常、揭示异常，组成地质超前预报完整的技术体系，并坚持将超前地质预报合理纳入工序进行组织管理。对未开挖地段进行地质预测和分析，采集各种水文、地质、变形、应变等信息，及时进行信息反馈，以确定合理的开挖、支护参数，制定合理施工方法。
（2）地质预报项目
地面预报：在施工过程中，根据设计提供的地质勘探资料，对重点地段地表开展综合物探，沿隧道轴线绘制纵向剖面图；同时进行地表补充地质测绘。
洞内预报：施工中加强断裂破碎带、涌水的超前地质预报工作，如采用开挖面掌子面地质素描、超前钻孔并辅以TSP等物探手段进行综合预测。对软岩塑性变形进行超前预报，根据超前预报及有关监测结果及时变更施工方案。
（3）超前地质探测与预报方法及工艺
① TSP超前地质预报系统
TSP超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况。它是在掌子面后方边墙一定范围内布置一排爆破点，进行微弱爆破，产生的地震波信号在隧道周围岩体内传播，当岩石强度发生变化，比如有断层或岩层变化时，会造成一部分信号返回，界面两侧岩石的强度差别越大，反射回来的信号、返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，得到岩体强度变化界面的信号也就越强。返回信号被经过特殊设计的接收器接收转化成信号并进行放大，根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理软件处理，就可以得到岩体强度变化界面的位置及方位。TSP地质预报系统实际操作中有如下特点：适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况；距离长，能预测掌子面前方100m～200m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大；对施工干扰小，可在施工间隙进行，即使专门安排时间，也不过一小时左右；提交资料及时，在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。采用专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质相对于隧道的空间位置，计算机自动绘出弹形波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。但也存在预报准确性和预报精度方面的问题，需要采用其他预报手段来补充和完善。 TSP地质预报系统现场测试示意见下图。
图1 TSP地质超前预报系统现场测试示意图
② 超前钻孔探测
“物探先行，钻探验证”，超前钻探是一种传统而可靠的工程地质探测方法，针对本隧道围岩特点，拟采用超前钻探方法进行探测，以超前水平岩芯钻探为主，辅以浅孔钻探。
超前水平岩芯钻探可根据需要探测和了解隧道开挖前方几米、几十米乃至上百米范围内围岩的工程地质情况；通过钻孔了解和释放影响隧道掘进施工的地下水；通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层和断层破碎带进行准确定位；直接采取岩芯样进行抗压强度试验，获取岩石物理力学性质参数。
图2 超前水平钻
为节约施工时间和减少经费，对地质情况稳定、岩性坚硬完整且变化小的地段可酌情减少超前水平岩芯钻探工作量，在钻进过程中，尽可能避免钻头偏移，导致探测结果发生误差。根据岩石的坚硬程度，调整钻机转速和钻压，坚硬岩石采用较低钻压。采用RPD-150C地质钻机进行超前深孔钻探。
实际施工中用喷距代替射速进行预报，施作程序如下：暂时封闭水量较小的探孔，只留一个喷距最远的测量其喷距离（如完全封闭有困难，可尽量堵塞，减小其流量）；把实测喷距换算成标准条件下的喷距。即高出水平面1m（y=1）时的喷距；根据换算后的喷距，对涌水量进行预报。一般喷距小于5m，流量小于100～400m3/h为小型突水，可加大探孔长度，试挖前进；喷距9～12m，流量400m3/h以上为中型突水，应停止施工，探明情况；喷距12m以上，为大型突水，应立即停止施工，探明情况，从速处理。
此方法要求在探孔揭露之前，岩体能承受管道水的压力而保持稳定。因此在临近突水地段，最好多打一些超前探孔，并改放小炮，避免工作面出现冲溃现象，喷距应比较稳定。若探孔水喷距逐渐缩短，说明遇到储量不大的静储量水，危害不大。喷距大于5m时，可加补几个探孔加速施工，查清水情。若探孔水喷距突然缩小，或时大时小，说明管道中有较多的泥砂堵塞，应以初喷距为准。探孔水喷距和隧道涌水量之间的关系还受到其它一些因素的影响，应对于隧道的每一出水段，建立单独的预报标准。
（4）超前地质探测和预报工作程序
图3 超前地质探测和预报工作程序图
四、结束语
叶坪隧道施工过程中坚持“先预报、管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则，重点抓实隧道超前地质预报工作，最终实现叶坪隧道安全、优质、快速完工的施工生产目标。
参考文献
[1] 周爱国 主编.隧道工程现场施工技术.人民交通出版社，2004。
[2] 方利成 主编.隧道工程病害防治图集.中国电力出版社，2001。