瓦斯隧道周边异常检测图谱

1)地质概况

某隧道穿越某背斜灰岩出露区,山体多为孤立的贝壳状浑圆形山峰;两翼主要为砂、泥岩出露,山体多呈不规则状连成片状的浑圆山体。 穿越煤矿南端,局部段过煤层采空区,含瓦斯。 同时,地下水主要为第四系孔隙潜水入下伏基岩裂隙水,埋深浅,富水性一般,受地表水及降雨影响明显。 隧道段以碳酸盐岩类裂隙溶洞水为主,碳酸盐岩系水文地质条件较复杂,水量较丰富,构面隧道重要涌水或突水层段。 隧道施工中存在瓦斯、采空区及涌水突泥等高风险,施工难度大。

图6.6　岩体倾向与隧道的关系示意图

该区域地表和地下分水岭南面一线,大致呈东西展布。 隧址区位于地下分水岭以北。 地下水由大气降雨通过地表各种裂隙、溶隙、落水洞、岩溶漏斗等通道垂直入渗补给,并以泉和横向沟谷的形式由南向北排泄河流。

根据现场调查(图6.6),该段隧道轴线方向约为280°,在ZK136 +930 ~ZK136 +900 范围内,围岩主要为砂岩,钙质胶结,局部夹薄层煤,岩体产状:137∠64°,强风化,属较坚硬岩。 岩体较完整~较破碎,薄层~ 中厚层状,互层,层间局部夹泥质。 岩体节理裂隙较发育,岩体产状:231∠86°,间距0.1 ~0.8 m,延伸0.1 ~1.0 m,微张。 地下水发育,主要以点滴或线状产出。

2)物探结果

隧道掌子面开挖时,未发现异常情况,但左侧和右侧边墙位置多见煤线或煤层,为保证隧道结构物的安全,采用物探手段对隧道周边既有巷道或采空区进行探测。 测试面为底板,围岩为砂岩夹泥岩,较潮湿,属于软岩,中风化,局部强风化,遇水易软化、坍塌,节理裂隙发育,岩体较破碎~破碎,结构面结合较差,稳定性差,测试面上有2 ~3 cm 泥质物质,测试天线采用拖行。 图6.7 为现场测试照片。

图6.7　现场测试照片

本次探测采用美国劳雷公司生产的SIR-20 地质雷达系统及配套分析软件,现场利用中心频率为100 MHz 屏蔽天线对ZK136 +920 ~ZK136 +900 布置地质雷达测线进行连续测试,并结合地质调查法对ZK136 +920 ~ZK136 +900 下方围岩进行分析。 图6.8 为测线布设图,图6.9—图6.13 为处理后的雷达剖面图。

图6.8　测线布设图

图6.9　测线1 雷达剖面图

图6.10　测线2 雷达剖面图

从地质雷达剖面图可知,在测试面前方27.5 m 的范围内雷达反射波总体较强,相位断续变化,局部相位错乱无章,表面围岩较破碎,地下水相对较发育。

图6.11　测线3 雷达剖面图

图6.12　测线4 雷达剖面图

图6.13　测线5 雷达剖面图

根据测试面围岩特征及本次测试结果,分析得出如下结论:ZK136 +920 ~ +910 从测试面向下4.5 ~13.7 m 的范围内,主要围岩为砂岩夹泥岩,岩体破碎,呈镶嵌结构,结构面结合较差,围岩稳定性较差,易坍塌。 向下13.7 ~27.5 m 段围岩为层状砂岩,层间结合一般。ZK136 +910 ~ +900 从测试面向下4.4 ~27.5 m,此段为原采空区,且局部回填不密实。

3)钻孔分析

根据地质雷达探测的报告,决定在ZK136 +926 ~ZK136 +910 布置4 个钻孔,均为取芯钻孔,其中ZK136 +915 和ZK136 +926 垂直向下,ZK136 +910、ZK136 +920 与隧道底板有一定的倾角,以便推断隧道底部煤层、巷道和采空区的范围。 钻孔位置平面、纵断面和正面示意图分别如图6.14—图6.16 所示。

钻孔所采用钻头规格为:φ108 合金钻头、φ94 合金钻头和φ77 金刚石钻头。 岩芯直径有DN92,DN80 和DN65 3 个规格岩芯。

1#~4#钻孔的实际完成情况见表6.1。

图6.14　钻孔位置平面示意图

图6.15　钻孔位置纵断面示意图

图6.16　钻孔位置正面示意图

表6.1　工作量统计表

根据设计要求进行钻探,并进行详细的地质编录,见表6.2—表6.9。

(1)1#钻孔地质编录(www.xing528.com)

表6.2　ZK136 +910 断面1#钻孔地质编录表

表6.3　岩芯对应描述表

(2)2#钻孔地质编录

表6.4　ZK136 +915 断面2#钻孔地质编录表

表6.5　岩芯对应描述表

续表

(3)3#钻孔地质编录

表6.6　ZK136 +920 断面3#钻孔地质编录表

表6.7　岩芯对应描述表

(4)4#钻孔地质编录

表6.8　ZK136 +926 断面4#钻孔地质编录表

表6.9　岩芯对应描述表

续表

(5)结论

通过超前地质钻探基本获得隧道ZK136 +926 ~ZK136 +910 底板30 m 左右的围岩状况、裂隙分布及涌水情况等相关地质资料,为安全施工奠定基础。 由于该煤层、巷道和采空区开挖距今年代较为久远,无相关记录资料,并且钻探仍存在一定的局限性,有时可能“以点概面”,因此,只能根据现场观察和本次钻探成果,初步认为:

①隧道底部无双层或多层巷道。

②煤层、巷道和采空区已经局部回填,但密实程度较差,局部仍存在空洞。

③根据ZK136 +910 钻孔成果,认为所揭露巷道周边岩体卸荷严重,较破碎,甚至极破碎,对隧道底板的稳定性造成极大影响。

④根据ZK136 +915 和ZK136 +920 钻孔所揭露情况,及钻探时发生严重漏水现象,认为该巷道回填的密实程度较差,局部甚至出现空洞,孔隙间连通性较好。

⑤根据现场观察、物探和钻探成果,分析认为该巷道走向呈Z 字形(受当时开采技术等多方面因素的影响),其示意图如图6.17 所示。 该巷道对围岩稳定性影响程度较大,已造成周边岩体发生坍塌(采空坍塌或回填区),其示意图如图6.18 所示,对工程安全造成不利影响。

图6.17　推测巷道大概位置示意图

图6.18　钻探纵断面示意图

4)开挖验证

根据物探和钻探结果进行下台阶和仰拱开挖,发现了年代久远的煤层、巷道和大范围的采空塌陷区。 具体揭露情况如图6.19 所示。

图6.19　开挖揭露的巷道和采空塌陷区